İkiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilen AlFeSi alüminyum alaşımında farklı homojen tav sıcaklıklarının mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi

Abstract

Alüminyum, hafif olması, dayanımı, spesifik modülünün yüksek olması, korozyona karşı yüksek direnci, elektrik ve termal iletkenliğinin yüksek olması, yüksek şekillendirebilirlik ve geri dönüştürülebilirlik kabiliyeti nedeniyle en önemli mühendislik malzemelerinden biridir ve demir dışı metal sektöründe lider konumundadır. Alüminyum levha üretiminde, geleneksel yöntemlere kıyasla daha düşük kalınlıklarda ve düşük maliyetlerde üretime izin vermesi nedeniyle ikiz merdane sürekli döküm tekniği 20. yüzyılın ikinci yarısında ilgi çekici hale gelmiştir. İkiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilmiş levhanın karakteristik mikro yapısı, malzeme kalınlığı boyunca yapının heterojenlik göstermesidir. Nihai kalınlıkta istenilen mikro yapı ve mekanik özelliklerin elde edilebilmesi için, ikiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilen alüminyum alaşımının döküm ve termomekanik işlem parametrelerinin optimize edilmesi gerekmektedir. Bu optimizasyon, ikiz merdane dökümün karakteristiği olan merkez hattı segregasyonunun kontrolü ile yakından ilişkilidir. Homojenizasyon tavı, nihai malzemenin özelliklerini kontrol etmede önemli bir role sahiptir. Bu çalışma kapsamında, ikiz merdane sürekli döküm tekniği ile üretilmiş 6 mm kalınlığındaki levhanın, homojen tavsız (1. proses), 3,25 mm kalınlığında 500°C, 530°C, 560°C homojen tavlı (2. proses) ve döküm kalınlığında 500°C, 530°C, 560°C homojen tavlı (3. proses) olmak üzere üç ana proses tasarlanmıştır. Yapılan çalışmada, homojen tavın ve homojen tavın uygulandığı yerin önemi, yarı mamul kalınlığı olan 0,2 mm kalınlıkta 260°C ve 290°C yumuşatma tavına tabi tutulmuş numunelerin mekanik ve mikro yapı özellikleri incelenerek tespit edilmiştir. Tez kapsamında tasarlanan üç ana proses, ara tav kalınlığı olan 0,6 mm'ye kadar farklılık göstermektedir. 0,6 mm kalınlıktan sonra tüm levhalar 410°C'de 4 saat ara tav işlemi görmüş ve 0,2 mm yarı mamul kalınlığına haddelenmiştir. Yarı mamul kalınlığındaki tüm levhalar, 260°C ve 290°C'de yumuşatma tavına tabi tutulmuştur. Burada, malzemenin mekanik ve mikro yapı özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Merkez hattındaki intermetalik gelişimi, numunelerin homojen tav öncesi ve sonrası olmak üzere optik mikroskopta incelenmesi ile gerçekleştirilmiş ve ImageJ yazılımı yardımıyla matristeki intermetalik alansal oranları tespit edilmiştir. Merkez hattındaki intermetalik gelişimi, morfolojisi ve kimyasal içeriğinin daha iyi anlaşılabilmesi için SEM- EDS analizi yapılmıştır. Burada, homojen tavın, homojen tavın uygulandığı yerin ve homojen tav sıcaklığının intermetalik fazdaki değişimlere etkisi incelenmiştir. Tez kapsamında hazırlanan numunelerin tane yapısı, polarize ışık altında optik mikroskopta incelenmiştir. Numune incelemesi, döküm kalınlığı, homojen tav öncesi ve sonrası, ara tav öncesi ve sonrası, yumuşatma tavı öncesi ve sonrası olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. 0,20 mm kalınlığında 260°C ve 290°C sıcaklıklarında yumuşatma tavına tabi tutulmuş numunelere erichsen ve 0-45-90° yönlerinde çekme testi yapılmış ve mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Sonuç olarak, homojen tav sıcaklığının artması ile merkezdeki ötektik yapı daha homojen olarak dağılmıştır. En homojen mikro yapı, merkezde %5,6 alansal intermetalik oranı ile 2.prosesin 560°C homojen tavlı levhasında elde edilmiştir. Döküm kalınlığındaki baskın faz AlFeSi fazıdır. İlk olarak 500°C homojen tav sıcaklığında iğnemsi Al3Fe fazı tespit edilmiştir. 500°C ve 530°C'de homojen tav sıcaklıklarında AlFeSi baskın olarak varlığını sürdürürken, 560°C'de Al3Fe fazı baskındır. Homojen tav sıcaklığının artması ile iğnemsi Al3Fe fazının yapı içerisinde miktarının arttığı, irileştiği ve kısmen küreselleştiği tespit edilmiştir. Homojen tav öncesi %45 deformasyon görmüş 2. proseste, homojen tav sıcaklığının artması ile yeniden kristalleşmiş mikro yapının daha ince taneli ve eş eksenli olduğu tespit edilmiştir. Tüm proseslerin mekanik özellikleri birlikte kıyaslandığında en iyi uzama değeri %19,2 ile 2. prosesin 560°C sıcaklıkta homojen tavlı - 260°C yumuşatma tavlı numunesine aittir. En iyi Erichsen değerleri, ince taneli ve diğer proseslere nazaran eş eksenli yapıya sahip 2. prosesin 560°C'de homojen tav görmüş ve 0,2 mm kalınlığında 260°C (8,83) ve 290°C (8,94) yumuşatma tavlarına tabi tutulmuş numunelerine aittir.