www.teknikbelgeler.com Page 1

SÜRTÜNME KARIŞTIRMA KAYNAĞI

ARAŞTIRMA PROJESİ

Hazırlayanlar : Emrah GÜLEÇ

Mustafa İlhan UYSAL

Dokuz Eylül Üniversitesi

Makina Mühendisliği Bölümü (2006)

www.teknikbelgeler.com Page 2

Giriş

1991 yılının Aralık ayında Wayne Thomas ve onun iş arkadaşlarından oluşan bir takım tarafından icat

edilip deneysel olarak kanıtlanmıştır. Patenti, İngiltere-Cambridge’deki The Welding Institute(TWI)’a aittir.

Sürtünme karıştırma kaynağı(skk) işlemi metallerin füzyon ya da dolgu maddeleri olmadan

birleştirilmesini içerir. Diğer sürtünme kaynaklarında kaynaklanacak parçalar birbiri üzerinde hareket

ettirilirken, bu yöntemde tablaya alın alına sabitlenmiş parçalar birbirine sürtünmezler.

Sürtünme Karıştırma Kaynağının(Friction Stir Welding) Şematik Gösterimi

Usül, karıştırıcı(batıcı) uç olarak adlandırılan ve yüksek devirde dönen omuzlu bir pimin, kaynak

edilecek parçalar bir tabla üzerinde alın alına getirilip sabitlendikten sonra, bu parçaların içine daldırılarak

sürtünmeden dolayı oluşan ısının tesiriyle parçaları yumuşatması ve çamurumsu bir kıvama gelen malzemenin

karıştırılması ve pimin omuz kısmı tarafından sıvanması yoluyla, kaynak yapılacak parçalar boyunca

ilerletilmesi sayesinde parçaların birleştirildiği bir sürtünme kaynağı yöntemidir. Ulaşılan en yüksek sıcaklık

erime sıcaklığının 0.8 katıdır.

www.teknikbelgeler.com Page 3

SKKnın Mikroyapısal Sınıflandırılması

Mikroyapıların ilk sınıflandırma çalışmaları P. L. Threadgill tarafından yapılmıştır(Bulletin,Mart 1997).

Bu çalışma temel olarak alüminyum alaşımları hakkında varolan bilgilere dayanıyordu. Bununla birlikte,

alüminyum alaşımlarının davranışlarını birçok metalik malzemelere genellemenin doğru olmadığı açığa çıkmıştı.

Şema bütün malzemeleri kapsayamazdı. Böylece şu an kullanılan gözden geçirilip düzeltilmiş şemanın

kullanılması önerildi. Bu şema TWI tarafından geliştirildi, ama sanayideki ve akademilerdeki bazı kişiler

tarafından tartışılmaktadır. Aynı zamanda Sürtünme Karıştırma Kaynağı Ruhsatları Kurumu(FSW Licensees

Association) tarafından da kabul edilmiştir. Sistem, kaynak bölgesini aşağıdaki 3 farklı bölgeye ayırıyor:

1. Isının Tesiri Altındaki Bölge(ITAB): Kaynak merkezinin yakınında olan bu bölgede, malzeme,

mikroyapıyı ve/veya mekanik özellikleri değiştiren bir ısıl çevrim geçiriyor. Bununla birlikte, bu alanda

plastik deformasyon oluşmuyor. Diğer sistemlerde bundan, “sıcaklığın tesiri altındaki bölge” olarak söz

ediliyordu.

2. Termomekanik Olarak Etkilenen Bölge(TEB): Bu bölgede, skk takımı yüzünden malzeme plastik

olarak deformasyona uğruyor ve işlemden gelen ısı, malzemede biraz etki bırakıyor. Alüminyumda, bu

bölgede yeniden kristalleşme olmadan belirgin plastik özellikler elde etmek mümkündür ve TEB’in

yeniden kristalleşmiş bölgesi ile deforme olmuş bölgesi arasında genellikle farklı bir sınır vardır.

Önceki sınıflandırmada bu iki alt bölge farklı mikroyapısal bölgeler olarak ele alınmıştı. Bununla

birlikte, diğer malzemeler üzerinde yapılan sonraki çalışma, alüminyumun diğer birçok malzemeden

farklı davrandığını, yüksek sıcaklıkta yeniden kristalleşmeden çok fazla deforme olabileceğini

göstermiştir. Diğer malzemelerde, farklı yeniden kristalleşen bölge(külçe) mevcut değildir ve TEB’in

hepsinin, yeniden kristalleşmekte olduğu görülür. Ferritik çelikler ve a-b titanyum alaşımları(ör:Ti-6Al-

4V) gibi malzemelerde ısıl indüksiyon faz dönüşümünden dolayı mikroyapıyı anlamak zorlaşır ve bu

ITAB ile TEB sınırının kesin olarak teşhisini güçleştirir.

3. Dinamik Olarak Yeniden Kristalleşen Bölge(DKB): Alüminyum alaşımlarındaki, TEB’deki yeniden

kristalleşen bölge geleneksel olarak külçe adıyla anılır. Bu terim, tanımlayıcı olmakla birlikte pek de

bilimsel değildir. Bununla birlikte kullanımının yaygınlaşması ve bilimsel değer olarak eş anlamlı başka

bir kelimenin olmaması nedeniyle bu terim benimsenmiştir. Takım omzunun doğrudan doğruya altında

bulunan bölgenin(TEB’in bir parçası olduğu açıktır), tane yapısı farklı olduğu için ayrı bir kategoriye

girmesi öne sürülmüştür. Buradaki mikroyapı, omzun arka yüzünün sürtmesiyle kararlıdır ve malzeme

maksimum sıcaklığının altına soğutulabilir. Bu alanın TEB’in farklı bir alt bölgesi olarak ele alınması

kabul edilmiştir.

www.teknikbelgeler.com Page 4

Sürtünme karıştırma kaynağında oluşan kaynak bölgesi iç yapısının şematik görünümü

A:Isının Tesiri Altındaki Bölge(ITAB) , B:Termodinamik Olarak Yeniden Kristalleşen Bölge(TEB) ,

C:Dinamik Olarak Yeniden Kristalleşen Bölge(DKB)

Kaynak Kuvvetleri

Kaynak sırasında takımın üzerine birtakım kuvvetler etkir:

Takımın pozisyonunu malzeme yüzeyinde yada yüzeyinin altında tutmak için aşağıya doğru bir kuvvet

gerekir. Bazı skk makinaları yük kontrolü altında çalışırlar ama birçok durumda takımın dikey

pozisyonu önceden ayarlanmıştır ve yük kaynak sırasında çeşitlilik gösterir.

İlerleme kuvveti takımın hareketine paralel olarak ve ilerleme yönünde pozitif olarak etkir. Bu kuvvet,

malzemenin, takımın ilerleme hareketine karşı gösterdiği dirençten oluşur. Takımın etrafındaki

malzemenin sıcaklığı arttırılarak bu kuvvetin azalacağı düşünülebilir.

Yanal kuvvet takımın ilerleme yönüne dik yönde etkir ve kaynağın ilerleyen yanına doğru pozitif olarak

tanımlanır.

Takımı döndürmek için, değeri aşağıya doğru olan kuvvete ve sürtünme katsayısına(kayma sürtünmesi)

ve/veya çevre bölgedeki malzemenin akma mukavemetine(batma sürtünmesi) bağlı olan bir tork

gereklidir.

Takımın ve ona bağlı olarak makina aksamının kırılmasını yada fazla aşınmayı ve yırtılmayı önlemek

için kaynak çevrimini, takımın üzerine gelen kuvvetleri mümkün olduğunca az olmasını sağlayarak ve ani

değişiklikleri önleyerek, değiştirmek gerekir.

Önemli Kaynak Parametreleri

Takımın Devir Hızı ve İlerleme Hızı

Skk’da dikkate alınan iki takım hızı vardır; takımın dönme hızı ve ara yüzeyde ilerleme hızı. Başarılı ve

verimli bir kaynak çevrimi elde etmek için bu parametrelerin seçiminin dikkatlice yapılmasının büyük önemi

vardır. Kaynak sırasındaki ısı girdisiyle kaynak hızı arasında karmaşık bir ilişki vardır fakat genellikle devir

hızını arttırmanın yada ilerleme hızını azaltmanın daha sıcak bir kaynakla sonuçlanacağı söylenebilir. Başarılı bir

kaynak oluşturmak için takımı çevreleyen malzemenin, gereken geniş plastik akışı mümkün kılmak için

www.teknikbelgeler.com Page 5

yeterince sıcak olması ve takım üzerine gelen kuvvetleri mümkün olduğu kadar azaltması gereklidir. Eğer

malzeme çok soğuksa karışma bölgesinde boşluklar ve diğer kusurlar oluşabilir, hatta uç vakalarda takım

kırılabilir!

Diğer taraftan, aşırı derecede yüksek ısı girdisi, kaynağın son özelliklerine zarar verebilir. Bu, kuramsal

olarak düşük erime sıcaklığı fazlarının sıvılaşması nedeniyle kusurlarla sonuçlanabilir(füzyon kaynaklarındaki

sıvılaşma çatlağında olduğu gibi). Kaliteli bir kaynak oluşturacak işlem parametreleri sahası olan “işleme

penceresi” kavramına, rekabet talepleri yön verir. Bu pencere içinde yapılan kaynak, yeterli malzeme

plastikliğini sağlamak için yeterince yüksek ısı girdisine sahip olacak ama bu sıcaklık kaynak özelliklerini aşırı

biçimde azaltmayacak kadar yüksek olmayacaktır.

Takımın Eğimi ve Batma Derinliği

Batma derinliği, omzun kaynaklanan plaka yüzeyinin altındaki en alt noktasının derinliği olarak

tanımlanır ve kaynak kalitesini sağlamak için kritik bir parametre olarak kabul edilir. Omzu plaka yüzeyinin

altına batırmak, takımın altındaki basıncı arttırır ve takımın arkasındaki malzemenin yeterince dövülmesini

sağlamaya yardım eder. Takıma 2 - 4° eğim vermenin, örneğin takımın arkasını önünden daha aşağıya

getirmenin, bu dövme işlemine yardımcı olduğu görülmüştür. Gereken aşağıya doğru olan basıncın elde

edilmesini ve takımın kaynak yerine tamamen nüfuz etmesini sağlamak için batma derinliği doğru olarak

ayarlanmalıdır. Gereken büyük yüklerin verilmesiyle kaynak makinasının yönü değişebilir. Batma derinliğinin

nominal ayarlara kıyasla azaltılması, kaynakta hataların oluşmasıyla sonuçlanabilir. Diğer taraftan, batma

derinliğinin fazla olması, pimin plaka yüzeyinin arkasına sürtmesiyle sonuçlanabilir. TWI, takımın kaynak

plakası üstündeki yerini koruyan bir silindir sistemi geliştirirken, çeşitli yük kaynakçıları takım yer

değiştirmelerini otomatik olarak karşılamayı geliştirdi.

Takımın Tasarımı

İyi bir takım, hem kaynak kalitesini hem de mümkün olan maksimum kaynak hızını

geliştirebileceğinden takımın tasarımı kritik bir faktördür.

Takım malzemesinin kaynak sıcaklığında yeterince mukavim, sert ve dayanıklı olması istenir. Bunlara

ilave olarak oksitlenmeye karşı direncinin iyi olması, ısı kaybını ve makina aksamına verilen sıcaklık hasarını

mümkün olduğunca azaltmak için düşük bir ısıl iletkenliğe sahip olması gerekir. AISI H13 gibi sıcak işlenmiş

çeliğin, 0,5 - 50mm kalınlığındaki alüminyum alaşımlarının kaynağında çok iyi olduğu kanıtlanmıştır fakat

yüksek aşındırıcı metal matriks kompozitleri yada çelik ve titanyum gibi daha yüksek ergime sıcaklıklı

malzemeler gibi daha çok talep edilen uygulamalar için daha gelişmiş takım malzemeleri gerekmektedir.

Skk’da, yeterli hidrostatik basınç elde edilemezse kaynaklanan levhaların tabana yakın kısımlarında

soğuk birleşme(yetersiz nüfuziyet) oluşur. Bu sorun yukarı doğru hareket etme eğilimindeki çamur kıvamındaki

malzemenin aşağıya doğru hareketini kolaylaştırıp kaynak dikişinde kalmasını sağlamakla çözülür. Bunun için

www.teknikbelgeler.com Page 6

de takım tasarımında bazı değişiklikler yapılır. Takım tasarımındaki gelişmeler, üretimde ve kalitede tatmin edici

gelişmelerin elde edilmesini sağlamıştır. TWI, işleme derinliğini arttırmak ve bu şekilde kaynaklanabilir plaka

kalınlığını arttırmak için özel olarak tasarlanmış takımlar geliştirmiştir. Bunlardan, Whorl tasarımında üzerinde

çeşitli kanallar ve yivler olan konik bir pim aracılığıyla malzemenin aşağıya doğru olan akışı düzenlenir. Bunun

dışındaki tasarımlar, Triflute ve Trivex serilerini içerir. Triflute, takımın hacmini daha da azaltır. Takımın

çevresindeki malzeme hareketini arttırır. Böylece takım, malzeme akışına yardım eder ve yüzeydeki oksitleri

dağıtıp yayar. Trivex takımları daha basit, silindirik olmayan bir pim kullanır ve kaynak sırasında takıma gelen

kuvvetleri azalttığı görülmüştür. Karıştırıcı uç üzerine verilen bu profiller sayesinde, kaynak bölgesindeki

malzemenin omuz altından kaybı sonucu kaynak dikişi içerisinde oluşan tünel şeklinde boşluk probleminin de

giderilmesi sağlanır.

Takımların çoğunluğunda, pimin dönmesiyle yer değiştiren malzeme için bir kaçış hacmi oluşturan

içbükey profile sahip omuz vardır. Bu sayede malzemenin, omzun yan taraflarından çıkması önlenir ve aşağıya

doğru olan basınç korunur. Dolayısıyla takımın arkasındaki malzeme iyi dövülür. Triflute takımının omzunda

bunlardan farklı olarak yüzeyde kanallar bulunur. Omuz üzerindeki bu kanallar kaynak sırasında dışarı kaçmaya

çalışan malzemeyi engeller ve takım ucundaki hidrostatik basıncı arttırır.

Tek parça karıştırıcı uç kullanıldığında, kaynak sonuna ucun çekilmesi sonucu boşluk kalır. Bu sorunu

gidermek için bilgisayar ile otomatik olarak kontrol edilebilen ve geri çekilebilen özel karıştırıcı uçlar

geliştirilmiştir. Kaynak sonunda bu otomatik olarak geri çekilebilir uçlar, dönme hareketi devam ederken yavaş

yavaş çekilerek boşluk kalmadan kaynak işlemi tamamlanır.

Yeni araştırılan omuz profilleri, takım omzu ile iş parçası arasında daha iyi bir kavrama sağlamak için

tasarlanmaktadır. Bu, yoğrulan malzemenin dışarı çıkmasını önlemek için sürtünme irtibatı sağlanmasını

gerçekleştirecektir. Büyük kepçeler, helezonlar ve ortak merkezli yivler gibi özel profiller sayesinde yoğrulan

malzemenin içeride tutulması ile geliştirilmiş kavramalar elde edilmiştir. Ortak merkezli yivlerden oluşan omuz

profilleri, yoğrulan işparçası malzemesinin en üstündeki yüzey tabakalarının gelişmiş hareketini sağlarlar.

Dönme ve ilerlemenin birleşimi, bu ortak merkezli yivlerin kaynak hattında devam eden sıra halindeki zikloidal

yollar sağladığı anlamına gelir.

Çeşitli Whorl Takımı Konfigürasyonları

www.teknikbelgeler.com Page 7

75mm kalınlığındaki AA6082T6 alaşımının kaynağında Whorl takımının kullanılması, kaynağın bitmiş hali ve kaynak dikişinin görüntüsü

MX Triflute pimin ilham kaynağı olan deniz kabuğu, MX Triflute serisi pimin resim ve şematik çalışma şekli

MX Triflute ve Flared-Triflute tasarımları

Flared Triflute Probe ile yapılmış olan bindirme kaynağında kaynak arayüzeyinin görünümü

www.teknikbelgeler.com Page 8

SKK İşleminin Avantajları

İşlemin avantajları, skk’nın, birleştirilen malzemelerin erime sıcaklığının altında, katı fazda

gerçekleşmesinden kaynaklanmaktadır. O nedenle 2000 ve 7000 serisi alüminyum alaşımları ve Al-Li alaşımları

gibi füzyon kaynaklarıyla birleştirilmesi zor olan malzemeleri birleştirme kabiliyetine sahiptir. Skk özel olarak

tasarlanmış ekipman veya diğer kaynak yöntemleri için geliştirilmiş ekipmanların uyarlanmış biçimlerini

kullanabilir. Otomasyona ve robotik uygulamaya çok uygundur. Kolayca freze makinasına uyarlanabilir. Diğer

avantajları şöyledir:

Deformasyonu düşüktür(uzun kaynaklarda da geçerli).

Kaynak yeri yorulma, çekme ve eğilme testleriyle kanıtlanan üstün mekanik özelliklere sahiptir.

Gaz oluşmaz.

Gözeneklilik oluşmaz.

Sıçrama gerçekleşmez.

Büzülme çok düşüktür.

Her pozisyonda çalıştırılabilir(yatay, dikey, vb.).

Enerji bakımından verimlidir.

Erimeyen takım kullanılır.

Bir takım, 6000 serisi alüminyum alaşımlarında genellikle 1000m kaynak uzunluğuna kadar

kullanılabilir.

Dolgu malzemesine gerek duyulmaz.

Alüminyumun kaynağında gaz maskesi kullanılmaz.

Kaynakçı sertifikasına ihtiyaç duyulmaz.

Kaynak öncesi yüzey hazırlama aşırı kritik değildir, ince oksit tabakaları tolere edilebilir.

Birleşme yerinin altında ve üstünde çıkıntı minimum oluşur, dolayısıyla seri imalatta pahalı olan

bileme, fırçalama veya parlatma işlemlerine ihtiyaç duyulmaz.

50mm’den daha kalın alüminyum ve bakır, tek geçişte kaynatılabilir.

Alın ve bindirme kaynağı yapılabilir.

Çok temiz ve çevreci bir kaynak yöntemidir.

SKK İşleminin Dezavantajları

Skk’nın sınırlamaları, yoğun araştırmalar ve geliştirmelerle azaltılmaktadır. Bununla birlikte skk’nın şu

anki sınırlamaları şunlardır:

Her malzemenin kaynağı mümkün değildir. Sadece mukavemeti ve ergime derecesi düşük

malzemelerin kaynağına uygundur.

İş parçaları çok sıkı tespit edilmelidir.

Tek parçalı karıştırıcı uç kullanıldığında kaynağın sonunda delik kalır.

Destek çubuğuna ihtiyaç duyulur.

Elle ve arkla yapılan işlemlerden daha az esnektir(değişik kalınlıktaki ve doğrusal olmayan kaynak

yerlerinde zorluklar yaşanır.).

www.teknikbelgeler.com Page 9

Kaynak hızı, bazı ergitme kaynaklarından düşüktür(tipik olarak 5mm kalınlıktaki 6xxx serisi Al alaşımı

levhalarda 750mm/dk civarında).

Özellikle kalın levhaların kaynağında parçaları birarada tutmak için büyük kuvvetlere, çok güçlü

tezgahlara ihtiyaç duyulur.

Kullanım Alanları

Gemi Yapımı ve Denizcilik Sanayisi

Bu iki sanayi sektörü, bu işlemi ticari uygulamalarda benimseyen ilk iki sektördür. Balıkçı gemilerinde

derin dondurucular için içi boş alüminyum paneller üretildi. Bu paneller Sapa’da, skk ile kaynaklanan

alüminyum ekstrüzyonlarından yapıldı. Japonya’da alüminyum peteklerin ve deniz suyuna dirençli panellerin

yapımında bu işlem kullanıldı. Paneller, 5 tane 250mm genişliğinde 5083 alüminyum alaşımı ekstrüzyonların

birleştirilerek 1250x5000mm boyutlarına getirilmesiyle elde edilmiştir. Kaynak kökünün düzgünlüğünün iyi

olmasından dolayı gemi kabin duvarlarında kullanılır. İşlem aşağıdaki uygulamalar için uygundur:

Güverteler için paneller, bordalar, gemi bölmeleri ve zeminleri

Alüminyum ekstrüzyonları

Çok büyük yük gemileri ve üstyapılar

Helikopter iniş alanları

Kıyıdan uzak barınaklar

Denizcilik ve taşımacılık yapıları

Gemi direkleri ve bumbalar, ör. yelkenli botlarda

Soğutma tesisatları

Yüksek hız feribotlarında kullanılan ekstrüzyon panellerinin sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmesi

Balık bloklarını hemen dondurmadan önce preslemek için kullanılan Sapa skk alüminyum paneli. Panel iki taraftan da kaynaklanmıştır.

www.teknikbelgeler.com Page 10

Sumitomo Light Metal tarafından yapılan, 5083-H112 alüminyum alaşımı ekstrüzyonundan yapılmış büyük alüminyum gemi paneli

Havacılık Sanayisi

Şu an havacılık sanayisi, prototipleri ve üretim parçalarını skk ile kaynaklamaktadır. Askeri ve sivil

havacılıkta kabukları direklere, pervazlara ve boyuna kirişlere kaynaklama fırsatları bulunmaktadır. Uç

kubbelerin yüksek kaliteli silindirik tankların içine skk yöntemleri ile kaynaklanması kriyojenik oksijen depoları

için geliştirilmiştir. Son dairesel kaynak yapılmadan önce bir alüminyum destek halkanın tankın içine geçirilerek

büzülmesi tavsiye edilmiştir. Böylece bağlantı üç parçadan oluşmuştur : uç kubbe, silindirik kabuk ve destek

halkası. Boeing, Delta II roketinin kademeler arası modülünde skk’yı uygulamıştır ve bu roket Ağustos 1999’da

başarıyla fırlatılmıştır. Boeing şirketindeki The Phantom Works, çeşitli uçak füzeleri ve uzay uygulamaları için

ince alın, bindirme, T-bağlantılarında ve kalın alın bağlantılarında skk çalışmalarını sürdürmektedir. Eğrisel

düzlemlerde bu bağlantı biçimlerini kaynaklamak istenir çünkü bu sayede karmaşık uçak parçaları

kaynaklanabilecektir. Birçok perçinin yerini büyük oranda skk’ya bıraktığı Eclipse 500 uçağı birçok tasdik uçuşu

yapmıştır. Bu, perçinlemeyle ve katıya şekil vermeyle karşılaştırıldığında üretim maliyetinde azalma ve

ağırlıktan tasarruf gibi kayda değer avantajlar sunmaktadır. Uzay araçlarının Al alaşımlı yakıt tanklarının

uzunlamasına alın kaynağında skk başarıyla kullanılmaktadır. İşlem, ticari olarak uygun tabakalara şekil

vermeden önce kaynak yaparak tabakaların boyutlarını arttırmak için de kullanılabilir. İşlem böylece şunlar için

göz önünde bulundurulabilir:

Kanatlar, uçak gövdeleri

Uzay araçları için kriyojenik yakıt tankları

Havacılıktaki yakıt tankları

Askeri uçaklarda dış atım tankları

Askeri ve bilimsel roketler

Hatalı MIG kaynaklarının tamiri

Space Shuttle External Tank Projesi ve Marshall Space Flight Center Laboratuarları’ndaki skk sistemlerinden görüntüler

www.teknikbelgeler.com Page 11

Demiryolu Sanayisi

İçi oyuk profiller ve T-sertleştirici ekstrüzyonlar, demiryolu sanayinde akım çevirici ve hızlı trenlerin

üretimi için skk ile kaynaklanırlar. Uygulamalar aşağıdakileri kapsar:

Hızlı trenler

Demiryollarının dönen aksamları, yer altı yolcu vagonları, tramvaylar

Demiryolu tankerleri ve kargo vagonları

Vagon gövdeleri

Japonya’da Skknın kullanıldığı hızlı tren ve bu yöntem ile kaynağı yapılan alüminyum paneller

Kara Taşımacılığı

Skk şu an ticari olarak kullanılmaktadır ve birçok otomotiv şirketi ve onlara mal sağlayan firmalar

tarafından ticari uygulamalarda benimsenmiştir. Japonya’daki Showa Aluminum ve Tokai Rubber firmaları

kalıptan çekilmiş uç parçaları 20 - 30mm çaplarındaki tüplere bağlayarak süspansiyon kolları üretmişlerdir.

Süspansiyon kolunun kauçuğu yeni montaj yönteminin düşük ısı girdisine bağlı olarak kaynaktan önce vulkanize

edilebilir. Norveç, Havik’teki Hydro Aluminium tarafından yeni bir teknikle bir araba jantının iki parçasının skk

ile birleştirilmesi icat edilmiş ve prototip parçaların imalinde başarıyla kanıtlanmıştır. Avustralya’daki Simmons

Wheels şirketi sarılmış 6061-O alüminyum tabakasından araba jantı parçası üreten yeni bir yöntem geliştirmiştir.

Bu yöntemi ilk önce, önceden şekil verilmiş bir silindirin birçok jant parçasına ayrılması, sonra son kaynak ile

istenilen jant şekline getirilmesi ve son olarak bu parçaya ısıl işlem uygulayıp istenen T6 kıvamına getirilmesi

olarak tarif etmektedirler. Uygulamalar aşağıdakileri kapsar:

Motor ve şasi yatakları

Tekerlek jantları

Kamyon gövdeleri

Tırlar

Seyyar vinçler

Zırhlı araçlar

Yakıt tankerleri

Karavanlar

Otobüsler ve havaalanı taşıma araçları

www.teknikbelgeler.com Page 12

Motosiklet ve bisiklet gövdeleri

Mafsallı asansörler ve bina aralarındaki köprüler

Alüminyum arabaların tamiri

Magnezyum ve magnezyum/alüminyum mafsallar

Jantın skk ile tekerlek göbeğine kaynaklandığı Hydro Aluminium’un hafif alaşımlı araba tekeri

Skk ile kaynaklanmış bir alüminyum bağlantı elemanı

Diğer Sanayi Sektörleri

Elektrik motoru muhafazalarında(henüz yapım aşamasında)

Soğutma panelleri

Pişirme gereçleri ve mutfaklar

Gaz tankları ve gaz silindirleri

Mobilyalar

Beyaz eşyalar

Diğer birçok uygulamalar

Alüminyumun yumuşak çelik plakaya skk ile kaynaklanmasıyla yapılan mekanik kilit ön çalışması

www.teknikbelgeler.com Page 13

ALÜMİNYUM

Alüminyum (veya aluminyum, Simgesi Al). Yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsü

renktedir. Bu renk, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Zehirleyici ve

manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 49 MPa iken

alaşımlandırıldığında bu değer 700 MPa'a çıkar. Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır.

Kolaylıkla dövülebilir, makinada işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması,

üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır. Doğada genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve

oksidasyona karşı üstün direnci ile tanınır. Bu direncin temelinde pasivasyon özelliği yatar. Endüstrinin pek çok

kolunda milyonlarca farklı ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yeri

vardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler, uzay ve havacılık sanayii için vazgeçilmezdir. Hafiflik ve

yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaat sanayiinde geniş kullanım alanı bulur.

Alüminyum (Al)

H Periyodik cetvel He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ku Db Sg Bh Hs Mt Ds Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Temel Özellikleri

Atom

numarası

Element

serisi

Grup, periyot, blok Görünüş Atom ağırlığı (g/mol)

Elektron

dizilimi

13

Metaller

3A grubu, 3. periyot,

p bloğu

Gümüşümsü

26,9815386(8)

Ne 3s2 3p

1

Fiziksel Özellikleri

Maddenin

hali

Yoğunluk (g/cm³)

Sıvı haldeki

yoğunluğu(g/cm³)

Ergime

noktası (°C)

Kaynama

noktası (°C)

Ergime

ısısı (kJ/mol)

Buharlaşma

ısısı (kJ/mol)

Isı

kapasitesi (J/(mol·K))

(25 °C’de)

Katı 2,70 2,375 660,32 2519 °C 10,71 294,0 24,2

www.teknikbelgeler.com Page 14

Atom Özellikleri

Kristal

yapısı

Yükseltgenme

seviyeleri Elektronegatifliği

İyonlaşma

enerjisi(kJ/mol)

Atom

yarıçapı(pm)

Kovalent

yarıçapı(pm)

Van der

Waals

yarıçapı(pm)

Yüzey

Merkezli

Kübik

(3+) (amfoter

oksit)

1,61 Pauling

ölçeği 577,5 125 118 ?

Diğer Özellikleri

Elektrik direnci (nΩ·m) (20°C'de)

Isıl iletkenlik (W/(m·K))

Isıl genleşme (µm/(m·K))

(25°C'de)

Ses hızı (m/s)

(20°C'de)

Mohs

sertliği

Vickers

sertliği (Mpa)

Brinell

sertliği (Mpa)

26,50 237 23,1 5000 2,75 167 245

Alüminyum Alaşımlarının Kimyasal Yapısına Göre Sınıflandırılması

Alüminyuma çeşitli özellikler vermesi için çeşitli metaller karıştırılır. İlave edilen metallere göre

sınıflandırma yapılır. Bir alaşım 4 rakamdan oluşan notasyon ile tanımlanır. Birinci rakam, alüminyum ilâve

edilen esas metali gösterir. ABD normlarına göre ;

1XXX : Alaşımsız aluminyum

2XXX : Bakırlı aluminyum alaşımı

3XXX : Manganezli aluminyum alaşımı

4XXX : Silisyumlu aluminyum alaşımı

5XXX : Magnezyumlu alüminyum alaşımı

6XXX : Silisyum ve magnezyumlu alüminyum alaşımı

7XXX : Çinkolu alüminyum alaşımı

8XXX : Demir ve silisyumlu alüminyum alaşımı

9XXX : Yeni bulunan alaşımlar (Örnek: Lityumlu alaşımlar)

Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti

Alüminyum ve alaşımlarının kaynak kabiliyeti aşağıdaki iki olay ile açıklanabilir:

1) Yüzeyde, alüminyumdan daha güç eriyen (2030 °C) ve yoğunluğu daha yüksek olan alümin (Al2O3)

oluşması, metal ve alaşımlarının, kaynağa elverişli olmamasına sebep olmaktadır. Bunun varlığı, dikişinin

devamlı olmasını sağlayacak erimiş damlacıkların, bağ oluşturmasına engel olmaktadır. Bu zorluğu ortadan

kaldırmak için, alümini eriten ve temizlenmesi kolay olan, bir cüruf oluşturan özel bir örtü kullanılır.

2) Bazı alaşımlarda kaynak esnasındaki ısıl çevrim, ana katı eriyik içinde bulunan bileşenlerin, erimiş

bölge veya esas malzemede çökelmesine sebep olmaktadır. Bu çökelme, mekanik özellikleri ve kimyasal etkilere

karşı dayanıklılığı azaltmaktadır.

3) Dövme alaşımlar; koruyucu gaz altında kolaylıkla kaynak edilebilirler. Isıl işlem görmemiş

alaşımlara el kaynağı yapıldığı zaman, mukavemetleri, kaynak yapılmamış aynı alaşıma göre daha düşük

olmaktadır. Bilindiği gibi kaynak yerinde üç ayrı bölge oluşur :

- Erime bölgesi, ısıdan etkilenmiş bölge, ısıdan etkilenmemiş bölge(değişikliğe uğramayan bölge).

www.teknikbelgeler.com Page 15

Isıl işlem görmüş alaşımlarda, tel halinde çekilebilme özelliği azalmaktadır. Kaynaktan sonra

yaşlandırma sertleşmesi yapılırsa dayanıklılık artar.

Alüminyum Alaşımların Kaynağı

Tabii Sert Hadde Alaşımlar

AlMn alaşımı esas malzeme ile aynı karışımdaki veya AlSi5 alaşımından çubuklarla kaynak yapılır.

Az miktarda magnezyum ihtiva eden (%1-3mg) AlMg alaşımlarının kaynak kabiliyetleri oldukça iyi

olur, esas malzeme karışımında bulunan çubuklarla kaynak yapılır. yüksek magnezyumlu alaşımların

kaynağında, yüzeyde gözle görülmeyen bazı çatlaklar meydana gelir. Bundan ötürü parça, kaynatılmadan önce

hafif bir ısıtmaya tabii tutularak çabuk kaynak yapılması gerekir. Bu suretle aynı karışımdaki AlMg5 alaşımının

kaynağı yapılabilir. Ayrıca kaynağın dip kısımlara nüfuz etmesi için de bakır altlıklar kullanılmalıdır. AlMg7

alaşımının kaynağı oldukça zordur. Bu alaşım, sıcağa karşı hassas olduğundan AlMg5 alaşımında söylenen

hususlara burada da dikkat edilir, ancak kısa dikişleri kaynak yapmak mümkündür.

AlMgMn alaşımı aynı karışımlı kaynak çubuklarıyla mükemmel kaynak yapılabilir.

Isıl işlemde Sertleşen Hadde Alanı

AlCuMg alaşımının kaynağı için aynı karışımda bulunan veya AlSi5 alaşımındaki çubuklar kullanılır.

Kaynak kabiliyeti iyidir. Fakat kaynağın, ısıl işlemle sertleşmeden önceki durumda yapılması gerekir. Aksi halde

geçiş bölgelerindeki mukavemet çok düşer ve kaynaktan sonra ısıl işleme tabii tutulsa bile başlangıçtaki

mukavemet elde edilmez.

AlMgSi alaşımının kaynağı için de esas malzeme ile aynı karışımda bulunan veya AlSi5 alaşımından

mamul çubuklar kullanılır. Isıl işlemle sertleştirilmeden önce kaynak yapılması gerekir.

Döküm Alaşımları

Döküm alaşımlarının kaynaktan önce petrol veya trikolaratilerle temizlenmesi ve çatlak yerlerinin

mevcutsa iyi bir şekilde meydana çıkarılması gerekir. İç gerilmelere mani olmak için parçanın bir ocakta ön

ısıtmaya tabii tutulması iyi sonuçlar verir. Parçanın kaynaktan sonra yine ocak içerisinde yavaş soğumaya

bırakılması gerekir. AlSi alaşımlarını dekapan kullanılmadan da kaynak yapmak mümkündür. Kaynak

çubuklarının, esas malzeme ile aynı karışımda döküm çubuklar olması gerekir.

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı, çeliğin kaynağına nazaran şu sebeplerden dolayı daha zordur:

1) Alüminyum yüzeyinde, gerek sıvı gerekse katı halde iken havayla temas halinde kaldığı süre zarfında

gayet ince ve sıkı bir alüminyum oksit tabakası meydana gelir. Bu oksit tabakasının özgül ağırlığı

alüminyumunkinden küçük olduğu için daima kaynak esnasında ergimiş banyonun üzerini örter. Bu suretle

kaynak çubuğundan ergiyerek düşen damlaların içeriye doğru nüfuz etmesine engel olur.

2) Saf alüminyum 658°C’de, alaşımları ise 575-650°C’de ergidiğinden kaynak esnasında oksit

tabakasını ortadan kaldırmak için büyük bir sıcaklığa ihtiyaç vardır. Kaynak esnasında oksit tabakasını

ergitmeye çalışırken, alüminyumun ergiyerek akmasına sebep olunur.

3) Çeliklerde malzeme tavlandıktan sonra kırmızı renk alır. Oysa alüminyum ve alaşımları kırmızı rengi

almaz. Bu sebeple alüminyum ve alaşımlarının kaynağında açık renkli gözlük camları kullanmak gerekir.

www.teknikbelgeler.com Page 16

4) Alüminyumun ısıl geçirme kabiliyeti, demirinkinden yaklaşık olarak üç defa daha büyüktür. Bunun

için kalan parçaların kaynağında işlemden önce bir ön ısıtmaya gerek vardır.

5) Alüminyumun ısıl genleşme katsayısı da demirinkine nazaran yaklaşık iki defa daha büyüktür.

Dolayısıyla kaynak esnasında büyük şekil değiştirmeleri meydana gelir. Bu şekil değiştirmeler, iç gerilmelerin

ortaya çıkmasına neden olur.

Alüminyum ve Alaşımlarına Uygulanan Kaynak Metotları

Alüminyum ve Alaşımları Gaz Ergitme Kaynağı

Alüminyum ve alaşımlarının gaz ergitme kaynağında genellikle oksi-asetilen alevi kullanılır. Oksi-

asetilen alevi, 3200°C’lik bir sıcaklık verdiğinden kalın kesitli parçaların kaynağında başarıyla kullanılmaktadır.

Oksi-hidrojen alevi 2800°C’lik bir sıcaklık verir ve nadiren ince saçların kaynağında kullanılır.

Havagazı-oksijen(oksi-havagazı) alevi de, yaklaşık olarak 2000°C’lik bir sıcaklık oluşturur ve bilhassa ince

parçaların kaynağında kullanılır.

Dekapan ve Özellikleri

Kaynak esnasında meydana gelen alüminyum oksit, dikiş içerisinde kalırsa mukavemeti ve korozyona

karşı mukavemeti düşürür. Aynı zamanda kaynak zorluklarının meydana gelmesine neden olur. Bunları önlemek

için kaynak yaparken oksiti çözen bir dekapana ihtiyaç vardır. Dekapan kaynak sıcaklığından önce ergiyerek,

oksit tabakasını çözer ve dikişin yüzeyini oksidasyon tesirinden korur. Dekapan çeşitli maden klorüs ve

florüslerinin karışımından ibarettir. İyi bir dekapanda şu özelikler bulunmalıdır :

1) Oksit tabakasını gayet kolay çözebilmelidir.

2) Ergime derecesi, kaynak yapılacak malzemenin ergime noktasından 50-100°C aşağıda olmalıdır.

3) Ergidiği zaman ergimiş maden banyosunun yüzeyini örtebilmesi için, özgül ağırlığı, alüminyum ve

alaşımlarının özgül ağırlığından daha küçük olmalıdır.

4) Kaynak alevinin tesiriyle dekapanın kaynak yerinden kalkmaması için iyi bir yapışma kabiliyetine

sahip olmalıdır.

5) Kaynak esnasında kısmen buharlaşan ve gaz haline geçen dekapanın buharları zehirli olmamalıdır.

6) Kaynak dikişini korozyona teşvik etmemelidir.

7) Aynı dekapan mümkün olduğu kadar birbirine yakın alaşımlar için kullanılmalıdır.

Toz halinde dekapan, kullanılmadan önce kireçsiz saf su ile karıştırılarak lapa haline getirilir. Kireçli su,

dekapanın tesir kabiliyetini düşürür. Bu suretle hazırlanan lapa, daha önce iyice temizlenmiş olan kaynak

ağızlarına ve kaynak çubuğuna bir kış fırça ile sürülür. Kaynaktan önce parçalar bağlanırken sadece kaynak

çubuğuna sürmek yeterlidir.

Kaynak Çubukları ve Kaynak Kabiliyetleri

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında kullanılan kaynak çubuklarının, esas malzeme ile aynı

karışımda olması gerekir. Farklı bir karışım seçildiği zaman, geçiş bölgesinde bazı hatalar meydana geldiği gibi

www.teknikbelgeler.com Page 17

farklı ergime dereceleri dolayısıyla kaynak işlemi de zor yapılır. Aynı zamanda çeşitli elemanların birbirleriyle

temasları neticesi korozyonu doğuran sebep ortaya çıkar.

Saf alüminyum kaynağında aynı karışımlı veya az miktarda titanyum ihtiva eden alaşımlar kullanılır.

Titanyum ince taneli bir yapının meydana gelmesine neden olur.

Saf madenler, sabit bir ergime veya katılaşma sıcaklığına sahiptir. Buna karşılık, alaşımlar bir katılaşma

veya ergime aralığına sahiptir. Bu aralığı ergime ve katılaşma eğrileri sınırlandırılmıştır. Bu aralık dahilinde

alaşımlar, kısmen sıvı kısmen de katı haldedirler. Alaşımların kaynak kabiliyeti de bu aralığın büyüklüğüne

bağlıdır. Alüminyum alaşımlarından ergime aralığı büyük olanlar zor, küçük olanlar kolay kaynak yapılabilir.

Yani alaşım içerisinde bulunan alaşım elemanlarının yüzde miktarı arttıkça, kaynak kabiliyetleri de zorlaşır.

Fakat ötektik alaşımlarda istisna vardır. Zira ötektik alaşımlarda da saf madenler gibi belirli sıcaklıkta ergir ve

katılaşır.

Soğuk çekilen veya ısıl işlemle sertleştirilen bir malzemenin kaynağında, alevin tesiriyle dikişin

yanındaki bölgelerde mekanik özellikler düşer. Bu sayede yumuşamış bölge elde edilir. Bu yumuşayan bölgenin

genişliği, sacın kalınlığına ve kaynağın yapılış şekline bağlıdır. Bu genişlik ortalama 40-80mm’dir.

Alüminyum ve Alaşımlarının Elektrik Ark Kaynağı

Alüminyum ve alaşımlarında elektrik ark kaynağı özellikle kalın parçaların ve fazla miktarda harekete

ihtiyaç gösteren konstrüksiyon elemanlarının birleştirilmesinde iyi sonuçlar verir. Ayrıca iş kaşe ve bindirme

gibi oksi-asetilen kaynağı ile yapılması zor dikişler de bu şekilde kaynak edilir.

Alüminyum ve alaşımlarının elektrik ark kaynağında kullanılan bütün metal elektrodlar örtülüdür. Örtü

maddesi de alüminyum ve alaşımlarının oksi-asetilen kaynağında kullanılan dekapanlarla hemen hemen aynı

karışımda bulunur ve aynı vazifeyi görür.

İyi bir elektrodun şu özelliklere sahip olması gerekir:

a) İyi bir tutuşma kabiliyetine sahip olmalıdır.

b) Düzgün, sıçrama yapmayan bir ergime kabiliyetine haiz bulunmalıdır.

c) Örtü, yüksek ark sıcaklığında buharlaşma dolayısıyla bozulmayan iyi bir tesir kabiliyetine sahip

olmalıdır.

d) Kaynağı takiben, örtünün oluşturduğu cüruf kolayca kalkabilmelidir.

e) Gözeneksiz bir dikiş temin etmelidir.

f) Örtü mümkün olduğu kadar az hogroskopik olmalıdır.

g) Dikişin mukavemet özellikleri iyi olmalıdır.

h) Örtü, kaynak yaparken meydana gelen alümini çözebilmelidir.

Kullanılan elektrodların çekirdek malzemelerinin, oksi-asetilen kaynağında olduğu gibi, esas malzeme

ile aynı karışımda olması istenir. AlCu ve AlZnCu gibi alaşımların kaynağında %5-12 silisyumlu elektrodlar

kullanılır. Mg ihtiva eden alaşımlar, gayet az veya hiç magnezyum bulunmayan elektrodlarla kaynak yapılır.

Kaynak Bağlantısının Mukavemeti

Yumuşak alüminyum veya alüminyum alaşımlarında, dikişin mukavemeti daima esas malzeme ile aynı

değere erişir. Yalnız AlMg alaşımlarında küçük bir mukavemet düşmesi meydana gelir. Hadde alüminyum ile

www.teknikbelgeler.com Page 18

ısıl işlem neticesinde sertleşen alüminyum alaşımlarında kaynaktan sonra sıcaklığın tesis ettiği geçiş

bölgelerinde sertlik ve mukavemette düşme olur. Sıcaklığın tesiri altında kalan ve yumuşayan geçiş bölge,

elektrik ark kaynağında, oksi-asetilen kaynağına nazaran daha dardır. Eğer parça işlemeden önce bir ön ısıtmaya

tabi tutulursa kırılma, sıcaklığın tesir ettiği bölgede olur. Fakat bunun istisnaları vardır. Mesela AlCuMg, AlCu

ve AlMg gibi ısıl işlemle sertleştirilen alaşımlarda kırılmanın dikişte olduğu da görülmüştür.

Alüminyum ve Alaşımlarının Koruyucu Gazla Ark Kaynağı

Ark atom kaynağının, metal elektrodlarla yapılan elektrik ark kaynağına oranla, 0,5mm gibi ince saçları

birleştirme üstünlüğü vardır. Kaynak hızı, metal elektrodlarla yapılan ark kaynağından az ve oksi-asetilen

kaynağından da iki misli daha yüksektir.

Ark atom kaynağında da oksi-asetilen kaynağında kullanılan aynı dekapanlar kullanılır. Uygulanan akım şiddeti,

parça kalınlığına bağlıdır.

Ark atom kaynağının üstünlükleri şunlardır:

1. Bu kaynak usulünde arkın meydana getirdiği yüksek ısı konsantrasyonu dolayısıyla, bazı durumda

ön ısıtmaya gerek kalmadan kaynak yapılır.

2. Ergimiş maden banyosu, hidrojen gazı ile örtüldüğünde dikişi, havadaki oksijen ve azotun

tesirinden korunur. Ayrıca, alaşım elemanlarının yanma yüzünden kaybı da önlenmiştir.

3. Normal elektrik ark kaynağı ile 2mm’den ince saçların kaynağının yapılamamasına karşın, ark

atom kaynağında 0,5 - 2mm arasındaki saçları çok iyi kaynak yapmak mümkündür.

4. Ark atom kaynağında, oksi-asetilen kaynağına oranla, daha dar bir tavlama sahası elde edilir. Aynı

zamanda tavlama süresi de daha kısadır.

Kaynak Dikişinin Mukavemeti

1mm kalınlığında ve AlMg7, AlMg9, AlMgSi ve AlCuMg alaşımları üzerinde yapılan deneylerde, ark

atom kaynağı ile birleştirilen dikişlerin statik mukavemetlerinin, oksi-asetilen kaynağı ile bağlanan parçalardan

daha yüksek olduğu görülmüştür. Özellikle kıvrık olarak birleştirilen alın dikişlerinin mukavemetleri daha

fazladır. Kaynak yapılmış dikişlerin uzamaları her iki kaynak usulünde birbirinden farklıdır. Bazı alaşımlarda

oksi-asetilen kaynağında daha yüksek, bazı alaşımlarda ise ark atom kaynağında daha fazladır.

Kaynak yapılmış ince dikişlerin kaynaktan sonra dövme işleminden geçirerek mukavemet özelliklerini

ıslah etmek mümkündür. Bununla beraber AlMgSi alaşımlarında, dövme işlemi mukavemetin düşmesine bile

sebep olur. AlCuMg alaşımlarında gerilmelerin doğuracağı çatlamalardan sakınmak için gayet dikkatli bir

şekilde dövme yapılması gerekir.

Ark atom kaynağı ile birleştirilen dikişlerin korozyon mukavemeti, genellikle iyidir. Yapı da oksi-

asetilen kaynağına nazaran daha sıkıdır. Ark atom kaynağı usulü ile birleştirilen saf alüminyum kaynak

dikişlerinin korozyona karşı dayanıklılığı hemen hemen kaynak yapılmamış esas malzeme ile aynıdır.

6xxx Serisi Alüminyum Alaşımlarının Genel Özellikleri

AA 6XXX serisi alaşımlar, magnezyum (Mg) ve silisyum (Si) ihtiva ederler. Bu elementlerin ve içindeki

diğer yabancı maddelerin (Fe, Cu, Mn, Zn, gibi) belirli sınırlar içinde farklı değerlerde olmaları, alaşımların

www.teknikbelgeler.com Page 19

kullanılma yerine göre farklı özelliklerde profil üretilmesini sağlar. Demir (Fe) miktarı % 0,20 veya daha düşük

olan 6XXX serisi alaşımlarda, profil polisaj yapıldığında parlak yüzey elde edilir. Fe miktarının bu değerden

yüksek olması durumunda, profilin rengi grileşmeye başlar, parlaklık donuklaşır. Mat yüzey elde edilmesi için

de Fe miktarı en az % 0,18 olmalıdır. Fe miktarı yükseldikçe o ölçüde rahat ve cazibeli mat yüzey elde edilir. Fe

miktarının % 0,30'dan fazla olması ise eloksal sonrasında donuk bir görünüme neden olacağı gibi, ekstrüzyon

prosesini de zorlaştırır.

Mg ve Si miktarlarının, profilin yapay yaşlandırma ısıl işlemi (termik) sonrası sertliğinde büyük önemi

vardır. Ancak, ısıl işlem sonrası maksimum sertlik temini için bu elementlerin üst sınırlarda olması ise, üretimin

düşük hız ile yapılmasını gerektirir. Çünkü kullanılan alüminyum kütük (billet) de aynı oranda serttir.

Sonuç olarak, profillerin kullanılma yerine göre, mümkün olduğu ölçüde amaca uygun alaşım ile üretim

yapılması faydalıdır. Profilin bir özelliğinin iyi olması istenirken, diğer bir özelliğinden fedakârlık edilmesi

gerekmektedir.

Aşağıda tipik 6XXX alaşımları olan AA 6060 ve AA 6063 alaşımlarının kimyasal bileşim limitleri

gösterilmiştir :

Si Mg Fe Cr Cu Zn Mn Ti Diğer

AA6060 0.30-0.60 0.35-0.60 0.1-0.3 0.05 0.1 0.15 0.1 0.1 %0,05 maks. her biri toplam %0,15

AA6063 0.20-0.60 0.45-0.90 0.35 0.10 0.1 0.10 0.1 0.1 %0,05 maks. her biri toplam %0,15

6XXX serisi (AlMgSi) alaşımları içinde en çok kullanılanlar 6060, 6063 (EN ve yeni TS notasyonunda) ve

AlMgSi0.5 (DIN ve eski TS notasyonunda) alaşımlarıdır. Bunların kimyasal bileşimleri genelde aynı olup, alt ve

üst limitlerde nüans farklılıkları gösterirler.

Büyük olasılıkla, halen kaynaklı parçalarda kullanılmakta olan 2024 AlCuMg alaşımının yerini alacak olan

malzeme 6013 AlMgSiCu alaşımıdır. Bu alaşım 2024 Al alaşımıyla karşılaştırıldığında aynı yoğunlukta 10 kat

daha düşük mukavamete, benzer korozyon direncine ve aynı üretim maliyetine sahiptir. 6013 alaşımı yeni

geliştirilmiş bir alaşımdır ve kullanım alanı havacılık, otomotiv ve eğlence sanayilerini kapsar.

SKK’lı 6013 Alüminyum Alaşımının İncelenmesi

Bu araştırma, külçenin(DKB) ve ITAB’ın mikroyapısını 6013 alaşımının esas malzemesiyle

karşılaştırarak inceler. Kaynak takımıyla ona bağlı olarak malzemenin akışının etkileşimini ve kaynak işlemiyle

ilişkili olan mikroyapısal değişiklikleri anlamak için mikroskobik ve X-ışını kırınımı teknikleri mikrosertlik

ölçümleriyle ve çekme deneyleriyle birleştirilmiştir.

Deneysel İşlemler

4mm kalınlığında haddelenmiş 6013 alaşımı plakası(Şekil 1), T4(565°C’den 570°C’ye ısıl işlem

görmüş ve su verilerek en az 21 gün oda sıcaklığında doğal olarak yaşlandırılmıştır) ve T6(ısıl işlem görmüş,

www.teknikbelgeler.com Page 20

T4’deki gibi su verilmiş, 190°C/4 saat yapay olarak yaşlandırılmış ve devamında havayla soğutulmuştur)

durumlarında sürtünme karıştırma kaynağıyla kaynaklanmıştır. Çözelti ısıl işlemi ve yapay yaşlandırma için

plakalar sıcak ocağa yerleştirilmiş, böylece numuneleri çözelti ve yaşlandırma sıcaklıklarına ısıtma zamanı

kısalmıştır. 190°C’de 4 saat bir hava ocağında ısıtmadan ibaret olan son kaynak ısıl işlemi(PWHT),

kaynaklanmış T4 tabakasına, çökelti sertleştirmesine bağlı olarak mukavemeti arttırmak için, uygulanmıştır.

Alaşımın kimyasal kompozisyonu aşağıdaki gibidir:

Mg Si Cu Mn Fe Cr Zn Ti Al

AA6013 0.90 0.72 0.95 0.36 0.27 0.03 0.07 0.02 Balans

Şekil1-Haddelenmiş 6013 esas malzemesinin optik mikrografiği

SKK takımı 1400 dev/dakikada dönerken, doğrusal kaynak hızı sırasıyla 400mm/d(T6) ve

450mm/d(T4)dır. Numuneleri, elektron demetinin ilettiği elektron mikroskobuna(TEM) ve optik

mikroskoba(OM) hazırlamak için standart metalloğrafik teknikler uygulanmıştır.

Vickers mikrosertlik ölçümleri(0.05HV, yani 0.49N yük) kaynağın bir tarafından öbür tarafına, yani

kaynak yönüne dik olarak, t tabaka kalınlığında, t/8(üst bölgeye yakın)de, t/2(merkez)de ve 7t/8(alt bölgeye

yakın)de kaynağın merkezinden itibaren sertliğin uzaklıkla değişimini incelemek için uygulanmıştır.

Gerilme özellikleri kaynağın enine göre değerlendirilmiştir. Çekme numunelerinin bağlama boyları

50mm’dir. Kalınlık 2,5mm, yani yüzey işlenmemiştir. Her koşul için eş deneyler yürütülmüştür. Kaynak

yerindeki ve esas malzemedeki bölgesel gerilme ölçülmüştür. Adsal ağ büyüklüğü 200μm(±3μm) olan bir ızgara

deforme olmamış çekme numunelerinin yüzeyine fotoğrafik bir teknikle uygulanmıştır. Deforme olmuş durumun

ağ büyüklüğü bir ölçü mikroskobu kullanılarak ölçülmüştür.

www.teknikbelgeler.com Page 21

Mikroyapısı

Kaynaklanmış malzeme tabakasının optik mikrografiği Şekil 2’de gösterilmiştir. Kaynak bölgesi, asitle

oyulduktan sonra farklı kontrastların banyo edilmesi sayesinde Şekil 2a’da az büyütülmüş olarak net bir şekilde

görülmektedir. Kaynak yönü görüş hattı içindedir. Kaynak bölgesi V şeklindedir ve takımın omzuyla üst yüzey

arasındaki yakın temas yüzünden üst yüzeye yaklaşırken genişlemektedir. Kaynak külçesi ancak fark

edilebilmektedir ve çok belli değildir.

Haddelenmiş esas malzeme, L/ST ve LT/ST düzlemlerinde(Şekil 2) uzatılmış yassı şekilli tanelerle

nitelendirilirken, külçe, eş eksenli taneler şeklinde görünür. LT/ST düzlemindeki esas malzemenin ortalama tane

büyüklüğü dmax= 62μm ve dmin= 20μm olarak ölçülmüştür. ITAB benzer olarak, dmax=59μm ve dmin= 17μm

tane boyutlarını gösterir (Şekil 2b). Kaynak külçesinin ortalama tane büyüklüğünün 10 ila 15μm arasında

değiştiği bulunmuştur(Şekil 2c). Bununla birlikte 8μm büyüklüğündeki küçük taneler bile kaynaklanmış

tabakanın altına yakın yerlerde bulunmuştur(Şekil 2d).

Şekil-2 Kaynak yönüne dik olan kesitin görünüşü(a)nün bir yanından öbür yanına kadar OM ile büyütülmüş mikroyapısının

detayları(b,c,d)

Külçenin oldukça küçük tane boyutuyla eş eksenli şeklinin birleşmesi, dinamik olarak yeniden

kristalleşmenin(DK), skk süresince deformasyon ve erime sıcaklığının 0,8 katına kadar ulaşan sıcaklık nedeniyle

meydana geldiğini gösterir. Kaynak külçesinin küçük eş eksenli taneleri, TEM folyolarında da

bulunmuştur(Şekil 3). Böyle tanelerin iç kısımları, DKB oluştuktan sonra deformasyonun devam ettiğini

gösteren alt tanelerden oluşmaktadır. Alttaneler aynı zamanda, tane boyutu daha büyük ve taneler uzatılmış

www.teknikbelgeler.com Page 22

olmasına rağmen, ITAB içinde de bulunmuştur. ITAB’ın tane sınırları, Al, Mg, Si ve Cu içeren çökeltilerle

yoğun olarak toplanmıştır.

Şekil 3-Kaynak külçesinin TEM mikrografiği. Küçük eşeksenli taneler içteki alt taneleri göstermektedir.

Mikrosertlik Ölçümleri

Mikrosertlik, tabaka kalınlığının yarısında(t/2), alt bölüme yakınında(7t/8) ve en üstte(t/8) ölçülmüştür.

Sonuçlar T4(Şekil 4a) ve T6(Şekil 4c) durumları için gösterilmiştir. Kaynak bölgesi esas malzemeden oldukça

yumuşaktır. Bu yumuşama kaynak yerinin merkez hattının iki tarafından 13 ila 15mm içeride

gözlemlenmiştir(x=0). Üç sertlik profili birbirlerinden farklı olarak minimum sertlik profili değerleri alta yakın

tabakada(7t/8) merkezden 6mm uzakta 95 ila 100HV bulunurken, bu değerler en üste yakın tabakada(t/8)

merkezden 10mm uzakta bulunmuştur(Şekil 4). Tabaka kalınlığının yarısında ölçülen minimum sertlik bu

değerlerin arasında bulunmuştur. En üste yakın bölgede, minimum sertlik değerlerinin sertlik eğrisinin keskin ani

inişiyle ilgisi vardır. Bu minimum ani iniş, en üstten alta kadar genişler, bu nedenle plato kısmı(minimum

değerden büyük sertlikli) kaynak sınırlarının merkez hattı etrafında gözlemlenmiştir. Mikrosertlik eğrileri Şekil

2a’da gösterilen V şeklindeki geometriye iyi bir şekilde uymaktadır.

T4 durumunda mikrosertlik, esas malzemede 120HV’den kaynak merkezinde 100HV civarına

düşmektedir(Şekil 4a). 190°C’de 4 saat PWHT, minimal eğriler hala bulunurken, kaynak merkezinde ve esas

malzemede sertliği yaklaşık 140HV’ye çıkarır(Şekil 4b). T6 durumunda kaynaklanmış tabaka(Şekil 4c), kaynak

merkez hattı civarında 110HV gibi değerler gözlemlenirken yaklaşık 140HV değerinde esas malzeme sertliği

göstermiştir.

www.teknikbelgeler.com Page 23

Şekil 4-T4(a), son kaynak ısıl işlemli T4(b) ve T6(c) koşulları için skklı tabakanın en üst(t/8), merkez(t/2) ve en alt(7t/8) kısımları için

mikrosertlik profilleri. Kaynağın merkez hattı x=0’dadır.

Bölgesel Gerilme Ölçümleri

6013 alaşımının, kaynaktan önceki ve sonraki gerilme özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir:

Durum Sonkaynak

Isıl İşlemi σy

(MPa)

UTS

(MPa) εf

(%)

Bağlantı

Verimi

T4(esas malzeme) - 222 320 20.5 -

T6(esas malzeme) - 357 394 11.5 -

T4+SKK - 160 300 8.7 0.94

T4+SKK 190°C/4saat 247 323 1.2 0.82

T6+SKK - 165 295 4.5 0.75

Bölgesel gerilme ölçüm verileri Şekil 5’te t/8 için bulunan mikrosertlik eğrileriyle birlikte verilmiştir.

Şekil 5’ten bütün durumlar için maksimum bölgesel gerilmenin her zaman ITAB’da yoğunlaştığı açıkça görünür.

www.teknikbelgeler.com Page 24

Şekil 5- T4(a), ısıl işlemden geçirilmiş T4(b) ve T6(c) durumlarındaki Skklı tabakanın t/8’deki bölgesel gerilmesi(sağ eksen) ve

mikrosertliği(sol eksen)

T4 tabakası için(Şekil 5a), T4 ısıl işleminden sonra deformasyona karşı düşük direnç nedeniyle kaynak

külçesinde ve esas malzemede %5 ila 10 değerinde gerilmeler ölçülürken, %8,7 değerinde yüksek makroskobik

kırılma gerilmesi değeri ölçülmüştür(tablo). T6 tabakası, esas malzemede ihmal edilebilir bir deformasyon

bulunurken kaynak külçesinde bir miktar bölgesel gerilme(%5 ila 10) göstermiştir(Şekil 5c). Bu, sertleştirme

çökeltilerinin çözünmesinin ve T6 işleminden sonra esas malzemenin yüksek mukavemetinin neden olduğu

kaynak külçesinin yumuşaklığıyla açıklanabilir. T4 tabakasını son kaynak ısıl işleminden geçirdikten sonra

ITAB’daki gerilme çok kolay saptanır(Şekil 5b). Bu, aynı zamanda bu durumdaki %1,2lik(tablo) düşük

makroskobik kırılma değerini de açıklar. Düktilitedeki düşüş, esas malzemenin ve külçenin deformasyona karşı

yüksek dirençle sonuçlanan yaşlandırma sertleştirmesinin ve ITAB’daki aşırı yaşlandırılmış çökeltmenin

sonucudur.

www.teknikbelgeler.com Page 25

SKK’lı 6061 ve 6082 Alüminyum Alaşımlarının İncelenmesi

Bu çalışmada incelenen alüminyum alaşımlarının kimyasal kompozisyonları aşağıda verilmiştir:

Araştırma Sonuçları

Araştırmalar sonucunda, sürtünme karıştırma kaynağında T6 ısıl işlemine tabi tutulmuş AA6082

alaşımında çökeltilerin çözülmesinden(veya irileşmesinden) dolayı ısı etkisi altındaki bölgede sertlik düşüşü,

dolayısıyla mukavemet kaybı söz konusudur. Yüksek hızlarda birleştirilen kaynaklı numuneler için ısı etkisi

altındaki bölgede kaynak dikişine yakın kısımda sertlik 70HV’ye kadar(25HV’lik bir düşüş) düşmektedir. Isı

etkisi altındaki bölgenin genişliği, yüksek hızlarda birleştirilen kaynaklı numunelere göre düşük hızlarda

birleştirilen kaynaklı numunelerde daha büyüktür ve sertlik, dolayısıyla mukavemet düşüşü fazladır.

(Şekil 1a ve b)

Şekil 1- T6 ısıl işlemi görmüş AA6082 Al-alaşımının farklı kaynak yöntemleri kullanılarak elde edilmiş birleştirmelerinin sertlik

profilleri(10kg yük kullanılmıştır). (a) Skk, TIG ve MIG kaynaklı birleştirmeler, (b) Skk’da ilerleme hızının elde edilen sertlik profiline etkisi

Mg Si Mn Fe Cu Cr Zn Ti Al

AA6061 1.10 0.56 - 0.21 0.19 0.21 - - Balans

AA6082 0.75 0.87 0.64 0.27 0.02 0.02 0.01 0.02 Balans

www.teknikbelgeler.com Page 26

7xxx Serisi Alüminyum Alaşımlarının Genel Özellikleri

Çinko, %1 ila 8 oranıyla 7xxx serisi alaşımlarda en fazla bulunan alaşımlama elementidir. Düşük

yüzdelik miktarında magnezyumla birleştirildiğinde ısıl işleme tabi tutulabilen alaşımlar çok yüksek

mukavemetli hale gelirler. Genellikle bakır, krom gibi diğer elementler de düşük miktarlarda eklenirler. 7xxx

serisi alaşımlar uçak gövdesi yapılarında, seyyar gereçlerde ve diğer yüksek gerilime maruz kalan parçalarda

kullanılırlar.

7xxx alaşımlarının imalinde genellikle galvanik aşınmayı önlemek için boyama işlemi uygulanır.

Bununla birlikte, bazı durumlarda boya katmanında bir boşluk oluştuğunda galvanik aşınmayı önlemek için ek

güvenlik önlemi olarak kaynak bölgesi başka bir alüminyum alaşımıyla kaplanır.

Isıl işleme tabi tutulabilen, fazla miktarda çinko ve bakır içeren 7xxx serisi alüminyum alaşımları

aşınmaya karşı kaynak ısısıyla değişebilen dirence sahiptirler. Mesela alüminyum–çinko alaşımlarında ITAB

anodik olurken, alüminyum-bakır alaşımlarında katodik olur.

7xxx serisi(alüminyum-çinko-magnezyum) alüminyumlar kaynak sırasında geniş bir çatlak hassasiyet

alanı sergilerler. Düşük miktarda bakır(<%0,1) içeren 7005 ve 7039 alaşımları 5356, 5183 ve 5556 magnezyum

dolgu alaşımlarıyla kolaylıkla birleştirilebilir. Fazla miktarda bakır içeren 7075 ve 7178 gibi 7xxx serisi

alüminyum alaşımları düşük katılaşma sıcaklıklarına ve çok geniş erime alanına sahiptir. Kaynaklandıklarında

kaynak çatlamasına aşırı derecede hassastırlar.

Yaşlandırılarak sertleştirilebilen alüminyum alaşımlarıyla ilgili olarak, 7075, 7050, 6061 ve 6063

alüminyum alaşımlarında skknın mikroyapısal incelenmesiyle ilgili çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların

sonuçları, dinamik olarak yeniden kristalleşen bölge(DKB)nin, büyük açılı tane sınırlarına eğilimi olan iyi bir eş

eksenli tane yapısı oluşturmak için dinamik olarak yeniden kristalleşmeye maruz kaldığını akla getirmiştir. Bu

araştırmacıların arasından, DKB’de dislokasyon yoğunluklarında eşitsizlikler olduğu rapor edilmiştir. Örneğin,

7050-T7451 Al’in DKB’si yüksek dislokasyon yoğunluğu içerirken, 7075-T6 Al alaşımında düşük dislokasyon

yoğunluğu olduğu bildirilmiştir. 6063-T5 Al için kaynak merkezindeki birkaç tanecik, daha yüksek yoğunlukta

dislokasyonlara sahipken, taneciklerin çoğunun düşük yoğunlukta dislokasyonlara sahip olduğu bildirilmiştir.

Aynı şekilde çökelme dağılımı, sıcaklığa karşı ağırlıktan oldukça etkilenmektedir. Sürtünme karıştırma

yönteminin neden olduğu bölgesel olarak ısıtma, önemli mikroyapısal değişiklikler oluşturur. 7075 ve 7050

alaşımları, kuvvetlendirme çökeltisi ve termal çevrim sayesinde ısının tesiri altındaki bölge(ITAB)de

irileşmiştirler. Ayrıca, DKB’deki çökeltiler SKK boyunca, tamamen yada kısmi olarak tekrar çözünmüştürler.

Rhodes ve çalışanları, 7075 alaşımının SKKsında 400 ve 480 °C sıcaklık aralığının, büyük çökeltileri tekrar

çözeltinin içine yollamaya ve soğuma sırasında kaynak yerinde tekrar çökelmesine zorlamak için yeterli olacağı

sonucunu çıkartmıştırlar. Bunun aksine Murr ve çalışanları bazı çökeltilerin kaynak sırasında çözünmediğini

bunun nedeninin de 400 °C sıcaklık alanının 6061 alaşımı için geçerli olduğunu göstermiştirler. Bu çalışmalar

özellikle TEB’le, yani işparçasıyla yada karıştırılmayan ana metal ve kaynak yeriyle, ilişkisi olan çökelme

davranışındaki karmaşık farkı öne sürmüştür. Bununla birlikte, karmaşık çökelme olayının detayları henüz

tamamen anlaşılmaktan uzaktır.

www.teknikbelgeler.com Page 27

SKK’lı 7050-T651 Alüminyum Alaşımının İncelenmesi

Bu araştırma, yüksek mukavemetli Al-Zn-Mg-Cu alaşımı olan 7050-T651’in skk sırasındaki

mikroyapısal değişimini inceler. TEM kullanılarak, tane yapısı, dislokasyon yoğunluğu ve çökelme olayı

incelenmiş ve çeşitli kaynak bölgeleri ve ana metallerle karşılaştırılmıştır.

Deneysel İşlemler

Seçilen alaşım 6,35mm kalınlığında skk ile alın alına kaynaklanmış 7050-T651 Al plakadır. Alaşımın

kimyasal kompozisyonu aşağıdaki gibidir :

Kaynak doğrultusu plakanın yoğrulma doğrultusuna paraleldir. Pimin devir hızı 350dev/dak. ve ilerleme

hızı 15mm/dakikadır. DKB’yi, TEB’i ve ITAB’ı teşhis etmek için optik metalografi yapılmıştır. Bu araştırmada

TEB kısmı TEB1 ve TEB2 olmak üzere iki parçaya ayrılmıştır(Şekil 1).

Şekil1- Ana metalden DKB’ye kadar olan farklı kaynak kısımlarını gösteren, 7050 Al alaşımının skksının kesiti

TEM folyoları, kaynak bölgeleri ve ana metal boyunca çeşitli yerlerden kaldırılmıştır. Enine

metalografik örnekler hazırlanmış ve elektriksel deşarj makinası(EDM) ile 3mm çapında silindirler halinde

işlenmiştir. 100μm kalınlığında diskler bu silindirlerden EDM makinasıyla işlenmiş ve 50μm’ye indirilmiştir.

TEM numuneleri, ince parçalar üretmek için tek enjektörlü elektroparlatıcı kullanılarak elektrolitik olarak

parlatılmıştır. Mikroyapısal inceleme, 200kV’da çalışan W-filamanlı bir JEOL 2000FX aracında uygulanmıştır.

Sonuçlar

Tane Morfolojisi ve Dislokasyon Yapıları

Ana metaldeki ve kaynak yerindeki tane yapıları, az büyütülmüş TEM fotoğraflarında

gösterilmiştir(Şekil 2). Esas alaşımdaki mikroyapı, 1-5μm boyutlarındaki alt tanecikleri içeren yeniden

kristalleşmemiş kısımlı, kısmi olarak yeniden kristalleşmiş yatık şekilli taneleri gösterir(Şekil 2a). Koyu

bölgedeki birbirlerine yakın olan tanelerin difraksiyonundaki küçük farkın görünümü, küçük açı sınırlarının

hakimiyetini gösterir(Şekil 2b). ITAB’daki skk ile mekanik olarak karıştırılmamış kısmın tane yapısı ana

Zn Mg Cu Zr Al

7050-T651 5.7~6.7 1.9~2.6 2.0~2.6 0.08~0.115 Balans

www.teknikbelgeler.com Page 28

metalinkine benzemektedir(Şekil 2c). Ana metaldeki ve ITAB’daki taneler nispeten düşük dislokasyon

yoğunluğu içerirler.

Şekil 2- Farklı kaynak kısımlarındaki tane yapıları: (a)ana metal, (b)koyu bölge olarak görünen kısım, (c)ITAB), (d)TEB1,

(e)TEB2 ve (f)DKB.

Esas metal ile DKB arasında bulunan TEB, çok fazla deformasyona uğramış yapıya göre nitelendirilir.

Alt tanelerin irileşmeleriyle, uzayan ana metal taneleri TEB1’de korunmaktadır(Şekil 2d). Buna ek olarak,

TEB1’deki çoğu taneler yüksek dislokasyon yoğunluğu ve ağ yapısı içerirler(Şekil 3a). Tanelerin içindeki bazı

www.teknikbelgeler.com Page 29

dislokasyon duvarlı taneler(Şekil 3b), iyileşmenin doğada tamamlanmadığı veya sürekli olduğu izlenimini

bırakır. Aynı biçimde, ikinci faz parçacıklarıyla iliştirilmiş dislokasyonlar da gözlenmiştir(Şekil 3c). TEB2 kısmı

yüksek yoğunluklu alt sınırları içeren iyileşmiş tanelere göre nitelendirilir(Şekil 2e). Alt taneler eş merkezli,

kabaca 1 ila 2μm büyüklüğündedirler ve düşük dislokasyon yoğunluğu içerirler(Şekil 3d). Dinamik iyileşme

sürecinde, bu yeni tanelerin büyük açılı tane sınırlarıyla çevrelendiklerine dair bir delil yoktur.

Şekil 3- TEB1 ve TEB2 kısımlarındaki dislokasyon yapıları (a)yüksek dislokasyon yoğunluğu, (b)dislokasyon hücre yapısı, (c)ikinci faz

parçacıklarına ilişik dislokasyonlar, (d)iyileşmiş yapı

DKB yeniden kristalleşmiş, düzgün eş eksenli tane yapısı 1-4μm çap tarzındadır. Elektron difraksiyonu

bu tanelerin büyük açılı sınırlarla ayrıldıklarını göstermektedir. Çeşitli dislokasyon yapıları, yeniden

kristalleşmiş tanelerde gözlemlenmiştir(Şekil 4). Düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip birkaç tanede bulunan

helisel dislokasyon ilmikleri(Şekil 4a)nin, yükselmiş kaynak sıcaklığından çevre sıcaklığına termal su verme

işlemi sırasında üretildiğine inanılmaktadır. Çoğu tanelerde gözlemlenmiş yüksek yoğunluklu, ağ yapılı

dislokasyonlar(Şekil 4b), plastik deformasyonların dinamik olarak yeniden kristalleşmeden sonra SKKda ortaya

çıkabileceğini gösterir. İyileşme sürecinde, yüksek dislokasyon yoğunluğu gösteren tanelerle bitişik, düşük

dislokasyon yoğunluğu içeren taneler bulunmaktadır(Şekil 4c). Buna ilave olarak DKB’de, çeşitli iyileşme

derecelerindeki taneler birbirleriyle yan yana bulunmaktadırlar. Şekil 4d, alt tane sınırlarını oluşturmak için aynı

hizaya giren dislokasyonları göstermektedir. Benzer olarak dislokasyon soğurma olayının içindeki alt tane

www.teknikbelgeler.com Page 30

sınırları da gözlemlenmiştir. Bu davranış, DKB’deki dinamik olarak yeniden kristalleşmeyi anlamaya yardımcı

olabilmelidir.

Şekil 4- Dinamik olarak yeniden kristalleşmiş tane içlerinde dislokasyon yapıları: (a)boşluklu yapılı düşük dislokasyon yoğunluğu, (b)yüksek

dislokasyon yoğunluğu, (c)düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip iyileşmiş hücreler, (d)alt tane biçiminin ilk safhaları

Çökelti Dağılımı

Skk sırasında oluşan karmaşık bir çökelme düzeni, özellikle TEB ile ilişkilidir. Ana metalden DKB’ye

kadar olan çeşitli kısımlardaki çökelme olayının görünümü Şekil 5’te gösterilmektedir. Esas malzemede(Şekil

5a), 50nm’den daha küçük boyutta çok iyi bir arataneli(intragranular) çökelti dağılımı TEM mikrografı

tarafından gösterilmiştir. Buna ilaveten, daha iri çökeltiler, büyük açılı tanelerde ve alt tane sınırlarında bellidir.

Küçük bir serbest çökelti bölgesi(PFZ), tane sınırları boyunca bellidir(~25nm eninde). Şekil 5b ITAB’daki tipik

bir arataneli ve tane sınırlı çökeltinin mikrografiğini göstermektedir. Tanelerin içindeki çökeltiler homojen

olarak yayılı bir biçimde kalırlar. Esas malzemenin mikroyapısıyla karşılaştırıldığında, kuvvetlendirme çökeltisi

irileşmekte ve tane sınırları boyunca PFZ artmaktadır. TEB’deki çökelti morfolojileri Şekil 5c ve d’de

gösterilmiştir. Tane sınırları çok iri çökelti yapısı gösterirken, bu dağılım, arataneli iri(~100nm) ve 10nm

civarında, daha küçük çökeltilerden oluşur(Şekil 5c). Çift modelli çökelti büyüklüğü dağılımı şöyle açıklanabilir:

www.teknikbelgeler.com Page 31

TEB1’de kuvvetlendirme çökeltisi irileşmeye ve yüksek sıcaklıkların sonucunda kısmi çözünmeye maruz

kalmaktadır.

Şekil 5- Tane içindeki ve tane sınırı boyunca olan çökelti mikroyapıları: (a)esas malzeme, (b)ITAB, (c)TEB1, (d)TEB2, (e)DKB

www.teknikbelgeler.com Page 32

Çok küçük çökeltiler, soğuma esnasında dislokasyonlar üzerinde heterojen olarak yeniden çökeltme

sonucu oluşurlar. TEB1’deki bazı tanelerde çökelme düzeni, Şekil 6a’da görüldüğü gibi, deformasyona uğramış

tane sınırı şekline benzemektedir. Skk termo-mekanik çevrimi sırasında tane büyümesinin oluşması

muhtemeldir, fakat önceki tane sınırları boyunca bulunan çökeltiler sınırlarla birlikte hareket etmezler ve

arataneli olarak dağılırlar. TEB1’le karşılaştırıldığında, TEB2’de az miktarda olan çok düzgün, homojen

olmayan bir şekilde dağılmış çökeltiler(10-20nm civarında) daha düzgün tanelerin ve az boşluklu tane sınırlı

çökeltilerin içinde bulunmuştur(Şekil 5d). Dislokasyon duvarlarındaki(ya da alttane sınırları) çökelti de bu

kısımda gözlemlenmiştir(Şekil 6b). Bu sonuçlar, TEB2’de sıcaklığın çözelti ısıl işleme sıcaklığına ulaştığı

izlenimini bırakmıştır, yani sertleştirme çökeltisi tane sınırları, alttane sınırları ve soğutma esnasında dislokasyon

merkezi boyunca tamamen çözünmekte ve ayrıcalıklı olarak yeniden çökelmektedir.

Şekil 6- TEB kısımlarındaki çökelt nitelikleri: (a)TEB1’deki Şekil 7- Yeniden kristalleşmiş bir tane içindeki dislokasyon yığılmaları

Deformasyona uğramış tane sınırı şeklinde yerleşmiş çökeltiler boyunca uzanan yeniden çökeltilmiş η fazı: (a)parlak bölge görünümü

(b)TEB2’deki alt tane sınırları üzerindeki η fazının ayrıcalıklı (b)koyu bölge görünümü

çökeltisi

DKB’deki çökeltilerin çözeltinin içine gittiği, çökeltinin yeniden dağılımının dislokasyon yapısına bağlı

olduğu, kaynak termal çevrimi boyunca yeniden çökeldiği anlaşılmaktadır. Büyük dislokasyon yoğunluğuna

sahip birçok tanelerde, TEM, 60-100nm civarındaki büyük yoğunluktaki çökeltilerin nispeten matriks boyunca

aynı şekilde dağılmış olduğunu göstermiştir(Şekil 5e,4b). Tane sınırı çökeltileri daha büyük, ayrılmaları daha

www.teknikbelgeler.com Page 33

fazla ve yaklaşık olarak 50-100nm eninde, tane sınırlarına bitişik bir PFZ bulunmaktadır(Şekil 5e). Daha düşük

dislokasyon yoğunluğuna sahip tanelerin içinde, küçük çökelti yoğunluğu gözlemlenmiştir(Şekil 4a). İyileşmiş

yapı gösteren bu tanelerde çökelme, dislokasyon yığılmalarının yada alttane sınırlarında oluşmuştur(Şekil 7a,b).

Kaynakça

1. Gürel Çam - “Sürtünme Karıştırma Kaynağı(SKK): Al-Alaşımları İçin Geliştirilmiş Yeni Bir Kaynak

Teknolojisi”

2. H.Atakoğlu - “Sürtünme Karıştırma Kaynaklı Alüminyum Alaşımlarının İç Yapı Ve Mekanik

Özelliklerinin İncelenmesi

3. Stephan W.Kallee, E.Dave Nicholas, Wayne M.Thomas - “Friction Stir Welding – Invention,

innovations and applications

4. Beate Heinz, Birgit Skrotzki - “Characterization Of A Friction-Stir-Welded Aluminum Alloy 6013”

5. Paul B.Dickerson - “Welding Of Aluminum Alloys”

6. F.Cardarelli - “Aluminum Alloys”

7. J.Q.Su, T.W.Nelson, R.Mishra, M.Mahoney - “Microstructural Investigation Of Friction Stir Welded

7050-T651 Aluminium”

8. B.Lenczowski - “New Lightweight Alloys For Welded Aircraft Structure”

9. L.E. Svensson, L.Karlsson - “Proc. Of The First Int. Symp.On Friction Stir Welding”

10. H.K.D.H. Bhadeshia - “Friction Stir Welding”

11. M.Ericsson, R.Sandstorm - “Fatigue Performance Of Friction Stir Welded Al-Mg-Si-Alloy 6082”

12. W.M.Thomas, E.D.Nicholas - “Friction Stir Welding For The Transportation Industries”

13. J.Backlund, A.Norlin, A.Andersson - “Friction Stir Welding – Weld Properties And Manufacturing

Techniques”

14. Mustafa Pakdil, Gürel Çam, Seçil Erim - “6xxx Serisi Alüminyum Alaşımlarının Kaynaklı Kullanımı

ve Karşılaşılan Problemler”

15. Gürel Çam - “Sürtünme Karıştırma Kaynağındaki Gelişmeler”

16. K.E.Knipström - “New Welding Method For Aluminium”

17. C.J.Daves - “An Introduction To Friction Stir Welding And Its Development”

18. O.T.Midling - “Material Flow Behaviour And Microstructural Integrşty Of Friction Stir Butt

Weldments”

19. G.Liu, L.E.Murr, C-S.Niou, J.C.McClure, F.R.Vega - “Microstructural Aspects Of The Friction Stir

Welding Of 6061-T6 Aluminum”