Son yirmi yılda müşteri memnuniyetini ve güvenliğini artırmak amacıyla otomotiv sanayisinde meydana gelen gelişmeler, otomobiller için yeni malzemelerin geliştirilmesine sebep oluyor.
İnsanların beklenti ve ihtiyaçları doğrultusunda artan emniyet tedbirleri sebebiyle ve daha fazla konfor sağlamak amacıyla otomobillerde kullanılan malzemeler değişiyor.
Otomobil ağırlığındaki her artış, atmosfere verilen CO2 gazının da artması sebebi ile küresel ısınmayı hızlandırır. Yakıt tasarrufunun gerekliliği ve çevre ile ilgili Kyoto hükümlerinin yakın gelecekte yürürlüğe girecek olması, son yıllarda otomotiv sanayisinin daha hafif malzemelere yönelmesine sebep oluyor.
Magnezyum 1,74 g/cm'lük yoğunluğu ile bilinen en hafif yapısal metal ve magnezyum alaşımlarının özellikleri, otomotiv sanayisinin gelecekteki uygulamaları için çok büyük bir potansiyel olmasını sağlıyor.
Yakıt tasarrufunun etkisi, ağırlık artışlarının minimize edilmesi ve daimi verimliliğin artırılması ile basit bir hesap yapılarak açıklanabilir.
1997 yılında Almanya'da bir önceki model araçlara göre hafif metal kullanımı ile %5'in üzerinde yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Bu durumun çevre üzerine etkisi apaçık ortada.
21. yüzyıl malzemeleri arasında yer alan magnezyum alaşımları 1,78 g/cm3'lük özkütlesi ile alüminyumdan %36, çelikten ise %78 daha hafif ve yapısal metaller arasında en hafif olanı.
Buna ek olarak, yüksek spesifik mukavemeti (en yüksek mukavemet değerinin yoğunluk değerine oranı) ve bükülmezliği, elektromanyetik etkenlere karşı iyi bir kalkan olması, iyi döküm ve işlenebilirlik özellikleri, ısıyı çok iyi dağıtması ve iyi sönümleme kapasitesi magnezyum alaşımlarının otomobiller için aday malzemeler arasında ilk sıralarda yer almasını sağlıyor.
Hammadde ve enerji kaynaklarının korunabilmesi açısından geri dönüşebilirlik özelliği de, otomotiv sanayisinde malzeme seçiminde etken bir faktör haline geliyor.
Avrupa Birliğinin hedefi otomobillerde kullanılacak malzemelerin, 2015 yılına kadar %95 geri dönüşebilir malzemeler olması. Japonya'da ise yeni otomobillerde 2015 yılına kadar %95 geri dönüşebilir malzeme kullanımı zorunlu hale getirildi.
Magnezyum alaşımları çok iyi dökülebilirlik özelliği gösterir. Magnezyum 1-1,5 mm kalınlığa kadar (alüminyuma kıyasla 1/2 daha ince) dökülebilen bir metal. Magnezyum döküm alaşımları otomobillerde direksiyon simidinden motor bloğuna kadar birçok parçada kullanılma potansiyeline sahip.
Araç tasarımında emniyet ve konfor içeren diğer bütün taleplerin yerine getirilmesi şart, ama bu taleplerin yerine getirilmesi araç ağırlığını artırıyor.
Otomotiv sanayisinin magnezyumla tanışması 1920'lere dayanır. Alman Büssing kamyon firması ve Adlerwerke firmasının uygulamaları, İngiliz Thornicroft firmasının otobüs ve kamyonların motorlarında magnezyum kullanması ilk uygulamalara örnek verilebilir.
1930da Maserati firmasının yarış arabalarında magnezyum kullandığı biliniyor. Bazı otomotiv uygulamalarında profil ve bunları örten saclarda magnezyum alaşımları kullanıldı.
1939da Bugatti 57C Atlantic prototip arabasında levha şeklinde magnezyum kullanıldı. Mercedes 300SLR, Porsche 962, LeSabre, Era -Bristol, Corvette ve diğer yarış otomobillerinde de magnezyum levha alaşımları kullanıldı.
Otomobiller haricinde magnezyum döküm alaşımları motosiklet sanayisinde özellikle de jantlarda kullanılır. Magnezyumun otomotiv tarihindeki en önemli örneği Volkswagen firmasının Beetle modelinde, toplam 17 kg'lık magnezyum alaşımı kullanılmasıdır. Magnezyum alaşımlarına olan ilgi 1990'larda tekrar artmıştır.
Bütün magnezyum alaşımlarının, bileşiklerinin ve üretim yöntemlerinin teknik anlamda büyük bir şansı var. Magnezyum döküm alaşımlarının bütün alanlarda kullanımının gelecek yıllarda %100 artması bekleniyor.
Özellikle ABD'de, Batı Avrupa ve Asya'da bu gelişmelerin birbirine paralel olacağı tahmin ediliyor. Magnezyum kullanımı, özellikle ABD'de bütün otomobillerde yakıt tüketiminin 8,9 l/100km ile sınırlandırılması sebebiyle otomobil endüstrisinde çok tartışılıyor.
Avrupa Birliği ise, önümüzdeki yıllarda yakıt tüketiminde 3 l/100km hedefine ulaşmak için çalışıyor. Otomobil üretimi için magnezyum dökümdeki gelişmeleri pek çok ülke gibi Almanya da takip ediyor.
Örneğin Mercedes-Benz SL arabalarda koltuklar AM50/20 kodu ile tanımlanan, %5 veya %2 oranında alüminyum ve %0,5 mangan içeren magnezyum alaşımlarından üretiliyor.
Burada önemli olan düşük yoğunluk ve imalatın gerektirdiği şekilde dökülebilirlik. Bu yüzden üstü açılabilen otomobillerin yeni geliştirilen sınıfları magnezyum için yeni bir kullanım alanı yarattı.
Özellikle Japonya'da çoğu direksiyon simidi magnezyum alaşımlarından üretiliyor. Direksiyon simidi için genelde endüstride AM60HP olarak kodlanan, %6 alüminyum ve %0,5 mangan içeren magnezyum alaşımı kullanılır.
Bu alaşım sağlamlığı, mukavemeti ve şok enerjileri emme özelliği nedeniyle tercih edilir. Ağırlık burada da baskın rol oynayan en önemli faktör. Çelik ile karşılaştırıldığında, magnezyum alaşımdan üretilmiş parça %45 daha hafif.
Geleneksel uygulamalara göre magnezyum alaşımlarının kullanılması genelde en az %30'luk ağırlık tasarrufu sağlar.
Magnezyum alaşımları için uygulama alanlarının artması ağırlık tasarrufunu da arttırır. Magnezyum döküm alaşımlarının ileride daha geniş kapsamlı kullanılabileceğine dair en iyi örneklerden biri de BMW firmasının yeni ürettiği magnezyum-alüminyum kompozit motor bloğu.
Bu, magnezyum alaşımlarının bir yüksek sıcaklık motor uygulamasında ilk kullanımı.
Hadde ürünleri (plaka, levha ve folyo), ekstrüzyon (çubuk, boru ve profil) ve dövme mamuller magnezyum yoğurma alaşımlarından yapılıyor.
Yoğurma alaşımları, döküm alaşımlarına göre daha iyi mekanik özellikler gösterir. Mukavemetleri ve süneklikleri döküm alaşımlarına göre ve hatta rakip malzemelere göre daha yüksek.
Yüksek eğme dayancı ve bükülmezlik gerektiren kapı, kaput ve bagaj kapağı gibi geniş dış panel saclarında magnezyum alaşımlarının kullanımı çeliğe göre %50, alüminyuma göre %20 ağırlık kazancı sağlayabilir.
Magnezyum yoğurma alaşımlarının mekanik özellikleri otomotivdeki birçok uygulamaya elverişli. Yeni alaşım bileşimleri geliştirmek ve farklı şekillendirme yöntemlerinin potansiyelini ortaya koymak amacıyla yoğurma alaşımları üzerinde çok kapsamlı araştırmalar sürüyor.
Bu alandaki en önemli cephe, ikiz merdaneli döküm sistemleri ile direkt levha üretim çalışmaları.
Sürekli döküm tekniği, döküm ve sıcak haddelemenin tek adımda gerçekleştiği bir işlemdir. Magnezyum alaşımı levha dökümü için alternatif bir yöntem olarak kabul edilir.
Ekonomik bir yöntem olmasının yanı sıra mikroyapı üzerinde, yapıdaki alaşımların katılaşması sırasında oluşabilen ve alaşım elementlerinin homojen olmayan dağılımı sonucu döküm parçasında meydana gelen bileşim değişimleri olarak açıklayabileceğimiz ayrışma oranının azaltılması, yapı içerisindeki kalıntı boyut dağılımının ve mikro yapısal homojenliğin iyileştirilmesi gibi oldukça faydalı etkileri var.
Magnezyumun üstün özelliklerine rağmen magnezyum levhanın halen geniş çaplı bir endüstriyel tüketime sahip olmamasının sebebi, geleneksel külçe haddesi ile levha üretiminin son derece pahalı bir yöntem olması. İkiz merdaneli direkt levha dökümü ise, haddeleme kademelerini minimuma indirecek ve ekonomiklik sağlayacak yegâne yöntem.
Sistem, sıvı metalin homojen bir sıcaklık dağılımı ile katılaşmanın gerçekleşeceği merdane yüzeylerine taşınması ve burada bir taraftan sürekli olarak katılaştırılma-sı ve diğer taraftan levhanın sarıma girmesi (veya istenilen boylarda periyodik olarak kesilmesi) esasına dayanır.
Bu yöntemle direkt olarak levha elde edildiği için külçe haddelemesine dayanan geleneksel levha üretim teknolojisine kıyasla çok daha ekonomik üretim yapılabilir.
Dünya üzerindeki pek çok endüstriyel kurum, üniversite ve araştırma kurumu magnezyum alaşımları için sürekli döküm teknolojisi ile ilgili laboratuvar deneyleri ve endüstriyel ölçekli deneyler gerçekleştiriyor.
Başta Kore, Almanya, Avustralya, Çin, Japonya, Norveç olmak üzere birçok ülkede sürekli döküm tekniği ile magnezyum alaşımı levhalar üretildi.
Dünyada bu ülkeler tarafından sürekli döküm tekniği ile şu ana kadar elde edilen en geniş magnezyum alaşımı levha 700 mm genişliğinde. Türkiye'de ise 1500 mm genişliğinde magnezyum alaşımı levhalar başarılı şekilde elde edildi.
( Bilim Teknik Dergisi)