Nikel alüminyum bronz alaşımı ile pervane bağlantı göbeğinin (Hub) kum kalıba döküm yöntemiyle üretilmesi ve temperleme sıcaklığının özelliklerine etkisi
Production of propeller hub with nickel aluminium bronze alloy by sand mould casting method and effect of tempering temperature on its properties
Yazar: YAĞMUR LALECİ
Danışman: PROF. DR. RECEP ÇALIN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum bronzu = Aluminum bronze

Özet:
Endüstride yıllara bağlı olarak demir dışı metal alaşımlarının üretim kapasitesi artarak devam etmektedir. Demir dışı metaller arasında yaygın kullanım alanına sahip metallerin başında ise bakır ve bakır alaşımları bulunmaktadır. Bakır alaşımları; saf bakır içerisine demir, nikel, alüminyum, mangan vb. elementlerin ilave edilmesi ile oluşmaktadır. Bu elementlerin bakır ve birbirleri ile olan etkileşim sonuçlarında saf bakırın fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri geliştirilebilmektedir. Nikel alüminyum bronzları (NAB) ise, nikel ve demir alaşım elementlerinin ilave edildiği bakır-alüminyum alaşımıdır. Son zamanlarda üretimi ve geliştirilmesi en fazla olan bakır alaşımıdır. Yapılan araştırmalarda, ikili Cu-Al alaşımlarına nikel ve demir ilavesinin hem α hem de β faz alanlarında karmaşık κ fazlarının çökelmesi yoluyla NBA'nin mekanik özelliklerini arttırdığı bulunmuştur. Deniz suyu ortamında mükemmel korozyon-erozyon direnci, iyi kırılma tokluğu, yüksek mukavemet, yüksek darbe özellikleri, yüksek sönümleme kapasitesine ve iyi yorulma direncine sahip olması nedeniyle, denizcilik endüstrisinin temel bileşenlerinden olan pervane, pompa, çark ve valf parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. 
Nikel alüminyum bronzlarının (NAB) kimyasal kompozisyonları alüminyum, nikel, demir ve nadiren manganezden oluşur.  Alaşımın kimyasal kompozisyonu malzemenin mekanik özelliklerine doğrudan etki etmektedir. Bunun yanı sıra döküm sonrasında malzemeye uygulanan ısıl işlem prosesleriyle; döküm sonrasında oluşan iç gerilmeleri gidermek, sünekliğin arttırılması, aşınma ve korozyon dayanımlarının geliştirilmesi, çekme mukavemeti ve sertlik değerlerinin istenilen değer aralıklarına getirilmesi, istenilen mikroyapı özelliklerinin elde edilmesi sağlanabilmektedir. Uygulanacak olan ısıl işlem prosesi malzemenin kullanılacağı alana göre değişiklik göstermektedir. 
Çalışma kapsamında, CC333G kodlu nikel alüminyum bronzu olan pervane bağlantı göbeği (HUB) parçasına, farklı temperleme ısıl işlemleri uygulanarak, metalografik karakterizasyonu, sertlik, aşınma, korozyon ve mekanik özelliklerinin değişiminin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda kum kalıba döküm yöntemiyle üretilen test bloklarından numune çıkartma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Çıkartılan numunelere çözeltiye alma ısıl işleminin ardından su verilmiş olup farklı sıcaklıklılarda temperleme ısıl işlemi yapılmıştır. Isıl işlemler sonrasında, numunelerin yukarıda belirtilen özelliklerinin sonuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmada belirlenen hedef, dökümü gerçekleştirilecek pervane bağlantı göbeği parçasının, boyut ve tonajı göz önüne alınarak, döküm öncesinde alaşım ve simülasyon çalışmaları yapılarak daha verimli bir parça üretiminin gerçekleştirilmesidir. Yapılan simülasyon çalışmaları doğrultusunda yapılan döküm ile uyumludur. Çalışma sonucunda yapılan temperleme ısıl işleminin, nikel alüminyum bronzunun mikroyapısında iyileşmeye neden olduğu, daha homojen ve ince çökeltiler içeren intermetalik fazları barındırdığı tespit edilmiştir. Bu gelişmelere bağlı olarak malzemenin çekme mukavemetinde ve %uzama değerlerinde artış sağlanmış olup, akma dayanımında düşüş olduğu raporlanmıştır. Yapılan çalışmada, aşınma dayanımının 700 °C'de yapılan temperleme işleminde aşınma dayanımının en fazla olduğu görülmüştür. Korozyon deneyleri sonuçlarına bakıldığında ise, 600 °C'de yapılan temperleme ısıl işlemi sonrasında korozyon dayanımının arttığı görülmüştür.

Anahtar kelimeler: Nikel bronz alaşımları,döküm, temperleme ısıl işlemi, pervane bağlantı göbeği, mikroyapı değişimi, mekanik özellikler

Abstract:
The industry's production capacity of non-ferrous metal alloys continues to increase over the years. Copper and copper alloys are the most widely used metals among non-ferrous metals. Copper alloys are formed by adding elements such as iron, nickel, aluminium, manganese etc. Into pure copper. As a result of the interaction of these elements with copper and each other, the physical, chemical and mechanical properties of pure copper can be improved. Nickel aluminium bronzes (NAB) are copper-aluminium alloys to which nickel and iron alloying elements are added. It is the most recently produced and developed copper alloy. It has been found that the addition of nickel and iron to binary Cu-Al alloys improves the mechanical properties of NAB through the precipitation of complex κ-phases in both α and β phase domains. Due to its excellent corrosion-erosion resistance, good fracture toughness, high strength, high impact properties, high damping capacity and good fatigue resistance in seawater environments, it is widely used in impeller, pump, impeller and valve parts, which are essential components of the marine industry. The chemical compositions of nickel aluminium bronzes (NAB) consist of aluminium, nickel, iron and rarely manganese.  The alloy's chemical composition directly affects the material's mechanical properties. In addition, with the heat treatment processes applied to the material after casting; It is possible to eliminate the internal stresses that occur after casting, increase ductility, improve wear and corrosion resistance, bring tensile strength and hardness values to the desired value ranges, and obtain the desired microstructure properties. The heat treatment process to be applied varies according to the area where the material will be used. Within the scope of the study, aims to examine the metallographic characterisation, hardness, wear, corrosion and mechanical properties of the propeller connection hub (HUB) part, which is nickel aluminium bronze coded CC333G, by applying different tempering heat treatments. For this purpose, sample extraction processes were carried out from the test blocks produced by the sand mould casting method. The extracted specimens were quenched after solution heat treatment and tempering heat treatment was carried out at different temperatures. After the heat treatments, the results of the above-mentioned properties of the samples were compared. The study aims to realise a more efficient casting by performing alloy and simulation studies before casting, taking into account the size and tonnage of the propeller connection hub part to be cast. It is compatible with the casting made in line with the simulation studies. As a result of the study, it was determined that the tempering heat treatment caused an improvement in the microstructure of nickel aluminium bronze, more homogeneous and intermetallic phases containing fine precipitates. Due to these improvements, an increase in the tensile strength and % elongation values of the material was achieved and a decrease in yield strength was reported. In the study, it was observed that the abrasion resistance was the highest in the tempering process at 700 °C. When the results of corrosion tests were analysed, it was observed that the corrosion resistance increased after the tempering heat treatment at 600 °C.

Key words: Nickel bronze alloys, casting, tempering heat treatment, propeller hub, microstructure change, mechanical properties