ALUMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ

DENEYİN AMACI:  Çökelme sertleşmesi Aluminyum veya Bakır gibi  katı hal dönüşümü göstermeyen metallerde mukavemet gibi mekanik özelliklerin geliştirilmesi için uygulanan bir ısıl işlemdir.

TEORİK BİLGİ:  Bazı Aluminyum ve Bakır alaşımlarına mukavemet veya sertlik gibi mekanik özelliklerin arttırılması amacıyla çökelme sertleşmesi  uygulanır. Çökelme sertleşmesi çok kabaca, aşırı doymuş bir yapıdan ısı altında kontrollu olarak yapıda çözünmüş fazın çökeltilerek mukavemet kazanılması işlemi olarak tarih edilebilir. Çökelme sertleşmesi için çökelme sertleşmesi  uygulanacak metal ile metalin içerisinde çözünen maddenin faz diyagramında sicaklıkla azalan bir çözünme eğrisi bulundurması gerekir. Bu gerekli fakat yeterli değildir. Seçilecek kompozisyon da önemlidir ve bu kompozisyon solvüs eğrisi gölgesinde kalmalıdır. Çökelme sertleşmesi 3 aşamalı bir işlemdir.Bu işlemler sırası ile Çözeltiye alma ,Su verme ve Yaşlandırma aşamalarıdır.
                 

Çözeltiye alma işlemi numunenin içerisindeki fazı çözebilecek bir sıcaklığa çıkılıp beklenmesi esasına dayanır.  Bu aşamada mikroyapı homojen bir yapı kazanır. Çözünürlük eğrisi üzerine çıktığımız bu sıcaklıkta bir süre beklenir ve daha sonraki aşama olan su verme aşamasına geçilir. Su verme aşamasında çözünürlük eğrisi üzerine çıkarak içindeki fazları çözdürdüğümüz bu yapı ani olarak soğutulur. Ani soğutma karşısında yapı içinde çözünmüş faz difüzyon için yeterli süreyi bulamaz ve yapı aşırı doymuş yani termodinamik olarak kararsız bir yapı haline dönüşür. 3. Aşama olan Yaşlandırma aşamasında aşırı doymuş bu faza sıcaklık etkisiyle çökelme imkanı tanınır. Yaşlandırma 20 ^oC ila 300 ^oC arasında 1 saat ila birkaç hafta zaman aralığında yapılabilir. Kullanıcının mekanik isteklerine bağlı olmak üzere aşırı doymuş yapı  belirli bir sıcaklıkta bellirli bir zaman bekletilir. Bu işlem neticesinde termodinamik olarak kararsız olan aşırı doygun bu yapıda çökelmeler meydana gelir. Bu çökeltilere Dispersiyon da denilir. Mukavemet, bu dispersiyonların yapı içerisindeki dislokasyonların hareketlerini engellemeleri sonucu arttar. Daha iyi bir mekanik özellik için daha homojen dağılımlı çökeltiler istenir.  Mukavemet oda sıcaklığı gibi düşük sıcaklıklarda çökelme yapıldığında maksimum olur fakat çok zaman gerektirir. Yüksek sıcaklıklarda ise kısa zamanda gerçekleşir  fakat daha az mukavemet elde edilir.  Bu nedenle ticari uygulamalarda optimum değer kullanılır. Örneğin Aluminyum olan uçak parçaları uçak yapılmadan imal edilir ve kullanılana kadar oda sıcaklığında yaşlanmaya bırakılır böylece daha iyi mekanik özellikler elde edilir.100 ^oC -200 ^oC  arasında yapılan yaşlandırma işlemine yapay  yaşlandırma (T6) daha düşük sıcaklıklarda yapılan yaşlandırmaya ise doğal yaşlandırma(T4) denir. Yüksek sıcaklıklarda gereğinden fazla durulduğunda çökelen partiküllerin kabalaşmasıyla birlikte mekanik özellikler zayıflar ve buna aşırı yaşlanma denir.

DENEYİN YAPILIŞI: Deneyde  4  adet Aluminyumnumune kullanıldı. Öncelikle Aluminyun içerisindeki Mg2Si intermetalik çökeltisini yapı içerisinde çözmek için numuneler 560 ^oC’ de fırında bir süre bekletildi  ve çözeltiye alma işlemi uygulandı.  Daha  sonra fırın kapağı açılarak bir maşa yardımıyla numuneler hızlıca oda sıcaklığındaki su içerisine daldırıldı ve çalkalandı. Sonuç  olarak aşırı doygun bir yapı elde edildi.4. Numune için de bu işlem uygulandıktan sonra numuneler kurutuldu.

                Daha sonra bu aşırı doygun çözeltiler yaşlandırma aşaması için 215 ^oC deki bir fırının içine yerleştirildi. Numuneler  215 ^oC’deki  fırın içerisinden her  15 dakikada bir alınarak sertlikleri karşılaştırıldı. Bulunan sonuçlar ışığında Aluminyum numunenin çökelme sertleşmesine cevap verip vermediği ve mekanik özelliklerinin zamanla nasıl değiştiği irdelendi.

SONUÇ:

	1.Numune	2.Numune	3.Numune	4.Numune
Sıcaklık oC	215	215	215	215
Zaman(dk)	15	15	15	15
d	602	597	591	580
HV	45HV	52HV	53HV	55HV

Yandaki tabloda aynı sicaklık farklı zamanlarda fırından alınmış numunelerin sertlik (HV)değerleri görünmektedir.Tabloya göre geçen zamanla beraber sertlik dolayısıyla mekanik özellikler gelişmiştir. Buradan kullandığımız Aluminyum alaşımınına çökelme sertleşmesi ile mukavemet kazandırabileceğimiz sonucu çıkıyor.

                                                                                                                                                                                                                                                   NOT: 0. Dakikada Numune sertliği 33 HV ölçülmüştür. Değerle mikrometre cinsindendir. Sıcaklığa bağlı sertlik grafiği çizilirse;

Yandaki gibi bir grakil elde eldilir. Grafiğe bakıldığında Fırın içerisinde kalma süresi arttıkça mekanik özelliklerin de iyi yönde değiştiği görülmektedir. Bu yükseliş aşırı yaşlanma bölgeşine kadar devam edecektir. Bir süre sonra mekanik özellikler kötü yönde gelişmeye başlayacaktır.

                       

KAYNAKLAR:

1-Ergün Keleşoğlu Isıl işlemler ders notları

2-Yıldız Teknik Üniversitesi Malzeme Proses laboratuvarı deney föyleri

3-William F. Smith 2006, " Malzeme Bilimi ve Mühendisliği " (Çevirien : Nihat G. Kınıkoğlu)

ONUR KART