Alüminyum-magnezyum-titanyum (Al-Mg-Ti) alaşımlarının mekanik ve mikroyapı özelliklerine magnezyum ve titanyum elementlerinin etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of magnesium and titanium to mechanical and microstructure properties of aluminum-magnesium-titanium            (Al-Mg-Ti) alloys
Yazar: HALİL İBRAHİM KURT
Danışman: PROF. DR. SERDAR SALMAN ; PROF. DR. İBRAHİM HALİL GÜZELBEY
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu tez çalışmasında, alüminyum-magnezyum-titanyum (Al-Mg-Ti) alaşımlarının mekanik ve mikroyapı özelliklerine magnezyum ve titanyum oranının etkisi araştırılmıştır. 21 farklı bileşime sahip alüminyum-magnezyum-titanyum alaşımı dökülmüştür. Döküm yöntemi olarak kum döküm metodu kullanılmıştır. Alaşımların içerisinde ağırlıkça magnezyum oranı %2, 4, 6, 8, 10, 12 ve 14 olarak değişirken, ağırlıkça titanyum oranı %1, 2 ve 3 olarak değişmiştir. 
Mikroyapı incelemeleri için, X-ışını difraksiyonu (XRD) analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi, enerji dağılım spektrometresi (EDS) analizi, optik mikroskop görüntüleri, polarize mikroskop ile tane boyutu ölçümü ve elementel haritalama analizi yapılmıştır. Döküm numunelerin yoğunluk ve sertlik ölçümleri hesaplanmıştır. Ayrıca numunelere basma ve çekme testi uygulanarak, çekme testi kırılma yüzeyinin SEM görüntüleri alınmıştır.
XRD analizi ile mikroyapıda ?-fazı (Al-Mg katı çözeltisi), TiAl3 ve ß-Al3Mg2 fazları tespit edilmiştir. SEM analizleri ile mikroyapı görüntüleri alınmış ve genel ve noktasal EDS analizleri ile mikroyapıdaki elementlerin ve fazların kompozisyonları tespit edilmiştir. SEM cihazında yapılan elementel haritalama ile mikroyapıdaki bu fazların homojen dağılım gösterdiği gözlenmiştir. Optik mikroskopta TiAl3 fazının morfolojisi tespit edilmiştir. Tane boyutu ölçüm sonuçlarına göre, tasarlanan bütün alaşımlar içerisinde en küçük tane boyutu 88 µm olarak C6 kodlu alaşımda elde edilmiştir.
Tasarlanan alaşımlar içerisinde en düşük teorik yoğunluk değeri 2,582 gr/cm3, en düşük ölçülen yoğunluk değeri 2,422 gr/cm3 ve en yüksek % porozite oranı %16 olarak A7 kodlu alaşımda elde edilmiştir. Magnezyum oranının artması ile alaşımlarda % porozitenin arttığı ve artan titanyum oranı ile % porozite oranının azaldığı gözlenmiştir. 
Alaşımlarda artan magnezyum ve titanyum oranı ile sertlik değerinde artış gözlenmiştir. En yüksek sertlik değeri Al-14Mg-3Ti (C7) alaşımında 125 HB olarak elde edilmiştir.
Basma ve çekme testleri, oda sıcaklığında ve 1 mm/dk. hızda gerçekleştirilmiş olup, basma testi 50 kN?a (5 ton) kadar uygulanmıştır. Deney numunelerinde, en yüksek akma mukavemeti Al-10Mg-1Ti (A5) alaşımında 109,13 MPa ve en yüksek çekme mukavemeti Al-4Mg-2Ti alaşımında (B2) 205,04 MPa olarak tespit edilmiştir. Çekme testi sonuçlarına göre en yüksek şekil değişimi Al-4Mg-1Ti (A2) alaşımında %16,19 olarak gerçekleşmiştir. En yüksek basma akma mukavemeti Al-12Mg-2Ti alaşımında (B6)  384,12 MPa ve bu alaşımın akma noktasındaki şekil değişim oranı %5,39 olarak tespit edilmiştir. Çekme testi kırılma yüzeyi SEM görüntülerinde, düşük oranda magnezyum ve titanyum içeren alaşımlarda sünek ve gevrek kırılma meydana gelirken kırılma tane sınırı kırılması görüntüsü vermiştir. Yüksek magnezyum içeren alaşımlarda kırılma tane içi gerçekleşmiş olup gevrek kırılma görüntüsü vermiştir.

Abstract:
In this study, the effect of magnesium and titanium rates on the mechanical and microstructure properties of aluminum-magnesium-titanium (Al-Mg-Ti) alloys has been investigated. The twenty one types aluminum-magnesium-titanium alloys were produced by sand casting method. In the alloys, as magnesium rates 2, 4, 6, 8, 10, 12 and 14wt.%, titanium rates alter 1, 2 and 3wt.%.  
The microstructure of the alloys was examined by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), optical microscopy, polarized microscopy to determine the grain size and elemental mapping. The density and hardness measurements were conducted on the casting alloys. In addition, the compression and tensile tests were carried out and fracture surface of the alloys was examined by SEM.
In microstructure, ?-phase (Al-Mg solid solution), TiAl3 and ß-Al3Mg2 phases were observed according to XRD results. The compositions of elements and phases in microstructure were determined by EDS analysis. According to elemental mapping results, these phases had been shown a homogenous distribution. The morphology of TiAl3 phase was determined by optical microscopy and average grain size was determined by polarized microscopy. In the designed alloys, the lowest grain size carried out as 88 µm on Al-12Mg-3Ti (C6) alloy. 
In the designed alloys, the lowest theorical and measured density values were carried out as 2,582 gr/cm3 and 2,422 gr/cm3 on A7 code alloy, respectively. The porosity value of Al-14Mg-1Ti (A7) alloy carried out as 16% which is the highest value in all alloys. The porosity value increased with inreasing of magnesium rate and it decreased with increasing titanium rate. 
The hardness of alloys increased with increasing of magnesium and titanium rates. The highest Brinell hardness value (HBN) was obtained as 125 HBN on Al-14Mg-3Ti (C7) alloy.
The compression and tensile tests were carried out at room temperature and 1 mm/min strain rate. The maximum yield strength occurred out on Al-10Mg-1Ti (A5) alloy as 109,13 MPa. The ultimate tensile strength (UTS) of Al-4Mg-2Ti (B2) alloy was obtained as 205,04 MPa which is the highest of all alloys. According to the tensile test results, the maximum elongation occurred out on Al-4Mg-1Ti (A2) alloy as 16,19%. The compression yield strength (CYS) of Al-12Mg-2Ti (B6) alloy was obtained as 384,12 MPa which is the highest of all alloys. Yield strain value of this alloy is 5,39%. According to SEM images of fracture surface of the tensile test, ductile and brittle fractures were observed in the alloys contain the low magnesium and titanium and fractures carried out as intergranular. The brittle type fracture occurred in the alloys contain high magnesium and fracture carried out as transgranular.