Cu-Zn alaşımlarında sıcak dövme ve ısıl işlem parametrelerinin çinkosuzlaşmaya etkileri
Effects of hot forging and heat treatment parameters on dezincification in Cu-Zn alloys
Yazar: BUĞRA KILIÇKARA
Danışman: PROF. DR. METİN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada bir Cu-Zn alaşımı olan pirinçte sıcak dövme ve ısıl işlemin bir tür selektif korozyon olan çinkosuzlaşmaya etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bunun için seçilen CW625N standart hammaddeden 700°C, 750°C ve 800°C sıcaklıklarda malzemeler dövülmüş ve dövülen her grup malzemeye 2 ayrı soğutma prosesi uygulanmıştır. Öncelikli olarak malzemeler dövme sonrası çinkosuzlaşma testine tabi tutulmuştur. Çinkosuzlaşma testi için TS EN 6509-1 standardı referans alınmıştır. Kabul edilebilir çinkosuzlaşma derinliği maksimum 100 µm olarak belirlenmiştir. Dövme sonrası fan ile hızlı soğutulan malzemelerin çinkosuzlaşma derinlikleri 100 µm altında kalırken, yavaş soğutulan malzemelerde kabul edilebilir değer üzerinde çinkosuzlaşma derinliklerine rastlanmıştır. Çinkosuzlaşma derinlikleri 100 µm üzerinde gelen bu parçalar ısıl işlem yapılmak üzere ayrılmıştır. Isıl işlem için 3 ayrı sıcaklık belirlenmiştir. Cu-Zn ikili denge diyagramı da göz önünde bulundurularak belirlenen bu sıcaklıklarda malzemeler iki farklı sürede tavlanmışlardır. 350°C de tavlanan malzemelerde beklendiği gibi β fazı oranı yüksek geldiği ve buna bağlı olarak çinkosuzlaşma derinliği değerinin de yükseldiği görülmüştür. 450°C ve 550°C'lerde ısıl işleme tabi tutulan malzemelerde ise β fazı oranı dövme sonrası malzemelerdeki β fazı oranına göre düşmüş ve buna bağlı olarak da çinkosuzlaşma derinliklerinin de kabul edilebilir değer olan 100 µm altında olduğu görülmüştür.  450°C ve 550°C'lerde ısıl işleme tabi tutulan malzemeler kendi aralarında karşılaştırıldıklarında ise aralarında çok anlamlı bir fark olmadığı görülmüştür. Bu yüzden pirinç malzemelerde sıcak dövme yapılacaksa ve yüksek çinkosuzlaşma dayanımı isteniyorsa malzemeler öncelikle hızlı soğutulmalıdır. Eğer dövme sonrası etkin bir hızlı soğutma işlemi yapılamıyorsa, çinkosuzlaşma direncini arttırmak için, denge diyagramından yararlanılarak alaşım için uygun bir tavlama sıcaklığı seçilmeli ve bu sıcaklıkta malzemeler tavlanmalıdır. Bu çalışmada kullanılan hammadde için, 450°C ve 550°C'lerde tavlanan malzemeler arasında çok anlamlı bir çinkosuzlaşma derinliği farkı olmadığından tavlama için ekonomik sebepler de göz önünde bulundurularak 450°C'de tavlama uygun görülmüştür.

Abstract:
It is aimed on this study to research the effects of forging and heat treatment on dezincification, a kind of selective corrosion, for brass forging as Cu-Zn alloy. In this study, standard raw material CW625N were forged at 700°C, 750°C and 800°C. After forging operation parts were exposed to two different cooling operation. Primarily, the parts were tested for dezincification after forging operation. For the dezincification test, TS EN ISO 6509-1 standard was referenced.   The samples that were prepared metallographically, were waited in 75°C water and in % 1 CuCl2 solution in 24 hours and dezincification depths were determined after these processes. Acceptable dezincification depth is maximum 100 µm. It was observed that after forging operation, the dezincification depths of the parts that cooled with the help of fan are thinner than 100 µm. On the other hand, the dezincification depths of the parts were cooled slowly were higher than acceptable. Furthermore, microstructure of all parts was analyzed and phase ratios were detected. It was seen that if the β phase increase (not linearly), dezincification depth would increase as well. The parts that have dezincification depth over 100 µm were selected to make heat treatment. For heat treatment three different temperature were determined. These parts were annealed in two different time by considering Cu-Zn binary balance diagram. As expected, β phase ratio is high for the parts annealed in 350°C. Accordingly, dezincification depth is high as well. β phase ratio is low for the parts annealed in 450°C and 550°C and dezincification depth was determined to be less than 100 µm which is a acceptable value. There was not any such a big difference when compared the parts annealed at 450°C and 550°C. Therefore, it can be said that the parts should be cooled quickly for a high anti-corrosion resistance on brass forging process. If it is not possible to make a quick cooling after forging operation, parts should be annealed in a suitable degree to increase anti-corrosion resistance. On this study, it is preferred to anneal parts at 450°C due to economic reasons as there is not a difference between 450°C and 550°C.