Alüminyum dövme alaşımlarının eğimli soğutucu ile dökümü, yarı-katı şekillendirilmesi ve karakterizasyonu
Cooling slope casting, semi-solid forming and characterization of the aluminium wrought alloys
Yazar: SERHAT ACAR
Danışman: PROF. DR. KEREM ALTUĞ GÜLER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yarı-katı metal şekillendirme teknikleri, 50 yılı aşkın süredir, özellikle alüminyum ve magnezyum gibi hafif metallerin çeşitli alaşımlarından net şekle sahip ürünlerin eldesi için araştırılmaktadır. Günümüze kadar sarf edilmiş çabaların çok büyük bir kısmının, başta A356 ve A380 olmak üzere çeşitli alüminyum döküm alaşımlarının şekillendirilmesinde basınçlı döküme alternatif arayışları özelinde yoğunlaşmış olduğu görülmektedir. Bu çalışma kapsamında, kimyasal kompozisyonları gereğince geleneksel olarak plastik deformasyon prosesleriyle şekillendirilen AA7075 ve AA2014 alaşımları kullanılarak gerçekleştirilen eğimli soğutucu ile döküm prosesleri neticesinde elde edilen hammaddelerin tikso-şekillendirilebilirliği araştırılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre, eğimli soğutucu ile dökümle üretilen hammaddelerde tercih edilebilir fiziksel ve mikroyapısal özelliklerin, mümkün olan en düşük döküm sıcaklığında, 45° döküm açısı ve 500 mm soğutucu uzunluğu kullanılarak elde edildiği görülmüştür. Eğimli soğutucu ile döküm vasıtasıyla üretilen AA7075 ve AA2014 hammaddelerinin, yeniden ısıtma işlemi öncesi ortalama tane boyutu değerleri sırasıyla; 44 µm ve 60 µm olarak tespit edilmiştir. Yeniden ısıtma işlemi sonrasında, ortalama şekil faktörü değeri 0,80'e ulaştığında, her iki alaşım için de ortalama tane boyutu değerinin 100 µm civarında olduğu görülürken, özdeş yeniden ısıtma koşullarında AA2014 alaşımının sahip olduğu kimyasal kompozisyona bağlı olarak daha hızlı bir tane kabalaşma kinetiği sergilediği gözlemlenmiştir. 
Tikso-şekillendirilmiş parçalarda, T6 ısıl işlemi öncesi ve sonrasında gerçekleştirilen sertlik ve çekme testleri sonucunda, kısa süreli yeniden ısıtma işlemleri neticesinde elde edilen ince tane morfolojisi ve şekillendirme sırasındaki düşük sıvı oranının daha üstün mekanik özellikleri desteklediği görülmüştür. Tikso-şekillendirme ve ısıl işlem sonrası hedeflenen sertlik değerlerine her iki alaşımla da ulaşılırken, elde edilen çekme dayanımı ve yüzde uzama sonuçlarının tikso-şekillendirilmiş parçalardaki kusurlar tarafından sınırlandığı sonucuna varılmıştır.
Tikso-şekillendirilmiş ve ısıl işleme tabi tutulmuş AA7075 numuneler üzerinde gerçekleştirilen potansiyodinamik polarizasyon testleri sonucunda, korozyon direncinin de artan yeniden ısıtma süresiyle birlikte düştüğü görülmüştür. AA2014 numunelerde ise yeniden ısıtma süresindeki artışla birlikte korozyon mekanizmasının tanelerarası korozyona evrildiği gözlemlenmiş ve korozyon hızı artan yeniden ısıtma süresine bağlı olarak düşmüştür.

Abstract:
Semi-solid metal forming techniques have been investigated for over 50 years to obtain net shape products from various alloys of light metals, especially aluminium and magnesium alloys. Most of the efforts so far have focused on the search for alternatives to high-pressure die casting of various aluminium casting alloys, especially A356 and A380. In this study, the thixoformability of the feedstocks produced with the cooling slope casting process was investigated for two common aluminium wrought alloys; AA7075 and AA2014. 
According to the results, the optimum physical and microstructural properties were obtained with the feedstocks produced with 45° casting angle, 500 mm cooler length and the lowest possible casting temperature. The average as-cast grain size values of AA7075 and AA2014 feedstocks were found as; 44 µm and 60 µm, respectively. After the reheating process, it was observed that when the average shape factor value reaches 0.80, the average grain size value for both alloys was around 100 µm. However, under identical reheating conditions, the AA2014 alloy exhibited faster grain coarsening kinetics due to its chemical composition.
As a result of the hardness and tensile tests performed before and after T6 heat treatment on the thixoformed parts, it was seen that the fine grain morphology and the low liquid ratio during forming processes supported superior mechanical properties. While the targeted hardness values after thixoforming were achieved with both alloys, the obtained tensile strength and percent elongation values were limited by the defects in the thixoformed parts.
As a result of potentiodynamic polarization tests performed on thixoformed and heat-treated AA7075 samples, it was observed that the corrosion resistance of the material also decreased with increasing reheating durations. However, the corrosion characteristics of AA2014 evolved into intergranular corrosion with the increase in reheating time and the calculated corrosion rate significantly decreased with this differentiation.