A206.0 alüminyum bakır alaşımlarının farklı aşılayıcılar ile tane boyutunun inceltilmesi ve T6 ısıl işlemi uygulayarak mekanik özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Saf halde yumuşak bir metal olan alüminyum farklı alaşım elementleriyle alaşımlandığında endüstride çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Yüksek mekanik özelliklerin öne çıktığı malzeme tasarımında alüminyum bakır alaşımları daha ziyade tercih edilmektedir. Alüminyum alaşımları düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, yüksek korozyon direnci, kolay şekillendirilebilme ve mekanik özelliklerinin geliştirilebilmesi gibi özelliklere sahip olmasından dolayı birçok farklı sektörde kullanım alanı bulmuştur. Özellikle otomotiv, taşımacılık, uzay ve havacılık, elektronik, makine ve üretim gibi pek çok sektörde alüminyum alaşımlarının kullanımı giderek artış göstermektedir. Bu çalışmanın amacı Al-%5Cu alüminyum döküm alaşımına AlSr10, Al-3Ti-1B, Al-5Ti-1B gibi üç farklı tane inceltici mastır alaşımlar girilerek döküm yapıldıktan sonra elde edilen test numunelerine T6 ısıl işlemi uygulayarak alüminyum bakır alaşımının mekanik özelliklerinin geliştirilmesidir. Al-%5Cu alaşımına tane incelticiler girildikten sonra kokil kalıba döküm yapılmıştır. T6 ısıl işlemi için 535oC sıcaklıkta 4 saat çözeltiye alma, 25oC'de su verme ve takibinde 175oC'de 3, 6, 9, 12, 15 ve 18 saat gibi altı farklı sürelerde yapay yaşlandırma uygulanmıştır. T6 ısıl işlemi uygulanan numunelere Brinell Sertlik ölçümleri, Charpy çentik darbe testleri ve çekme deneyleri yapılmıştır. Numunelerin mikro yapıları optik mikroskopla incelenmiş ve alaşımların mikro yapılarındaki tane boyutu ölçümleri imaj analiz yöntemiyle belirlenmiştir. Tarayıcı elektron mikroskobuyla (SEM) çekme çubuk numunelerin kırık yüzeylerinden nokta, alan ve maping analizleri yapılarak alaşımların içyapıları incelenmiştir. Ayrıca bu Al-%5Cu alaşımlarına 3000 m kayma mesafesinde aşınma deneyi uygulanmıştır. Bu alaşımların korozyon dayanımını belirlemek amacıyla 590 saat daldırmalı korozyon deneyleri yapılmıştır. XRD analizleri alaşımların kristalografik karakterizasyonlarını belirlemek amacıyla yapılmıştır. Elde edilen en yüksek çekme dayanımı; Al-5Ti-1B alaşımı girilen ve 175oC'de 18 saat yaşlandırılan numunede 417 MPa olarak elde edilmiştir. En yüksek Brinell sertlik değeri ise Al-5Ti-1B tane inceltici girilen ve 175oC sıcaklıkta 18 saat süreyle yaşlandırılan numunede 112 HB olarak elde edilmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar üç eksenli Matlab grafik çizimleriyle de desteklenmiştir. AlSr10 tane incelticilerin, titanyum ve bor kadar etkili olmadığı görülmüştür. Malzemenin tane boyutunu inceltme etkisi yönünden, Al-5Ti-1B ve Al-3Ti-1B tane incelticileri karşılaştırıldığında Al-5Ti-1B'un, Al-3Ti-1B'dan daha etkili olduğu görülmüştür. Daha önce Al-Si alaşımları üzerinde bu türden çalışmalar yapılmış olmakla, Al-%5Cu alaşımları üzerinde yeterli bir çalışmaya rastlanmadığı için bu konu üzerinde yoğunlaşılmıştır. Endüstride Al-%5Cu döküm alaşımları üretilmekle beraber uygulamada pek çok değişken parametre mevcut olduğundan optimum parametre değerleri üzerinde odaklanılmıştır. Bu çalışmada tane inceltme işleminde %0,6 oranında girilen Al-5Ti-1B tane inceltici mastır alaşımı en etkili tane inceltici olarak bulunmuştur. Al-%5Cu alaşımına Al-5Ti-1B tane inceltici mastır alaşımı ilave edildiğinde 175oC sıcaklıkta 18 saat yaşlandırma ile ortalama tane boyutu 38 µm olarak elde edilmiştir.

Aluminum, which is a soft metal in pure form, has a wide range of applications in the industry when it is alloyed with different alloying elements. Aluminum copper alloys are preferred in material design where high mechanical properties stand out. Aluminum alloys have been found to be used in many different sectors due to their properties such as low density, high specific strength, high corrosion resistance, easy forming and improving their mechanical properties. The use of aluminum alloys is increasing in many sectors, especially in automotive, transportation, aerospace, electronics, machinery and manufacturing. The aim of this study is to improve the mechanical properties of aluminum copper alloy by applying T6 heat treatment to the test specimens obtained by casting three different thinner master alloys such as AlSr10, Al-3Ti-1B, Al-5Ti-1B to Al-5% Cu cast aluminum alloy. Al - 5% Cu alloy after entering the grain thinners were cast into the gravity mold. For T6 heat treatment, 4 hours solution at 535oC, quenching at 25oC followed by artificial aging of 3, 6, 9, 12, 15 and 18 hours at 175oC were applied. Brinel hardness measurements, Charpy notch impact tests and tensile tests were performed on T6 heat treated samples. The microstructures of the samples were examined by optical microscope and grain size measurements of the microstructures of the alloys were determined by image analysis method. The internal structures of the alloys were examined by scanning electron microscopy (SEM) from the broken surfaces of the drawn rod samples by point, area and maping analysis. In addition, wear tests were applied to these Al-5 %Cu alloys at 3000 m sliding distance. In order to determine the corrosion resistance of these alloys, 590 hours of immersion corrosion tests were conducted. XRD analyzes were performed to determine the crystallographic characterization of the alloys. The highest tensile strength obtained; Al-5Ti-1B alloy aged at 175oC for 18 hours was obtained as 417 MPa. The highest Brinel hardness value was obtained as 112 HB in the sample which entered Al-5Ti-1B grain refiner and aged at 175oC for 18 hours. The results obtained in this study are also supported by the three-axis Matlab graphic drawings. AlSr10 grain refiners have not been as effective as titanium and boron. Al-5Ti-1B grain refiners were found to be more effective than Al-3Ti-1B in terms of grain size thinning effect of the material. Al-Si alloys have been made on this kind of work before, Al-%5Cu alloys have been focused on this issue since there is not enough work on the alloys. Al-%5Cu casting alloys are produced in the industry, but in practice there are many variable parameters and focus on optimum parameter values. In this study, Al-5Ti-1B grain refining master alloy, which is entered at a rate of 0.6% in grain refining, was found to be the most effective grain refiner. When Al-5Ti-1B grain refining master alloy was added to Al-5 %Cu alloy, the average grain size was obtained as 38 µm after 18 hours aging at 175oC.