Alüminyum alaşımlarının dökümünde uygulanan dinamik uyarımların yapay yaşlanmaya etkileri
Effects of dynamic stimulations applied in casting aluminum alloys on artificial aging
Yazar: YUSUF TALHA DÖNMEZ
Danışman: PROF. DR. KEREM ALTUĞ GÜLER
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
Dizin: Metal döküm = Metal casting ; Yapay yaşlandırma = Artificial aging

Özet:
Alüminyum alaşımlarında eş eksenli, ince ve homojen dağılmış mikroyapıların mekanik özellikleri iyileştirdiği bilinmektedir. Döküm ve katılaştırma işlemleri sırasında tane inceltme için genellikle termal, kimyasal ve dinamik olmak üzere üç farklı yöntem kullanılmaktadır. Ayrıca literatürdeki birtakım çalışmalar incelendiğinde; döküm esnasında bazı dinamik yöntemler uygulanarak elde edilen numunelerin yapay yaşlandırma sonrasında, işlem görmemiş numunelerin eriştiği pik sertlik değerlerine daha kısa sürelerde eriştiği ve daha yüksek sertlik değerlerine ulaştığı görülmüştür. Bu çalışmada, AA2014 ve A380 alaşımlarına uygulanan yapay yaşlandırma işlemi sonucunda elde edilen sertlik değerlerine üç dinamik yöntemin etkileri incelenmiştir. İlk olarak, alaşım herhangi bir dinamik işlem uygulanmadan referans numune için yaş kum kalıba statik olarak dökülmüştür. Daha sonra yaş kum kalıplarda mekanik titreşim yöntemi ile 50 Hz frekansta 1 ve 2 mm genliklerde, eğimli soğutucu yöntemi ile 30° ve 60° açılarda, yörüngesel çalkantı yöntemi ile 75 ve 150 devir/dakika hızlarda dökümler gerçekleştirilmiştir. 1 mm genlik, 30° açı ve 75 devir/dakika değerleri düşük parametreler olarak; 2 mm genlik, 60° açı ve 150 devir/dakika değerleri ise yüksek parametreler olarak isimlendirilmiştir. Farklı yöntemlerle 720 °C'de dökülen numuneler, AA2014 alaşımı için 502 °C'de 90 dakika süreyle, A380 alaşımı için 520 °C'de 4 saat süreyle çözeltiye alma işlemine tabi tutulduktan sonra 170 °C'de 2, 4, 8, 12 ve 24 saat süreyle yapay yaşlandırmaya tabi tutulmuştur. Yapay yaşlandırma uygulanmış numunelerin optik mikroskop görüntüleri ve Brinell sertlik testi sonuçları birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Ayrıca, mikroskop görüntüleri aracılığıyla numunelerin tane boyutları ve Arşimet Prensibi ile numunelerin yoğunlukları ölçülmüştür. AA2014 alaşımı için yapılan sertlik ölçümleri sonucunda, 1 mm genlikte mekanik titreşim yöntemi, 30° açıda eğimli soğutucu yöntemi ve 75 devir/dakika'da yörüngesel çalkantı yöntemi ile dökülen numunelerin, hiçbir işlem görmeden dökülen referans numunenin ulaştığı pik sertlik değerlerine daha kısa yaşlandırma sürelerinde eriştiği ve daha yüksek pik sertlik değerlerine ulaştığı görülmüştür. A380 alaşımı numunelerinde gerçekleştirilen sertlik ölçümlerinde ise dinamik yöntemlerin kayda değer bir etkisi gözlemlenmemiştir.

Abstract:
In aluminum alloys, equiaxed, fine, and homogeneously distributed microstructures are known to improve mechanical properties. Three different methods are generally used for grain refinement during casting and solidification processes: thermal, chemical, and dynamic. In addition, when some studies in the literature were examined; it was observed that samples obtained by applying certain dynamic methods during casting reach the peak hardness values of untreated samples in a shorter aging time and reach higher hardness values after artificial aging. In this study, the effects of three dynamic methods on the hardness values obtained as a result of the artificial aging process applied to AA2014 and A380 alloys were investigated. Firstly, the alloy was statically cast in a green sand mold for the reference sample without any dynamic treatment. Then, castings were made in green sand molds at 1 and 2 mm amplitudes by the mechanical vibration method at a frequency of 50 Hz, at 30° and 60° angles by the cooling slope method, and at 75 and 150 rpm by the orbital shaking method. 1 mm amplitude, 30° angle and 75 rpm were named as mild parameters; 2 mm amplitude, 60° angle and 150 rpm were named as severe parameters. The samples cast at 720 °C by different methods were subjected to solution treatment at 502 °C for 90 minutes for the AA2014 alloy and at 520 °C for 4 hours for the A380 alloy, followed by artificial aging at 170 °C for 2, 4, 8, 12, and 24 hours. The optical microscope images and Brinell hardness test results of the artificially aged samples were compared with each other. In addition, the grain sizes of the samples were measured by microscope images, and the density of the samples was measured by Archimedes' Principle. As a result of the hardness measurements for the AA2014 alloy, it was observed that the samples cast by the mechanical vibration method at 1 mm amplitude, the cooling slope method at 30° angle, and the orbital shaking method at 75 rpm reached the peak hardness values of the reference sample cast without any treatment at shorter aging times and reached higher peak hardness values. In the hardness measurements performed on A380 alloy samples, no significant effect of dynamic methods was observed.