Basınçlı döküm yöntemiyle üretilen çinko-alüminyum alaşımlarının aşınma davranışlarına alaşım elementlerinin etkisi

Abstract

Çinko - alüminyum esaslı alaşımlar ilk olarak 1920'li yıllarda keşfedilmişlerdir. II. Dünya savaşından itibaren de çeşitli uygulamalarda özellikle pirinç ve bronzlara alternatif olarak kullanılmaya başlanmışlardır. Çinko - alüminyum esaslı alaşımlar dekoratif ve yapısal amaçlı olarak bir çok uygulamada kullamlmaktadırlar. Genel kullanım alanları ; otomotiv ve makine parçalan ve ev eşyalarıdır. Yüksek ağırlık / mukavemet oranlan, iyi dökülebilme ve mekanik özelliklerinden dolayı özellikle yatak alaşımı olarak bir çok uygulamada alüminyum, pirinç, bronz ve diğer döküm alaşımlannm yerine kullamlmaktadırlar. Bu çalışmanın amacı, çinko - alüminyum alaşımlannm, aşınma direncine, sertliğine ve mikroyapısına Al, Cu, Mg ve Mn alaşım elementlerinin etkisini araştırmaktır. Çalışmada basınçlı döküm yöntemiyle üretilen 13 farklı bileşimdeki çinko - alüminyum alaşımlan,A1, Cu, Mg ve Mn serisi şeklinde 4 grup halinde incelenmiştir. Alaşımlann aşınma özellikleri, disk üzerinde pin ve abrasif aşınma deneyleriyle, sertlikleri ise Rockwell F ve Vickers deneyleri ile belirlenmiştir. Aynca metalografi, elektron mikroskobu ve X - ışınlan çalışmalan da yapılmıştır. Alaşımlardaki Al miktan % 3.5 - 9.6, Cu miktan % 0.05 - 2.7, Mg miktan % 0.028 - 1.96, Mn miktan ise % 0 - 1.075 oranlan arasında değişmektedir. Alaşımlarda Al, Cu ve Mg artışı ile sertlik artmış, Mn artışı ise alaşımlann sertliğinde önemli değişime sebep olmamıştır. Alaşımlann metal - metal aşınma direnci Al miktanndaki artış ile artmış, fakat Cu, Mg ve Mn artışı metal - metal aşınması direncinin azalmasına sebep olmuştur. Cu ve Mg miktanndaki artış alaşımlann abrasif aşınma direncini arttırırken, Mn artışı ile alaşımlann abrasif aşınma direnci azalmıştır. Diğer taraftan Al miktanndaki artış alaşımlann abrasif aşınma direncini etkilememiştir. Yapılan elektron mikroskopu çalışmalanyla bazı alaşımlann metal - metal ve abrasif aşınma yüzeyleri görüntülenmiştir. Aynca Cu ve Mg serisi alaşımlann metal - metal aşınma deneyleri sırasında oluşan aşınma ürünleri X - ışınlan difraksiyonu cihazında analiz edilmiş ve aşmma ürünlerinin ZnO ve Zn'dan ibaret olduklan belirlenmiştir. Oda sıcaklığında, çinko - alüminyum esaslı alaşımlann mikroyapısı çinkoca veya alüminyumca zengin dentritler ve bunlan çevreleyen ötektik yapıdan oluşmaktadır. Alaşımlarda Al artışı ile ötektik yapı miktan artarken; Cu, Mg ve Mn elementleri miktanndaki artış, ötektik yapı miktannda azalma ile çinkoca zengin dentritlerin miktannda artışa sebep olmuştur. Al ve Mg miktanndaki artış ile alaşımlann mikroyapısında incelme olmuştur. Aynca çinko - alüminyum alaşımlarına ilave edilen Cu, Mg ve Mn elementlerinin, belirli miktarları aştıklannda mikroyapıda metaller arası bileşikler oluşturduklan tespit edilmiştir.

The Zinc based casting alloys are firstly discovered in the 1920's. They were commonly used instead of bronzes and brasses in the World War H. Zinc based alloys are used in decorative and structural applications. Common using areas of zinc - aluminium alloys are automobile and engine parts and household appliances. Zinc - based alloys have high strength / gravity ratio, good mechanical and castability properties. Therefore, they are used for structural purposes, especially in bearing applications instead of lots of aluminium, brasses, bronzes and other casting alloys. The aim of this study was to investigate the effects of aluminium, copper, magnesium and manganese alloying elements to the wear behaviour, hardness and microstructure of pressure die cast zinc - aluminium alloys. For this study, the alloys having 13 different chemical compositions were produced and they were investigated in 4 groups; namely as Al, Cu, Mg, and Mn series alloys. Pin on disc adhesive wear tests and abrasive wear tests were performed for determining the wear behaviour of the alloys. Rockwell F and Vickers tests were carried out for deterrnining the hardness of the alloys. In addition; metallographic, electron microscope and X - ray examinations of the alloys were also achieved. Aluminium content of the alloys was changed in the range of % 3.5 to 9.6 %, copper content was changed in the range of 0.05 to 2.7 %, magnesium content was changed in the range of 0.028 to 1.96 % and manganese content was changed in the range of 0 to 1.075 %. The hardness of the alloys increased with increasing Al, Cu and Mg content. However there was no significant change in hardness with increasing Mn content. The adhesive wear resistance of the alloys increased with increasing Al content. However increasing Cu, Mg and Mn contents reduced the adhesive wear resistance. The increasing of the Cu and Mg contents in the alloys increased the abrasive wear resistance. On the contrary, increasing Mn content reduced the abrasive wear resistance and there was no significant change with the increasing Al content. The adhesive and abrasive worn surfaces of some alloys were viewed by electron microscope studies. Also the wear products of Cu and Mg series alloys, which occurred after the pin on disc wear tests were investigated with an X - ray difractometre. It was found out that the wear products composed of ZnO and Zn. At the room temperature, the microstructure of zinc - aluminium alloys consists of Zn and Al rich solids surrounded by eutectic areas. The increasing of Al content caused the increase of eutectic areas, whereas increasing of Cu, Mg and Mn content generally reduced the amount of eutectic areas and increased the amount of Zn rich dendrites. With the increasing Al and Mg content the microstructure of the alloy system became finer. In addition, it was determined that, if the Cu, Mg and Mn contents exceed specific amounts, they form intermetallic compounds in the microstructure.