Basınçlı döküm yöntemi ile üretilen Zn-Al esaslı alaşımlarının mikroyapı ve mekanik özelliklerine alaşım elementlerinin etkisi
Effect of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of pressure die cast zinc-aluminium based alloy
Yazar: ALİ UĞUR
Danışman: DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma davranışı = Wear behavior ; Basınçlı döküm yöntemi = Pressure die casting method

Özet:
Son yıllarda yapılan araştırmalar ve çinko endüstrisindeki gelişmeler Zn-Al esaslı alaşımların kullanım alanlarını oldukça genişletmiştir. Zn-Al alaşımları bileşimlerindeki aluminyum oranına bağlı olarak Zamak ya da ZA alaşımları olarak adlandırılmaktadır. Zamak alaşımları ötektik altı bileşimde (%Al< %5.1) iken daha yüksek aluminyum oranına sahip ZA alaşımları ötektik üstü bileşimdedir. Birçok döküm yöntemleri ile üretilen ZA alaşımlarının üretilmesinde özellikle basınçlı döküm yöntemi ile çok başarılı sonuçlar elde edilmektedir. En yaygın kullanılan ZA alaşımlarından olan ZA8, ZA12 ve ZA27 alaşımları Zamak alaşımlarına göre daha üstün mekanik özelliklere sahiptir ve bu özelliklerinden dolayı, konvansiyonel birçok uygulamalarda kullanılan aluminyum, bronz, pirinç gibi döküm alaşımlarının yerini almıştır.Bu çalışmada basınçlı döküm yöntemiyle üretilen çinko-aluminyum esaslı alaşımların mikroyapı ve mekanik özelliklerine, aluminyum, bakır, magnezyum ve silisyum elementlerinin etkisi incelenmiştir. Bu amaçla %7.93 Al içeren ticari bir ZA alaşımının bileşimine farklı oranlarda (%7.18-10.48 Al, %0.86-2.66 Cu, %0.009 1.19 Mg ve % 0.11-0.6 Si) alaşım elementi ilave edilerek farklı bileşimlerde ZA alaşımlarının üretilmesi sağlanmıştır. Alaşımların mikroyapısal özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) ile karakterize edilmiş, mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla da, sertlik, çekme, darbe, aşınma ve sürünme deneyleri yapılmıştır.Alaşımların mikroyapısı, genelde ötektoid dönüşüme uğramış ß dendritleri ile dendritleri çevreleyen ?+? ötektik yapısından oluşmaktadır. Bakır ve magnezyum grubu alaşımlarda bu fazlara ilaveten sırasıyla CuZn4 ve Mg2Zn11 fazlarının oluştuğu da XRD çalışmaları ile belirlenmiştir. Alaşımların mekanik özellikleri incelendiğinde, Al, Cu ve Si grubu alaşımlarda artan alaşım elementi oranına bağlı olarak akma dayanımı artarken süneklik azalmaktadır. Mg grubunda ise sertlik artarken süneklik ve tokluk azalmaktadır. Tüm alaşım grupları içerisinde en yüksek sertlik değeri, %1.19 Mg içeren alaşımda elde edilmiştir. Akma ve çekme dayanımları karşılaştırıldığında ise en yüksek değerler % 2.66 Cu içeren alaşımda elde edilmektedir. Aşınma dirençleri karşılaştırıldığında, Al ve Si grubu alaşımlarda alaşım elementi oranına bağlı olarak önemli bir değişim gözlenmez iken, Cu ve Mg grubu alaşımlarda artan alaşım oranına bağlı olarak aşınma hızının düştüğü görülmüştür. Alaşımların kararlı hal sürünme hızının genellikle artan alaşım elementi oranına bağlı olarak düşme eğilimi gösterdiği belirlenmiştir

Abstract:
Developments in the zinc industry accompanied with numerous researches in the recent years have extended the application area of Zn-Al based alloys. Although Zn-Al based alloys can be produced by a number of fabrication methods, pressure die cast methods especially give satisfactory results in the production of these alloys. Zn-Al based alloys are known Zamak or ZA alloys depending of the aluminium content in the chemical composition. Zamak alloys have a hypoeutectic composition (%Al<5.1%) while ZA alloys, which have higher aluminium content, have hypereutectic composition. Most commonly used ZA alloys, ZA8, ZA12 and ZA27 have improved mechanical properties with respect to Zamak alloys and therefore can be substituted with several conventional cast alloys such as aluminium, bronze and brass.In this study, the effect of aluminium, copper, magnesium and silicon content on the microstructure and mechanical properties of a pressure die cast Zn-Al alloys. For this purpose, a commercial ZA alloy with 7.93 %Al was alloyed with different amounts of alloying elements (7.18-10.48 % Al, 0.86-2.66 %Cu, 0.009 1.19 %Mg, and 0.11-0.6 %Si) and 4 groups of ZA alloys with different chemical composition were produced. Microstructural properties of the alloys were characterized with scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD), and hardness, tensile, wear and creep tests were conducted to determine the mechanical properties.The microstructures of the alloys generally consist of ß dendrites undergone eutectoid transformation with ?+? eutectic structure surrounding the dendrites. In addition, in Cu- and Mg-series alloys, CuZn4 and Mg2Zn11 phases were determined by XRD. In the view point of the mechanical properties, yield strength increased and ductility decreased with increasing alloying element contents in Al-Cu and Si-series alloys. In Mg-series alloys, hardness increased, ductility and toughness decreased with increasing Mg content. Among the alloys investigated, maximum hardness was obtained in 1.19%Mg containing alloy, while maximum yield and tensile strength were obtained in 2.66 %Cu containing alloy. In the view point of wear resistance, there is no significant variation in Al- and Si-series alloy with respect to the alloying element content, while the wear rate of Cu- and Mg- series alloys decreased with increasing alloying element content. Steady state creep rate of the alloys generally exhibited a decreasing trend with increasing alloying element content