A356 alaşımı parçaların mekanik özelliklerinin toz formlu tane incelticiler kullanılarak geliştirilmesi
Improving the mechanical properties of a356 alloy parts by powder form grain refiners
Yazar: MAKBULE POZAN
Danışman: DOÇ. DR. ONUR ERTUĞRUL
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alaşımlar = Alloys ; Mekanik alaşımlama = Mechanical alloying ; Tane inceltme = Grain refining ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Tane inceltme uygulaması Alüminyum döküm endüstrisi için ince ve eş eksenli tane yapısının sağlanması, metal beslemesinin artışı ile porozite seviyesinin azalması gibi pek çok avantaj sağlamaktadır. Böylece döküm prosesinin etkinliği artmakta ve dökülmüş ürünün kalitesi gelişmektedir. Döküm endüstrisinde tane inceltici olarak master alaşımlar kullanılmaktadır. Bu çalışmada, döküm endüstrisinde yaygın olarak kullanılan geleneksel çubuk formlu Al5TiB tane incelticilere alternatif olarak toz formlu tane incelticiler mekanik alaşımlama yöntemi ile üretilmiştir. Toz tane incelticileri elde etmek için Saf Alüminyum, TiB2 ve TiC tozları kullanılmış ve Al+TiB2 ve Al+TiC kompozitler elde edilmiştir. Toz tane inceltici kompozitler dört farklı kompozisyon ve üç farklı ilave yöntemi ile sıvı metale eklenmiştir. 700°C'de gerçekleştirilen dökümlerde en yüksek mekanik özelliklerin ve en küçük tane boyutunun elde edildiği kompozit ve kompozisyonun Al+ağ%0,3TiB2 olduğu, ilave şeklinin ise tozların alüminyum folyoya sarılması olduğu belirlenmiştir. DAS ve tane boyutları sırasıyla, Al5TiB tane inceltici ile gerçekleştirilen üretimlerde 41,5 µm ve 468,34 µm boyutlarında iken toz tane inceltici ile gerçekleştirilen üretimlerde 26,9 µm ve 345,65 µm boyutlarına düşmüş ve daha ince tane yapısı elde edilmiştir. Böylece en iyi mekanik özelliklerin elde edildiği tane inceltici ve ilave şekli belirlenerek 690°C ve 720°C döküm sıcaklıklarında Al+ağ%0,3TiB2 kompozit tozlar ve çubuk formlu Al5TiB alaşımı ile üretimler gerçekleştirilerek farklı döküm sıcaklıklarının etkisi incelenmiştir. 690°C, 700°C ve 720°C'lerde gerçekleştirilen üretimler sonucunda en ince tane boyutunun 700°C'de Al+ağ%0,3TiB2 kompozit tane inceltici kullanılarak gerçekleştirilen dökümde olduğu belirlenmiştir. En yüksek tane boyutları, her iki tane inceltici için de 720°C'de gerçekleştirilen üretimlere aittir. En küçük DAS boyutları Al+ağ%0,3TiB2 kompozit tane inceltici kullanılarak gerçekleştirilen dökümlere aittir. En yüksek akma ve kopma dayanım (MPa) değerleri 700°C'de Al+ağ%0,3TiB2 kompozit tane inceltici ile gerçekleştirilen dökümlerde sırasıyla 189,44 MPa, 256,36 MPa olarak belirlenmiştir. En yüksek Brinell sertlik değerleri Al+ağ%0,3TiB2 ve Al5TiB tane incelticileri için 700°C'de gerçekleştirilen dökümlerde elde edilmiş ve sırasıyla 81,15 HB ve 75,71 HB olarak ölçülmüştür. Tüm üretimlerde mikroyapı ve SEM incelemeleri gerçekleştirilmiş ve yapılarda tozların homojen bir şekilde dağılmış olduğu ile benzer formlarda intermetalik fazlar tespit edilmiştir. 

Anahtar Sözcükler: A356, Mekanik Alaşımlama, Toz Metalurjisi, Tane İnceltme Uygulaması, Mekanik Test Değerleri

Abstract:
Grain refinement application in Aluminum casting industry ensures various advantages such as generation of finer and equiaxed dendritic structure and lowered porosity level due to enhanced feeding, thus improves the mechanical properties. Thereby, grain refinement increases both qualities of cast aluminum alloy parts and the efficiency of the casting process. In casting industry, master alloys are used as grain refiners. In this study, powder-formed grain refiners were produced by mechanical alloying method as an alternative to traditional rod form Al5TiB grain refiners, which are widely used in the casting industry. Pure Al, TiB2 and TiC ceramic powders were ball-milled in order to obtain composite powder grain refiners then Al+TiB2 and Al+TiC grain refiners were produced. Powder grain refiners were added to the liquid metal with four different compositions and three different addition methods. It was determined that the grain refiner and composition, in which the highest mechanical properties and the smallest grain size were obtained in the castings carried out at 700°C, were Al+wt0.3%TiB2, and the addition was the wrapping of the powders in aluminum foil. DAS values of samples produced with powder Al+wt%0,3TiB2 grain refiners and rod Al5TiB grain refiners were measured as 26.9µm and 41.53µm respectively, %35.23 ratio of DAS values thinning was achieved. When the grain sizes were compared, 26.19% thinning was achieved. In order to determine the casting temperature at which the finest grain sizes and mechanical properties will be obtained, productions were carried out at 690°C, 700°C and 720°C casting temperatures, and it was determined that the best properties were obtained in the castings performed at 700°C. As a result of all productions, 2.25% and 2.68% improvement in yield and tensile strength values respectively, 9.85% improvement in % elongation values, and 7.08% improvement in hardness values were achieved with composite powder form grain refiner.

Key Words: A356, Mechanical Alloying, Powder Metallurgy, Grain Refinement, Mechanical Properties