LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19378

Gözat

Konu "Alüminyum alaşımları" ile LEE- Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Niyobyum elementi ilavesinin A206 alaşımına etkilerinin incelenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Palamutçu, Nuri ; Dışpınar, Derya ; 783134 ; Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
    Alüminyum, düşük yoğunluk, işlenebilirlik, korozyon direnci, süneklik, geliştirilebilir mekanik özellikler ve özgül mukavemet gibi harika özelliklere sahiptir. Bu özellikler, alüminyumu dünyada en çok üretilen ikinci metal haline getirmektedir. Alüminyum mükemmel bir geri dönüşüm oranına sahiptir ve bu onu çevre dostu yapar. Ayrıca alüminyum yüzde sekiz ile dünyada en çok bulunan üçüncü elementtir. Alüminyum üretiminin birincil ve ikincil olmak üzere iki farklı yolu vardır. Birincil üretim, ikincil üretime göre çok daha pahalı ve zordur. Boksit cevherinden alüminyum oksitin Bayer prosesi adı verilen prosesle elde edilmesinden oluşan bu üretim şekli. Bu işlemden sonra Hall-Heroult işlemi adı verilen bir yöntemle alüminyum oksitten arta kalan alüminyum elementi elde edilir. İkincil üretim, birincil üretimin aksine her geçen gün artmaktadır. İkincil üretim, birincil üretim için gereken enerjinin yalnızca %5'ini tüketir. Alüminyum alaşımları dövme ve döküm alaşımları olarak başlıca iki gruba ayrılır. Alüminyum döküm alaşımları otomotiv, savunma ve havacılık endüstrilerinde en yaygın kullanılan demir dışı metallerdir. Alüminyum-bakır alaşımları yüksek mukavemet, yüksek sıcaklık dayanımı, korozyon direnci ve yorulma dayanımı özellikleri ile bu endüstrilerin ihtiyacını karşılamaktadır. Ana alaşım elementi ağırlıkça %4-5 Cu olan A206 alaşımları etkilerini fazla göstermeyen Mg, Mn, Si elementlerini de içermektedir. Üstün akma ve çekme dayanımına sahip olan A206 alaşımları ise döküm hatası olarak karşımıza çıkan sıcak yırtılma, çekme ve oksit kalıntısı gibi dezavantajlara sahiptir. Kum dökümü ve gaz giderme sonrasında azalması beklenen bu dezavantajların üstesinden gelmek için tane inceltme işleminin etkisi araştırılmıştır. Çoğunlukla Ti ve B elementlerinin etkileri incelense de yeni çalışmalar nadir toprak ve farklı elementleri de içeriyor. Nb'nin tane inceltme üzerindeki etkisi bilinmesine rağmen, A206 alaşımı üzerindeki etkileri henüz çalışılmamıştır. Bu çalışmada A206 alaşımına Nb ilavesinin tane inceltme etkisi incelenmiştir. Niyobyumun tane inceltme, mikro yapı, beslenebilirlik, akışkanlık ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri ısıl işlem uygulaması ile belirginleşir. Toplama varyansının etkisini görmek için üç farklı yüzde (ağırlıkça %0,025, ağırlıkça %0,05, ağırlıkça %0,1) ayrı ayrı kullanılmıştır. Niyobyum yüzdesinin yanı sıra, ısıl işlemin etkisini gözlemlemek için ısıl işlem uygulaması da T6 ve T7 olmak üzere değişkenlik göstermektedir. Isıl işlemin uygulanmasının ana nedeni, Al2Cu çökeltilerinin taneler boyunca homojen dağılımını sağlamak, bu da gerilme kalıntı gerilme giderme ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesini sağlamaktır. Bu deneyde gravite ve tilt olmak üzere iki tip döküm ile dört farklı kalıp tipine uygulama yapılmıştır. Mikroyapı analizi DAS ve SDAS ölçümleri ile yapılmaktadır. Basamak kalıbı dört basamaklıdır. Bu kalıptaki temel amaç, tane inceltme etkisi olarak DAS ve SDAS değerlerinin azalmasını gözlemlemektir. Beslenebilirlik için ördek ayağı kalıbı dökülür. Bu kalıbın amacı, çekinti boşluğu ve beslenebilirlik arasındaki korelasyon ile alüminyumun kendi başına beslenebilirliğini gözlemlemektir. Boşluk genişledikçe, beslenebilirlik daha yüksek demektir. Akışkanlık testinde ise alaşım elementi etkisini görmek adına akışkanlık kalıbı A206 alaşımından ve niyobyum takviyeli olarak dökülmüştür. Çökeltilerin daha iyi homojen hale gelmesi ve dökümden kalan gerilmelerin giderilmesi için ısıl işlemler uygulanmaktadır. Bu nedenle ısıl işlem işlemlerinden sonra mekanik özellikler çok daha iyileşir. Çekme testi kalıbından alınan numunelere çekme testi, kalıbın yolluklarından alınan numunelere ise sertlik testi uygulanır. Çekme testi ile akma dayanımı, çekme dayanımı ve uzama değerleri bulunmuştur. Bu değerler ile ısıl işlem ve alaşım elementi etkisi ilişkilendirilmiştir.
  • Öge
    Yüksek işlenebilirlik kabiliyetine sahip 2011 alüminyum alaşımı geliştirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Sarı, İlyas Artunç ; Yücel, Onuralp ; 740181 ; Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
    Alüminyum, yerkabuğunda en çok bulunan metallerin arasındadır ve endüstrinin birçok dalında kullanımı günden güne artış göstermektedir. Doğada boksit cevheri olarak bulunmaktadır ve boksit cevherinden önce Bayer Prosesi, ardından Hall-Héroult prosesi ile metalik alüminyum elde edilmektedir. Alüminyumun diğer metallere karşı üstün özellikleri bulunmaktadır. Bunların başında korozyona karşı yüksek direnç gelmektedir. Oluşturduğu doğal pasivasyon tabakası ile oksidasyona karşı yüksek direnç göstermektedir. Düşük yoğunluğa rağmen sahip olduğu yüksek mukavemet, spesifik mukavemet (mukavemet/yoğunluk) oranının yüksek olmasını sağlamaktadır. Bu durum, hafifliğin önem arz ettiği otomotivden uçak-uzay endüstrisine kadar tüm sektörlerde alüminyumu değerli kılmaktadır. Alüminyumun bir diğer avantajı ise diğer metallere göre çok daha kolay geri dönüştürülebilir olmasıdır. Alüminyum alaşımları dövme ve döküm yöntemleri ile nihai haline getirilmektedir ve yapıldıkları işleme göre sınıflandırılmaktadır. Alüminyum döküm yöntemlerine örnek olarak kum kalıba döküm, enjeksiyon döküm, alçak basınç döküm yöntemleri verilebilir. Çok farklı tipte dövme yöntemleri bulunmakla beraber, belirli fiziksel özelliklerin kontrolünün önemli olduğu hallerde dövme yöntemine başvurulmaktadır. İşlenebilirlik, günümüzde birçok sektörde önemli bir malzeme özelliği olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu durum için farklı metaller ve alaşımlar geliştirilip kullanılmaktadır. İşlenebilirliğin önemli olduğu ürünlerden biri de valflerdir. Valflerin üretiminde tolerans aralıkları çok düşüktür. Dolayısıyla bu alanda, işlenebilirliği iyi olan pirinç alaşımları tercih edilmektedir. Pirinç alaşımlarının korozyon direnci de yüksektir ve bu alaşımların mekanik özellikleri genel olarak Zn içeriğine bağlıdır. Ancak diğer alaşım elementleri de mekanik özelliklerini etkilemektedir. Alüminyum alaşımlarının pirinç alaşımlarına göre birtakım avantajları mevcuttur. Bunlar üretim kolaylığı, ekonomik karşılaştırılabilirliği, alaşımın hafifliği ve yüksek spesifik mukavemetidir. Bu avantajlar gözetilerek, valf olarak kullanılabilecek alüminyum alaşımlarının geliştirilmesi ve kullanılması hedeflenmektedir. 2011 alüminyum alaşımı, içerdiği düşük ergime sıcaklığına sahip bizmut ve kurşun elementleri sayesinde yüksek işlenebilirlik kabiliyetine sahip bir alaşım olarak karşımıza çıkmaktadır. Bizmut ve kurşunun oluşturduğu fazlar tane sınırına çökelmekte ve istenen kalitede talaş oluşumunu sağlamaktadır. Bu sayede kesici takımın yağlanması daha kolay gerçekleşmektedir. Bu çalışmada valf olarak kullanılabilecek kalitede alüminyum alaşımlarının üretilmesi ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. ASAŞ Alüminyum fabrikasında 2011 alaşımının üretimi gerçekleştirilebilmektedir. Bu alaşım, üretimi yapılırken sırasıyla doğrudan ani soğutmalı döküm, homojenizasyon ve ekstrüzyon aşamalarından geçmektedir. Doğrudan ani soğutmalı döküm yönteminde öncelikle alüminyum külçeler ve/veya hurdalar fırına şarj edilmekte ve metalin ergime işlemi gerçekleştirilmektedir. Ardından metal rafinasyonu ve gaz alma işlemleri yapılır. Bu işlemlerden sonra ise döküm prosesi başlatılır. Döküm prosesi sırasında döküm yolluğundan ilerleyen ergiyik metal, seramik filtrelerden geçerek döküm tablasına ulaştırılır. Üretimi gerçekleştirilecek biyetlerin çapına göre kullanılan döküm kalıpları istenen döküm hızında döküm tablasından uzaklaşır. Aynı anda su spreyi ile soğutma işlemi uygulanarak biyet üretimi gerçekleştirilir. Homojenizasyon işlemi biyetlerin tane yapısının daha homojen hale getirilmesi ve mekanik özelliklerin biyetin her yerinde aynı olması amacıyla yapılmaktadır. Biyetler sürekli veya batch tipi homojenizasyon fırınlarına alınarak alaşıma göre belirlenen sıcaklık ve sürelerde tutulmaktadır. Homojenizasyon işlemi genel olarak alaşımın ötektik sıcaklığının hemen altında gerçekleştirilmektedir. Daha yüksek sıcaklıklarda kısmi ergimeler söz konusu olabileceğinden, homojenizasyon prosesi hem bu hataların önlenmesi hem de en iyi mekanik özelliklerin sağlanabilmesi açısından önemli bir prosestir. Ekstrüzyon prosesi, doğrudan ani soğutmalı döküm yöntemiyle üretilen biyetlerin ısıtılarak yüksek pres gücünde bir kalıptan basılması suretiyle istenilen şekillerdeki profillerin üretildiği bir prosestir. Ekstrüzyonda, biyet sıcaklığı, ekstrüzyon hızı, ekstrüzyon gücü gibi önemli parametreler mevcuttur. İstenilen alaşımlı profillerin üretilebilmesi için bu parametrelerin doğru seçilmesi önemlidir. Bu çalışmada, tüm bu üretim aşamalarının proses parametreleri incelenmiştir. Doğrudan ani soğutmalı döküm yöntemiyle dökülen biyetlerin kimyasal kompozisyonu OES ile belirlenmiş ve DSC analizleri yapılmıştır. Sonrasında, ekstrüzyonla üretilen profillerin sertlik ölçümleri, çekme ve korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Mikro yapı optik mikroskop ve SEM'de incelenmiş ve EDS analizleri yapılmıştır. İşlenebilirlik kabiliyeti kontrol edilmiştir. Gerçekleştirilen araştırmalar ve yapılan deneysel çalışmalar neticesinde, 2011 alaşımının üretim parametreleri belirlenmiş, içeriğinde bulunan bizmut ve kurşunun işlenebilirliğe pozitif etki sağladığı gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak yapılan çalışmalar göstermektedir ki doğrudan ani soğutmalı döküm prosesi sırasında ergiyik metal çok iyi karıştırılmalıdır. Ayrıca, alaşımda bizmut ve kurşun içeriği 1:1 oranında bulunmalıdır. Bu sayede bizmutun genleşmesi kurşunun büzüşmesi ile dengelenecektir. Üretilen alaşımın talaşlı imalatında oluşan talaşın standartlarda istenen özellikte olduğu belirlenmiştir. Çalışmada gerçekleştirilen ekstrüzyon denemelerinde 2011 alaşımı için en yüksek ekstrüzyon hızı 1,7 mm/sn olarak belirlenmiştir. Bu hızın aşılması halinde profilde çeşitli yüzey hataları görülmektedir. Daha yüksek ekstrüzyon hızına ulaşabilmek adına, homojenizasyon sıcaklıkları değiştirilerek ileri çalışmalar yapılması önerilmektedir. Bu çalışmada valf olarak kullanılabilecek alaşımlara eloksal kaplama yapılarak korozyona direnci de ölçülmüştür. Eloksal kaplı olmayan numunede en derin korozyon 562 μm, 4-7 μm aralığında eloksal kaplı numunede 505 μm, 19-25 μm aralığında eloksal kaplı numunede ise 201 μm olarak ölçülmüştür. 19 μm ve üzeri eloksal kaplamada uzun süreli korozyon direnci oluşturmasının mümkün olduğu görülmüştür.