Al-Zn ikili alaşımında katılaştırma işlem parametreleri ile dendrit mikro yapı parametrelerinin ilişkisi
Relationship between solidification processing parameters and dendritic microstructure parameters in the Al-Zn binary alloy
Yazar: EMİNE ACER
Danışman: PROF. DR. MEHMET GÜNDÜZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Katılaştırılan malzemenin mikro yapılarının büyüklükleri ve düzenliliği malzemenin fiziksel, mekaniksel ve elektriksel özeliklerini etkilemektedir. Mikro yapıların büyüklük ve düzenliliği ise katılaştırma işlem parametreleri ( V: katılaşma hızı, G:sıcaklık gradyenti, C0: alaşımın ilk bileşimi) ile değişmektedir. Bu sebepten, katılaşma işlem parametreleri ile mikro yapı parametreleri arasındaki ilişkiyi, özellikle dendritik mikro yapı parametrelerini ( ? 1: birinci kollar arası mesafe, ? 2: ikinci kollar arası mesafe, R: dendrit uç yarıçapı ) incelemek endüstriyel, teknolojik ve akademik nedenlerden dolayı önemlidir, Al-Zn faz diyagramı mikro yapı parametrelerinin katılaştırma işlem parametreleri ile değişimini incelemek için çok elverişlidir.Bu çalışmada, Al-Zn alaşımları için katılaştırma işlem parametreleri (V, G, C0) ile dendritik mikro yapı parametreleri ( ? 1, ? 2,R) arasındaki ilişki incelenmiştir. Al-Zn alaşımları iki bileşimde C0 ( 7 %ağ.Zn ? 20 %ağ.Zn), iki farklı çapta (4mm ? 9,5mm), sabit sıcaklık gradyenti (G) altında ve beş farklı katılaştırma hızında V (7,93 ? 158,73 ? m/s) doğrusal olarak katılaştırılmıştır.Birinci bölümde, katılaştırma olayını daha iyi anlayabilmek için katılaşma, aşırı soğuma ve çekirdeklenme tartışılmıştır. İkinci bölümde, daha önce yapılmış deneysel çalışmalar ve teorik modeller incelenmiştir. Üçüncü bölümde, bu çalışmada kullanılan fırınların özelliklerinden bahsedilmiş ve deney sistemi açık bir şekilde tanıtılmıştır. Bunun yanı sıra, örnek bir deneyin yapılışı anlatılmış, doğrusal katılaştırılan numunenin metalografik incelenmesinde bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde numunelerin, metalografik metodlar kullanılarak hazırlanması, optik mikroskop altında incelenmesi, mikro yapıların fotoğraflarının optik mikroskopta çekilmesi ve ? 1, ? 2 ve R'nin ölçümlerinin bu fotoğraf üzerinde yapılması anlatılmıştır. Bu ölçümlerden ? 1, ? 2 ve R değerleri elde edilmiş ve lineer regrasyon analizi ile C01 ve C02 için V ile ilişkileri bulunmuştur.Son olarak, elde edilen deneysel sonuçlar ilgili teorik modeller ve daha önce yapılan benzer deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.Anahtar kelimeler: Dendrit, Dendritik Büyütme, Doğrusal Katılaştırma, Birinci Kollar Arası Mesafe, İkinci Kollar Arası Mesafe

Abstract:
The scale and regularity of the microstructure of the solidified materials can affect the physical, mechanical and electrical properties of the materials. The scale and regularity of the micro structures change with the solidification processing parameters (V: growth rate, G:tempareture gradient, C0: initial alloy composition). Therefore, it is important to investigate the relationship between the solidification processing parameters and microstructure parameters, especially dendritic microstructure parameters ( ? 1: primary dendrite arm spacing: ?2: secondary dendrite arm spacing and R:dendrite tip radius) because of the endustrial, technological and academical reasons. Al-Zn phase diagram is suitable to investigate the variation of the microstructure parameters with the solidification processing parameters. In this work, the relationship between solidification processing parameters (V,G,C0) and dendritic microstructure parameters ( ? 1, ? 2, R) was investigated for Al-Zn alloys. Al-Zn alloy samples with two compositions C0(7 wt.% Zn ? 20 wt. Zn) and with two different diameters were unidirectionally solidified under constant temperature gradient (G) and at five different growth rates V(7,93 158,73µm/s).In the firsth chapter, in order to understand the solidification phenomena, the basic consepts related to the solidification, undercoolings and nucletion were discussed. In the second chapter, the previous experimental works and theoritical models were examined. In the third chapter, features of the furnaces used in this work were described and the experimental systems were explained. Furthermore a sample experiment was discussed and metalographic produceres of directional solidified samples were explained. In the fourth chapter, dendritic microstructure parameters were described and the methods used in the measurement of the dendrtic microstructure parameters were explained. Specimens preparetions by using metallographic methods, taking the photographs of the microstructure with optical microscope and the measurements of , and R were discussed. Finally, the experimental results were compared with the results of the related theoretical models and the previous similar experimental works.Key words: Dendrit, Dendritic Growth, Directional Solidification, Primary Arm Spacing, Secondary Arm Spacing