Yüksek silisyum içerikli Al-Si-Fe alaşımlarının mikroyapı özellikleri üzerinde hızlı katılaştırma ve kobalt'ın etkileri
Effects of rapid solidification and cobalt on the microstructural properties of high silicon content Al-Si-Fe alloys
Yazar: M. FATİH KILIÇASLAN
Danışman: PROF. DR. ORHAN UZUN
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Alüminyum bazlı alaşımlar = Aluminum based alloys ; Alüminyum-silisyum alaşımlar = Aluminum-silicon alloys ; Ergiyik döndürme = Melt spinning ; Hızlı katılaştırma = Rapid solidification

Özet:
Bu çalışmada geleneksel döküm ve hızlı katılaştırılmış Al?XSi?5Fe?YCo (X= 20, 25 ve 30; Y = 0, 1, 3 ve 5) alaşımlarının mikroyapısal ve mekanik özelliklerine kobalt katkısının etkileri rapor edilmektedir. Bu kapsamda, ilk olarak Al?XSi?5Fe?YCo (X= 20, 25 ve 30; Y = 0, 1, 3 ve 5, aksi belirtilmedikçe bütün yüzdeler ağırlıkça yüzdelerdir) mastır alaşımları, Al (%99.99 saflıkta), Si (%99.999 saflıkta), Fe (%99.999 saflıkta) ve Co (%99.999 saflıkta) elementleri kullanılarak hazırlanmıştır. Mastır alaşımlar indüksiyon eritme ocağında üretilmişlerdir. Daha sonra, bunların hızlı katılaştırılmış karşıtları Edmund Buhler SC tipi bir eriyik eğirme sistemi ile üretilmiştir. Eriyik eğirme siste-minde, bir boron-nitrür pota içerisinde eritilen eriyik, 250 mbar basınçlı argon gazı yar-dımı ile 20m/s hızla dönen parlak bir bakır disk üzerine püskürtülmüştür. Bütün üretim süreçleri Ar atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Numunelerin mikroyapıları X-ışını dif-raktometresi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli electron mikros-kobu (TEM) yardımıyla incelenmiştir. Termal analizler diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile gerçekleştirilmiştir. Mikrosertlik ölçümleri Vickers uçlu bir mikrosertlik test cihazı ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki; Al-Si-Fe alaşımlarına yapılan yeterli miktardaki Co katkısı Fe-içeren intermetaliklerin morfolojilerini uzun çubuk/iğne benzeri yapıdan kısa çubuk benzeri yapıya dönüştürmekte ve onların mikroyapı içerisinde homojen bir şekilde dağılımını sağlamaktadır. Kobalt aynı zamanda, Al-Si alaşımlarında yüskek yapısal aşırı soğumaya neden olduğundan ve silisyum ile yüksek karışım entalpisine sahip olduğundan birincil silisyum fazlarını inceltebilir ve onların morfolojilerini değiştirebilir. Geleneksel döküm Al-20Si-5Fe alaşımlarına yapılan ağ.%5 Co katkısı hem birincil silisyum fazlarının hem de Fe-içeren intermetaliklerin ortalama boyutlarının azalmalarına neden olmaktadır. Hızlı katılaştırılmış Al-20Si-5Fe alaşımlarında, yapılan Co katkısı ile birlikte mikroyapı daha ince ve homojen hale gel-mekte ve aynı zamanda özelliksiz bölgenin kalınlığı da artmaktadır. Hızlı katılaştırılmış Al-25Si-5Fe ve Al-30Si-5Fe alaşımlarına yapılan sırasıyla ağ.%3 ve 5 Co katkıları mik-royapıda homojen bir şekilde dağılmış küresel silisyum fazlarının oluşumuna neden olmaktadır. Al-25/30Si-5Fe alaşımlarında küresel silisyum fazlarının oluşabilmesi için optimum Si/Co oranı 6 ila 8.33 arasında olmalıdır. Yapılan kobalt katkısı ile birlikte, alaşımların mikrosertlik değerleri genellikle artış göstermektedir.Anahtar Kelimeler: Al-Si alaşımları, Fe-içeren intermetalik bileşikler, Hızlı katılaştırma, Eriyik eğirme, Mikroyapı

Abstract:
In this study, effects of cobalt addition on the microstructure and mechanical properties of Al?XSi?5Fe?YCo (X= 20, 25 and 30; Y = 0, 1, 3 and 5) alloys have been reported. In this context, elemental Al (99.9% purity), Si (99.999% purity), Fe (99.999 wt.% pu-rity) and Co (99.999 wt.% purity) were used to prepare the master alloys of nominal composition Al?XSi?5Fe?YCo (X= 20, 25 and 30; Y = 0, 1, 3 and 5, and all percenta-ges are wt.% unless otherwise stated). The master alloys were first produced in an in-duction heating melter. Then rapidly solidified counterparts of the master alloys were prepared using an Edmund Buhler SC melt-spinner, where the molten alloy in a boron-nitride crucible was ejected onto a polished copper wheel with 20m/s disc velocity by pressurized argon of 250 mbar. All production processes were performed in Ar atmosp-here. The microstructures of samples were investigated using X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Thermal analysis were conducted by a differential scanning calorimetry (DSC). A Vickers microhardness tester was used for microhardness measurements. The results showed that sufficient amount of Co addition alters morphology of Fe-bearing interme-tallic compounds (IMCs) from long rod/needle ? like to short rod-like, and leads to a more homogenous distribution of them in the microstructure. In the Al-Si alloys, Cobalt can also refine primary Si particles and change their morphology because it causes higher constitutional under cooling and has large mixing enthalpy with Si. Addition of 5 wt. % Co leads to a decrease in average size of the primary silicon and Fe-bearing intermetallic phases in as-cast Al-20Si-5Fe alloys. In melt-spun Al-20Si-5Fe alloys with the addition of Co, the microstructure became finer and more homogenously distributed, and thickness of the featureless zone increased greatly. In the rapidly solidified Al-25Si-5Fe and Al-30Si-5Fe alloys, 3 and 5 wt. % Co addition causes homogeneously distributed fine spherical Si particles, respectively. The optimum ratio of Si and Co should be between 6 and 8.3 to form spherical Si grains in Al-25/30Si-5Fe alloys. In general, an improvement in microhardness value was obtained with addition of Co.Keywords: Al-Si alloys, Fe-bearing intermetallics, Rapid solidification, Melt Spinning, Microstructure