Aşırı plastik deformasyonun saf titanyum ve Al-12Si alaşımının yapısal, mekanik ve aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of microstructural evolution, tensile properties and wear behavior of pure titanium and Al-12Si casting alloy processed by severe plastic deformation
Yazar: OKTAY KUL
Danışman: DOÇ. DR. GENÇAĞA PÜRÇEK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum-silisyum alaşımlar = Aluminum-silicon alloys ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Titanyum = Titanium

Özet:
Bu çalışmada iki farklı tür malzeme ?eş-kanallı açısal ekstrüzyon/basma (EKAE/B)? yöntemi ile aşırı oranda deforme edildi. Deney malzemeleri olarak ticari saflıktaki (kalite-2) titanyum ve dökülmüş durumdaki Al-12Si alaşımı kullanıldı. Saf titanyumun EKAE işlemi, 300°C sıcaklıkta ve rota-E'de uygulanan 8 ve 12 paso sayılarında gerçekleştirildi. Al-12Si alaşımının EKAE işlemi ise 200°C sıcaklıkta ve rota-A'da uygulanan 1, 2, 3, 4 ve 6 paso sayılarında gerçekleştirildi. EKAE işlemi sonrası hem titanyumun hem de Al-12Si alaşımının yapısal, mekanik ve aşınma özelliklerinde meydana gelen değişimler sistematik bir yaklaşımla incelendi.Çok pasolu EKAE işlemi sonrası titanyumun tane boyutunun büyük oranda küçüldüğü tespit edildi. EKAE işlemi öncesi nispeten eş eksenli ve iri tanelerden (ortalama tane boyutu 110µm) oluşan titanyumun içyapısı, 8 ve 12 pasoluk EKAE işlemi sonrası sırasıyla 300 nm ve 250 nm mertebelerinde ortalama tane boyutlarına sahip ultra-ince yapılı hale dönüştü. Uygulanan çok pasolu EKAE işlemi sonrası titanyumun akma dayanımı %100'ün, çekme dayanımı ise %40'ın üzerinde arttı. Ancak, titanyumun süneklik değeri ise uygulanan EKAE işlemi sonrası bir miktar azaldı. Nitekim, titanyumun kopma uzaması değeri %33'den, 8 paso sonrası %20'ye düştü. Büyük orandaki mukavemet artışına rağmen EKAE işlemi titanyumun aşınma davranışı üzerinde pek etkili olmadı. Bu durum, titanyumun yüzeyinde tribokimyasal reaksiyon sonucu oluşan oksit tabakasına ve gelişen oksidatif aşınma mekanizmasına dayandırılarak açıklandı.Rota-A'da uygulanan çok pasolu EKAE işlemi sırasında, dökülmüş durumdaki Al-12Si alaşımının içyapısında iğnemsi formda bulunan ötektik silisyum parçacıkları kırılarak inceldi. Nitekim, dökülmüş durumda 35,5±31,8 µm ortalama boya ve 13,7±8,9 µm ortalama ene sahip silisyum parçacıkları, 12 pasoluk EKAE işlemi sonrası küçülerek 2,7±1,1 µm ortalama boya ve 1,3±0,4 µm ortalama ene sahip hale geldi. Uygulanan 6 pasoluk EKAE işlemi sonrası alaşımın akma ve çekme dayanımı değerleri sırasıyla %98 ve %68 oranlarında, kopma uzaması değeri ise %650 oranında arttı. EKAE sonrası Al-12Si alaşımın aşınma direncinin artmadığı, hatta bir miktar azaldığı gözlendi.Anahtar Kelimeler: Aşırı Plastik Deformasyon, Eş-Kanallı Açısal Ekstrüzyon, Titanyum, Al-Si Alaşımları, Mekanik Özellikler, Aşınma

Abstract:
In this study, two different materials were severely deformed by equal-channel angular extrusion/pressing (ECAE/P). Commercially pure titanium (grade-2) and Al-Si12 casting alloy were selected as test materials in the present study. ECAE was applied to titanium following route-E for 8 and 12 passes at 300 °C. Al-12Si casting alloy was processed via ECAE for 1, 2, 3, 4 and 6 passes in route-A at 200 °C. After ECAE process, microstructural evolution, tensile properties and wear behavior of these materials were examined in a systematical approach.Multi-pass ECAE process led to a significant refinement in the microstructure of pure titanium. After 8 and 12 ECAE passes, the grain size of as-received titanium with equiaxed and coarse grained structure (average grain size of 110µm) decreased to 300 nm and 250 nm, respectively. Multi-passed ECAE process, the yield and tensile strength values of titanium increased above %100 and %40, respectively. However, ECAE-processed titanium exhibited a slight decrease in ductility. After 8 ECAE passes, elongation to failure value decreased from 33% to 20%. ECAE process did not lead to the improvement of wear resistance of titanium. This situation was mainly attributed to the oxide layer occurred on the wear surface of titanium as a result of oxidative wear mechanism occurred by tribochemical reactions.Multi-pass ECAE applied using by route-A led to the fragmentation of the needle-shaped eutectic Si particles into smaller particles. The length and width of the Si particles decreased from 35,5±31,8µm and 13,7±8,9µm without ECAE to 2,7±1,1µm and 1,3±0,4µm after six ECAE passes, respectively. As a result of microstructural alterations during ECAE, the yield and tensile strength values of as-cast Al-Si12 alloy increased 98% and %68, respectively. Also, the elongation to failure value of the as-cast alloy increased for about 650%. ECAE process decreased slightly the wear resistance of Al-Si alloy.Key Words:Severe Plastic Deformation, Equal-Channel Angular Extrusion, Titanium, Al-Si Casting Alloys, Mechanical Properties, Wear