Effect of intermediate deformation on formability parameters of retrogression and reaged (RRA) 7075 alloy

Yüksek mukavemetli yaşlandırılmış 7xxx serisi Al-Zn-Mg-Cu alaşımları, zorlayıcı çalışma koşullarının etkin olduğu uçak yapılarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulamalar için dikkat edilmesi gereken önemli özellikler, dayanım, süneklik, korozyon direnci ve hasar toleransıdır (örneğin kırılma tokluğu ve yorulma dayanımı). 7075 aluminyum alaşımı 70 yıl önce geliştirilmiş olsa da son on yılda bu alaşım üzerine hala pek çok araştırma yapılmaktadır. 7xxx serisi alaşımlarda, ana alaşım elementi olarak çinko bulunmakla birlikte, önemli oranda bulunan diğer alaşım elementleri bakır ve magnezyumdur. Bu alaşımların mukavemeti, çökelme sertleştirmesi olarak tanımlanan ve T6 temper simgesi ile gösterilen bir ısıl işlemle arttırılabilir. T6 ısıl işlemi mekanik özellikleri geliştirmek için uygulanan ana ısıl işlemlerden biridir ve bu kazanım, çözeltiye alma ve yaşlandırma aşamaları parametrelerinin optimizasyonu ile sağlanabilir. Dövme 7075-T6 Al alaşımı, 25 -100C sıcaklık mükemmel mukavemete sahip çökelmeyle sertleştirilmiş bir alaşımdır. Alaşımın çekme mukavmeti, 100ºC üzerindeki sıcaklıklarda hızla düşmektedir. RRA (Retrogresyon ve yeniden yaşlandırma) ısıl işlemi, T6 ısıl işlemine göre daha iyi mekanik mukvamet ve korozyon direnci sağlayan bir ısıl işlemdir. Bu durum literatürde önerilen sıcaklık aralığı (220 - 280C) dışında kalan daha düşük bir aralığındaki (160 - 220 C ) retrogresyon sıcaklıkları için de geçerlidir. RRA ısıl işlemi, T6 temper durumundaki bir alaşıma uygulanan iki kademeli bir ısıl işlemdir: Birinci aşama (retrogresyon aşaması) daha yüksek bir sıcaklıkta yapılır ve daha sonra alaşım T6 ısıl işlemininki ile aynı koşulda yeniden yaşlandırılır (yeniden yaşlandırma aşaması). 7075 alaşımının RRA ısıl işleminin ilk aşamasında, malzeme solvus sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa tuz banyosu içinde ısıtılmakta ve sonra soğuk suda su verilmektedir. Bu aşama retrogresyon aşaması olarak adlandırılmaktadır. Malzeme daha sonra yüksek mukavemet elde etmek için 120ºC'de 24 saat süreyle yaşlandırılmaktadır. Retrogresyon solvus sıcaklığı altında bir sıaklıkta yapılsa da, bu sıcaklık GP zonlarının ve ince ' (MgZn2) partiküllerinin çözünmesine yetecek kadar yüksek olmalıdır. RRA ısıl işlemi sonrası elde edilen mikroyapı, tane içlerinde, T6 temper durumundakine benzer şekilde ince ' çökeltileri, tane sınırlarında ise T7 temper durumundakine benzer şekilde fine çökeltilerinden oluşmaktadır. Bu mikroyapı bileşenleri dayanımda bir düşme yaratmaksızın korozyon direncini arttırabilir. Yüksek yoğunluktaki ince çökeltiler alaşıma mukavemet sağlarken, tane sınırlarındaki partikülleri yüksek korozyon direnci sağlamakatadır. Al-Zn-Mg-Cu (7xxx) alaşımlarının retrogresyon ısıl işlemi sırasında, tane içlerinde daha az kararlı olan mikroyapısal bileşenlerin (GP zonları ve daha ince ' çökeltileri) çözünmesi meydana gelirken, yeniden yaşlandırma, ' partiküllerinin tekrar çökelmesini ve var olan partiküllerin ise büyüyerek partiküllerine dönüşmesini sağlamaktadır. Bu bakımdan, retrogresyon ve yeniden yaşlandırma ısıl işlemi, tane içi ve tane sınırlarında bulunan partiküller arasındaki, boyut, mesafe ve dağılım farkını artmaktadır. Bu çalışmada kullanılan malzeme ticari 7075-T6 (Al-Zn-Mg-Cu) alaşımıdır. Boyutları 2000 mm x 1000 mm x 2 mm (U x G x K) olan plaka şeklinde temin edilmiştir. Alaşıma üretim sonrası T6 ııl işlemi uygulanmıştır. Ticari T6 ısıl işlemi prosedürü, 475 C sıcaklıkta 30 dakika süreyle çözeltiye alma ısıl işleminin ardından suda su verme ve ardından 120C'de 24 saat süreyle yaşlandırma işleminden ibarettir. Çalışmada kullanılan çekme deneyi numuneleri, plakanın hadde yönüne 0, 45 ve 90 açılarda çıkarılarak hazırlanmıştır. Bu çalışmada, ara deformasyon işleminin RRA uygulanmış alaşımın, mukavemet ve şekillendirilebilirlik parametrelerine etkisini incelemek amacıyla, çekme deneyleri yapılarak, akma dayanımı, çekme dayanımı, çekme deformasyon sertleşmesi üssü (n değeri) ve anizotropi katsayısı (R değeri) belirlenmiştir. Deneysel çalışma sonuçları, incelenen tüm oryantasyonlar için, RRA uygulanmış numunelerin akma ve çekme dayanımı ile sertliğinin T6 temper durmundaki alaşıma göre düştüğünü göstermektedir. Öte yandan, 250C'de retrogresyon uygulanan numunenin, retrogresyon ve yeniden yaşlandırma uygulanan numuneler içinde en yüksek akma ve çekme dayanımına sahip olduğu görülmüştür. 220C ve 280C sıcaklıkrada retrogresyon uygulanan numunelerin akma ve çekme dayanımı değerleri ise oldukça benzer olarak belirlenmiştir. Yüksek mukavemet açısından, 250C'nin optimum retrogresyon sıcaklığı olduğu belirlenmiştir. Ancak bu çalışmanın amacı, mukavemeti T6 seviyesine yakın bir değerde korurken, şekillendirilebilirlik parametrelerini mümkün olduğu kadar iyileştirmektir. Bu nedenle, deformasyon sertleşmesi üssü (n) ve anizotropi katsayısı (R) gibi şekillendirilebilirlik parametreleri de bu çalışmada incelenmiştir. Uygulanan ara deformasyon miktarının artmasının deformasyon sertleşmesini azaltıcı bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Bu davranış, incelenen tüm numune oryantasyonlarında gözlenmiştir. Retrogresyon sıcaklığının deformasyon sertleşmesi üzerine önemli bir etkisi olduğu ve artan retrogresyon sıcaklığı ile deformasyon sertleşmesi üssü değerinin de arttığı belirlenmiştir. En yüksek deformasyon sertleşmesi üssü değeri, bu çalışmada kullanılan en yüksek retrogresyon sıcaklığında (280C) elde edilmiştir. Anizotropi katsayısı, haddeleme yönüne 45 açıyla yönlenmiş numunede diğer oryantasyonlara (0 ve 90) göre daha yüksektir. Ancak retrogresyon sıcaklığı ile anizotropi katsayısı arasında belirgin bir ilişki belirlenmemiştir. Diğer taraftan, anizotropi katsayısı, artan ara deformasyon miktarına bağlı olarak azalma eğilimi göstermektedir. Bu etki, 220C ve 280C retrogrsyon sıcaklıklarında daha belirgin olarak gözlenmiştir.