Az91d magnezyum alaşımının endüstriyel ölçekte üretiminde alaşım modifikasyonu
Alloy modification in industrial scale production of AZ91D magnesium alloy
Yazar: YUSUF TURAN
Danışman: DOÇ. RIDVAN GECÜ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ SERDAR VANLI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Elektrikli taşıtlara olan artan talep ve Türkiye'de savunma ile havacılık
endüstrilerinin hafif malzemelere duyduğu ilginin artması, magnezyum alaşımlarını
önemli bir malzeme haline getirmektedir. Ayrıca, magnezyum alaşımlarının yüksek
işlenebilirlik, dökülebilirlik ve düşük yoğunluk gibi avantajları, bu malzemelerin
endüstriyel uygulamalarda tercih edilmesinin başlıca sebeplerindendir.
Araçlarda yakıt tasarrufu, çevresel ve ekonomik sürdürülebilirlik açısından kritik
bir konu olmuştur. Bu bağlamda, yakıt verimliliğinin artırılması için hafif
malzemelerin seçilmesi ön plana çıkmaktadır. Hafiflik açısından magnezyum,
düşük yoğunluğu ile tercih edilen bir metal olup, bu özellikleri sayesinde taşıma
sektöründe önemli bir rol oynamaktadır. Ancak, saf magnezyum, istenilen mekanik
özellikleri sağlamada yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, mekanik özelliklerin
iyileştirilmesi amacıyla çeşitli üretim yöntemleri ve alaşımlama teknikleri
kullanılmaktadır. Bu yöntemler, magnezyum alaşımlarının mekanik özelliklerini ve
mikroyapısını doğrudan etkilediğinden, doğru alaşım elementlerinin seçimi ve
üretim sürecinin optimize edilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, AZ91D magnezyum alaşımına kokil kalıba döküm yöntemiyle
sırasıyla %0,1 ve %0,2 oranlarında stronsiyum ilave edilerek, alaşımların mekanik
ve mikroyapısal özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Stronsiyum ilavesi,
alaşımın mekanik özelliklerini ve mikroyapısını iyileştirmeyi hedefleyen bir strateji
olarak kullanılmış ve bu bağlamda farklı stronsiyum oranlarının alaşım üzerindeki
etkileri kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Stronsiyum ilavesi ile tane boyutunda
belirgin bir küçülme gözlemlenmiştir. Hall-Petch yasasına göre, tane boyutundaki
küçülme, malzemedeki tane sınırlarını artırarak dislokasyon hareketlerini
engellemektedir, bu da çekme mukavemetinde artışa yol açmaktadır. Stronsiyum
ilavesiyle oluşan Al4Sr fazı, dislokasyon hareketlerini kısıtlayarak sertlikte önemli
bir artış sağlamıştır. Bununla birlikte, Al4Sr fazının kırılgan özellikleri nedeniyle
darbe tokluğunda bir azalma gözlemlenmiştir.
Sonuç olarak, stronsiyum ilavesi ile AZ91D magnezyum alaşımının mekanik
dayanımı belirgin bir şekilde artarken, darbe tokluğunda olumsuz bir değişim
gözlemlenmiştir. Bu bulgular, magnezyum alaşımlarının mühendislik
uygulamalarındaki potansiyelinin artırılması için uygun alaşım elementlerinin ve
üretim süreçlerinin optimize edilebileceğini ortaya koymaktadır. Bu çalışma,
magnezyum alaşımlarının özelliklerinin geliştirilmesinde önemli bir adım olup,
endüstriyel uygulamalarda daha verimli ve dayanıklı malzeme üretimi için
potansiyel sunmaktadır

Abstract:
The increasing demand for electric vehicles and the growing interest in lightweight materials in Turkey's defense and aerospace industries are making magnesium alloys an important material. Additionally, the advantages of magnesium alloys, such as high machinability, castability, and low density, are primary reasons for their preference in industrial applications.
Fuel efficiency has become a critical issue in terms of environmental and economic sustainability in vehicles. In this context, the selection of lightweight materials is emphasized to improve fuel efficiency. Magnesium, with its low density, is a preferred metal due to its lightness, playing a significant role in the transportation sector. However, pure magnesium fails to provide the desired mechanical properties. Therefore, various production methods and alloying techniques are employed to enhance the mechanical properties. These methods are crucial as they directly affect the mechanical properties and microstructure of magnesium alloys, making the selection of the right alloying elements and the optimization of the production process highly important.
In this study, AZ91D magnesium alloy was modified by adding strontium in amounts of 0.1% and 0.2% through the gravity casting method, and the mechanical and microstructural properties of the alloys were examined in detail. Strontium addition was used as a strategy to improve the alloy's mechanical properties and microstructure, and the effects of different strontium contents on the alloy were thoroughly investigated. A significant reduction in grain size was observed with the addition of strontium. According to the Hall-Petch law, the reduction in grain size increases the grain boundary density, hindering dislocation movement, which leads to an increase in tensile strength. The Al4Sr phase formed by strontium addition restricted dislocation movement and resulted in a significant increase in hardness. However, due to the brittle nature of the Al4Sr phase, a decrease in impact toughness was observed.
As a result, while the mechanical strength of the AZ91D magnesium alloy increased significantly with the addition of strontium, a negative change in impact toughness was observed. These findings suggest that the potential of magnesium alloys in engineering applications can be enhanced by optimizing the selection of appropriate alloying elements and production processes. This study represents an important step in the development of magnesium alloys' properties, offering the potential for more efficient and durable material production in industrial applications.