A356 alüminyum döküm alaşımlarında sıvı metal hareketinin mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of liquid metal movement on microstructure and mechanical properties of a356 aluminum cast alloys
Yazar: TANSEL TUNÇAY
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN TEKELİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Döküm hataları = Casting defects ; Dökümler = Castings ; Katılaşma = Solidification ; Katılaşma süresi = Solidification time ; Yolluk = Runner

Özet:
Bu çalışmada, tasarlanan farklı yolluk sistemleri ile A356 alaşımının yolluk sistemlerindeki akış şeklinin iyileştirilmesi araştırılmıştır. Ek olarak, uygun akış şeklinde A356 alaşımının katılaşma şartlarının mikro yapı, mekanik özellikleri ve bifilm oluşumları üzerine etkisi incelenmiştir. Bu nedenle, eşit kesit alanına sahip kare ve dairesel şekilli dikey yolluklar, farklı çıkış şekli ve alanına sahip difüzörlü (kare, dairesel ve dikdörtgen) ve difüzörsüz (kare veya dairesel) yatay yolluklar tasarlanmıştır. Tasarlanan yolluk sistemleri, önce simülasyon sonra gerçek döküm şartları altında incelenmiştir. Üretilen A356 alaşımı çekme testleri, sertlik testleri, yoğunluk ve mikro makro yapıları ile karakterize edilmiştir. Çekme numuneleri, teste tabi tutulmadan önce ısıl işlem yapılarak homojenize edilmiştir. Numuneler, 540°C'de 8 saat çözeltiye alındıktan sonra su verilerek oda sıcaklığına aniden soğutulmuştur. Daha sonra oda sıcaklığında 24 saat (doğal) ve 170°C de 10 saat yapay yaşlandırılmıştır. Elde edilen çekme test sonuçları Weibull dağılımı istatiksel analizi ile değerlendirilmiştir. En yüksek Weibull modülü, kare kesitli dikey yolluk difüzörlü kare kesitli yatay yolluk ve daire kesitli dikey yolluk difüzörsüz daire kesitli yatay yolluk sistemlerinde bulunmuştur. En yüksek Weibull modülüne sahip yolluk sistemlerinde döküm parçasının katılaşma şartları, elektrolitik bakır ve H13 sıcak iş takım çeliği soğutucular ile değiştirilmiştir. Ayrıca A356 alaşımı, izole seramik kalıp içinde katılaştırılmıştır. A356 döküm alaşımın mikro yapısını oluşturan ve mekanik özellikleri etkileyen ikinci dendrit kollar arası mesafe görüntü analiz programı ile ölçülmüştür. Kırık yüzey incelemelerinde, boşluk ve intermetaliklerin tanımlanmasında tarama elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Ayrıca bifilmlerin (katlanmış oksit film tabakalarının) oluşumu şekil ve boyutları, optik mikroskop ile incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonuçunda, lokal katılaşma zamanının artması ile ikincil dendritler arası mesafenin artığı ve katlanmış oksit film tabakaları yüzeylerinin daha düzgün olduğu ve genişlediği belirlenmiştir. Soğuma oranının artmasıyla, ikinci dendrit kollar arasındaki mesafenin azaldığı ve mekanik özelliklerin arttığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, improvement of mould fiiling of A356 cast alloy in different gating systems was investigated. In addition, the effects of solidification requirements of A356 cast alloy on microstructure, mechanical properties and bifilm formations were studied in the form of suitable flow conditions. For this purpose, the square and circular shaped sprues having equall cross-sectional area were designed. Moreover, the runners having different output shape and cross-sectinoal area diffuser (square, circular and rectangular) and non-diffuser runners (square or circular) were designed. Designed gating systems, were first applied on simulation program and after, under the terms of the actual casting. A356 parts were characterized by tensile, hardness tests and density as well as micro and macro structures. Tensile samples were prepared soon after homogenization of A356. The samples were heat treated at 540 ° C for 8 hours followed by water quench. They were then naturally aged at room temperature for 24 hours and artificially aged at 170 C for 10 hours. The results obtained from the tensile tests were evaluated by the Weibull distribution statistical analysis. The highest Weibull modulus were found for the gating systems which are sprue of square cross-sectional runner of diffuser square cross-sectional and sprue of circular cross-sectional runner of non-diffuser circular cross-sectional. Solidification conditions of A356 at the gating systems having the highest Weibull module were controlled by the electrolytic copper, H13 hot work tool steel chills. Also, A356 was solidified in the isolated ceramic mould. Dendritic arm spacing which effects the mechanical properties and forms the microstructure of casting A356 was measured by image analysis program. Scanning electron microscope (SEM) was used for fracture surface examinations, to identify porosity and intermetallics. Also, optical microscopy was used to examine shapes, sizes and types of bifilms (folded layers of oxide films). As a result of the studies, the distance between the secondary dendrites was increased thank to increase in local solidification time and, the surfaces of folded oxide films were more smooth and expanded. With increasing the cooling rate, it has been noted that the second dendrite arms spacing are decreasing and mechanical properties are increased.