Bakır ve silisyum içeren Al-25Zn esaslı alaşımların dökülmüş ve ısıl işlem görmüş durumlardaki yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructure and mechanical and tribological properties of Al-25Zn based alloys containing copper and silicon in the as-cast and heat-treated conditions
Yazar: OSMAN BİCAN
Danışman: PROF. DR. TEMEL SAVAŞKAN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Isıl işlem = Heat treatment ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Sürtünme = Friction ; Yapısal özellikler = Structural properties

Özet:
Bu çalışmada bir adet ikili Al-25Zn, yedi adet üçlü Al-25Zn-(1-5)Cu ve altı adet Al-25Zn-3Cu-(1-5)Si alaşımı kokil döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların sürtünme ve aşınma davranışları farklı koşullarda çubuk-disk esaslı bir aşınma deney düzeneği yardımıyla incelendi. Bulunan sonuçlar bu alaşımların içyapı ve mekanik özelliklerine dayandırılarak açıklanarak, geleneksel yatak malzemeleri olan SAE 660 ve SAE 65 bronzlarında aynı koşullarda elde edilen bulgularla karşılaştırıldı.Bu çalışmada baz olarak alınan ikili Al-25Zn alaşımının iç yapısının alüminyumca zengin ?, bunları çevreleyen ötektoid ?+? fazlarından oluştuğu gözlendi. Bu alaşıma bakır katıldığında dendritlerarası bölgelerde bakırca zengin ? fazının oluştuğu gözlendi. Al-25Zn-3Cu-(1-5)Si alaşımlarının içyapılarının ise üçlü alaşımlarda gözlenen fazlarla birlikte silisyum parçacıklarından oluştuğu görüldü. Uygulanan stabilizasyon işleminin Al-25Zn-3Cu-3Si alaşımının içyapısında herhangi bir değişime yol açmadığı, T7 ısıl işleminin ise bu alaşımın dendritik yapısını tamamen ortadan kaldırdığı gözlendi. Üçlü ve dörtlü alaşımların çekme ve basma dayanımlarının artan bakır ve silisyum oranları ile arttığı, bu oranların %3 değerinin üzerine çıkması durumunda ise azaldığı belirlendi. Ancak, söz konusu alaşımların sertliğinin artan bakır ve silisyum oranları ile sürekli arttığı görüldü. Alaşımların sürtünme katsayısının artan basınç ile azaldığı, kayma hızından ise pek fazla etkilenmediği gözlendi. Ancak, sıcaklık ve hacim kaybının artan basınç ve kayma hızıyla sürekli arttığı görüldü. Al-25Zn-3Cu ve Al-25Zn-3Cu-3Si alaşımlarının aşınma yüzeylerinin altında iki farklı bölge oluştuğu gözlendi. Bu bölgelerin oluşumu numunelerin yüzey malzemesinin aşırı plastik deformasyonu ve yeniden kristalleşmesi ile aşınma parçacıklarının yüzeye sıvanmasına dayandırılarak açıklandı.Al-25Zn esaslı üçlü ve dörtlü alaşımların SAE 65 ve SAE 660 bronzlarından daha üstün mekanik ve tribolojik özelliklere sahip olduğu belirlendi. Bu alaşımlar içerisinde en yüksek mukavemet ve aşınma dirençleri Al-25Zn-3Cu ve Al-25Zn-3Cu-3Si alaşımlarından elde edildi.

Abstract:
In this study, one binary Al-25Zn, seven Al-25Zn-(1-5)Cu and six ternary Al-25Zn-3Cu-(1-5)Si alloys were prepared by permanent mould casting. Their friction and wear behaviour were investigated under different test conditions using a pin-on-disc machine. The results obtained from the tests were discussed in terms of structure and mechanical properties of the alloys and compared to those obtained from SAE 65 and SAE 660 conventional bearing bronzes.The microstructure of the binary Al-25Zn alloy consisted of aluminum-rich ? dendrites surrounded by eutectoid ? + ? phase. Addition of copper to this alloy produced intermetallic particles (?) mainly in the interdendritic channels. The microstructure of the quaternary Al-25Zn-3Cu-(1-5)Si alloys revealed silicon particles, in addition to the phases observed in the ternary alloy. The stabilization treatment showed no significant effect on the microstructure of the Al-25Zn-3Cu-3Si alloy, but the T7 heat treatment removed its dendritic microstructure. The tensile and compressive strengths of the alloys increased with increasing copper and silicon contents up to 3%, above which the trend reversed. However, the hardness of the ternary and quaternary alloys increased continuously with increasing copper and silicon contents. The friction coefficient of the alloys decreased with increasing pressure, but the siding speed had no significant effect on it. However, the temperature and wear volume of the alloys increased with increasing pressure and sliding speed. Two different regions were observed underneath the wear surface of the Al-25Zn-3Cu and Al-25Zn-3Cu-3Si alloys. The formation of them was related to the microstructural changes resulted from heavy plastic deformation and recrystallization of the surface material and smearing of wear particles.The Al-25 based ternary and quaternary alloys were found to be much superior to the SAE 65 and 660 bronzes as far as their mechanical and tribological properties are concerned. In addition, among the ternary and quaternary alloys the highest strength and wear resistance were obtained with Al-25Zn-3Cu and Al-25Zn-3Cu-3Si alloys, respectively.