Döküm, Dövme ve Levha Alüminyum: Aralarındaki Farklar Nelerdir?

Alüminyum alaşımları, yüksek özgül mukavemet, mükemmel korozyon direnci ve iyi işlenebilirlik özelliklerini bir araya getirir. Bu alaşımlar, otomotiv endüstrisinde çelikten sonra en yaygın olarak kullanılan ikinci malzemedir. Araçlarda hafifleştirme gereksinimleri arttıkça, alüminyum kullanımı da artmaya devam etmektedir. Otomotiv bileşenlerinde döküm alüminyum alaşımları, dövme alüminyum alaşımları ve alüminyum sacların kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır.

Döküm alüminyum alaşımları, şanzıman gövdeleri, motor blokları, silindir kafaları ve direksiyon mafsal braketleri dahil olmak üzere destek parçaları ve gövdelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretim süreçleri arasında vakumlu kalıp dökümü, oksijenli kalıp dökümü ve sıkıştırmalı döküm yer almaktadır.

Döküm Alüminyum Alaşımları

Yüksek vakumlu kalıp dökümünde, metal kalıp boşluğu doldurulmadan önce vakumlanır; bu sayede teorik olarak gazın erimiş metalle karışması önlenir. Bu şekilde elde edilen dökümler düşük gaz içeriğine, yüksek yoğunluğa ve önemli ölçüde iyileştirilmiş mekanik özelliklere sahiptir. Sonraki ısıl işlem ve kaynak işlemlerini desteklemek için, kalıp boşluğundaki etkin vakum basıncı 5 kPa'nın altında olmalıdır. Aşağıdaki şekil, yüksek vakumlu ve geleneksel vakumlu kalıp dökümlerini karşılaştırmaktadır.

Oksijenle yıkanmalı kalıp dökümü de gözenekliliği azaltır. Öncelikle kalıp boşluğu oksijenle doldurulur. Erimiş alüminyum içeri girdiğinde, oksijenle reaksiyona girerek eşit dağılımlı alümina parçacıkları oluşturur. Bu parçacıklar 1 μm'den daha küçüktür ve toplam ağırlığın yalnızca 0,1% ila 0,2%'sini oluşturur; bu nedenle sonraki işlemler üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Aşağıdaki şema bu prensibi göstermektedir.

Sıkıştırmalı dökümde, erimiş metal doğrudan açık bir kalıba dökülür. Ardından kalıp kapatılır ve statik basınç uygulanır; bu sayede reolojik şekillendirme, yüksek basınçlı katılaşma ve az miktarda plastik deformasyon meydana gelir ve böylece yüksek kaliteli bir metal parça elde edilir. Bu işlem temel olarak doğrudan ve dolaylı sıkıştırmalı döküm olarak ikiye ayrılır. Doğrudan sıkıştırmalı dökümde, basınç erimiş metale doğrudan etki eder ve belirgin bir yüksek basınçlı katılaşma etkisi yaratır; bu yöntem genellikle basit şekilli dökümler için uygundur. Dolaylı sıkıştırmalı dökümde ise, zımba basıncı, atış manşonu ve kütük aracılığıyla döküme iletilir. Uygulanan basınç sınırlıdır ve işlem nispeten yavaştır; bu da bu yöntemi, karmaşık parçaların yüksek hacimli üretimi için uygun kılar. Aşağıdaki şekilde iki işlem karşılaştırılmıştır.

Dövme Alüminyum Alaşımları

Dövme alüminyum alaşımları, genellikle süspansiyon kontrol kolları ve direksiyon mafsalları gibi kritik şasi bileşenleri de dahil olmak üzere, iyi mekanik performans gerektiren parçalar için kullanılır. Mevcut dövme yöntemleri arasında sıvı kalıplı dövme, yarı katı kalıplı dövme, izotermal dövme ve toz dövme yer almaktadır.

Tek parça jantların üretiminde genellikle sıvı kalıplı dövme yöntemi kullanılır. Bitmiş ürünler iyi mekanik özelliklere ve yüzey kalitesine sahiptir; ancak pahalı ekipmanlar ve karmaşık üretim süreci, üretim maliyetlerini yüksek tutmaktadır.

Yarı katı kalıplı dövme, sıvı kalıplı dövmeye benzer. Bir kütük yarı katı bir duruma ısıtılır, kalıba hızla enjekte edilir ve statik basınca maruz bırakılır; böylece sıvı akışı ve plastik deformasyon sayesinde parça şekillenir. Sıvı kalıplı dövme ile karşılaştırıldığında, daha düşük bir şekillendirme sıcaklığı kullanılır ve daha az hacimsel büzülme meydana gelir. Büzülme boşlukları ve çökme olasılığı azalır, kalıp ömrü uzar, gaz girişi azalır ve bitmiş parça kalitesi önemli ölçüde artar.

İzotermal dövme işleminde, ısıtılmış bir kütük, sıcaklığı kontrol edilen bir kalıba yerleştirilir ve sabit sıcaklıkta yavaşça dövülür. Sabit sıcaklık ve düşük dövme hızı, daha eksiksiz bir dinamik yeniden kristalleşmeye, daha homojen bir mikro yapıya ve gelişmiş sünekliğe olanak tanır. 6082 alüminyum alaşımı için yakın zamanda incelenen gelişmiş bir işlem, yarı katı ve izotermal dövmeyi birleştirir: kütük, çözelti ısıl işlemi sıcaklığında ön dövme işlemine tabi tutulur, ön yaşlandırma uygulanır ve son olarak 200°C'de izotermal olarak dövülür. Bu işlem, çökelme ve dislokasyonla güçlendirmeyi iyileştirerek daha yüksek sertlik ve mukavemete sahip kabul edilebilir parçalar üretmiştir.

Alüminyum Levha

2012 yılından sonra, Avrupa ve Kuzey Amerika’da yürürlüğe giren daha sıkı yaya koruma düzenlemeleri, otomotiv dış panellerinde alüminyum sacın yaygın olarak kullanılmasını tetikledi. 2020 yılına gelindiğinde, Kuzey Amerika'da kaput uygulamalarında alüminyumun payı 75%'ye ulaşırken, kapılar, bagaj bölmeleri ve tavanlardaki payı 25%'yi aştı. Bazı Audi, Jaguar, Ford ve Tesla modellerinde ağırlıklı olarak alüminyum gövde yapıları kullanılmaktadır. Geleneksel presleme ve çekme işlemlerine ek olarak, alüminyum sacın sıcak şekillendirilmesi alanında önemli ilerlemeler kaydedilmiş olup, bu teknoloji günümüzde önemli bir yüksek performanslı şekillendirme teknolojisi haline gelmiştir.

Sıcak şekillendirme, yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarının düşük sünekliği ve zor şekillenme sorunlarını çözmek amacıyla geliştirilmiştir. Sıcak damgalama, bu alanda kullanılan başlıca yöntemdir. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, boşluk sıcaklığı, damgalama hızı ve kalıp açıklığı gibi temel değişkenleri optimize etmek amacıyla geriye yayılımlı sinir ağı ile çok amaçlı genetik algoritma birleştirilmiştir. Elde edilen parçalar, 6061-T6 alüminyum alaşımının kopma mukavemetiyle uyumlu olarak 300 ila 320 MPa arasında çekme mukavemetine sahipti. Optimize edilen parametreler, tatmin edici performans, iyi mekanik özellikler ve yüksek şekillendirme hassasiyetine sahip parçaların üretilmesini sağlamıştır.

Alüminyum sacın soğuk şekillendirilmesi, esas olarak otomotiv gövde panellerinde kullanılmaktadır. Karmaşık geometri, düşük nispi kalınlık ve yüksek yüzey kalitesi gereklilikleri, bazı panellerin kırışmaya, çatlamaya ve geri esnemeye yatkın olmasına neden olmaktadır. Soğuk damgalama sırasında araştırmacılar, proses parametrelerinin incelmeme ve geri esnemeyi nasıl etkilediğini incelediler, ardından kalıp yüzeyinde telafi düzenlemeleri yaptılar ve parametreleri ayarladılar. Bu önlemler, geri esneme, kırışıklık ve çatlamayı etkili bir şekilde önledi.