Yaşlandırma parametrelerinin ETIAL-160 alaşımının mekanik özelliklerine etkisi
Effect of aging parameters on the mechanical properties of ETIAL-160 alloy
Yazar: EBRU BAŞER
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNGÖR
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada çözeltiye alma sıcaklığının ve yaşlandırma parametrelerinin ETIAL-160 alaşımının mekanik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. İlk olarak alaşımlara 540 oC'de 4 saat ve 8 saat olmak üzere iki farklı sürede çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış ve sonra suda soğutma işlemi yapılmıştır. Daha sonra farklı sürelerde çözeltiye alınan alaşımlar 160 oC ve 200 oC'de olmak üzere iki farklı sıcaklıkta ve üç farklı sürede (2 saat, 4 saat ve 8 saat) yapay yaşlandırma işlemine tabii tutulmuştur. Yaşlandırma sonrası bütün alaşımlar fırın içerisinde oda sıcaklığına soğutulmuştur. Uygulanan ısıl işlemler sonrasında alaşımın mekanik ve mikroyapı özellikleri basma, sertlik, aşınma, SEM, EDS ve XRD gibi yöntemlerle incelenmiştir.
 
540 oC'de 4 saat çözeltiye alınan numunelerin 160 oC ve 200 oC'de yaşlandırılan alaşımların dayanımlarının ve tokluklarının artan yaşlandırma süresiyle arttığı görülmüştür. 540 oC'de 8 saat çözeltiye alınan alaşımlarda ise; 160 oC de yaşlandırılan alaşımlarda artan yaşlandırma süresiyle alaşımların akma dayanımları ve toklukları artarken, 200 oC de yaşlandırılan alaşımlarda artan yaşlandırma süresiyle akma dayanımlarının düştüğü görülmüştür. Çözeltiye alma süresinin etkisi incelendiğinde; alaşımların akma dayanımlarının artan çözeltiye alma süresiyle birlikte düştüğü belirlenmiştir.  

Yaşlandırma sonrası alaşımların ortalama sertlik değerleri incelendiğinde, 160 oC'de yaşlandırılan numunelere kıyasla 200 oC'de yaşlandırılan alaşımların sertlik değerlerinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, belirli bir yaşlandırma sıcaklığında, alaşımların sertlik değerlerinin yaşlandırma sıcaklığı ile düzenli değişmediği saptanmıştır.

Çözeltiye alma süresinin etkisi incelendiğinde, 160 oC'de yaşlandırılan alaşımlarda artan çözeltiye alma süresiyle birlikte sertlik değerlerinin düştüğü görülmüştür. 200 oC'de yaşlandırılan alaşımların sertlik değerlerinde ise pek değişiklik olmadığı görülmüştür.

Belirli bir yaşlandırma sıcaklığında genel olarak yaşlandırma süresinin artmasıyla aşınma kayıplarının arttığı belirlenmiştir. Çözeltiye alma sürelerine göre karşılaştırma yapıldığında, artan çözeltiye alma süresiyle birlikte aşınma kayıplarının düştüğü görülmüştür.

Alaşımların mikroyapı analizlerinden, mikroyapıların genel olarak üç fazlı yapıdan oluştuğu görülmüştür. EDS analizlerinden bu fazların, Al (matris fazı), Si (ötektik fazı) ve Al elementince zengin olup Si, Fe ve Mn gibi elementler içeren intermetalik fazlar olduğu belirlenmiştir. Kimyasal oranlardan intermetalik fazın β-Al5FeSi olduğu düşünülmektedir. Ayrıca, EDS analizlerinden Al ve Si fazları içerisinde düşük oranlarda diğer elementlerin de çözündüğü görülmüştür. 
Alaşımların XRD grafiklerinde Al ve Si fazlarına ait pikler tespit edilmiştir. Fakat, β-Al5FeSi intermetalik bileşiğe ait piklere rastlanılmamıştır. Bu faza ait pikler diğer fazlara ait piklerle çakışmaktadır.

Abstract:
In this study, the effects of solution temperature and aging parameters on the mechanical properties of ETIAL-160 alloy were investigated. First, alloys were heat treated at 540 °C for two different periods of 4 hours and 8 hours, and then cooled in water. Alloys were then subjected to artificial aging at two different temperatures and at three different temperatures (2 hours, 4 hours, and 8 hours) at 160 oC and 200 oC. After aging, all the alloys were cooled to room temperature in the furnace. After the heat treatment, the mechanical and microstructural properties of the alloy were determined by methods such as compression, hardness, wear, SEM, EDS and XRD. 

The strength and toughness of alloys aged at 160 oC and 200 oC were increased with increasing aging time for samples of which solution heat treatmen condition was 540 oC for 4 hours. For the alloys for which solution heat treatment was applied at 540 oC for 8 hours, the yield strength and toughness of the alloys aged at 160 °C increased  
with the aging time, whereas the yield strength and toughness of the alloys aged at 200 °C decreased with increasing aging time. When the effect of solution heat treatment was considered, it was determined that the yield strengths of the alloys decrease with the increasing solution heat treatment time.

When the average hardness values of the alloys after aging are examined, it is determined that the hardness values of the alloys aged at 200 oC are higher than those of the samples aged at 160 oC. In addition, at a certain aging temperature, the average hardness values of the alloys were determined not to change regularly with the aging temperature.

When the effect of the solution heat treatment time was examined, it was observed that the hardness values decreased with increasing solution heat treatment time in the alloys aged at 160 oC and there wasn't a significant change in hardness values of alloys aged at 200 oC.

It has been determined that at a certain aging temperature, the wear loss generally increase with increasing aging time. When we compared in terms of solution heat treatment time, it was observed that the wear loss decreased with increasing solution heat treatment time.

From microstructure analysis of alloys, it is observed that microstructures are generally composed of three-phase structure. From the EDS analyzes, it was determined that these phases are rich in Al (matrix phase), Si (eutectic phase), and Al-rich intermetallic phase containing elements such as Si, Fe and Mn. From the chemical ratios, it is thought that intermetallic phase is β-Al5FeSi. In addition, among the EDS analyzes showed that Al and Si phases contained other elements in low percentages.

XRD plots of alloys have detected peaks of Al and Si phases. The peaks belonging to β-Al5FeSi phase were not observed in diffraction patterns since the peaks of this phase overlaps with the other peaks.