Aluminyum Çözeltiye Alma ve Yaşlandırma Fırınları

Alüminyum ısıl işlemi havacılık, savunma ve otomotiv gibi sektörlerde uygulanmaktadır. 2XXX, 6XXX, 7XXX ve 8XXX serisi alüminyum alaşımları yaşlandırma (çökelti sertleştirmesi) ısıl işlemine tabi tutularak mukavemetleri arttırılabilir. Buna uygun olacak şekilde alüminyum fırınları tasarlanabilir. Bunlardan yaygın olarak kullanılan fırın modeli alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınıdır.

Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınları tipik olarak yaşlandırılacak malzemeyi önce çözeltiye alma sıcaklığında bir süre beklettikten sonra hızlı soğutmayı gerektirir. Bu işlem çeliklere uygulanan su verme işleminin tersine çözeltiye alınmış alaşımı sertleştirmekten korumak üzere yapılır. Çözeltiye alınan yumuşak durumdaki alaşım hızlıca şekillendirilmelidir. Aksi halde ortam koşullarında doğal olarak yaşlanmaya ve dolayısıyla sertleşmeye başlayacaktır.

Nihai halini alan alüminyum parçalar alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınında yaşlandırma (aging) işlemine tabi tutulur. Bu işleme yapay yaşlandırma adı verilir. Bazı durumlarda şekil verilen parçalar yapay yaşlandırma yerine ortam sıcaklığında doğal yaşlandırmaya tabi tutulabileceği gibi, doğal ve yapay yaşlandırmanın çeşitli kombinasyonları da ilgili alaşımlara uygulanabilir. Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarındaki yaşlandırma işlemi tipik olarak parçaları ısıtma, çözeltiye alma sıcaklığından hayli düşük sıcaklıklarda bir süre bekletme ve ani olmayan soğuma hızlarında ortam sıcaklığına soğutma şeklinde gerçekleşir.

Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarında dikkat edilmesi gereken konulardan biri parçaların ısıtılma şeklidir. Bilindiği gibi 3 tür ısıtma yöntemi mevcuttur. Bunlardan ilki radyasyondur. Radyasyonla ısıtma güneş ışınlarının dünyamızı ısıtması gibi rezistanslardan yayılan yüksek enerjili ışınların parça yüzeylerine temas etmesi ile gerçekleşir. Diğer ısıtma yöntemi iletimdir. İletim yolu ile ısıtma katı bir cisimdeki ısının iletilmesinden ibarettir. Burada parçaların sıcak bölgelerinden soğuk bölgelerine fonon adı verilen dalgalar ile ısı iletimi sağlanmış olur. Bu her ısıl işlem yapılan parçada gerçekleşen bir durumdur. Son ısıtma yöntemi ise konveksiyondur. Dünya atmosferinde de ısının transferinin sağlanması radyasyon ile olduğu gibi konveksiyona dayalı hava akımları ile olabilir. İçinde hava, argon vb gibi herhangi bir gaz atmosferi bulunan fırınlarda ısıtma temel olarak konveksiyon ile gerçekleşir.

Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarında bilhassa dikkat edilmesi gereken husus parçaların rezistanslardan yayılan radyasyon ile ısıtılmasını mümkün olduğunca engelleyebilmektir. Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarının tasarımları ağırlıklı olarak konveksiyonla ısıtma prensibine dayanmalıdır. Aksi halde alaşım yüzeyinde lokal ötektik erimeler oluşabilir ve bu durum da parçaların servis ömürlerini etkileyebilir. Bu konu özellikle çözeltiye alma işlemi için dikkat edilmesi gereken bir durumdur.

Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarındaki bir diğer önemli husus da soğutma sistemidir. Soğutma kazanlarındaki ısı transfer hızı, soğutma ortamının sıcaklığı ve soğutmada kullanılan sıvılar ısıl işlem yapılan parçaların soğuma sırasındaki çarpılma ve boyut kontrolleri açısından önem arz etmektedir. Isıl işlem yapılacak parçalar ile fırının dizaynı tutarlı olmalı ve alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınları ürün kalitesine uygun olarak tasarlanmalıdır.

Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarında fırının etkili çalışma alanı içindeki sıcaklık değişimleri de önem arz etmektedir. Buna göre parça tasarımcıları belirli bir sıcaklık dalgalanmasının dışına çıkılan ısıl işlem çalışma alanlarını onaylamamaktadır. Sıcaklık homojenliğinin sağlanması için fırın dizaynının önemi büyüktür. Alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınındaki sirkülasyon rejimi, parçaların boyutu, kütlesi ve fırına yerleştirilme şekilleri, kullanılan sıcaklık ölçerler ve konumları, fırının izolasyon durumu ve fırının ısıtma kontrolünü sağlayan yazılımlar sıcaklık homojenliğini etkileyen başlıca faktörlerdendir.

Özetle alüminyum çözeltiye alma ve yaşlandırma fırınlarının dizaynında yukarıda bahsedilenler kadar pek çok detay ısıl işlem prosesinin sağlığı açısından önemlidir. Üretimi büyük zahmet gerektiren parçaların doğru bir ısıl işlem prosesi ile son haline getirilmesi ürünlerin katma değerini istenen seviyelere getirecektir.