Silisyum oranının monotektoid esaslı Zn-Al-Cu-Si alaşımlarının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Effect of silicon content on the mechanical and tribological properties of monotectiid based Zn-Al-Cu-Si alloys
Yazar: OSMAN BİCAN
Danışman: PROF.DR. TEMEL SAVAŞKAN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Bu çalışmada, bir adet üçlü çinko-alüminyum-bakır ve sekiz adet dörtlü çinko- dümmyum-bakır-silisyum alaşımı kokil döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların dökülmüş ve ısıl işlem (stabilizasyon) görmüş durumlardaki sürtünme ve aşınma davranışları blok-disk esaslı bir deney düzeneği yardımıyla incelendi. Bulunan sonuçlar bu alaşımların iç yapı ve mekanik özelliklerine dayandırılarak açıklandı ve ayrıca geleneksel bir yatak malzemesi olan SAE 660 bronzundan aynı koşullarda elde edilen bulgularla karşılaştırıldı. Üretilen üçlü Zn-40Al-2Cu alaşımının iç yapısının alüminyumca zengin a, bunları çevreleyen çinkoca zengin n ve dendritlerarası bölgelerde yer alan balarca zengin 6 fazlarından, dörtlü Zn-40Al-2Cu-(l-5)Si alaşımlarının iç yapılarının ise bu fazlarla birlikte silisyum parçacıklarından oluştuğu gözlendi. %2,5 değerinden daha düşük oranlarda silisyum içeren alaşımlardaki silisyum parçacıklarının homojen bir dağılım sergiledikleri, bu değerden daha yüksek oranlarda silisyum içeren alaşımlardaki silisyum parçacıklarının ise hem daha büyük boyutlu (iri) oldukları hem de yapı içerisinde belirli bölgelerde toplanarak mikrosegragasyona yol açtıkları görüldü. Uygulanan stabilizasyon işleminin dendritik yapı üzerinde etkili olmadığı, ancak dendritlerarası bölgelerdeki çinkoca zengin metastabil fazların dönüşümüne yol açtığı gözlendi. İncelemeler sonucunda dörtlü Zn-Al-Cu-Si alaşımlanmn sertlik ve mukavemet değerlerinin artan silisyum oram ile arttığı, %2,5 oranından sonra ise silisyum oram arttıkça azaldığı görüldü. Ayrıca söz konusu alaşımların sürtünme katsayısının artan silisyum oranıyla azalarak %1 silisyum oranında en düşük değerini aldığı, bu orandan sonra ise artan silisyum oram ile arttığı belirlendi. Bu alaşımlarda aşınma ile meydana gelen hacim kaybının da artan silisyum oram ile azaldığı, ancak %2J5 silisyum oranından sonra artan silisyum oram ile arttığı gözlendi. Uygulanan stabilizasyon işleminin söz konusu alaşımların sertlik, mukavemet ve aşınma direncini olumsuz yönde etkilediği görüldü. Elde edilen bulguların değerlendirilmesi sonucunda monotektoid esaslı Zn-Al-Cu-Si alaşımlanmn gerek dökülmüş, gerekse stabilize edilmiş durumlarda SAE 660 bronzundan çok daha üstün tribolojik özelliklere sahip olduğu belirlendi. Anahtar Kelimeler: Monotektoid Esaslı Zn-Al-Cu-Si Alaşımları, Silisyum Oram, Stabilizasyon, Mekanik Özellikler, Sürtünme, Aşınma ve Triboloji.

Abstract:
SUMMARY Effect of Silicon Content on the Mechanical and Tribological Properties of Monotectoid Based Zn-Al-Cu-Si Alloys In this study, one ternary zinc-aluminium-copper and eight quaternary zinc- duminium-copper-silicon alloys were produced by permanent mould casting. The friction and wear properties of these alloys were investigated in both as-cast and heat treated (stabilized) conditions using a block-on-disc machine. The results obtained from these investigations were explained in terms of microstructure and mechanical properties of the alloys and compared with those obtained from the SAE 660 bronze under the same test conditions. The microstructure of the ternary Zn-40Al-2Cu alloy was consisted of aluminium-rich a, zinc-rich tj and copper-rich e phases and the quaternary Zn-40Al-2Cu-(l-5)Si alloys had a silicon phase in addition to the phases observed in the ternary alloy. The silicon particles showed a homogeneous distribution in the alloys containing up to 2.5%Si, however when the silicon content exceeded this level the silicon particles gave rise to microsegregation by garnering in some areas of the microstructure as separate groups. It was observed that the stabilization treatment had no significant effect on the microstructure of the alloys, but produced fine transformation products in the interdendritic regions. The hardness and tensile strength of the Zn-Al-Cu-Si alloys increased with increasing silicon content up to 2,5%Si, above which they decreased as the silicon content increased. It was found that the coefficient of friction decreased with increasing silicon content up to l%Si, however above this level it increased as the silicon content increased. It was also found that the volume loss due to wear of the alloys decreased with increasing silicon content up to 2,5%, above which it increased as the silicon content increased. In addition the hardness, tensile strength and wear resistance of alloys were found to be reduced by the stabilization treatment applied. As a result of these observations it was concluded that the Zn-40Al-2Cu-(l-5)Si alloys have much superior tribological properties compared to the SAE 660 bronze in both as-cast and heat-treated conditions. Key words: Monotectoid Based Zn-Al-Cu-Si Alloys, Silicon Content, Stabilization, Mechanical Properties, Friction, Wear and Tribology VI