ALÜMİNYUM T6 ISIL İŞLEMİ İÇİN GELİŞTİRİLEN SEPET TASARIMI İLE ZAMAN VE ENERJİ TASARRUFU

SAĞLANMASI

Gamze KüçükyağlıoğluAydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A.Ş.

Ar-Ge Merkezi

Prof. Dr. Yücel BirolDokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Malzeme ve Metalurji Mühendisliği

Seracettin AkdıAydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A.Ş.

Ar-Ge Merkezi

Alüminyum alaşımları hafiflik, korozyona dayanıklılık, işlenebilirlik ve mukavemet özelliklerinden dolayı endüstriyeluygulamalarda yoğun olarak kullanılmaktadır. Otomotiv sektöründe yakıt tasarrufuna yönelik hafifletilmiş parçatasarımlarında yüksek mukavemet/yoğunluk oranı olan alüminyum alaşımları sıkça kullanılmaktadır. Alüminyumalaşımları dövme, döküm ve ekstrüzyon gibi farklı üretim yöntemleri kullanılarak otomotiv parçaları halinegelmektedir. Son yıllarda otomotiv süspansiyon sistemlerinde kullanılan güvenlik parçalarının birçoğu alüminyumalaşımlarının dövme yöntemi ile işlenmesiyle üretilmektedir.

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 2

Otomotiv Sektörü ve Alüminyum Alaşımları

Alüminyum Isıl İşlemiAlüminyum alaşımlarının mukavemetinin artırılması amacıyla dövmeişleminden sonra ısıl işlem süreci başlar. Söz konusu ısıl işlemler üçbasamaktan oluşur.

1.Çözeltiye alma: fazların çözülmesi (katı çözeltinin oluşturulması)

2.Su verme: aşırı doymuş yapının oluşturulması

3.Yaşlanma: çözünen atomların oda sıcaklığında veya daha yükseksıcaklıklarda çökelmesi (çökelme sertleşmesi)

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 3

Çalışmaya konu olan alüminyum parçalarının sertlik özellikleriniiyileştirmek amacıyla, çökelme sertleşmesinin özel bir hali olanT6 ısıl işlemi uygulanmaktadır. Bu işlemde ısıl işlemuygulanacak parçalar önce 510-540°C sıcaklıkta 4-6 saatbekletildikten sonra ani su verilerek 180-200°C sıcaklıkta 8-12saat süreyle yapay yaşlandırılmaktadır. T6 ısıl işleminde,malzemede difüzyon, çözünme ve çökelme oluşması içinparçalar fırın içinde belirli bir sıcaklıkta toplamda 12-14 saatbekletilmektedir.

Isıl işlem prosesinde; çözeltiye alma sıcaklığı ve süresi, , suverme süresi, su verme sıcaklığı, yapay yaşlandırma sıcaklığı,süresi ve parçaların ısıl işlem fırınına istiflenme biçimi nihaiparçanın özelliklerini doğrudan etkileyen parametrelerdir.

Alüminyum Isıl İşlemiT6 ısıl işlemine tabi tutulacak parçalar genellikle tel örgü sepetlere üst üste gelişigüzel birbiçimde yerleştirilmektedir. Bu yerleşim fırın içerisindeki sıcak havanın dağılımını etkilemekte,parçalar arasında konveksiyon ısı transferini zorlaştırmaktadır. Sıcak hava dağılımı her yereeşit şekilde olmadığından parçalar üzerindeki sıcaklık dağılımı değişkenlik göstermekte, bunabağlı olarak sepetin fırın içerisinde bekleme süresi arttığından, kimi parça çok ısınırken kimiparça yeteri kadar ısınamamakta, parçalarda homojen bir sertlik dağılımı sağlanamamaktadır.Bu durum, enerji tüketimini yükseltmekte, parça maliyetinin artmasına neden olmakta,parçaların mekanik özelliklerini, özellikle yüzey sertliklerinde önemli derecede değişikliklereneden olmaktadır.

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 4

Amaç

Bu çalışmada, fırına yerleştirilenparçaların ısıtma ve soğumasürelerinin kısaltılması için parçalararasında konveksiyon ısı transferinikolaylaştıracak biçimde düşey yöndehava akışı sağlayabilecek bir sepetgeliştirilmesi hedeflenmiştir.

Bu amaçla, ısıl işleme tabi tutulacakparçaların, aralarında hava akışınıkolaylaştıracak uygun mesafe olacakşekilde asılabileceği bir sepettasarlanmıştır. Parçaların sepetedüzenli biçimde yerleştirilmesi ile birsepete asılan parça sayısı arttırılmış,parçalar arasında ısı transferinikolaylaştıran uygun hava akışınınsağlanması ile parçaların fırındabekletilme süresi önemli ölçüdekısalmış, bunun sonucunda fırınınkapasitesi artırılmış enerjisarfiyatında önemli düşüşsağlanmıştır.

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 5

Bulgular

Literatürde döküm primer EN AW 6082 alaşımı için gerekli ısıl işlem süresi toplam 12 saat olarak verilmektedir. Isıl işlem süresi içerisindeçözeltiye alma (4 saat) ve yaşlandırma (8 saat) süreleri bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında geliştirilen sepet kullanılarak EN AW 6082alaşımı için gerekli ısıl işlem süresinde çözeltiye alma süresi 2 saate, yaşlandırma süresi ise 3 saate düşürülerek toplam ısıl işlem süresinin 5saat olarak gerçekleşmiş olup toplam ısıl işlem süresi normal uygulamaya göre 7 saat kısaltılmıştır.

Alüminyum T6 ısıl işleminde verimliliği artıran bir diğer unsur ise sepet kapasitesinin artışı olmuştur. Normal uygulamada kullanılan sepete birpartide yüklenebilen parça sayısı 330 iken, yeni tasarlanan sepete düzenli yerleşim sayesinde yüklenebilen parça sayısı 600’e çıkartılmış,%100 oranında kapasite artışı sağlanmıştır.

Çalışma için üretilen rotilli kol referans numune olarak seçilmiştir. Firmada aylık üretilen referans numune 64.288 (firmanın 2013 verilerinegöre) adettir. Normal uygulamada sepetin 330 numune aldığı düşünüldüğünde 194 kez sepet çevrimi yapılmaktadır. Yeni uygulamada sepetin600 numune aldığı düşünüldüğünde sepet çevrim sayısı 108 olmaktadır. Yeni uygulama ile sepetin fırına girme sayısında 86 çevrim azalmasağlanmıştır.

T6 ısıl işleminde çözeltiye alma fırını saatte 40 kW, yaşlandırma fırını ise saatte 30 kW enerji harcamaktadır. Normal uygulamada bir çevrimiçin (çözeltiye alma işlemi 4 saat, yaşlandırma işlemi 8 saat) harcanan enerji 400 kW kadardır. Yeni uygulamada ise bir çevrim için (çözeltiyealma işlemi 2 saat, yaşlandırma işlemi 3 saat) harcanan enerji 170 kW ‘tır. Toplamda 230 kW’lık, yaklaşık %50 oranında enerji tasarrufusağlanmıştır.

Aylık maliyet hesabında, aylık üretilen adet sayısına göre çevrim sayısı, bir çevrim için harcanan enerji ve enerjinin br. maliyeti göz önündebulundurularak 13.968 TL maliyet normal uygulama için, 3.305 TL maliyet yeni uygulama için hesaplanmıştır (1 kW elektrik 0,19 TL). Yenisepet tasarımı ile aylık 10.663 TL, yıllık 127.956 TL maliyet kazancı sağlanmıştır.

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 6

Yeni sepet tasarımı ile ısıl işlem süresinin kısalması ve enerjitasarrufu sağlanması, maliyetlerin azaltılmasının yanı sıra, ısılişleme tabi tutulan parçalar üzerindeki sertlik değerinindeğişkenliği normal uygulamaya göre önemli ölçüde azalmıştır.

Normal ısıl işlem uygulamasından çıkan ürünlerin sertlikdeğerlerinde sağlıklı bir ortalama değer oluştuğugözlenememiştir. Sepetin kenar ve üst kısımlarındaki parçalarsertlik alırken orta ve aradaki kısımların hiç sertlik almadığıbelirlenmiştir. Yeni uygulamada ise parçaların düşey yöndeasılmasından, birbirine temasları en az olduğundan, düzenliyerleşimin bir sonucu olarak ısıl işlem fırını içerisindeki havanınsirkülasyonu daha homojen olduğundan dolayı ısıl işlemsonrası sepetin her bölmesindeki parçalarda homojen birsertlik dağılımı gözlenmiştir.

Deneysel çalışmalar için normal uygulama ve yeni uygulamakullanılarak ısıl işlem gerçekleştirilmiş ve her iki uygulamadannumuneler seçilmiştir.

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 7

Bulgular

9092949698

100102104106108110112114116118

alt-1 alt-2 alt-3 üst-1 üst-2 üst-3

Yeni Uygulama-Sertlik değerleri (HB)

90

92

94

96

98

100

102

104

alt-orta alt-kenar orta-orta orta-kenar üst-orta üst-kenar

Normal Uygulama-Sertlik değerleri (HB)

Normal uygulama için sepetin en alt, orta ve en üst katlarının orta ve kenarkısımlarından birer numune seçilmiş, yeni uygulama için ise sepetin alt ve üstkatlarından 3’er numune seçilmiş ve sertlik değerleri incelenmiştir.

Tartışma ve Sonuç

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 8

Alüminyum T6 ısıl işlemi etabında verimliliği artıran bir diğer etken ise sepet kapasitesinin artışı olmuştur. Normaluygulamada kullanılan sepete bir partide yüklenebilen parça sayısı 330 iken, yeni tasarlanan sepete düzenli yerleşimsayesinde yüklenebilen parça sayısı 600’e çıkartılmış, %100 oranında kapasite artışı sağlanmıştır.

Bu çalışma kapsamında geliştirilen yeni ısıl işlem sepeti tasarımı ile alüminyum dövme parçaların T6 ısıl işlem süresi12 saatten, 5 saate düşürülmüş, sepetin bir yüklemede aldığı referans parça sayısı 330’dan 600’e çıkartılmıştır.Parçalar asılı halde fırına ve suya girdiği için ısınma ve soğuma hızlı ve homojen olmakta, bununla beraber malzemekalitesi de yeni sepet tasarımı ile birlikte artış göstermektedir. Normal uygulamada bir parça üzerinde ölçülen sertlikdeğeri 90-102 HB aralığında değişirken yeni tasarlanan sepetin kullanımı ile sertlik değeri dağılımı 113-116 HBaralığında gerçekleşmiş, geliştirilen tasarımın ürün kalitesinde de önemli iyileştirme sağladığı tespit edilmiştir.

Aydınlar Yedek Parça A.Ş.’nin yıllık üretim hacmi göz önünde alınarak yapılan hesaplamada yeni sepet tasarımı ileyıllık yaklaşık 130.000 TL’lik enerji tasarrufu sağlanabileceği belirlenmiştir. Yeni tasarlanan sepet prototipinin maliyeti100 TL olup herhangi bir yatırım yapılmaksızın ısıl işlem fırınının kapasitesi %100 oranında artırılmıştır.

Aydınlar Yedek Parça A.Ş.’nin yıllık üretim hacmi göz önündealınarak yapılan hesaplamada yeni sepet tasarımı ile yıllıkyaklaşık 130.000 TL’lik enerji tasarrufu sağlanabileceğibelirlenmiştir. Yeni tasarlanan sepet prototipinin maliyeti 100 TLolup herhangi bir yatırım yapılmaksızın ısıl işlem fırınınınkapasitesi %100 oranında artırılmıştır.

Teşekkürler…

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 9

Kaynakça

[1] Güleryüz K. & Kaçar R. (2011). Deformasyon yaşlanmasının AA7075 Alüminyum Alaşımının Mekanik Özellikler ine Etkisinin İncelenmesi, (May), 16–18.

[2] Birol Y. (2006). The effect of processing and Mn content on the T5 and T6 properties of AA6082 profiles. Journal of Materials Processing Technology, 173(1), 84–91.

[3] Demir E. (2008). Alüminyum alaşımlarda ısıl işlem etkilerinin incelenmesı.̇ Yüksek lisans tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir

[4] Ilgaz O. (2014). Döküm, Ekstrüzyon Ve Dövme İşlemlerinin 6082 Al Alaşımlı Dövme Süspansiyon Parçalarında Mikroyapı Ve Mekanik Özelliklerine Etkisi. Yüksek lisans tezi, Selçuk Üniversitesi, Konya

6.10.2015 Aydınlar Yedek Parça San. ve Tic. A. Ş. 10