Alüminyum, mükemmel işlenebilirlik özellikleri olan hafif, gümüşi, paslanmaya karşı dirençli bir metaldir—oksijen ve silisyumdan sonra en sık rastlanan (en çok bilinen) elementtir.
Alüminyum 19. yüzyılın sonunda keşfedilmiştir, ancak bugün çeliğin yanı sıra tüm mühendislik uygulamaları için en önemli metal olarak yer almaktadır.
Alüminyum doğada sadece bileşik olarak bulunur. Bu metalin üretimi için temel madde boksittir (alüminyumtaşı)—ki bu kireç taşının ve silikat kayalarının hava etkileriyle aşınması sonucu oluşan ve yüksek oranda (sıklıkla %50’nin üzerinde) A12O3 (alüminyum oksit) içeren bir üründür.
Saf alüminyum düşük dayanıklılıkta bir malzemedir. Belirgin olarak yüksek dayanıklılık nitelikleri—göreli olarak yüksek gerinim dayanımı (gerilebilirlik) ve esneklik limitleri ile birlikte—uygun alaşım bileşenleri eklenerek elde edilebilir. Alüminyum alaşım malzemeleri “doğal olarak sert” ve “ısıl işlem görebilir” (heat-treatable) malzemeler olarak sınıflandırılmaktadır.
Ama öncelikle “neden alüminyum” sorusu üzerinde durulmalıdır. Alternatif ürünler, özellikle P-20 gibi bir dizi çelik, H13 tool steel ve paslanmaz çelik, ayrıca çoğu kez berilyum içeren bakır-temelli (copper based) alaşımlar parça (alet) ve kalıp uygulamalarında kullanılmaktadır. Bunlar, yüksek dayanıklılık ve yıpranmaya karşı direnç, ve bakır alaşımlar durumunda da ısıl iletkenlik sağlamaktadırlar. Ama hiçbir malzeme belirli bir uygulama için arzu edilen özelliklerin tümüne sahip değildir; alternatif malzemeler de bu duruma istisna değillerdir—ki bunlar, ağır, genellikle daha az işlenebilir (makinede) ve çelik örneğinde zayıf ısıl geçirgenliği sahiptirler.
Alüminyum ile Çeliğin Kıyaslaması
Bu eksikliklerin üstesinden gelme alüminyumun devreye girdiği noktadır. Çelikle kıyaslandığında alüminyum,
— Dört kat daha fazla ısıl iletkenliğe sahiptir. Bu, kalıp işlemlerinde gereken soğuma devresini azaltır ve parça çarpıklığına/ bozulmasına (distortion) sebep olan yerel sıcak noktaları en aza indirir. Alüminyum ayrıca daha az tasarım ve makine işlemesi gerektiren daha basit soğutma sistemlerinin tasarlanmasına imkân sağlar.
— Hafiftir. Alüminyum, yaklaşık olarak çeliğin üçte biri oranında yoğunluğa sahiptir. Bu durum, takımların ve kalıpların kullanımını kolaylaştırır; daha düşük atalet (inertia) dolayısıyla kalıpların daha hızlı açılıp kapanmasını sağlar. Ayrıca, hafif ağırlıktaki aletlerle yapılan işlem daha az baskı aşınmasına sebep olur, ki bu bakım ve aksama süresini kısaltır. Bu yararlar özellikle geniş takım ve kalıplara ilişkindir.
— Daha hızlı bir şekilde makinede işlenebilir ve parlatılabilir. Alüminyum alaşımın niteliğine bağlı olarak çeliğe oranla üç ila on kat daha hızlı işlenebilirlik (makinede) mümkündür. Bu, özellikle derin oyukları olan geniş kalıpların üretilmesi için gereken zamanı kısaltır.
— Yüksek elektrik iletkenliği gösterir. Bu, çeliğe oranla daha düşük erime noktası ile birlikte, çeliğe oranla dört-beş kat yüksek bir hızda kullanılmasına imkan verir.
— Hafiftir. Alüminyum, yaklaşık olarak çeliğin üçte biri oranında yoğunluğa sahiptir. Bu durum, takımların ve kalıpların kullanımını kolaylaştırır; daha düşük atalet (inertia) dolayısıyla kalıpların daha hızlı açılıp kapanmasını sağlar. Ayrıca, hafif ağırlıktaki aletlerle yapılan işlem daha az baskı aşınmasına sebep olur, ki bu bakım ve aksama süresini kısaltır. Bu yararlar özellikle geniş takım ve kalıplara ilişkindir.
— Daha hızlı bir şekilde makinede işlenebilir ve parlatılabilir. Alüminyum alaşımın niteliğine bağlı olarak çeliğe oranla üç ila on kat daha hızlı işlenebilirlik (makinede) mümkündür. Bu, özellikle derin oyukları olan geniş kalıpların üretilmesi için gereken zamanı kısaltır.
— Yüksek elektrik iletkenliği gösterir. Bu, çeliğe oranla daha düşük erime noktası ile birlikte, çeliğe oranla dört-beş kat yüksek bir hızda kullanılmasına imkan verir.
Bu yarlar sayesinde, bir alüminyum üreticisinin hesaplarına göre kalıp uygulamalarında alüminyum kullanmak kalıp üretiminde çeliğe oranla %30 oranında maliyeti düşürmektedir—ki eğer parça üretim devre süresi ve dolayısıyla artan verimlilik de hesaba katılırsa bu rakam %40’a çıkar.
Çeliğin avantaj sağladığı bir alan yüzey sertliğidir. Bazı uygulamalarda—sıradan (conventional) plastik kalıbı kapsayanlar gibi—“base” alüminyum yüzey uygun niteliklere sahiptir. Bununla birlikte, daha yüksek yıpranma direnci gerektiren durumlarda, hard anodizing ya da nikel kaplama gibi yüzey uygulamaları neticesinde alüminyum yüzey sertlik seviyeleri çeliğinkine yaklaşır.
Takım ve kalıp malzemelerinin içinde çalışması gereken bir dizi değişik koşul olduğu için, bu muhtelif ihtiyaçları karşılamak üzere değişik alüminyum alaşım ve menevişleme kombinasyonları geliştirilmiştir. Hem döküm hem de haddelenmiş ürünler geniş bir yelpazedeki kalınlık, genişlik ve uzunluklarda mevcuttur. Her ürün tipinin uygulama ihtiyaçlarına göre geliştirilmiş çok özel nitelikleri bulunmaktadır.
Alüminyumun göreli olarak düşük yoğunluğu, tüm ürün ambalajlama, nakliye, üretim, montaj ve bakım aşamalarında mükemmel masraf tasarrufu imkânları sunmaktadır.
Alüminyumun Teknik Özellikleri
Göreli Yoğunluk (Relative Density)
Alaşım bileşenlerine göre 2.7 ile 2.9 g/cm3 arasında değişir. Bu sadece çeliğin ağırlığının 1/3’ü kadardır.
Paslanmaya karşı direnç
Alüminyum, hava ile temasa geçtiğinde doğal bir yüzey koruyucu tabaka oluşturur. Bu tabaka kaldırılması halinde yeniden oluşur ve böylece atmosferik paslanmaya karşı gözle görülür bir direnç gösterir. Saf ve tam saf (very pure) alüminyum, ve ayrıca bakır içermeyen alaşımlar çok geniş bir ortama karşı dirençlilerdir. Bu sebepten doyalı bu ürünler inşaat ve kimya sanayilerinde, yiyecek ve içecek sanayisinde ve otomotive sanayinde geniş çapta kullanılmaktadır. Bununla birlikte, çok yüksek güç haddine sahip—500 N/mm2 üzeri—alüminyum temelli malzemeler sınırlı dirence sahiptir. Bu durum yapısal tasarım çözümleriyle telafi edilmelidir.
Alüminyum, hava ile temasa geçtiğinde doğal bir yüzey koruyucu tabaka oluşturur. Bu tabaka kaldırılması halinde yeniden oluşur ve böylece atmosferik paslanmaya karşı gözle görülür bir direnç gösterir. Saf ve tam saf (very pure) alüminyum, ve ayrıca bakır içermeyen alaşımlar çok geniş bir ortama karşı dirençlilerdir. Bu sebepten doyalı bu ürünler inşaat ve kimya sanayilerinde, yiyecek ve içecek sanayisinde ve otomotive sanayinde geniş çapta kullanılmaktadır. Bununla birlikte, çok yüksek güç haddine sahip—500 N/mm2 üzeri—alüminyum temelli malzemeler sınırlı dirence sahiptir. Bu durum yapısal tasarım çözümleriyle telafi edilmelidir.
Soğuk ve sıcak şekillendirme (forming) özellikleri
Alüminyum görece olarak yüksek bozulma (deformasyon) direnci özelliğine sahiptir. Bununla birlikte, uygun teknik tesislerin kullanıldığı göz önünde tutulduğunda, alüminyum ve alüminyum alaşımları geniş bir yelpazede (rolling, extrusion, forging, casting) iyiden çok iyeye doğru soğuk ya da sıcak şekillendirme (forming) özellikleri gösterir.
Alüminyum görece olarak yüksek bozulma (deformasyon) direnci özelliğine sahiptir. Bununla birlikte, uygun teknik tesislerin kullanıldığı göz önünde tutulduğunda, alüminyum ve alüminyum alaşımları geniş bir yelpazede (rolling, extrusion, forging, casting) iyiden çok iyeye doğru soğuk ya da sıcak şekillendirme (forming) özellikleri gösterir.
İyi elektrik ve ısı iletkeni
Alüminyum yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir (saf alüminyum için 38’den yaklaşık 34 m/Ohm mm2’e). Elektrik iletkenleri için kullanılan malzemeler pratikte temel olarak saf alüminyum ve E-AlMgSi malzemeleridir. Isı iletkenlik düzeyi, yaklaşık 80-230 W/m o K demirden yaklaşık dört kat daha fazladır.
Alüminyum yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir (saf alüminyum için 38’den yaklaşık 34 m/Ohm mm2’e). Elektrik iletkenleri için kullanılan malzemeler pratikte temel olarak saf alüminyum ve E-AlMgSi malzemeleridir. Isı iletkenlik düzeyi, yaklaşık 80-230 W/m o K demirden yaklaşık dört kat daha fazladır.
Manyetik özellikler
Alüminyum manyetik değildir—ki bu, elektrik mühendisliği, elektronik ve makine mühendisliği alanlarında önemli bir özelliktir.
Alüminyum manyetik değildir—ki bu, elektrik mühendisliği, elektronik ve makine mühendisliği alanlarında önemli bir özelliktir.
Yüzey muamelesi (surface treatment)
Alüminyum için, hemen hemen her türlü uygulamaya mükemmel uyum yeteneği kazandıran, bir dizi yüzey muamele imkânı mevcuttur.
— Anodisation
— Dekoratif yüzeyler
— Geniş bir yelpazede renkler
— Teknik tesis / fabrika (plant) ve araçlar için yüzeyler
— Yıpranma-dirençli (wear resistant)
— Bir çok renk tonlarında toz kaplama (powder coating)
— Bir çok renk tonlarında ıslak-sprey boyama
— Parlatma
— Mekanik ve kimyasal
— Taşlama (grinding) ve fırçalama (brushing), vb.
Alüminyum için, hemen hemen her türlü uygulamaya mükemmel uyum yeteneği kazandıran, bir dizi yüzey muamele imkânı mevcuttur.
— Anodisation
— Dekoratif yüzeyler
— Geniş bir yelpazede renkler
— Teknik tesis / fabrika (plant) ve araçlar için yüzeyler
— Yıpranma-dirençli (wear resistant)
— Bir çok renk tonlarında toz kaplama (powder coating)
— Bir çok renk tonlarında ıslak-sprey boyama
— Parlatma
— Mekanik ve kimyasal
— Taşlama (grinding) ve fırçalama (brushing), vb.
Yüksek yansıtma
Alüminyum yüzeyler doğal olarak iyi ışık ve ısı yansıtıcılarıdır. Yansıtma ve soğurma (absorption) niteliklerini geniş bir aralıktaki değerlerde değiştirmek için bir dizi yüzey muamelesi uygulanabilir.
Alüminyum yüzeyler doğal olarak iyi ışık ve ısı yansıtıcılarıdır. Yansıtma ve soğurma (absorption) niteliklerini geniş bir aralıktaki değerlerde değiştirmek için bir dizi yüzey muamelesi uygulanabilir.
Birleştirme teknikleri
Hemen hemen tüm normal birleştirme teknikleri alüminyum ve onun alaşımları için kullanılabilir.
Hemen hemen tüm normal birleştirme teknikleri alüminyum ve onun alaşımları için kullanılabilir.
Sağlık riski taşımaması
Günümüz tıp bilgisine göre, alüminyum hiçbir sağlık riski taşımaz
Günümüz tıp bilgisine göre, alüminyum hiçbir sağlık riski taşımaz
Geri dönüşüm imkanı
Sanayide kullanıldığı hali ile “geri dönüşüm” terimi özellikle kırıntı/döküntü (scrap) ve kullanılmış mamul ürünlerin, yeni ürünlerin üretiminde ikincil hammadde olarak kullanımı anlamına gelir. Kullanımdaki tüm alüminyum hammaddelerin yaklaşık 1/3’ü, uygun geri dönüşüm işlemleri ile, hiçbir kalite kaybı olmaksızın, üretilmiştir.
Sanayide kullanıldığı hali ile “geri dönüşüm” terimi özellikle kırıntı/döküntü (scrap) ve kullanılmış mamul ürünlerin, yeni ürünlerin üretiminde ikincil hammadde olarak kullanımı anlamına gelir. Kullanımdaki tüm alüminyum hammaddelerin yaklaşık 1/3’ü, uygun geri dönüşüm işlemleri ile, hiçbir kalite kaybı olmaksızın, üretilmiştir.
Geri dönüşüm işlemi için (process), birincil (primary) alüminyum üretimi için gerekli olan enerjinin sadece %5’i gerekmektedir. Mümkün olan birçok malzeme arasında bir seçim yapılması gerektiğinde, alüminyum doğayla en barışık ve en ekonomik tercih olacaktır.
