Al-si alaşımlarında stronsiyum modifikasyonu ile döküm kalitesi arasındaki ilişkinin karakterizasyonu
Characterisation of relation between strontium modification and casting quality in al-si alloys
Yazar: İNAL KAAN DUYGUN
Danışman: DOÇ. DR. DERYA DIŞPINAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Al-Si döküm alaşımları, iyi mekanik özellikleri, iyi dökülebilirlik ve korozyon dirençleri nedeniyle havacılık ve otomotiv sanayinde özellikle silindir kapağı, motor blokları ve silindir gömleği gibi hafif parçaların üretiminde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak Al-Si alaşımlarında modifiye edilmemiş ötektik Si fazı kaba ve gevrek bir morfoloji oluşturarak mekanik özellikleri olumsuz etkilemektedir. Bunun yanında α-Al dendrit ve yapıda bulunan intermetalik bileşiklerin morfolojisi de Al-Si alaşımlarının kalitesinde belirleyici unsurlardır. Al-Si alaşımlarının mekanik özellikleri önemli bir şekilde ötektik Si fazının morfolojisi ile ilgilidir.
Al-Si döküm alaşımlarında modifikasyon en önemli ergitme işlemlerinden biridir. Modifiye edici element olarak Na ve Sb gibi elementler kullanılsa da Sr elementi daha iyi modifiye edici özelliklere sahip olduğundan pek çok endüstriyel uygulamada tercih edilmektedir.
Al-Si alaşımlarında Sr modifikasyonu, döküm parçaları için birçok avantaj sağlamaktadır. Özellikle alaşımların mekanik özellikleri ve dökülebilirlikleri bu yöntemle iyileştirilebilmektedir. 
Sr modifikasyonu ile kaba Si ötektik fazı fiberli bir yapıya dönüştürülmekte ve alaşımın katılaşması sırasında meydana gelen değişimler nedeniyle daha ince bir mikroyapı elde edilmektedir. Oldukça düşük miktarlarda Sr ilavesi bile ötektik ve ötektik altı Al-Si alaşımlarının mikroyapılarını olumlu yönde etkilemekte ancak Sr'un oksijene olan yüksek bağlılığı, sıvı alaşımın bekletme süresine bağlı olarak yüzeyde SrO.Al2O3 gibi spinel oksit yapılar oluşturabilmektedir. Bu nedenle ergimiş alaşımda Sr miktarı zamanla düşebilir.
Bu çalışmada, bu durum A360 ve A413 alaşımlar kullanılarak incelenmektedir. Sr ilavesi Al-15 ağ. %Sr master alaşımı kullanılarak yapılmış ve Sr miktarı 300 ppm olarak belirlenmiştir. Sıvı alaşımın kalitesi büyük oranda katlanmış oksit yapılar olan bifilmlerden etkilendiğinden, Sr modifikasyonunun A360 ve A413 alaşımlarına etkisi, bekletme süresi üzerinden değerlendirilmiştir. Sıvı alaşımın kalitesini belirlemek amacıyla vakum altında katılaşma testi uygulanmış ve mikroyapı analizi yapılmıştır. Sr'un yapıdan uzaklaşma etkisi metalografik inceleme ile belirlenmiş ve sıvı alaşım kalitesindeki değişim bifilm indeksi ile ölçülmüştür. Numune alma işlemleri 4 ve 17. saatlerde yapılmıştır. Buna göre bifilm indeksinin Sr modifikasyonu ile düşürüldüğü ancak bekletme süresinin modifikasyon etkinliğini azalttığı görülmüştür.

Abstract:
Al-Si casting alloys are widely used due to their good mechanical properties, castability, and corrosion resistance for light weight components in automotive and aerospace industries especially in the manufacture of cylinder blocks and heads, internal combustion engine pistons and cylinder liners. However, unmodified eutectic (Si) phase in Al-Si alloys exhibits a coarse and flaky morphology which decreases mechanical properties. Thus, the mechanical properties of Al-Si alloys depend strongly on the morphology of eutectic silicon phase. In addition, the morphologies of α-Al dendrites and other intermetalics in the structure are decisive factors in the quality of Al-Si alloys.
Modification is one of the most important melt treatments for Al-Si alloys castings. Although there are many modifying elements which are used in modification of Al-Si alloys, such as Na and Sb, since the modification efficiency of Sr is obviously higher than other elements, it is preferred in modification treatment in many industrial applications.
Strontium modification of Al-Si alloys has many advantages for the casting parts. Particularly, mechanical properties are enhanced and castability of the alloy is
improved. 
With Sr modification, the coarse eutectic silicon phase crystalizes into fibrous network which improves the mechanical properties of alloys and a finer eutectic microstructure is obtained because of the change in solidification of liquid alloy . Even small amounts of strontium strongly affect the microstructure of hypoeutectic and eutectic Al-Si alloys. However, Sr has high affinity to oxygen and it may form SrO.Al2O3 spinel oxides on the surface of the melt depending on the holding time of the liquid. As a result, Sr quantity in the melt can decrease by time.
In this work, this phenomenon was investigated in two different alloys: A360 and A413. The addition of Sr is carried out by Al-15wt%Sr master alloy where the total quantitiy of Sr in the alloy is preferred to be 300 ppm. Since melt quality is majorly affected by bifilms which are folded oxide skins, the influence of Sr modification in A360 and A413 alloys over holding time of the melt on the melt quality has been evaluated. Reduced pressure test was used to assess melt quality. Melt quality change was recorded by means of bifilm index change. Microstructural analysis was carried out to investigate the Sr fading effect. Sample collection was made at 4th and 17th hours of holding time. It was found that bifilm index was decreased (quality was increased) and modification was hindered.