Alüminyum ve Çelik Nasıl Kaynatılır

 

Alüminyum (ve alaşımları) çeliklerden çok daha hafiftir ve çelikler için 7,75 ila 8,05 g / cm3 aralığına kıyasla yaklaşık 2,70 g / cm3 yoğunluğa sahiptir. Bu, karşılaştırılabilir bir çelik hacminin alüminyumdan yaklaşık üç kat daha ağır olduğu anlamına gelir.

Birçok endüstri, bir dizi yapısal uygulama için çeliği kullanır. Bununla birlikte, çeliğin yoğunluğu nedeniyle, kullanımına bağlı olarak önemli bir ağırlık cezası vardır. Yeni çevre yasaları, ulaştırma endüstrilerini sera gazı emisyonları konusunda katı sınırlamalara uymaya zorluyor. Emisyon azaltmaya yardımcı olmanın bir yolu, bir araç yapısının ağırlığını azaltmaktır. Çeşitli çelik yapıların alüminyum alaşımları ile değiştirilmesi artık endüstriyel öneme sahiptir. Pek çok uygulamada, tüm çelik yapının alüminyum alaşımları ile değiştirilmesi zorunlu değildir, bu nedenle iki malzemenin birleştirilmesine ihtiyaç vardır.

Alüminyum alaşımları, yapışkan bağlama, mekanik tutturucular veya sert lehimleme gibi teknikler kullanılarak nispeten kolay bir şekilde çeliklere birleştirilebilir, ancak üstün yapısal bütünlük gerektiğinde kaynak tercih edilir. Ancak alüminyum alaşımlarının çeliğe kaynaklanması zordur.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik transmisyon mili nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Alüminyum alaşımları ve çelik metalürji, termal iletkenlik ve erime sıcaklığı gibi fiziksel özellikler açısından çok farklıdır. Genel olarak, çeliğin erime sıcaklığı yaklaşık 1370 ° C'dir, bu da 660 ° C'de eriyen alüminyumun iki katından fazladır. Oldukça farklı erime noktalarının yanı sıra, bu metallerin her biri diğerinde hemen hemen çözünmezdir. Erimiş halde, kırılgan metaller arası fazlar oluşturmak için reaksiyona girerler. Yukarıdaki sorunların, çelik ve alüminyumun ark kaynağı gibi ergitme kaynağında zorluklar oluşturabileceği açıktır. Ortaya çıkan kaynaklı birleştirmeler, tatmin edici olmayan özelliklere sahip olacaktır ve kırılgan yapıları nedeniyle, çoğu endüstriyel uygulama için genellikle arzu edilmez.
 

Farklı erime noktaları, ısıl iletkenlikler, genleşme katsayıları ve kırılgan metaller arası bileşikler oluşturma eğilimi nedeniyle çeliği alüminyuma birleştirmek için eritme kaynağı işlemlerinin uygulanmasının zor olduğu iyi bilinmektedir. Al'de Fe çözünürlüğü çok düşük olduğundan (ağırlıkça yaklaşık % 0.04), 350 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, Al içerisine Fe difüzyonu önemli hale geldiğinde, Fe-Al metaller arası bileşiklerin çökelmesi başlar. Alüminyumun erime noktasının çok altında (saf Al için 660 ° C) önemli intermetalik çökelme meydana gelebilir. Metaller arası çökelmenin kesin derecesi difüzyonla belirlenir ve etkileşen Fe ve Al arayüzünün zaman ve sıcaklık geçmişine bağlıdır.

Lazerin oluşturduğu küçük bir alandaki yüksek ısı yoğunluğu, sabit bir lehim ortamının yerel olarak oluşturulabileceği ve bir bağlantı oluşturmak için hızla hareket ettirilebileceği anlamına geldiğinden, çelik ve alüminyum arasında lehimli tip bir bağlantı oluşturmak için lazerlerin kullanılması mantıklı bir adımdır. Aşırı intermetalik bileşik oluşumunu sağlamak için minimum difüzyon süresi ile. Fe-Al faz diyagramı, oluşabilecek sert metaller arası fazların aralığını gösterir; Fe3Al (892HV), FeAl (470HV), FeAl2 (1060HV), Fe2Al5 (1013HV) ve FeAl3 (892HV). Bu fazlar, son derece yüksek sertlik, sıfıra yakın süneklik ve çok zayıf kırılma tokluğu ile karakterize edilir. Sonuç olarak, çelik ve alüminyum arasında termal olarak üretilmiş bir ek yerinin bu fazların bir kısmını veya tamamını içermesi gerekiyorsa, eklemde iyi bir mekanik performans elde edilecekse, metaller arası bileşik tabakasının kalınlığı mümkün olduğu kadar ince olmalıdır. Metaller arası bileşik oluşumunu önlemek amacıyla çelik ve alüminyuma ark kaynağı yapılır. Birincisi, çelik üzerinde bir alüminyum kaplama kullanmaktır. Bu, çeliğin erimiş alüminyuma daldırılmasıyla (sıcak daldırma alüminyumlaştırma) elde edilebilir. Alüminyum kaplandıktan sonra alüminyum kaplamaya ark kaynağı yapılabilir. Arkın kaplanmış alüminyumu aşırı bir sıcaklığa ısıtmasını önlemek için özen gösterilmelidir, aksi takdirde metaller arası bileşik oluşumu potansiyeli vardır.

Bimetalik geçiş uçları, eritme kaynağı sırasında metaller arası oluşumu azaltmanın başka bir yoludur. Uçlar, haddeleme, patlamalı kaynak, sürtünmeli kaynak, flaş kaynak veya sıcak basınçlı kaynak kullanılarak birbirine bağlanan bir parça alüminyum ve diğer parça çelikten oluşur. Bimetalik geçiş bağlantısı daha sonra dökme alüminyum ve çeliğe ayrı ayrı kaynaklanır. Tipik olarak, dökme alüminyum, önce geçiş parçasının alüminyum kısmına kaynaklanır, çünkü bu, dökme çelik, geçiş parçasının çelik yarısına ark kaynağı yapıldığında daha büyük bir ısı emici oluşturur.

Bu malzemeleri birleştirirken birincil amaç kaynak sıcaklığını olabildiğince soğuk tutmak ve kaynağın yüksek sıcaklıklara maruz kalma süresini en aza indirmektir. Alüminyum alaşımları ve çelik dökme bileşenler arasında bimetalik geçiş ekleri üretmek için sürtünmeli kaynak (öncelikle döner sürtünme kaynağı) gibi işlemlerin kullanılmasının nedeni budur.

Döner sürtünme kaynağı, bir iş parçasını sıkıştırıcı eksenel kuvvet altında diğerine göre döndürerek çalışan bir katı hal birleştirme işlemidir. Yüzeyler arasındaki sürtünme ısı üretir ve arayüz malzemesinin plastikleşmesine neden olur. Sıkıştırma kuvveti, plastikleştirilmiş malzemeyi arayüzden çıkararak metalurjik birleştirme mekanizmalarını destekler. Sıvı duruma girmeyerek, sürtünme kaynakları işlem sırasında çok daha soğuk kalır. Dahası, sürtünme kaynağı hızlıdır ve kaynağın yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalmasını önler. Sonuç olarak, intermetalik bileşik oluşumu önemli ölçüde azaltıldığından, sürtünme kaynağı ticari olarak bir dizi farklı malzemeyi birleştirmek için kullanılır.

Sürtünme kaynağının alüminyum alaşımları ve çelikler arasındaki intermetalik oluşumu azaltmak için faydalarına rağmen, parametre seçiminde yine de dikkatli olunmalıdır. Çoğunlukla, çelik ve paslanmaz çeliği bir alüminyum alaşımına kaynak yaparken, metaller arası oluşumu büyük ölçüde azaltan bir saf alüminyum ara katmanı kullanılır. Sürtünme kaynaklı çelikler ile alüminyum alaşımları arasındaki metaller arası bileşikler demir-alüminyum esaslıdır, dolayısıyla çelik ile saf alüminyum arasında da kırılgan bileşiklerin oluşması beklenir, ancak durum böyle değildir. Saf alüminyum, alüminyum alaşımından çok daha yumuşaktır. Bu, daha yumuşak saf alüminyumun akması ve bir kaynak oluşturması için gereken sıcaklığın bir alüminyum alaşımından çok daha düşük olduğu anlamına gelir. Düşük sıcaklıklar, gevrek bileşik oluşumunu azaltmaya yardımcı olur.

Bu malzemeler arasında güçlü kaynaklar üretmenin zorluğundan dolayı, alüminyum alaşımlarının çeliğe birleştirilmesine yönelik birçok ticari uygulama, mekanik bağlantı elemanlarını içerir. Mekanik bağlantı elemanları kullanılırken ve uygulamaya bağlı olarak galvanik korozyonu önlemek için özen gösterilmelidir. Galvanik korozyon tercihen alüminyum alaşımında meydana gelir. Bunu önlemek için, alüminyum alaşımının çelikten yalıtılması gerekir ki bu genellikle bir yalıtım kaplaması veya boya kullanılarak meydana gelir.