Kapalı dövme yönteminde magnezyum alaşımlarının optimizasyonu
Optimization of magnesium alloys in closed forging method
Yazar: OSMAN ÖZDAMAR
Danışman: PROF. DR. MEHMET YETMEZ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dövme = Forging ; Dövme döküm = Forge casting ; Dövme tekniği = Forging technique ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Termomekanik özellikler = Thermomechanical properties

Özet:
Bu çalışmada, AZ31 ve AZ61 Magnezyum (Mg) alaşımlarına Gadolinyum (Gd) ve İtriyum (Y) Nadir Toprak Elementleri (NTE) ilave edilerek dört farklı yeni alaşım oluşturulmuştur. Bu yeni alaşımlar, kütlece AZ31+%0.5Gd+%0.5Y, AZ61+%1Gd+%1Y, AZ31+%1Gd+%1Y ve AZ61+%0.5Gd+%0.5Y bileşimlerinden oluşmaktadır. Alaşımların üretimi CO2 + %1 SF6 koruyucu gaz atmosferinde indüksiyon ocağı kullanılarak 750 °C'de gerçekleştirilmiştir. Alaşımlar 250 °C'de ısıtılmış metal kalıplara, CO2 + %1 SF6 koruyucu gaz atmosferinde dökülmüştür. Döküm sonrası numuneler, CNC torna tezgahında Ø32 mm çapına tornalanmış ve ardından 350 °C'de 48 saat boyunca homojenleştirme işlemine tabi tutulmuştur. Elde edilen bu alaşım, 375 °C kalıp sıcaklığında ve 0.3 mm/s ekstrüzyon hızıyla 2.24 oranında ekstrüzyon edilerek 20x20 mm kare forma dönüştürülmüştür. Ekstrüzyon sonrası 30mm uzunluğunda kesilerek 20x20x30mm ölçülerine dönüşen numunelere kapalı kalıpta çok yönlü dövme işlemi uygulanmıştır. Çok yönlü dövme işlemi, ısıya dayanıklı Molykote marka HTP kalıp yağlayıcısı kullanılarak 400°C kalıp sıcaklığında sırasıyla X, Y, Z yönlerinde gerçekleştirilmiştir. Alaşım bileşenlerine uygulanan mekanik işlemlerin mikro yapıdaki değişime olan etkileri ve bunların mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. Çalışmada iri taneli bir yapıya sahip AZ31 ve AZ61 döküm Magnezyum alaşımına ilave edilen Nadir toprak elementlerine uygulanan mekanik işlemlerin mikroyapıda etkili olduğu tespit edilmiştir. Alaşımına ilave edilen Gd ve Y'nin mikroyapıda (Mg,Al)3Gd ve Mg24Y5 gibi intermetalik fazların oluşumunu teşvik ederken tane boyutunda önemli bir azalmaya neden olmuştur. AZ31 ve AZ61 Mg alaşıma kütlece %0.5 Gd ve %0.5Y Nadir Toprak Elementlerinin ilavesiyle elde edilen ekstrüzyon sonrası kapalı kalıpta çok yönlü dövme uygulanan numunelerin sertlik, akma sınır ve çekme dayanımı sonuçlarının döküm numunelerden elde edilen değerlerden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Öte yandan döküm numenlere uygulanan mekanik işlemlerin tane boyutunu azalttığı ve mekanik özellikleri artırdığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, four different new alloys containing Gadolinium (Gd) and Itriyum (Y) Rare Earth (RE) elements were created in AZ31 and AZ61 magnesium (Mg) alloys. These new alloys consist of AZ31+0.5%Gd+0.5%Y, AZ61+1%Gd+1%Y, AZ31+1%Gd+1%Y and AZ61+0.5%Gd+0.5%Y by weight. The production of the alloys was carried out at 750 °C using an induction furnace in a CO2 + 1% SF6 protective gas atmosphere. The alloys were cast into metal molds heated to 250ºC in a CO2 + 1% SF6 protective gas atmosphere. After casting, the samples were turned on a CNC lathe to a diameter of Ø32 mm and then subjected to a homogenization process at 350 ºC for 48 hours. The obtained alloy was extruded at a die temperature of 375 °C and an extrusion speed of 0.3 mm/s with a ratio of 2.24, turning it into a 20x20 mm square form. After extrusion, the samples were cut into 30 mm lengths, resulting in dimensions of 20x20x30 mm, and then subjected to multi-directional forging in a closed die. The multi-directional forging process was carried out at a die temperature of 400⁰C in the X, Y, and Z directions, using heat- resistant Molykote brand HTP die lubricant. The effects of alloy components and applied mechanical processes on microstructural changes and their impact on mechanical properties were examined. The study found that the rare earth element added to the coarse-grained AZ31 and AZ61 cast magnesium alloys and the applied mechanical processes significantly affected the microstructure. The addition of Gd and Y to the alloy promoted the formation of intermetallic phases such as (Mg,Al)3Gd and Mg24Y5 in the microstructure, leading to a significant reduction in grain size. It was determined that the hardness, yield strength, and tensile strength results of the samples, obtained by adding 0.5% Gd and 0.5% Y rare earth elements by weight to the AZ31 and AZ61 Mg alloys and subjected to multi-directional forging in a closed die after extrusion, were higher than the values obtained from the cast samples. Additionally, it was found that the mechanical processes applied to the cast samples reduced the grain size and improved the mechanical properties.