1. Çatlak Oluşumuna Katkıda Bulunan Makroskobik Faktörler
1.1 Yarı sürekli döküm sırasında, soğutma suyu doğrudan külçe yüzeyine püskürtülerek külçe içinde dik bir sıcaklık gradyanı oluşturulur. Bu durum, farklı bölgeler arasında eşit olmayan bir büzülmeye neden olarak karşılıklı kısıtlamalara ve termal gerilimlere yol açar. Belirli gerilim alanları altında, bu gerilimler külçe çatlamasına neden olabilir.
1.2 Endüstriyel üretimde, külçe çatlaması genellikle ilk döküm aşamasında meydana gelir veya daha sonra soğuma sırasında yayılarak tüm külçeye yayılan mikro çatlaklar olarak ortaya çıkar. Çatlamanın yanı sıra, ilk döküm aşamasında soğuk kapanma, eğilme ve sarkma gibi diğer kusurlar da meydana gelebilir ve bu da onu tüm döküm sürecinde kritik bir aşama haline getirir.
1.3 Doğrudan soğutmalı dökümün sıcak çatlamaya karşı duyarlılığı, kimyasal bileşim, ana alaşım ilaveleri ve kullanılan tane inceltici miktarından önemli ölçüde etkilenir.
1.4 Alaşımların sıcak çatlama hassasiyeti, esas olarak boşluk ve çatlak oluşumuna neden olan iç gerilmelerden kaynaklanır. Oluşumları ve dağılımları, alaşım elementleri, eriyik metalurjik kalitesi ve yarı sürekli döküm parametreleri tarafından belirlenir. Özellikle, 7xxx serisi alüminyum alaşımlarının büyük boyutlu külçeleri, çoklu alaşım elementleri, geniş katılaşma aralıkları, yüksek döküm gerilmeleri, alaşım elementlerinin oksidasyon segregasyonu, nispeten düşük metalurjik kalite ve oda sıcaklığında düşük şekillendirilebilirlik nedeniyle sıcak çatlamaya özellikle eğilimlidir.
1.5 Yapılan çalışmalar, elektromanyetik alanların ve alaşım elementlerinin (tane incelticiler, ana alaşım elementleri ve eser elementler dahil) yarı sürekli döküm 7xxx serisi alaşımların mikro yapısını ve sıcak çatlama duyarlılığını önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir.
1.6 Ayrıca, 7050 alüminyum alaşımının karmaşık yapısı ve kolay oksitlenen elementlerin varlığı nedeniyle, eriyik daha fazla hidrojen emme eğilimindedir. Bu durum, oksit kapanımlarıyla birleşerek gaz ve kapanımların bir arada bulunmasına ve eriyikte yüksek hidrojen içeriğine yol açar. Hidrojen içeriği, işlenmiş külçe malzemelerinin muayene sonuçlarını, kırılma davranışını ve yorulma performansını etkileyen önemli bir faktör haline gelmiştir. Bu nedenle, eriyikteki hidrojen varlığının mekanizmasına dayanarak, yüksek saflıkta bir alaşım eriyiği elde etmek için eriyikten hidrojen ve diğer kapanımları uzaklaştırmak amacıyla adsorpsiyon ortamı ve filtrasyon-rafinasyon ekipmanı kullanılması gerekmektedir.
2. Çatlak Oluşumunun Mikroskobik Nedenleri
2.1 Külçe sıcak çatlaması, esas olarak katılaşma büzülme oranı, besleme hızı ve yumuşak bölgenin kritik boyutu tarafından belirlenir. Yumuşak bölgenin boyutu kritik bir eşiği aşarsa, sıcak çatlama meydana gelir.
2.2 Alaşımların katılaşma süreci genel olarak birkaç aşamaya ayrılabilir: yığın besleme, dendritler arası besleme, dendrit ayrımı ve dendrit köprüleme.
2.3 Dendrit ayrılma aşamasında, dendrit kolları daha sıkı bir şekilde paketlenir ve sıvı akışı yüzey gerilimi tarafından kısıtlanır. Yumuşak bölgenin geçirgenliği azalır ve yeterli katılaşma büzülmesi ve termal stres, mikro gözenekliliğe veya hatta sıcak çatlaklara yol açabilir.
2.4 Dendrit köprüleme aşamasında, üçlü bağlantılarda yalnızca az miktarda sıvı kalır. Bu aşamada, yarı katı malzeme önemli bir mukavemet ve plastisiteye sahiptir ve katı hal sürünmesi, katılaşma büzülmesini ve termal gerilimi telafi eden tek mekanizmadır. Bu iki aşama, büzülme boşlukları veya sıcak çatlaklar oluşturma olasılığı en yüksek olanlardır.
3. Çatlak Oluşum Mekanizmalarına Dayalı Yüksek Kaliteli Levha Külçelerinin Hazırlanması
3.1 Büyük boyutlu levha külçeleri genellikle yüzey çatlakları, iç gözeneklilik ve kapanımlar sergiler ve bunlar alaşımın katılaşması sırasında mekanik davranışı ciddi şekilde etkiler.
3.2 Alaşımın katılaşma sırasındaki mekanik özellikleri büyük ölçüde tane boyutu, hidrojen içeriği ve kapanım seviyeleri gibi iç yapısal özelliklere bağlıdır.
3.3 Dendritik yapıya sahip alüminyum alaşımlarında, ikincil dendrit kol aralığı (SDAS), hem mekanik özellikleri hem de katılaşma sürecini önemli ölçüde etkiler. Daha ince SDAS, daha erken gözenek oluşumuna ve daha yüksek gözenek oranlarına yol açarak sıcak çatlama için kritik gerilimi azaltır.
3.4 İnterdendritik büzülme boşlukları ve kapanımlar gibi kusurlar, katı iskeletin tokluğunu ciddi oranda zayıflatır ve sıcak çatlama için gereken kritik gerilimi önemli ölçüde azaltır.
3.5 Tane morfolojisi, sıcak çatlama davranışını etkileyen bir diğer kritik mikroyapısal faktördür. Taneler sütunlu dendritlerden küresel eş eksenli tanelere geçiş yaptığında, alaşım daha düşük bir rijitlik sıcaklığı ve gelişmiş interdendritik sıvı geçirgenliği sergiler ve bu da gözenek büyümesini baskılar. Ayrıca, daha ince taneler daha büyük gerinim ve gerinim hızlarını karşılayabilir ve daha karmaşık çatlak yayılma yolları sunarak genel sıcak çatlama eğilimini azaltır.
3.6 Pratik üretimde, eriyik işleme ve döküm tekniklerinin optimize edilmesi (örneğin, inklüzyon ve hidrojen içeriğinin yanı sıra tane yapısının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi), levha külçelerinin sıcak çatlamaya karşı iç direncini artırabilir. Optimize edilmiş takım tasarımı ve işleme yöntemleriyle bir araya getirilen bu önlemler, yüksek verimli, büyük ölçekli ve yüksek kaliteli levha külçelerinin üretilmesine yol açabilir.
4. Külçe Tane Rafinasyonu
7050 alüminyum alaşımında temel olarak iki tip tane inceltici kullanılır: Al-5Ti-1B ve Al-3Ti-0.15C. Bu incelticilerin hat içi uygulamalarına ilişkin karşılaştırmalı çalışmalar şunları göstermektedir:
4.1 Al-5Ti-1B ile rafine edilmiş külçeler, önemli ölçüde daha küçük tane boyutlarına ve külçe kenarından merkeze doğru daha düzgün bir geçişe sahiptir. İri taneli tabaka daha incedir ve külçe genelinde genel tane inceltme etkisi daha güçlüdür.
4.2 Daha önce Al-3Ti-0,15C ile rafine edilmiş hammaddeler kullanıldığında, Al-5Ti-1B'nin tane inceltme etkisi azalır. Ayrıca, Al-Ti-B ilavesinin belirli bir noktanın üzerine çıkarılması, tane inceltme etkisini orantılı olarak artırmaz. Bu nedenle, Al-Ti-B ilavesi 2 kg/t ile sınırlandırılmalıdır.
4.3 Al-3Ti-0.15C ile rafine edilmiş külçeler, çoğunlukla ince, küresel, eş eksenli tanelerden oluşur. Tane boyutu, levhanın genişliği boyunca nispeten homojendir. 3-4 kg/t Al-3Ti-0.15C ilavesi, ürün kalitesinin dengelenmesinde etkilidir.
4.4 Özellikle, 7050 alaşımında Al-5Ti-1B kullanıldığında, TiB₂ parçacıkları hızlı soğuma koşulları altında külçe yüzeyindeki oksit filmine doğru ayrılma eğiliminde olur ve cüruf oluşumuna yol açan kümeler oluşturur. Külçe katılaşması sırasında, bu kümeler içe doğru büzülerek oluk benzeri kıvrımlar oluşturur ve eriyiğin yüzey gerilimini değiştirir. Bu durum, eriyik viskozitesini artırır ve akışkanlığı azaltır; bu da kalıbın tabanında ve külçenin geniş ve dar yüzeylerinin köşelerinde çatlak oluşumunu teşvik eder. Bu durum, çatlama eğilimini önemli ölçüde artırır ve külçe verimini olumsuz etkiler.
4.5 7050 alaşımının şekillendirme davranışı, benzer yurtiçi ve yurtdışı külçelerin tane yapısı ve son işlenmiş ürünlerin kalitesi göz önüne alındığında, aksi özel koşullar gerektirmediği sürece, 7050 alaşımının dökümünde hat içi tane inceltici olarak Al-3Ti-0.15C tercih edilmiştir.
5. Al-3Ti-0.15C'nin Tane İnceltme Davranışı
5.1 720 °C'de tane inceltici ilave edildiğinde taneler çoğunlukla eş eksenli yapılardan oluşur ve bazı alt yapılara sahiptir ve boyut olarak en ince tanelerdir.
5.2 Eriyik, rafine edici eklendikten sonra çok uzun süre (örneğin 10 dakikadan fazla) tutulursa, kaba dendritik büyüme baskın hale gelir ve daha kaba taneler oluşur.
5.3 Tane inceltici ilavesi %0,010 ile %0,015 arasında yapıldığında ince eş eksenli taneler elde edilir.
5.4 7050 alaşımının endüstriyel prosesine göre optimum tane inceltme koşulları şunlardır: ekleme sıcaklığı yaklaşık 720 °C, eklemeden son katılaşmaya kadar geçen süre 20 dakika içinde kontrol edilir ve inceltici miktarı yaklaşık %0,01–0,015'tir (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Külçe boyutundaki farklılıklara rağmen, eriyik çıkışından sonra tane incelticinin eklenmesinden, hat içi sistemden, oluk ve kalıptan geçerek nihai katılaşmaya kadar geçen toplam süre genellikle 15-20 dakikadır.
5.6 Endüstriyel ortamlarda, tane inceltici miktarının %0,01'in üzerinde Ti içeriğine sahip olması tane incelmesini önemli ölçüde iyileştirmez. Aksine, aşırı miktarda ilave edilmesi Ti ve C zenginleşmesine yol açarak malzeme kusuru olasılığını artırır.
5.7 Farklı noktalarda (gaz giderme girişi, gaz giderme çıkışı ve döküm teknesi) yapılan testler, tane boyutunda minimum farklılıklar göstermektedir. Ancak, rafinerinin doğrudan döküm teknesine filtre uygulanmadan eklenmesi, işlenmiş malzemelerin ultrasonik muayenesi sırasında kusur riskini artırmaktadır.
5.8 Tanelerin homojen bir şekilde incelmesini sağlamak ve inceltici birikimini önlemek için tane inceltici, gaz giderme sisteminin girişine eklenmelidir.
Gönderi zamanı: 16 Temmuz 2025
