AA6063 alüminyum alaşımında AlFeSi faz dönüşümlerinin selektif çözündürme yöntemiyle analizi
Analysis of AlFeSi phase transformation in AA6063 aluminum alloy by means of selective dissolution method
Yazar: RECEP CANİAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ERGÜN KELEŞOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Homojenleştirme = Homogenization

Özet:
Alüminyumunun mekanik özellikleri bazı uygulamalarda tek başına yeterli olmadığı için uygun elementlerle alaşımlandırılmaktadır. Bu alaşımlardan bir tanesi de 6xxx serisi silisyum ve magnezyum alaşımıdır. Bu grup içerisindeki en önemli alaşımlardan biri ise 6063 alüminyum alaşımıdır. AA6063 alaşımı, ekstrüzyonla şekillendirmeye uygunluğu mükemmel olarak nitelendirilen, ısıl işlem ile sertleşebilen alüminyum alaşımları grubundandır ve mekanik özellikleri ısıl işlemle önemli ölçüde iyileştirilebilir. Bu alaşım grubunun içerisinde alaşım elementlerine ilaveten yaklaşık %0,3 oranında demir bulunmaktadır. Demir katı alüminyum içerisinde son derece sınırlı çözünürlüğe sahiptir. Demir elementinin varlığı özellikle hurdadan yapılan üretimde kaçınılmazdır ve daha düşük oranlara indirilmesi ekonomik değildir.AA6063 alaşımlarının endüstriyel uygulamalarda en yaygın üretim şekli DC sürekli döküm yöntemidir. Bu yöntemdeki katılaşma hızları ve alaşımın kimyası nedeniyle katılaşmış yapıda demir, yapraksı formdaki ß-AlFeSi intermetaliği şeklinde bulunur. İntermetalik fazın bu şekildeki morfolojisi özellikle daha sonraki şekillendirme işlemlerinde olumsuz bir etki olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle döküm işleminin ardından homojenizasyon ısıl işlemi kullanılarak döküm yapıda yoğun olarak bulunan ve mekanik özellikleri (ekstrude edilebilirlik) olumsuz etkileyen iğne formundaki ß-AlFeSi intermetalik fazı, daha yuvarlak ve küçük, zincir şeklinde olan ?-AlFeSi intermetalik fazına dönüştürülerek alaşımın mekanik özelliklerinin iyileştirilebilmesi sağlanır.Bu çalışmada selektif çözündürme metodu kullanılarak döküm numunedeki ve 560 °C de 16 saat süreyle homojenizasyon işlemi uygulanarak tam homojenize yapılmış AA6063 numunelerin yapısında bulunan intermetalik fazların X-ışınları difraksiyon paterni (XRD) ile incelemesi yapılmıştır. Numuneler butanol tekniği kullanılarak, butanol çözeltisi içerisinde argon atmosferi altında çözündürülmüş ve daha sonra 0,45?m lik teflon filtreden vakum yardımıyla süzülmüştür. Süzme işleminin ardından filtre üzerinde kalan intermetalik fazlara XRD incelemesi yapılarak her iki yapıda bulunan intermetalik fazlar tespit edilmiştir. Ayrıca numunelere EDS analizi yapılarak döküm numunedeki ve homojenizasyon işlemi sonrası tam homojenize yapı içerisinde bulunan elementlerin nasıl değiştiği incelenmiştir.Döküm ve tam homojenize yapılmış numuneye ağırlık testi yapılarak numune içerisindeki intermetalik fazların miktarı tespit edilmeye çalışılmıştır. Son olarak ise döküm numune ve 560 °C da 16 saat süreyle homojenize yapılmış AA6063 numunelere sertlik testi yapılarak her iki numunedeki sertlik ölçülmüştür.Sonuç olarak normalde alüminyum matris içerisinde çok az miktarda bulunan ve XRD yöntemiyle varlıkları belirlenemeyen intermetalik fazın matristen ayrılarak XRD işlemiyle karakterize edilebileceği gösterilmiştir. Selektif çözündürme tekniği sayesinde intermetalik fazlarla ilgili bilgiler rahatlıkla değerlendirilebilmektedir. Bu yöntemle yapılacak ölçümler sonucu homojenizasyon sırasındaki faz dönüşümlerinin detaylı bir şekilde değerlendirilmesi mümkün olabilecektir. Ayrıca XRD ölçümleri kıyaslanarak ısıl işlem veriminin nümerik olarak değerlendirilmesinin mümkün olabileceği gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Homojenizasyon, selektif çözündürme metodu, butanol tekniği, intermetalik faz

Abstract:
Mechanical properties of aluminum are not satisfactory for some applications, so it is alloyed with suitable elements. One of the alloys is AA6xxx silicon and magnesium alloy. 6063 aluminum alloy is a major alloy in 6xxx aluminum alloy series. AA6063 alloy is fairly suitable for extrusion, can be tempered by heat treatment and mechanical properties of alloy can be improved by heat treatment. This alloy group includes 0,3 % iron with some other alloys. Iron has limited solubility in solid aluminum. This alloys include iron especially production from scrap. Also reducing iron ratio to lower values in alloys is not economical.Common production method of AA6063 alloys is DC continuous casting in industrial applications. Solid form iron is in plate like ß-AlFeSi intermetallics form due to solidification velocity of this method and alloy chemistry. This morphology of intermetallic phase has negative effect for following forming processes. Therefore after casting process, homogenization heat treatment should be applied. This heat treatment changes ß-AlFeSi intermetallic phase to ?-AlFeSi intermetallic phase. Thus, mechanical properties of the alloy can be improved.In this study, XRD investigation of intermetallic phases in casting sample and AA6063 samples which were homogenized at 560 °C for 16 hours was done by using selective dissolution method. Samples were solved in butanol solution under argon atmosphere by using butanol technique. Then solution was filtered using a Teflon filter with a pore size of 0,45?m by vacuum. After filtering process, intermetallic phases on filter were XRD analyzed and both intermetallic phases were determined. Transformation of elements in casting sample and homogenized structure was investigated by EDS analysis.Amount of the intermetallic phases in the cast and the homogenized samples were determined by weight test. Additionally hardness test was performed on the cast sample and the sample which is homogenized at 560 °C for 16 hours.This study shows that iron rich intermetallic phases in aluminum alloys are too low in quantity for detection by XRD method. Therefore, intermetallic phases in the structure have to be enriched prior to XRD analysis. Informations about intermetallic phases can be evaluated easily by selective dissolution technique. Detailed evaluations of phase transformations during homogenization will be possible by using this method. Numerical evaluation of heat treatment efficiency by comparing XRD measurements was shown.Key Words: Homogenization, selective dissolution method, butanol technique, intermetallic phase.