İkiz merdane döküm yöntemiyle dökülen 3xxx alaşımların alternatif termo-mekanik proses sonrası mikroyapı ve korozyon davranışının incelenmesi
Investigation of the microstructural and corrosion behavior of 3xxx alloys cast by twin roll casting method after alternative thermo-mechanical process
Yazar: ALİ ULAŞ MALCIOĞLU
Danışman: PROF. DR. MEDİHA İPEK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Korozyon = Corrosion ; Mikroyapı = Microstructure ; Tekstüre işlemi = Texturing

Özet:
Bu çalışmada, özellikle yapı ve inşaat sektöründe kullanılmakta olan ikiz merdane döküm yöntemiyle dökümü yapılmış 3004, 3005 ve 3105 alüminyum alaşımlarına farklı termo-mekanik proses uygulayarak, ilgili sektörün talep ettiği mukavemet koşullarının eldesi ve kondisyon geçişinin ani şekilde değişmemesi hedeflenmiştir. Bu amaçla alternatif termo-mekanik proses uygulanan alaşımlar çekme ve bükülebilirlik testine tabi tutulmuş, korozyon davranışları, tekstür yapısı ile mikroyapıları incelenmiştir. 
İkiz merdane döküm yöntemi ile üretilen 3004, 3005 ve 3105 aluminyum alaşımları önce 2,5 mm kalınlığa soğuk haddelenmiş ardından iki farklı sıcaklıkta, 450 ve 500°C, 4 saat süre ile ara tavlanmış, 2,5 mm'den 0,8 mm'ye soğuk haddelendikten sonra üç farklı sıcaklıkta (280, 300 ve 320°C), 4 saat süre ile nihai tavlanmıştır. Döküm halde, ara tavlı ve nihai tavlı numunelerin optik mikroskop ile mikroyapıları incelenmiş, tane boyutları ölçülmüş, SEM-EDS ile segregasyon dağılımı ve EBSD analizi ile tekstür yapısı belirlenmiştir. Mekanik özelliklerin tayini için 3 yönlü çekme ve bükülebilirlik testi uygulanmış, mukavemet ve şekillendirilebilirlik çerçevesinde değerlendirme yapılmıştır. Alaşımlara uygulanan ara tav ile nihai tav sıcaklığı artışı segregasyona neden olan intermetalik yoğunluğunu azaltmış, 3004 alaşım numunesine uygulanan ilave homojen tav intermetalik çökeltilerinin matriste çözünmesine olumlu etki sağlamıştır. İntermetalik fazların dağılımı ile tekstür yapısı bükülebilirliği etkilemiş, en iyi bükülebilirlik 3005 alaşım numunelerinde, en düşük bükme performansı 3004 alaşım numunelerinde tespit edilmiştir.
Tekstür analizi kapsamında yapıdaki intermetalik yoğunluğu azaldığında yeniden kristallenme dokusunun arttığı belirlenmiştir. 3004 alaşım numunelerinde diğer alaşımlara kıyasla nispeten daha güçlü hadde dokusu tespit edilmiş ve bu durumun daha yüksek düzlemsel anizotropiye neden olduğu düşünülmüştür. Yapıdaki küp yöneliminin bükülebilirliği iyileştirdiği düşünülmektedir. Nihai tavlı numunelerin korozyon özellikleri tuzlu sis testi ile Tafel ekstrapolasyon yöntemiyle karakterize edilmiştir. İlgili test yöntemleri arasında korelasyon tespit edilmiş olup tav sıcaklığı arttıkça korozyon dayanımı artmıştır. Proses akışındaki ara tav sıcaklığının yükselmesi ise nihai tav sonrası korozyon dayanımını arttırmıştır. En iyi korozyon dayanımına 500°C'de ara tavlanan 320°C nihai tavlı 3005 alaşım numunesinde tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to obtain the strength conditions demanded by the building and construction industry and not to change the temper transition suddenly by applying different thermo-mechanical processes to the 3004, 3005 and 3105 aluminum alloys cast by the twin roll casting method. For this purpose, alloys with alternative thermo-mechanical processes were subjected to tensile and bendability tests, and their corrosion behavior, texture and microstructure were investigated.
3004, 3005 and 3105 alloys were first cold rolled to 2,5 mm thickness and then annealed at two different temperatures, 450 and 500°C, for 4 hours. After cold rolling from 2,5 mm to 0,8 mm, it was final annealed at three different temperatures, 280, 300 and 320°C, for 4 hours. Microstructures of as-cast, intermediate and final annealed samples were examined by optical microscope, grain sizes were measured, segregation distribution with SEM-EDS and texture structure were determined by EBSD analysis. For the determination of mechanical properties, tensile and bendability tests occurred and evaluation was made in terms of strength and formability. The increase in the final annealing temperature with the intermediate annealing applied to the alloys decreased the intermetallic density causing segregation. The additional homogeneous annealing applied to the 3004 alloy sample had a positive effect on the dissolution of intermetallic precipitates in the matrix. The distribution of intermetallic phases and the texture structure affected the bendability, the best bendability was found in the 3005 alloy samples, and the lowest bending performance was found in the 3004 alloy samples.
Regarding the texture analysis, it was determined that the recrystallization texture increased when the intermetallic density in the structure decreased. The relatively stronger rolling texture was detected in 3004 samples compared to other alloys, and this was predicted to cause higher planar anisotropy. The corrosion properties of the final annealed samples were characterized by the salt fog test and Tafel extrapolation method. The correlation was determined between the relevant test methods and corrosion resistance increased as the annealing temperature increased. The increase in the intermediate annealing temperature in the process flow improved the corrosion resistance after the final annealing. The best corrosion resistance was found in the 3005 sample, which was intermediate annealed at 500°C and final annealed at 320°C.