Alüminyum-silisyum döküm alaşımlarına genel bir bakış
Al-Si denge faz diyagramı
Alüminyum ve silisyum temelli alaşımlar, alüminyum döküm sanayisinde en çok dökülen alaşım sınıfı. Döküm alaşımları sınıflandırılmasında 4XX.X koduyla, ya da içinde magnezyum ve/veya bakır da varsa 3XX.X sayı koduyla (A356.0 gibi) belirtilen bu alaşımlar, döküm yoluyla üretilen tüm alüminyum alaşımları içinde %90’a varan bir oranı teşkil ediyor. Bu alaşımlar, silisyumun sağladığı yüksek akışkanlık sayesinde karmaşık ve ince kesitlere sahip parçaların döküm yoluyla üretimini mümkün kılabiliyor.
Mukavemetin çok yüksek olmasına gerek olmayan ama korozyon direncinin yüksek olması gereken durumlarda bakır içermeyen alaşımlar tercih edilirken, yüksek mukavemet değerlerinin gerektiği ama korozyon direncinin çok önemli olmadığı durumlarda ise %5’e kadar bakır içeren alaşımlar kullanılabiliyor. Silisyum sıvı metale bir yandan akışkanlık sağlarken, diğer yandan dökülen parçada çekinti oluşma eğilimini de azaltıyor.
Ötektik altı (hipoötektik) Al-Si alaşımının mikroyapısı. Ötektik silisyum plakaları, beyaz renkle görülen Al dendritler arasında yer alıyor. (Kaynak: ASM International)
Alüminyum-silisyum faz diyagramında ötektik nokta %12,6 Si’ye denk geldiği için, alüminyum dendritlerinin yapıda bulunduğu ve yüksek çekme dayanımına sahip alaşımlar üretebilmek için silisyum miktarını bu ötektik değerin altında tutmak gerekiyor. A356 gibi yaygın kullanılan alüminyum döküm alaşımlarına baktığımızda, silisyum miktarının %7 civarında olduğunu görüyoruz. Silisyum parçacıklarının verdiği yüksek aşınma direncinin istendiği durumlarda ise, silisyum miktarının ötektik nokta (%12,6 Si) üzerine çıkartılması gerekebiliyor. Döküm yöntemiyle üretilen parçalarda görülen en yüksek silisyum değerleri %24 civarında olurken, toz metalurjisi yönteminde bu oran %50 değerine kadar çıkartılabiliyor.
Al-Si alaşımlarında bulunması istenmeyen elementlerin başında demir geliyor. Alüminyum ile oldukça kararlı yapıda, fakat kırılgan doğaya sahip intermetalik bileşikler oluşturan demir, parçanın sünekliğini olumsuz etkilediği gibi, aynı zamanda korozyon dayancını da düşürüyor. Kum ve kokil kalıba dökümlerde maksimum %0,6 civarına kadar tolere edilen demir, basınçlı dökümde zaman zaman %3’e kadar tolere edilebiliyor. Demirin yarattığı bu zararlı etkilerden kurtulmak için alaşım içine bir miktar mangan ya da kobalt eklendiğini görebiliyoruz.
Ötektik üstü bir Al-Si alaşımının mikroyapısı. Yapıda dendrit bulunmadığına ve büyük proötektik silisyum parçacıklarının varlığına dikkat ediniz. (Kaynak: ASM International)
Al-Si alaşımlarında en önemli mikroyapısal değişimi yaratan element ise stronsiyum (Sr): Ötektik reaksiyon ile oluşan silisyum parçacıklarını incelten ve küreselleştiren stronsiyum, bu etki sayesinde parçanın mukavemetinde ve özellikle sünekliğinde önemli bir iyileşme sağlıyor.
Stronsiyuma benzer şekilde sodyum da (Na) silisyum parçacıkları üzerinde aynı etkiyi ortaya çıkartıyor. Tabii bu etkinin özellikle kum dökümde daha belirgin şekilde gözlendiğini belirtmemizde fayda var. Basınçlı dökümdeki yüksek soğuma hızı silisyum parçacıklarının hâlihazırda incelmesini sağladığı için, Sr’nin sağladığı iyileşmenin etkisi ister istemez daha az belirgin hale geliyor.
Kaynaklar ve ek bilgiler
İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.
Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)
