AlSi7MgCu0.5 alaşımlı silindir kapaklarında ısıl işlem süreçlerinin iyileştirilmesi
Improvement of the heat treatment practice for cylinder heads manufactured from AlSi7MgCu0.5 alloy
Yazar: ENGİN KILINÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ESRA DOKUMACI
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Silindir kapakları, içten yanmalı motorların en karmaşık ve aşırı yüke maruz kalan bileşenlerinden biridir. Bu nedenle, silindir kapağı alaşımlarının, oda sıcaklığında işleme ve montaj için yeterli mukavemet ve sertliğe, yüksek sıcaklık ve yüklerde dayanıma ve yanma ısısına daha hızlı ulaşmak için yüksek termal iletkenliğe sahip olması gerekmektedir. Bu özelliklerin yanı sıra emisyon kontrolü ve yakıt tasarrufu gereksinimi ile hafiflemek zorunda olan taşıtlarda en uygun malzeme alüminyum, en yaygın alüminyum alaşım uygulamalarından biri ise silindir kapakları olmuştur. Alüminyum döküm alaşımlarının silindir kapaklarında kullanımı ile dökme demire kıyasla önemli miktarda tasarruf sağlamaktadır.
Avrupa Alüminyum Birliği alüminyum esaslı otomotiv ürünlerinin karakteristik özelliklerini (yüksek mukavemet, yüksek düktilite vb.) geliştirmede ısıl işlemin önemini vurgulamıştır. T6 ısıl işlemi silindir kapak uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında AlSi7MgCu0.5 alaşımlı V8 silindir kapaklarına standart T6 ısıl işleminin önemli adımları olan çözeltiye alma ve yaşlandırma tavı farklı sıcaklık ve sürelerde uygulanmıştır. Çalışmada mekanik özelliklerinden ödün vermeden AlSi7MgCu0.5 alaşımlı V8 silindir kapakları için ısıl işlem çevrim süresinin azaltılması amaçlanmıştır.  
Bir dizi ısıl işlem denemesi sonucunda T6 ısıl işlem süreci 545°C'de 1 saat çözeltiye alma, ardından 180°C'de 3 saat yaşlandırma tavı olarak optimize edilmiştir. Bu şekilde ısıl işleme tabi tutulan silindir kapaklarının mekanik özellikleri belirgin şekilde artarken, toplam ısıl işlem süresi standart ısıl işleme göre 2,5 saat azalmıştır. Bu durum %61'lik bir kapasite artışı sağlamış ve büyük bir müşteri siparişinin üstlenilmesini mümkün kılmıştır.

Abstract:
Cylinder heads are one of the most complex and overloaded components of internal combustion engines. For this reason, cylinder head alloys must have high thermal conductivity, high temperature and load resistance, and combustion heat to achieve sufficient strength and hardness for processing and installation at room temperature. In addition these features, aluminum is the most suitable material for vehicles that have to lightweight with emission control and fuel saving requirements, and one of the most common aluminum alloy applications are cylinder heads. The use of aluminum casting alloys in cylinder heads saves a significant amount of money with compared to cast iron.

The European Aluminum Association has emphasized the importance of heat treatment to improve the characteristics (high strength, high ductility etc.) of aluminum based automotive products. T6 heat treatment is widely used in cylinder head applications. In this study, the solution heat treatment and aging annealing, which are important steps of the standard T6 heat treatment on AlSi7MgCu0.5 alloy V8 cylinder heads, were applied at different temperatures and durations. It is aimed to reduce the heat treatment cycle time for AlSi7MgCu0.5 alloy V8 cylinder heads without sacrificing mechanical properties in operation.

As a result, series of heat treatment experiments, the T6 heat treatment process was optimized for solution heat treatment 1 hour at 545 ° C, followed by aging 3 hours at 180 ° C. The mechanical properties of the cylinder heads thus heat treated significantly increased, while the total heat treatment time decreased by 2.5 hours compared to standard heat treatment. This provided a 61% capacity increase and made it possible to undertake a large customer order.