AlSi10Mg alaşımının seçici lazer ergitme ve basınç destekli sinterleme ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of AlSi10Mg alloy by selective laser melting and hot pressing
Yazar: YAĞIZ AKYILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. RIDVAN YAMANOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Sıcak presleme = Hot pressing ; Üretim = Production

Özet:
Bu tezin amacı endüstriyel olarak yaygın kullanılan alüminyum-silisyum alaşımlarında AlSi10Mg alaşımının farklı toz metalurjik yöntemler ile üretiminin karakterizasyonu üzerinedir. Alüminyum döküm alaşımı olarak bilinen AlSi10Mg son yıllarda metal eklemeli imalat proseslerinde de yaygın olarak kullanılmakta ve gün geçtikçe üzerinde yapılan çalışmaların sayısı giderek artmaktadır. Bu kapsamda gaz atomizasyonu ile üretilen AlSi10Mg tozları kullanılarak seçici lazer ergitme ve sıcak presleme yöntemi ile numune üretimi ve karakterizasyonu çalışılmıştır. Seçici lazer ergitme prosesinde ALUTEAM'in belirlemiş olduğu optimum parametreler ile numuneler üretilmiştir. Bir diğer yöntem olan sıcak pres yönteminde sıcaklık ve basıncın eş zamanda uygulanması ile malzeme üretimi gerçekleşmektedir. Sıcak pres yönteminde optimum sinterleme sıcaklığı belirlenip üretimleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda alaşım ve proses tasarımında güçlü termodinamik ve termokinetik verilere ihtiyaç duyulmaktadır. CALPHAD metodolojisi ile AlSi10Mg alaşımının termodinamik karakterizasyonu yapılmıştır. Yapılan termodinamik karakterizasyon sonucunda sıcaklığa bağlı faz fraksiyonları ve kritik değişim sıcaklıkları, elementel değişimlere bağlı oluşan faz yüzdeleri hesaplanmıştır. Böylece sıcak pres prosesi için optimum sinterleme sıcaklığı belirlenmiştir. Her iki yöntem ile üretilen numunelerin Arşimet prensibi ile yoğunlukları ölçülmüştür. Mikroyapısal incelemeler ve mekanik testler için numunelere zımparalama, parlatma ve dağlama gibi metalografik işlemler uygulanmıştır. Metalografik işlemleri tamamlanan numuneler optik ve elektron mikroskobu ile mikroyapısal incelenmiştir. Farklı üretim yöntemlerinin malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi bakımından üç nokta eğme testi ve kuru sürtünme aşınma testi yapılmıştır. Bu kapsamda malzeme özellikleri üzerinde proses yöntemleri önemli bir yere sahiptir. Aynı hammadde ve kimyasal kompozisyondan yola çıkarak iki farklı toz metalurjik proses ile üretilen AlSi10Mg alaşımının mikroyapısal ve mekanik özellikleri incelenerek karşılaştırılmıştır.

Abstract:
This master's thesis aims to characterize the production of highly applicable aluminum silicon alloy AlSi10Mg produced by different powder metallurgical methods.  Although it is known as an aluminum casting alloy, AlSi10Mg alloy has been widely used in metal additive manufacturing processes in recent years and the number of studies concerning this subject is increasing progressively. In this context, samples produced by selective laser melting and hot pressing using AlSi10Mg powders were characterized. In the selective laser melting process, samples were produced with optimum parameters determined by ALUTEAM. On the other hand, in the hot pressing method, material production is realized by applying temperature and pressure simultaneously. The optimum sintering temperature was selected in order to carry out the hot pressing. Considering alloy and process design, reliable thermodynamic and thermokinetic data are needed.  The CALPHAD methodology was utilized to carry out the thermodynamic characterization of AlSi10Mg alloy. As a result of the thermodynamic characterization, phase fractions depending on temperature, critical transformation temperatures, and phase percentages due to elemental changes were calculated. Thus, the optimum sintering temperature was determined for the hot pressing process. The densities of the samples produced by both methods were measured by applying Archimedes' principle. Metallographic sample preparation steps such as grinding, polishing and etching were applied to the samples for microstructural characterization and mechanical tests. After the metallographic sample preparation, the samples were examined with optical and electron microscopy. A three-point bending test and dry sliding wear test were conducted to investigate the effects of different production processes on the mechanical properties of the materials. In this regard, processing methods play a major role in material properties. The microstructural and mechanical properties of AlSi10Mg alloy obtained by two different powder metallurgical methods using the same raw material and chemical composition were compared.