Çinko, mangan ve magnezyum katkılarının Al-12Si-3Cu esaslı alaşımın yapı, mekanik ve tribolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi
An investigation of effects of zinc, manganese and magnesium additions on microstructure, mechanical and tribological properties of Al-12Si-3Cu based alloy
Yazar: MURAT BEDER
Danışman: DOÇ. DR. YASİN ALEMDAĞ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum-silisyum alaşımlar = Aluminum-silicon alloys ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Çinko-alüminyum alaşımları = Zinc-aluminum alloys

Özet:
Bu çalışmada Zn, Mn ve Mg katkılarının Al-12Si-3Cu esaslı alaşımın yapı, mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi incelendi. Üretilen alaşımlardan bazılarına T6 ısıl işlemi uygulandı ve elde edilen özellikler dökülmüş durumları ile karşılaştırıldı.

Alaşımların içyapılarının içerdikleri alaşım elementlerine göre α-Al, Si, θ (CuAl2), α-Al15Mn3Si2, Mg2Si, π (Al8Mg3FeSi6) ve Q (Al5Mg8Cu2Si6) fazlarından oluştuğu görüldü. T6 ısıl işleminden sonra Si fazının parçalanarak nispeten küresel şekle dönüştüğü ve yapı içerisinde homojen bir biçimde dağıldığı gözlendi. Zn oranı arttıkça Al-12Si-3Cu esaslı alaşımın mekanik ve süneklik özelliklerinin arttığı belirlendi. Mn oranın artması durumunda ise bu alaşımın sertliği artarken çekme dayanımı ve sünekliğinin azaldığı görüldü. Alaşımın sertlik ve mukavemet değerlerinin %0,5 Mg oranında en yüksek değerlerine ulaştıktan sonra artan Mg oranı ile azaldığı belirlendi. Ancak Zn, Mn, ve Mg içeren dörtlü alaşımların hemen hemen hepsinin Al-12Si-3Cu esaslı alaşımdan daha yüksek sertliğe sahip oldukları belirlendi. Söz konusu alaşımlarda kırılmanın gevrek fazların parçalanması veya ana matristen ayrılması sonucu oluşan çatlağın bu parçacıkların bulundukları bölgeleri takip ederek ilerlemesi sonucunda oluştuğu gözlendi. Zn, Mn ve %0,5 oranındaki Mg katkılarının baz alaşımın aşınma direncini artırdığı görüldü. Dörtlü Al-12Si-3Cu-2Zn, Al-12Si-3Cu-1Mn, Al-12Si-3Cu-0,5Mg alaşımları ile beşli Al-12Si-3Cu-2Zn-0,5Mn ve altılı Al-12Si-3Cu-2Zn-1Mn-0,5Mg alaşımlarının diğer alaşımlar içerisinde en uygun mekanik ve tribolojik özellikler sergilediği belirlendi. T6 ısıl işleminin bu alaşımların söz konusu özelliklerini önemli ölçüde artırdığı tespit edildi.

Abstract:
In this study, the effects of Zn, Mn and Mg on microstructure, mechanical and tribological properties of Al-12Si-3Cu based alloy were investigated. T6 heat treatment was applied some of produced alloys and results were compared to their as-cast states.

Microstructure of the alloys were observed to consist of α-Al, Si, θ (CuAl2), α-Al15Mn3Si2, Mg2Si, π (Al8Mg3FeSi6) ve Q (Al5Mg8Cu2Si6) phases depending on addition elements. T6 heat treatment caused to breaking up needle-like silicon particles and transformation them to nearly spherical shape. It was observed that these particles showed a homogenous distribution in matrix after T6 heat treatment. It was determined that mechanical and ductility properties of Al-12Si-3Cu based alloy increased as the Zn addition increased. On the other hand, the hardness of this alloy increased in case of increasing Mn addition but its tensile strength and ductility decreased. Hardness and strength properties of Al-12Si-3Cu based alloy reached to the maximum values at %0,5 Mg addition, above which they decreased with increasing Mg addition. However, it was found that quaternary alloys containing Zn, Mn and Mg exhibited higher hardness than the ternary Al-12Si-3Cu alloy. Tensile fracture of the alloys took place the propagation of cracks formed as result of breaking up brittle phases or their detachment of matrix. It was seen that Zn, Mn and %0,5 Mg additions increased the wear resistance of base alloy. Al-12Si-3Cu-2Zn, Al-12Si-3Cu-1Mn, Al-12Si-3Cu-0,5Mg, Al-12Si-3Cu-2Zn-0,5Mn and Al-12Si-3Cu-2Zn-1Mn-0,5Mg alloys showed a suitable mechanical and tribological properties amongst the others. T6 heat treatment resulted in a significant improve in mechanical and tribological properties of the alloys.