Kokil kalıba döküm yöntemiyle üretilen bronz ve pirinç malzemelerın sıcak dövme ve ısıl işlem sonrası aşınma ve korozyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the wear and corrosion properties of bronze and brass materials produced by mold casting method after hot forging and heat treatment
Yazar: HANİFİ TAZE
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum bronzu = Aluminum bronze ; Aşınma = Wear ; Bronz = Bronze ; Korozyon = Corrosion ; Pirinç alaşımları = Brass alloys ; Triboloji = Tribology

Özet:
Bu çalışmada kokil kalıba döküm yöntemi kullanılarak kurşun ve berilyum içermeyen çevre dostu, kolay temin edilebilir ve düşük maliyetli silisyum ve çinko içerikli bakır alaşımlarından UNS C65620 (CuZn3Fe2Si3) ve UNS C87800 (CuZn15Si4) ve UNS C99400 (CuZn2Fe2Ni2Si2Al) birlikte karşılaştırmalı olarak nikelli alüminyum bronzu (NAB) UNS C63000 (CuMnFe5Ni5Al9) kodlu alaşımın üretimi ve karakterizasyonu incelenmiştir. Kokil kalıba döküm yöntemiyle üretilen UNS C65620, UNS C87800, UNS C99400 ve UNSC63000 kodlu malzemeler şahmerdan ile sıcak dövme işlemi yapılarak ardından UNS C65620, UNS C87800 ve UNS C99400 kodlu malzemelere iki gruba ayrılarak birinci gruba gerilim giderme tavlaması ikinci gruba ise homojenizasyon tavlaması ısıl işlemi uygulanmıştır. UNS C63000 kodlu alaşıma ise çözeltiye alma ısıl işlemi sonrası yaşlandırma yapılmıştır. Üretilen alaşımların mikroyapı görüntüleri optik mikroskop ve EDS (enerji dağılımlı spektroskopi) donanımlı SEM cihazı ile alınmıştır. Metalografik olarak hazırlanan numunelerin sertlikleri Vickers sertlik değerinde belirlenmiştir. Çekme testleri, 1,67x10-3 s-1 çekme hızında ve oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Potansiyodinamik polarizasyon ve daldırma korozyon testi için simüle edilmiş deniz suyu (%3,5 NaCl çözeltisi) kullanılmıştır. Aşınma testi için ise Halka üzeri blok (Block on Ring) aşınma cihazı kullanılmış olup karşı (aşındıran) malzeme 1.2379 soğuk iş takım çeliği, uygulanan yükler 20-80 N ve aşınma ortamları kuru ortam, %3,5 NaCl çözeltisi ve %10 seyreltilmiş boron sıvısıdır. İncelenen malzemelerde α-CuZn katı eriyiği ile birlikte Cu4Si, Cu0.83Si0.17 ve Cu5Zn8 oluşurken UNS C87800 kodlu malzemede ilave olarak Cu12.75SiZn2.92 ve Cu3Zn intermetaliklerinin oluşması sertlikte artışa, akma ve çekme dayanımlarında ise iyileşmeye yol açmıştır. Bakır içeriği yüksek olan UNS C99400 ve UNS C65620 kodlu alaşımların aşınma yüzeyinde adezif aşınma mekanizmasının gözlenmesi, yüksek bakır içerikli ve abrazif aşınma mekanizması gözlenen UNS C63000 ve UNS C87800 kodlu alaşımların aşınma direncine kıyasla UNS C99400 kodlu alaşımın aşınma direncini iyileştirmiştir.UNS C63000 kodlu alaşımın kısa süreli potansiyodinamik polarizasyon testi korozyon hızını Al, Ni ve Mn içeriği bir miktar düşürürken uzun süreler alan daldırma korozyon testi korozyon hızını Fe yüksek miktarda bulunmasından ve belirli miktarda Si içermemesinden dolayı belirgin bir şekilde artırmıştır.

Abstract:
In this study, the production and characterization of lead and beryllium-free, environmentally friendly, easily obtainable, and low-cost silicon and zinc-containing copper alloys, UNS C65620 (CuZn3Fe2Si3) and UNS C87800 (CuZn15Si4), as well as nickel aluminum bronze (NAB) UNS C63000 (CuMnFe5Ni5Al9) in comparison with UNS C99400 (CuZn2Fe2Ni2Si2Al) were investigated by using the permanent mold casting method. After the hot forging process of the produced alloys, UNS C65620, UNS C87800 and UNS C99400 coded alloys were divided into two groups, then stress relief annealing was applied to the first group and homogenization annealing to the second group. UNS C63000 coded alloy was aged after solution heat treatment. The microstructure images of the produced alloys were taken with an optical microscope and an EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy) equipped SEM device. The hardness of the metallographically prepared samples was determined by the Vickers hardness value. Tensile tests were carried out at a tensile speed of 1.67x10-3 s-1 and at room temperature. Simulated sea water (3.5% NaCl solution) was used for potentiodynamic polarization and immersion corrosion tests. For the wear test, a Block-on-Ring wear device with 1.2379 cold work tool steel as the counter (abrasive) material was used. The wear environments; dry environment, 3.5% NaCl solution, and 10% diluted boron oil and applied loads were 20-80 N. While Cu4Si, Cu0.83Si0.17 and Cu5Zn8 were formed together with α-CuZn solid solution in the investigated alloys, the additional formation of Cu12.75SiZn2.92 and Cu3Zn intermetallics in UNS C87800 coded alloy led to an increase in hardness and an improvement in yield and tensile strengths. Observation of adhesive wear mechanism on the wear surface of UNS C99400 and UNS C65620 coded alloys with high copper content improved the wear resistance of UNS C99400 coded alloy compared to that of UNS C63000 and UNS C87800 coded alloys with high copper content and abrasive wear mechanism. While potentiodynamic polarization test decreased the corrosion rate slightly with Al, Ni and Mn content, immersion corrosion test, which took longer periods of time, increased the corrosion rate significantly due to the high content of Fe and absence of a certain amount of Si.