6063 alüminyum alaşımına uygulanan stabilizasyon ısıl işleminin yaşlanma mekanizmasına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of stabilization heat treatment on the aging mechanism of the 6063 aluminium alloy
Yazar: EMRE ÇANKAYA
Danışman: PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR YORUÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet, kaynaklanabilirlik, şekil verilebilirlik, korozyon dayanımı ve yüksek oranda geri dönüştürülebilirlik gibi özelliklerinden dolayı alüminyum ve alaşımlarına olan talep, gün geçtikçe artmaktadır. Bu talebin, kalite beklentilerini düşük maliyetle karşılanabiliyor olması, üreticiler arasındaki rekabeti de arttırmaktadır. Sunmuş oldukları orta-yüksek mukavemet ve yüksek şekil verilebilirlik özellikleri sebebiyle 6xxx serisi ekstrüzyon alüminyum alaşımları, günümüzde yaygın olarak tercih edilmektedir. Ekstrüzyon ürünleri; profil, çubuk, boru gibi farklı geometrilerde inşaat, raylı sistemler, otomotiv, havacılık ve savunma sanayii başta olmak üzere birçok sektörde tercih edilmektedir.
6xxx serisi alüminyum alaşım grubunda, yapay yaşlandırma ısıl işlemi malzemenin mukavemetini arttırmak amacıyla sıklıkla başvurulan yöntemlerden biridir. Ancak, 6xxx serisi yaşlandırılabilir alüminyum alaşımlarında doğal yaşlanma süresinin uzamasına bağlı olarak malzemenin mekanik özelliklerinde kayıplar yaşanmaktadır. Özellikle uzun doğal yaşlanma süresi sonunda gerçekleştirilen yapay yaşlandırma sonrası, istenen mukavemet değerleri elde edilememektedir.
Mekanik özelliklerdeki düşüşün engellenebilmesi için alternatif çözüm önerileri olsa da, malzemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri değiştirilmeden sorunun giderilmesi, gerek maliyet gerekse malzemeden beklenen korozyon dayanımı gibi diğer beklentilerin karşılanması açısından önem taşımaktadır. Bu sebeple çalışma kapsamında, malzemenin ısıl işlem rotasında değişiklik yapılarak mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amaçlanmıştır.
Tez çalışması kapsamında; 6063 alaşımında yaşanan mukavemet düşüşünü engelleyebilmek amacıyla yapay yaşlandırma ısıl işlemi öncesinde çeşitli "stabilizasyon" ısıl işlemleri uygulanmak suretiyle malzemenin yaşlanma mekanizmasının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Literatür araştırmaları ile şekillenen ısıl işlem reçetelerinin, üretimden hemen sonra malzemeye uygulanmasının ardından numuneler değişen sürelerde bekletilmiştir. Bekletme süreleri sonunda yapay yaşlandırılan numunelerin malzeme özellikleri mekanik ve mikroyapısal açıdan incelenmiştir.
İnceleme sonuçları; farklı ısıl işlem sıcaklığı ve süresinin mekanik özelliklerde de farklılık oluşturduğunu göstermiştir. 6063 alaşımı için en yüksek akma ve çekme mukavemeti değerleri, 120°C ile 140°C arasındaki stabilizasyon sıcaklıklarında ve 1,5 saat stabilizasyon süresinde elde edilmiştir. Stabilizasyon ısıl işlemi uygulanmış ve sekiz hafta boyunca bekletilmiş tüm numunelerin, stabilize edilmemiş numunelere göre mekanik özelliklerinde iyileşme oluştuğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: 6063 ekstrüzyon alaşımı, stabilizasyon, ısıl işlem, doğal yaşlanma süresi, mekanik özellikler.

Abstract:
The demand for aluminum and its alloys is increasing day by day due to properties such as low density, high specific strength, weldability, formability, corrosion resistance, and high recyclability. The ability to meet quality expectations at a low cost increases competition among manufacturers. The 6xxx series extrusion aluminum alloys are widely preferred today due to their medium-high strength and high formability properties. Extrusion products, including profiles, bars, and pipes, find applications in various industries such as construction, rail systems, automotive, aerospace, and defense.
In the 6xxx series aluminum alloys group, artificial aging heat treatment is commonly used method to increase the material's strength. However, in aging aluminum alloys of the 6xxx series, there are losses in mechanical properties due to the extended natural aging period. Especially after prolonged natural aging, the desired strength values not achieved through artificial aging.
While there are alternative solutions proposed to prevent the decrease in mechanical properties, resolving the issue without altering the material's physical and chemical properties is critical in terms of satisfy expectations such as cost and corrosion resistance.
Therefore, in this study, changes in the material's heat treatment route made to improve mechanical properties. Within the scope of the thesis, various "stabilization" heat treatments applied before the artificial aging heat treatment to enhance the aging mechanism of the material, specifically aiming to prevent the strength reduction observed in the 6063 alloy. Thermal treatment recipes shaped by literature research applied to samples immediately after production and kept for varying periods. After the waiting times, the material properties of the artificially aged samples examined from both mechanical and microstructural perspectives.
The investigation results revealed that different heat treatment temperatures and durations have an impact on mechanical properties. The highest yield and tensile strength values for the 6063 alloy achieved at stabilization temperatures between 120°C and 140°C and stabilization duration of 1.5 hours. It observed at that all samples subjected to stabilization heat treatment and kept for eight weeks samples showed improvement in mechanical properties as compared to unstabilized samples.

Keywords: 6063 extrusion alloy, stabilization, heat treatment, natural aging time, mechanical properties.