2014 alüminyum alaşımının yarı katı halde ekstrüzyonu ve mikroyapı incelemeleri
Extrusion of 2014 aluminum alloy in semisolid state and microstructural analysis
Yazar: ERSİN ASIM GÜVEN
Danışman: PROF. DR. LEVON ÇAPAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum

Özet:
Alaşım elementi olarak bakırın bulunduğu 2000 serisi alüminyum alaşımları, yüksek dayanımlarının yanında düşük yoğunlukları nedeniyle, ekstrüzyonle şekillendirilen uçak parçaları, jant ve çeşitli yapı elemanları gibi ürünlerde kullanılmaktadır. Bu ürünler düşük ekstrüzyon hızında, yüksek ekstrüzyon basıncıyla üretilirler. Ekstrüzyon kabiliyetinin düşüklüğü nedeniyle, 2000 serisi alüminyum alaşımlarının yarı-katı halde ekstrüzyonları ilgi çekicidir. Yarı?katı ekstrüzyon prosesi klasik ekstrüzyona göre daha verimli olduğu gibi daha düşük ekstrüzyon kuvveti ve enerjisine ihtiyaç duyar. Ayrıca kullanılan takımların ömrü daha fazladır. Üretilen ürünün mikroyapısı da daha homojendir. Yarı-katı durumda döküm ve dövme konusunda yıllarca araştırma yapılmasına rağmen yarı?katı ekstrüzyon konusunda çok az çalışma mevcuttur. Alüminyum alaşımlarının yarı?katı ekstrüzyonunda küresel mikroyapı katı bir malzeme gibi kendini tutabilirken, kaymaya zorlandığında sıvı gibi akabilir. Küresel tanelerin arasında bulunan sıvı faz malzemelerin ekstrüzyon kabiliyetlerinin artmasına sebep olur. Ancak yarı-katı fazda ekstrüzyonun, hem kullanılan takımlar hem de üretimin doğasından kaynaklanan bazı zorlukları vardır. Üretim parametreleri, ekstrüzyon kalıbına yarı-katı fazda giren malzemenin kalıbın sonunda tamamen katılaşmış olacağı şekilde çok hassas ayarlanmalıdır.Çalışmada 2014 alaşımının yarı-katı fazda ekstrüzyonu üzerine çalışılmıştır. 152 mm çapında biyet olarak sürekli döküm yöntemiyle üretilen hammaddelere 480°C sıcaklıkta 12 saat homojenizasyon ısıl işlemi yapılmıştır. Daha sonra 40 mm çapa 430° sıcaklıkta ekstrüzyon yapılmış 2014 alaşımı yeterli kısmi ergime sağlayacak kadar yüksek sıcaklıkta ısıtılmış ve bu sıcaklıkta beklendikten sonra 16 mm çapa yarı?katı ekstrüzyon yapılmıştır.Mikro ve makro ölçekte yapısal inceleme yapılmış, küreselleşme miktarı ve tane büyüme hızı araştırılmıştır. Ayrıca numuneler T6 yaşlandırma işlemine tabi tutularak sertlik değerleri arttırılmış ve bulunan değerler hammaddenin sertliği ile karşılaştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: 2014, Alüminyum, Yarı?katı Şekillendirme

Abstract:
With copper as the main alloying addition, alloys from the 2XXX family offer high strength at low specific weight and are widely employed in the form of extrusions for aircraft fittings, wheels and major structural components. However, they suffer from low extrusion speeds, require high extrusion pressures and are thus assigned a low extrudability index. Hence, it is very attractive to extrude these alloys in semisolid state for technical as well as economical reasons. The thixoextrusion process offers higher productivity, lower extrusion pressures and energy consumption, longer die life and more uniform microstructures than conventional extrusion at competitive cost. Casting and forging of aluminium alloys in semisolid state have received a great deal of attention in recent years. Thixoextrusion has also attracted some attention. The key feature that permits the thixoextrusion of aluminium alloys is, once again, a globular microstructure, which may be handled like a solid but flows readily when sheared. The extrudability of such a material is exceptional owing to the liquid phase between the globular grains. However, extrusion in the semisolid state is a relatively challenging manufacturing route with respect to other semisolid forming operations owing to the configuration of the forming tool and the nature of the forming process. The process parameters have to be fine tuned precisely to maintain semisolid features at the entrance of the extrusion die and to establish a fully solid part at the exit.The present work was undertaken to explore the potential of forming 2014 alloy in the semisolid state. 152 mm diameter billets were produced with DC casting and homogenizated at 480°C for 12 hours. Slugs were extruded at 430°C into 40 mm. Conventionally extruded bars of 2014 were isothermally held at a high enough temperature to achieve partial melting and then extruded into solid bars with a diameter of 16 mm in the semisolid state.The micro and macrostructural features, globularity level and coarsening rate of the thixoextruded bar were investigated. Thixoextruded bars were exposured to T6 articial ageing treatment in order to increase hardness and compared with feedstock.Keywords: 2014, Aluminum, Semi?solid Processing