AlSi9Cu3 alaşımından yüksek basınçlı döküm yöntemiyle üretilen parçanın yarı katı döküm yöntemleriyle üretilebilirliğinin araştırılması
Investigation of the productability of the AlSi9Cu3 alloy part produced by high-pressure casting method using semi-solid casting methods
Yazar: FERHAT AYDOĞAN
Danışman: PROF. DR. NURŞEN SAKLAKOĞLU
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sıvı metal ile yüksek basınçlı döküm (HPDC), yüksek verimlilik ve düşük üretim maliyetinin benzersiz özellikleri nedeniyle alüminyum alaşımlarının dökümünü yapmak için kullanılan en popüler işlemdir. Bununla birlikte, HPDC tarafından üretilen Al alaşımları, kalıp doldurma sırasında gaz sıkışması nedeniyle çok sayıda porozite ve oksit içerir. Bu tür poroziteler, mekanik özellikleri ciddi şekilde bozabilir, ısıl işlem ve kaynak uygulama yoluyla daha fazla özellik geliştirmeyi engeller. Bugün otomotiv sektörüne yönelik pek çok parçanın üretimi alüminyum döküm yöntemiyle gerçekleştirilmektedir. Örneğin motor blokları dökme demir yerine alüminyum alaşımı ikame edilerek önemli derecede hafifletme sağlanmıştır. Bazı emniyet-kritik parçalardan beklenen uzama-tokluk değerlerine ise basınçlı dökümle ulaşmak mümkün olamamaktadır. Yüksek bütünlüğe sahip bileşenler üretmek için gelecek vaat eden teknolojilerden biri, tiksoforming ve reoforming dahil olmak üzere yarı katı metal (SSM) işlemleridir.

Demir döküm parçaların yerini alabilecek alüminyum alaşımlı döküm parçalarının sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Bu artışın yanında alüminyum alaşımlı döküm parçalarından beklenen mekanik özellikler ve metolgrafik özellikler artış göstermektedir. İş bu projede yarı katı döküm metodlarının araştırılması ve mekanik, metalografik açıdan iyileştirme sağlayabilecek prosesin geliştirilmesi ele alınmıştır. Alaşımların yarı katı prosesleri uzun yıllardır konuşulmaktadır. Alüminyum alaşımları için farklı yarı katı döküm metodları bazı başarılı endüstriyel uygulamaların yanı sıra, özellikle otomotiv ve tüketici ürünleri pazarlarında sınırlı uygulamaları olan niş bir teknoloji haline geldiği görülmüştür. Bununla birlikte, geleneksel döküm ve özellikle kokil kalıp döküm proseslerinin güçlü rekabetine ve de katmanlı imalatın ortaya çıkmasına rağmen, yarı katı alaşımların yüksek kalite özellikleri sebebiyle talepte canlanma görülmektedir. 

Ürün kalitesinin yanısıra hali hazırda alçak basınçlı döküm ile üretilip T6 ısıl işlemi ile anasanayi firmaların spesifikasyonuna ulaşılan parçalarda, ana sanayinin yarıkatı döküme yönelik yoğun talebi bulunmaktadır. Böyle bir eğilimin olması global ölçekte de bu yöne eğilimin artacağı öngörüsünü oluşturmuştur.

Proje'nin en önemli amacı belirlenen Rapid Slurry Döküm (RSF) ve Eğimli Soğutma Plakası Döküm (Cooling Slope Casting) metodlarında küresel tane yapıısının elde edilmesi ve proses parametrelerinin belirlenmesidir. Ayrıca işbu proje Döktaş firmasının TEYDEB 1501 projesi olarak yürütülmektedir ve diğer bir amacı da firmaya yarı katı döküm yeteneklerinin kazandırılmasıdır.

Abstract:
Liquid metal high pressure casting (HPDC) is the most popular process for casting aluminum alloys due to the unique characteristics of high productivity and low production cost. However, the Al alloys produced by HPDC contain numerous of porosity and oxides due to gas entrapment during mold filling. Such porosities can severely impair mechanical properties, inhibiting further property development through heat treatment and welding. Today, the production of many parts for the automotive industry is carried out by aluminum casting method. Significant lightening has been achieved, for example, by substituting aluminum alloy for engine blocks instead of cast iron. It is not possible to reach the elongation-toughness values ​​expected from some safety-critical parts by pressure casting. One of the promising technologies for producing high integrity components is semi-solid metal (SSM) processes, including thixoforming and reoforming.

The number of aluminum alloy casting parts that can replace iron casting parts is increasing day by day. In addition to this increase, the mechanical properties and metallographic properties expected from aluminum alloy casting parts increase. In this project, the research of semi-solid casting methods and the development of the process that can provide mechanical and metallographic improvement are discussed. Semi-solid processes of alloys have been talked about for many years. Different semi-solid casting methods for aluminum alloys have proven to be a niche technology with limited applications, particularly in the automotive and consumer product markets, along with some successful industrial applications.  However, despite the strong competition from traditional casting and especially permanent die casting processes and the emergence of additive manufacturing, there is a recovery in demand due to the high quality properties of semi-solid alloys. 

In addition to the product quality, the main industry has an intense demand for semi-solid casting for the parts that are already produced by low pressure casting and reached the specifications of the main industry companies with T6 heat treatment. The existence of such a trend has created the prediction that this trend will increase on a global scale.

The most important aim of the project is to obtain the globular grain structure and to determine the process parameters in the Rapid Slurry Casting (RSF) and Cooling Slope Casting methods. In addition, this project is carried out as the TEYDEB 1501 project of Döktaş company, and another aim is to provide the company with semi-solid casting capabilities.