Ötektik altı Al-Si döküm alaşımlarında bileşimin optimizasyonu ile döküm kabiliyeti ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi
Developing of castability and mechanical features by composition optimization in hypoeutectic Al-Si cast alloys
Yazar: MURAT GÜÇLÜ BÜYÜKUNCU
Danışman: PROF. DR. ONURALP YÜCEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Alüminyum bazlı alaşımlar = Aluminum based alloys ; Alüminyum-silisyum alaşımlar = Aluminum-silicon alloys ; Döküm endüstrisi = Casting industry ; Döküm hataları = Casting defects ; Döküm yöntemleri = Casting methods ; Jant = Rim

Özet:
Otomotiv sektöründe artan rekabet koşullarında ve sürekli yenilenen çevre korunmasıyla ilgili yönetmeliklere istinaden çevreyi daha az kirleten ve daha hafif araçların üretimi önem kazanmıştır. Dolayısıyla otomobil jantlarının ağırlığından elde edilecek kazanımlar mevcut jantların daha ince kesitlerde ve dolayısıyla daha hafif olarak üretilmesiyle mümkün olabilmektedir.Bu çalışmada halen kullanılmakta olan ötektik altı Al-Si (% 7 Si ve % 11 Si) alaşımlı otomobil jantlarının mekanik dayanım ve dökülebilirlik özelliklerinden daha iyi değerlerin elde edildiği, ana alaşım elementi olarak içeriğinde % 4 Si ve % 7 Si bulunan, aynı zamanda farklı oranlarda Co, Ce, Bi, Cu, Zn, Mg, Mn, Ti, Sr, Na ve B içeren alaşımlar başarılı şekilde elde edilmiştir.İstatiksel deney tasarımı programı sonucunda elde edilen alaşımlar DAS (dendritik kol uzaması) ve Metal health sistemi kalıplarına dökülerek çekme, akışkanlık, k-testi, sıcak yırtılma, sertlik, mikro ve makro numuneleri elde edilmiştir. Daha sonra DAS çekme, metal health çekme ve sertlik numuneleri döküm hali için numune hazırlama işlemlerine tabi tutulmuş, ardından aynı numunelerden ayrılan diğer parti numuneler ise T6 koşullarında ısıl işlem prosesine girdikten sonra çekme ve sertlik numuneleri hazırlanmıştır. Bu işlemlerin sonucunda akma mukavemeti, çekme mukavemeti, % uzama ve sertlik özellikleri incelenmiştir. Makro ve mikro numuneler yüzey hazırlama, zımparalama, dağlama ve parlatma işlemlerinden sonra mikro ve makro analize hazır hale getirilmiştir. Bu numuneler mikroskopta mikro analiz, makro analiz, DAS (dendritik kol uzaması) analizi, % porozite ve daha detaylı mikroyapı incelemeleri için XRD ve SEM analizleri işlemlerine girmişlerdir. Son olarak elde edilen tüm deney çıktı verilerinin Minitab programında girişlerinin yapılmasıyla tüm çıktıların ve elementlerin birbiriyle olan ilişkileri değerlendirilmiş ve yorumlanmıştır.Otomotiv jant sektöründe kullanılan % 7 Si içeren ısıl işlem görmüş ticari alaşımda % 4,216 uzama, 223,9 MPa çekme dayanımı ve 67,2 HB sertlik değerlerine ulaşılırken; geliştirilmiş olan % 7 Si içeren alaşımlarda döküm (ısıl işlemsiz) hali için en iyi değerler; uzama % 5,286, çekme dayanımı 190,564 MPa ve sertlik 75,7 HB, ısıl işlemli en iyi değerler; uzama % 7,982, çekme dayanımı 271,268 MPa ve sertlik 94,9 HB olarak elde edilmiştir. % 4 Si içeren alaşımlarda döküm (ısıl işlemsiz) hali ile en iyi değerler; uzama % 5,854, çekme dayanımı 197,896 MPa ve sertlik 87,7 HB, ısıl işlemli en iyi değerler; uzama % 7,398, çekme dayanımı 303,27 MPa ve sertlik 106,3 HB olarak elde edilmiştir.

Abstract:
Regarding to competitive conditions in automotive industry and continuously revised environmental procedures, less contaminating and light weight vehicles gained much more importance. The weight gains which can be achieved from automobile wheels could be possible by producing them with thin cross sections and therefore lighter vehicles are produced.In this study better mechanical properties and castability have been succesfully achieved by using 4 % Si and 7 % Si with varying additions of Co, Ce, Bi, Cu, Zn, Mg, Mn, Ti, Sr, Na and B than relevant hypoeutectic Al-Si ( 7 % Si and 11 % Si) alloy wheels.Alloys which have been analysed from statistical design of experiment program were casted in DAS (dendritic arm spacing) moulds and Metal Health System moulds and as a result; tensile, fluidity, k-test, hot tearing, hardness, macro and micro samples were produced. After this, DAS tensile, metal health tensile and hardness samples were prepared for as-cast conditions while another party of tensile and hardness samples were be prepared after T-6 heat treatment process. As a result, yield strength, tensile strength, elongation % and hardness properties were studied. Macro and micro samples were be prepared by sand paper, etching and polishing. Following surface preparation step these samples were analysed in optical microscope for macro, micro, DAS and porosity % analysis, in addition, further detailed micro anaylsis were carried by XRD and SEM analysis. Finally, all relevant results, datas and micrographs were examined with the help of minitab program and as a conclusion final evaluations and remarks were made.For 7 Si % heat treated commercial alloys used in automotive industry, 4,216 % elongation, 223,9 MPa tensile strength and 67,2 HB hardness values were achieved in this study; while in 7 % Si containing as cast alloys best achieved values were as follows; elongation 5,286 %, tensile strength 190,564 MPa and hardness value 75,7 HB, heat treated best achieved values were; elongation 7,982 %, tensile strength 271,268 MPa and hardness value 94,9 HB. In 4 % Si containing as cast alloys best achieved values were as follows; elongation 5,854 %, tensile strength 197,896 MPa and hardness 87,7 HB, heat treated best achieved values were; elongation 7,398 %, tensile strength 303,27 MPa and hardness value 106,3 HB.