İkiz merdaneli döküm yönteminde bakır ve çelik shell ile üretilen 5005 alüminyum alaşımlarında üretim parametrelerinin, mekanik özelliklerin ve mikroyapıların incelenmesi

Bu çalışma, yassı mamül üretim yöntemlerinden biri olan ikiz merdaneli döküm yönteminde katılaşmanın meydana geldiği merdaneler üzerine gerçekleştirilmiştir. Katılaşmanın meydana geldiği merdaneler kor ve shell olmak üzere iki bileşenden oluşmaktadır ve kor ile shell arasında dolaşan su ile de shell malzemesi soğutulmaktadır. Shell ile kor malzemesi birbirine sıkı geçme yöntemiyle geçirilmektedir. Döküm merdaneler katılaşma esnasında yüksek yüklere ve termal çevrime maruz kaldığından sıklıkla shell malzemesi olarak alaşımlı dövme çelik kullanılmaktadır. Bakır elementinin çeliğe nazaran ısıl iletkenlik katsayısı çok daha yüksek olduğu bilinmektedir. Bu nedenle hem katılaşmanın hızlı gerçekleşmesi hemde prodüktivite artışı gibi malzeme ve üretimi etkileyen önemli faktörlerden ötürü çelik shell yerine bakır shell malzemesi de endüstriyel olarak kulanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, alaşımlı çelik/çelik shell yerine, çelik/bakır shell çifti kullanılmıştır. İkiz merdaneli döküm yönteminde asıl ilk katılaşmanın başladığı alt merdane olmasından mütevellit, berilyum alaşımlı dövme bakır shell burada kullanılmıştır. Üst merdanede ise alaşımlı standart çelik shell kullanılmıştır. Çelik/Bakır shell çiftinin, çelik/çelik shell çiftine nazaran, magnezyum açısından zengin olan ve neredeyse her sektörde sıklıkla tercih sebebi olan 5005 alüminyum alaşımı üretimindeki parametreler, mikroyapılar ve mekanik özelliklerine olan etkisi araştırılmıştır. Bu araştırmada, 8 farklı proses rotası belirlenmiştir. Bu 8 farklı rotadaki hem numunenin ayrı ayrı ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sonuçları irdelenmiştir. Öncelikle, ikiz merdaneli döküm yöntemi ile hem çelik/çelik hem de çelik/bakır shell ile 5-7mm kalınlık aralığında üretilen levhalardan tam boy numuneler alınmıştır. Alınan döküm kalınlığındaki numuneler, laboratuvar ölçekli haddeleme makinasına koyularak, %82 deformasyon oranıyla soğuk haddelemeye tabii tutulmuştur. Ardından ara tav yapılmak üzere laboratuvar ölçekli tav fırınlarına 4'er saat olacak şekilde 4 farklı sıcaklıkta (330, 350, 370 ve 390ºC) koyularak ısıl işleme tabii tutulmuştur. Ara tav sonrasında her numune tekrar %50 deformasyon oranıyla soğuk haddelenerek nihai kalınlıklarına indirilmiştir. Bu çalışma kapsamında, mikroyapı analizlerinde optik mikroskop ve SEM cihazları kullanılmıştır. Mekanik özelliklerin analizlerinde, çekme test cihazı, Erichsen çökertme test cihazı ve mikrosertlik ölçüm cihazı kullanılmıştır. Bunlara ek olarak elektriksel iletkenlik ölçümü de yapılmıştır. Çıkan sonuçlara göre, üretim parametrelerinin bir çıktısı olan verimlilik t/h/m cinsinden kıyaslandığında, St/Cu shell çifti tarafında yaklaşık % 40 – 60 prodüktivite artışı yakalanmıştır. Döküm kalınlığındaki mikroyapı incelemesinde, shell ile temas eden yüzeylerde bulunan tane yapılarında ciddi oranda fark olduğu tespit edilmiştir. Bakır shell ile temas eden yüzey, çelik shell ile temas eden yüzeye kıyasla daha iri taneli bir yapıda olduğu görülmüştür. BF görüntülerinde inklüzyonların bakır shell tarafında ciddi oranda azaldığı ve MHS'nin 0.503 mm kadar çelik shell tarafına ötelendiği görülmüştür. Bakırın termal iletkenliği çeliğe nazaran yüksek olmasından ötürü hızlı katılaşma sağlanarak aşırı doymuş bir matris yapısı elde edilmiştir. Döküm esnasında uygulanan yüke ve sıcaklığın etkisiyle kısmi dinamik rekristalize olan bakır shell tarafında tane büyümesi yaşanmıştır. SEM EDS analizlerinde de intermetaliklerin azaltılmış ve matrisin aşırı doyurulmuş olduğu kanıtlanmıştır. Farklı sıcaklıklarda 4'er saat uygulanan ara tav işlemlerinde ise, döküm esnasında gerçekleşen kısmi dinamik rekristalizasyondan ötürü daha düşük ara tav sıcaklığında rekristalize olunabileceği gözükmektedir. Mekanik özellikler incelendiğinde de, Vickers cinsinden alınan mikrosertlik ölçümlerinde yaklaşık %30'luk bir artış gerçekleşmiştir. Çekme ve Erichsen test sonuçları da çelik/bakır shell çiftinin mekanik özelliklere olan etkisinin üstünlüğünü doğrulamaktadır. Elektriksel iletkenlik ölçümleri de matrisin aşırı doygun olduğunu kanıtlar nitelikte sonuçlar vermiştir. Bakır shell, kısa kullanım ömrü dezavantajının yanı sıra; yüksek prodüktivite, yüksek hat hızı, düşük tav sıcaklığı vb. gibi birçok avantajlar sağlamakta ve endüstriyel olarak TRC döküm yönteminde başarılı bir şekilde kullanılabilmektedir.