Yüksek basınçlı enjeksiyon döküm ötektik Al-Si alaşımlarında modifiye edici ve tane inceltici elementlerin etkisi

Alüminyum-silisyum alaşımları düşük yoğunluk, iyi dökülebilirlik, yüksek mukavemet, sertlik ve iyi işlenebilirlik gibi özelliklere sahip olduğundan özellikle otomotiv sanayinde kabul görmekte, taşıtlarda ağırlığın azaltılması, yakıt ekonomisi ve daha düşük çevre emisyon değerleri nedeniyle tercih edilmektedir. Bu tür alaşımların uygulamalarda başarı bir şekilde kullanılabilmesi için daha iyi mekanik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu alaşımlara titanyum ilavesi ile hızlı bir şekilde ve önemli oranlarda tane inceltmesi sağlanarak, alaşımın sertlik, mukavemet değerleri ve dökülebilirliği artırılabilmektedir. Bu çalışma ile ötektik Al-Si alaşımlarında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltma amaçlı alaşım elementleri ilave ederek birincil alüminyum dendiritleri ve ötektik silisyum kristallerin modifikasyonunun alaşımın mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla titanyum ve Sr ilavesi ile alaşımın döküm kalitesini artırılması ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi sağlanarak alaşımların kullanım ömürlerinin arttırılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada EN AC 44300 [AlSi12 (Fe)] serisi alüminyum alaşımına tane inceltme işlemi ve modifikasyon işlemleri için Al1Ti5B1 ve AlSr10 mastır alaşımı ilave edilerek, beş farklı kompozisyona sahip alüminyum alaşımları yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilmiştir. Alaşıma ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın mikroyapısı ile mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde optik mikroskobu, tarama elektron mikroskobu (SEM) ve SEM/EDS (Enerji Dağılım Spektroskopisi) karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Üretilen alaşımların mekanik özellikleri Brinell ve mikrosertlik ölçümleri, çekme deneyi ve basma deneyleri ile belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarda AlSi12 (Fe) alaşımına Ti ilavesi ile alaşımların tane boyutlarının küçüldüğü ve alaşımın sertlik değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. İçerisinde %0.08 titanyum + farklı oranlarda (o-450ppm) stronsiyum bulunan alaşımlarda Sr miktarının artışına bağlı olarak alaşımın sertlik değerlerinde doğrusal oranda artış elde edilmiştir. Mikroyapıda bulunan α-Al dendiritleri ile ötektik silisyum fazları üzerinden alınan mikrosertlik değerlerinde alaşımın içerisinde Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak artmaktadır. Aynı şekilde alaşımların içerisinde Ti ve Sr oranının artışına bağlı olarak AlSi12 (Fe) alaşımların akma ve çekme ve % uzama değerlerinde doğrusal oranda bir artış gözlenmiştir. Basma deneylerinde ise Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak alaşımın % deformasyon uzaması değerlerinde azalma sağlanmıştır. Mikroyapı incelemelerinde elde edilen mekanik testler sonucu elde edilen sonuçların mikroyapı ile uyumlu olduğu ve elde edilen sonuçları desteklediği gözlenmiştir. Alaşımların optik mikroskop görüntülerinde Ti ilavesinin α-Al dendiritlerin küçültmesi sonucu tane boyutu küçülmekte ancak ötektik silisyuma herhangi bir etkisi görülmemiştir. Diğer taraftan Sr ilavesinin Si kristallerini küçülttüğü ve içerisinde 450 ppm Sr bulunan alaşımda modifiye işleminin gerçekleştiği, mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fiberimsi/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü görülmüştür. SEM görüntüleri optik mikroskop görüntülerini desteklemekte ve α-Al dendiritleri ve Si kristalleri küçülmektedir. Ayrıca, noktasal ve bölgesel SEM/EDS analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu anlaşılmaktadır. Amacı; Tez çalışmasında ötektik alüminyum-silisyum alaşımında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltmaya yönelik ilave alaşım elementleri ilave ederek primer alüminyum dendiritlerinin inceltilmesi ve ötektik Si kristalleri modifikasyonun mekanik özelliklere etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Alüminyum alaşımlarında Tane inceltici olarak kullanılan Titanyum ve modifikasyon için kullanılacak Sr elementlerinin etkisiyle beraber malzemenin mekanik özelliklerinde iyileşme sağlayarak kullanım ömürlerini arttırmak hedeflenmiştir. EN AC 44300[AlSi12(Fe)] serisi Alüminyum alaşımlarında belirli yük altında istenilen mukavemeti karşılayabilmek için düşük sıcaklıklarda presleme yaparak (dislokasyon oluşturarak) mukavemette artış sağlanmaktadır. Yapılacak çalışmada soğuk şekillendirmeye maruz kalmadan özellikle Stronsiyum ve Titanyum metalleri kullanılarak enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilecek alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri optimize edilecektir. Tespit edilecek alaşım elementlerinin değişik oranlarda tane inceltici ve modifiye edici olarak alüminyum alaşımlarına ilave edilmesiyle parametrik olarak çalışmalar yapılıp yüksek mukavemetli ve düşük kalıcı deformasyonlu özgün alüminyum alaşımları geliştirilecektir. Sonuçlar; Bu çalışmada AlSi10(Fe) alaşımına tane incelme ve modifikasyon amaçlı AlTi5B1 ve AlSr10 mastar alaşımları ilave edilerek %0,08 Ti + farklı miktarlarda Sr içeren beş farklı kompozisyona sahip alaşımlar yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemiyle üretilmiştir. Titanyum ve stronsiyum ilavesinin AlSi10(Fe) alaşımının mikroyapısı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Üretilen alaşımlara sertlik ve mikrosertlik ölçümleri ile çekme ve basma deneyleri gerçekleştirilmiş, optik ve SEM mikroskobu incelemeleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır: Üretilen alaşımların sertlik incelemelerinde AlSi10(Fe) alaşımına AlTi5B1 mastır alaşımı kullanılarak ilave edilen %0,08 titanyumun alaşımın tane boyutunu küçülterek sertlik değerlerini net bir şekilde artırdığı gözlenmiştir. %0,08 Ti içeren AlSi10(Fe) alaşımına AlSr10 mastar alaşımı ilave edilerek ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450 ppm stronsiyum içeren alaşımlar üretilmiş ve bu alaşımların sertlik değerleri alaşımın Sr miktarındaki artışa bağlı olarak doğrusal artış gözlenmiştir. Bu artış ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450ppm Sr içeren alaşımların sertliği her bir miktar artış için ortalama olarak 2,5 Brinell sertlik değeri artırmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın Brinell sertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %19 dur. AlSi10(Fe) alaşımına titanyum ilavesi ile α-Al dendiritleri, stronsiyum ilavesi ile ötektik silisyum fazı modifiye edilmiştir. Stronsiyum oranının artışına bağlı olarak fazların mikrosertlik değerleri artmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımındaki α-Al dendiritleri ve ötektik silisyum fazı mikrosertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %181 ve %127 dir. Alaşımına % 0,08 titanyum ilavesi ve stronsiyum oranının artışına bağlı olarak çekme deneyleri sonrasında akma ve çekme dayanım değerleri doğrusal artmış ve en yüksek akma ve çekme dayanım ile % uzama değerleri 450ppm Sr içeren alaşımlarında elde edilmiştir. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın akma, çekme dayanım ve % uzama değerleri arasındaki fark sırasıyla %21, %31 ve %69 dur. Basma testinde yüzde (%) deformasyon uzaması ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın tane yapısını küçülmesi ve ötektik silisyumun fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüşmesi uygulanan Fm kuvvetini absorbe edilmektedir. Bu durum alaşımın mukavemetinin artışına sağlamaktadır. Böylece Ti ilavesi alaşımın kalıcı deformasyon uzaması düşürmektedir. Buna ilaveten alaşımdaki Sr miktarındaki artışa bağlı olarak kalıcı deformasyon uzaması orantılı olarak daha da düşmektedir. İlavesiz AlSi1(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın % kalıcı deformasyon uzaması değerleri arasındaki fark sırasıyla %26 dır. Mikroyapıları incelemelerde optik mikroskop görüntülerinde alaşıma Ti ilavesinin α-Al dendiritlerini küçültmesi ile alaşımın tane boyutunu küçülttüğü gözlenmiştir. Ancak bu durumun ötektik silisyuma etki etmediği gözlenmiştir. Diğer taraftan alaşıma Sr ilavesinin silisyum kristallerini küçülttüğü gözlenmiştir. Alaşım içeresinde Sr miktarı ağırlıkça 450ppm ulaştığında mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü gözlenmiş ve böylece modifiyenin gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. SEM/EDS analizlerinde elde edilen sonuçlar optik mikroskop görüntülerinde elde edilen sonuçları desteklemektedir. Görüntülerde α-Al dendiritlerinin ve Si kristallerinin küçüldüğü belirlenmiştir. Ayrıca, alaşımın SEM/EDS noktasal ve bölgesel analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu görülmüştür. Öneriler; Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlardan yola çıkarak benzer konularda çalışma yapacak araştırmacılara aşağıdaki öneriler sunulabilir: Bu çalışmada kullanılan AlSi10(Fe) alaşımına titanyum + farklı oranlardaki stronsiyum ilavesinin alaşımının korozyon özelliklerine etkileri incelenebilir. Geçirgen elektron mikroskobu gibi farklı mikroyapı karakterizasyon teknikleri kullanılarak tane inceltme ile elde edilen mikroyapı ve mekanik özellikleri detaylı incelenerek mekanizmaları daha net olarak açıklanabilir. AlSi10 (Fe) alaşımına farklı oranlardaki stronsiyum ile fosfor ilavesisin içeren alaşımların bu çalışmada çalışılan mikroyapı ve mekanik özelliklere etkileri araştırılabilir. Bu çalışmada alaşımın üretiminde yüksek basınçlı döküm yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin dışında aynı kompozisyon ile kum ve kokil kalıba döküm gibi alçak basınçlı döküm yöntemiyle üretilen alaşımlarda basıncın mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi incelenebilir.