LM28 Alaşımının Farklı Döküm Sıcaklığının Si Morfolojisine Etkisi

Transkript

1 LM28 Alşımının Frklı Döküm Sıcklığının Si Morfolojisine Etkisi 1 Muhmmet ULUDAĞ, * 2 Lokmn GEMİ ve ** 3 Dery DIŞPINAR 1 Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Fkültesi, Metlurji ve Mlzeme Mühendisliği, Kony, Türkiye * 2 Selçuk Üniversitesi, Mühendislik Fkültesi, Mkin Mühendisliği, Kony, Türkiye ** 3 İstnul Üniversitesi, Mühendislik Fkültesi, Metlurji ve Mlzeme Mühendisliği, İstnul, Türkiye Özet Bu çlışmd, LM28 lşımınd frklı sıcklıklrd değişen silisyum morfolojisindeki değişimler rştırılmıştır. Silisyum morfolojisini inceleme mçlı frklı kesit klınlıklrın ship smk tipli dikey kum klıplr dökümler ypılmıştır. Her dökümün frklı kesitinden mikroypı incelemeleri ypılmıştır. Dökümler iki frklı prmetre olrk C ve C sıcklıklrd gerçekleştirilmiştir. Sıcklığın döküm klitesine etkisini incelemek mcıyl her dökümden RPT (Reduced Pressure Test) numuneleri lınmıştır. Sonuç olrk, frklı döküm sıcklıklrının döküm klitesine etkisi ifilm indeksi çıkrılrk rştırılmıştır. Mikroypının döküm sıcklığın ğlı olrk değişimi incelenmiştir. Anhtr Kelimeler: Döküm, Döküm sıcklığı, Si morfolojisi, Bifilm, LM28 Astrct In this work, LM28 lloy ws used to investigte the chnge in the Si morphology y csting t different tempertures. In ddition, step mould design ws used where vrious section thicknesses were produced y snd mould to see the effect of cooling rte. Microstructurl investigtion ws crried out on ech of the sections. Two melt tempertures were selected: 725 C nd 800 C. To check the effect of melt qulity on the Si morphology, reduced pressure test (RPT) smples were collected nd ifilm index ws mesured from every cstings. As result, morphologicl chnges of Si ws chrcterised y mens of pouring temperture nd melt clenliness. Keywords: Csting, Csting temperture, Morphology of Si, Bifilm, LM28 1. Giriş Ötektik üstü Al-Si lşımlrı hvcılık, otomotiv ve skeri uygulmlrd özellike şınmy krşı direncin rndığı uygulmlrd oldukç tercih edilen mlzemelerdir. Bu lnlrd tercih edilmelerini sğlyn ship olduklrı düşük ısıl genleşme ktsyısı, düşük yoğunluk ve iyi döküm kiliyeti gii özellikleridir [1, 2]. Örneğin, Ls [3], kompozit fren diskleri ile ötektik üstü Al-Si lşımlrının şınm özelliklerini kıyslmıştır ve primer Si kristllerinin oyutlrının rtmsı ile şınm direncinin rttığını göstermiştir. Bu lşımlr, yüksek korozyon direnci gösterdikleri için ynı zmnd denizcilik sektöründe de çeşitli uygulm lnı ulmktdırlr. Genel olrk, ötektik üstü Al-Si lşımlrının mikro ypılrı irincil silisyum prtikülleri ile α-al ve Si un ötektik ypısındn oluşmktdır [4]. Bu lşımlrın endüstriyel uygulmlrını rtırm mçlı hızlı soğutm, çeşitli lşım elementleri ekleme ve şırı ısıtm işlemi gii metodlr *Corresponding uthor: Address: Fculty of Engineering, Deprtment of Metllurgicl nd Mterils Engineering Selcuk University, 42075, Kony TURKEY. E-mil ddress: uludg@selcuk.edu.tr, Phone:

2 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1565 irincil silisleri inceltmek için kullnılmıştır [2]. Chng [5] V şeklindeki dikey ir klıpt, ndir toprk elementleri ilvesi ile Si morfolojisindeki değişimleri incelemiştir ve mikroypısl değişimin, soğum hızın ğlı olrk, özellikle de ötektik sıcklığındki düşme ile ilişki olduğunu göstermiştir. Chen [6] de enzer şekilde ndir toprk elementi ilvesi ynsır fosforun d etkisini incelemiştir ve rtn P miktrı ile irlikte ndir toprk elementlerin modifiksyon etkisinin rttığın göstermiştir. Bzı rştırmcılr ise [7-9] sıvı metli elektromnyetik olrk krıştırrk, primer Si morfolojisindeki değişimleri incelemişlerdir. Krıştırm etkisi rttıkç, kvitsyon rtmsı sonucu, ktılşm sırsınd primer silislerin neredeyse tmmının ince ve homojen olrk dğılmsı ve ötektiğe ykın ir kompozisyon elde edildiğini öne sürmüşlerdir. Mtsuur [1], 20 nm oyutundki Si kristllerini kompozit üretir gii Al-Si lşımın dışrıdn ilve etmiştir ve şırı hızlı soğum ile ktılşm sonrsınd ince lifli Si dğılımı sğlyrk, sertlik değerinde önemli rtışlr elde etmiştir. Xu [10] yptığı çlışmd, şırı ısıtm ve soğum hızın ğlı olrk Si morfolojisindeki değişimleri rştırmıştır. Artn soğum hızı ile irlikte, primer Si oyutlrının etkili olms d z ornlrd düşüş gösterdiğini ulmuştur. Anck sonuç olrk, soğum hızı ile Si rfinsyonu rsınd ir ilişki olmdığını önermiştir. Bu doğrultud, u çlışmd, yüksek Si içeren LM28 lşımının frklı kesit klınlrın ship kum klıplr dökümleri gerçekleştirilmiştir. Frklı sıcklıklrd (725 0 C ve C) frklı soğum hızlrınd Si morfolojisinin değişimi rştırılmıştır. Döküm klitesi ile Si morfolojisi rsı ilişki çıkrılmıştır. 2. Deneysel Çlışm Bu çlışmd kullnıln LM28 lşımının kimysl ileşim rlığı Tlo 1. de verilmiştir. Deney dökümlerinin ergitme işlemleri elektrikli direnç ocğınd SiC potd ypılmıştır. Tlo 1. Deneyde kullnıln LM28 lşımının kimysl ileşim rlığı Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Al 17,00-19,00 0,60 0,8-1,50 0,20 0,8-1,30 0,20 0,10 Kln Bu çlışmd frklı klınlıklr ship smk klıp modelinden ypılmış kum klıplr kullnılmıştır. Bsmklr 10, 15 ve 20 mm klınlrınd 120 mm uzunluğund tsrlnmıştır. Dikey döküm yönteminin kullnıldığı smk klıın en üstünde ulunn 30 mm klınlığındki en üyük smğın esleyici görevi görmesi mçlnmıştır. Bu smk d incelemeye ti tutulmuştur. Çlışmmızd kullnıln smk klıp modeli ve klıp görüntüsü Şekil 1. de verilmiştir.

3 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1566 ) ) Şekil 1. ) Dökümlerde kullnıln klıp modeli ) Klıp resmi Dökümler C ve C olmk üzere iki frklı sıcklıkt gerçekleştirilmiştir. Döküm klitesini (ifilm indeksi) elirlemek mcıyl sıvı metlden numuneler lınmış ve 0,8 r vkum ltınd ktılştırılmıştır. Elde edilen numunelerin mkro inceleme için hzırlndıktn sonr görüntüleri lınmıştır. Görüntü nliz progrmı yrdımıyl ifilm indeksleri çıkrılmıştır. 3. Bulgulr Şekil 2. Sıvı metlden lınn vkum ltınd ktılştırm numunesi.

4 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1567 Şekil mm klınlığındki kesit lnın ship prçlrın mikroypısı Şekil mm klınlığındki kesit lnın ship prçlrın mikroypısı Şekil mm klınlığındki kesit lnın ship prçlrın mikroypısı

5 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1568 Şekil mm klınlığındki kesit lnın ship prçlrın mikroypısı Şekil 7. Döküm sıcklığı ile ifilm indeksi (sol eksen-elms) ve ortlm ifilm uzunluğu (sğ eksen-üçgen) değişimi 4. Trtışm Al-Si lşımlrınd Si morfolojisinin oluşum meknizmlrı üzerine çok çeşitli rştırmlr ypılmıştır. Bunlrdn en önemli prmetrelerden irisi de döküm sıcklığıdır. Fiziksel özelliği itiriyle Si kristlleri düşük terml genleşme ve yüksek ısı kpsitesi (düşük iletkenlik) vrdır. Dolyısıyl, özellikle ötektik üstü ornd yüksek Si içeren lşımlrd, ergitme ypılır ypılmz döküme geçilmez ve ir süre sıvı durumd ekletme gerçekleştirilir. Bu durumd, döküm sonrsınd Si morfolojisinde değişiklikler gözlemlenir. Bu çlışmd, ekleme süresi yerine, sıcklığın rttırılmsı ile Si morfolojisindeki değişim incelenmiştir. Frklı kesit klınlıklrın ship, dikey smk tipli ir klı ypıln döküm ile frklı soğum hızlrı oluşturulmsı hedeflenmiş ve u prmetrelerin Si değişimine etkisi rştırılmıştır. Al-Si fz diygrmın göre,

6 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1569 ötektik üstü Si ileşiminde, soğum sırsınd ilk olrk primer Si kristlleri çökelmektedir. Dolyısıyl, sıvı metl içerisinde ulunilecek herhngi ir heterojen çekirdek kynğı, oluşilecek Si ypısını etkileyeilmektedir. Bu mçl u çlışmd, döküm öncesinde RPT numuneleri lınrk, sıvı metlin ifilm içeriği tespit edilmiştir. Şekil 7 de görüldüğü gii, 725 o C de ypıln dökümlerin ifilm indeks değeri 80 mm civrınd iken 800 o C de ypıln dökümlerde u değer 120 mm seviyelerinde yüksek olrk tespit edilmiştir. Bu sonuçlr, mikroypısl değişimler ile kıyslndığı zmn, Şekil 3-5 rsı görüldüğü gii, 800 o C deki dökümlerde dh krmşık şekillerde primer Si kristlleri göze çrpmktdır. Diğer trft, düşük ifilm indeksli 725 o C deki dökümlerde ise, lok hlinde Si kristlleri eşgen geometriye ship içi dolu klsik ypısınddır. Dolysıyl, rtn ifilm indeks ile dh kompleks Si kristlleri oluştuğu görülmektedir. Özellikle de Şekil 3 de görüldüğü gii, prç prç şekillerde ve süreksiz oln Si kristlleri, heterojen çekirdek kynğı görevi göreilen ifilmler üzerinde çökelerek dh oşluklu ve krmşık ypıd oluşmuşlrdır. Fkt smk klınlığın göre mikroypısl frklılıklr çok ciddi ir değişim göstermemektedir. Şekil 3-5 rsı mikroypılr incelenecek olunurs, Si morfolojisindeki değişimlerin çok elirgin frklılıklr içerdiği söylenemez. Benzer sonuçlr Xu [10] trfındn d ulunmuştur. Sonuçlr Al-Si lşımlrınd metl klitesi ile mikroypı rsınd ir ilişki vrdır. Ötektik üstü Al-Si lşımlrınd ifilm indeksi yükseldikçe Si morfolojisi lok ypısındn krmşık oşluklu ir morfolojiye dönüşüm göstermektedir. Refernslr [1] Mtsuur, K., et l., Precipittion of Si prticles in super-rpidly solidified Al Si hypereutectic lloy. Mterils Chemistry nd Physics, (2 3): p [2] Xu, C.L. nd Q.C. Jing, Morphologies of primry silicon in hypereutectic Al Si lloys with melt overheting temperture nd cooling rte. Mterils Science nd Engineering A, : p [3] Ls, L. nd J.M. Rodriguez-Ie, Wer ehviour of eutectic nd hypereutectic Al Si Cu Mg csting lloys tested ginst composite rke pd. Mterils Science nd Engineering: A, (1 2): p [4] Biqing, X., et l., The study of primry Si phse in spry forming hypereutectic Al Si lloy. Journl of Mterils Processing Technology, (1 3): p [5] Chng, J., I. Moon, nd C. Choi, Refinement of Cst Microstructure of Hypereutectic Al-Si Alloys Through the Addition of Rre Erth Metls. Journl of Mterils Science, (20): p [6] Chen, C., et l., Influences of complex modifiction of P nd RE on microstructure nd mechnicl properties of hypereutectic Al-20Si lloy. Trnsctions of Nonferrous Metls Society of Chin, (2): p

7 M. ULUDAĞ et l./ ISITES2014 Kruk - TURKEY 1570 [7] Armov, V.O., et l., Hypereutectic Al-Si sed lloys with thixotropic microstructure produced y ultrsonic tretment. Mterils & Design, (4 6): p [8] Lu, D., et l., Refinement of primry Si in hypereutectic Al Si lloy y electromgnetic stirring. Journl of Mterils Processing Technology, (1 3): p [9] Rdji, A., K. Miw, nd T. Nishio, An investigtion of the effects cused y electromgnetic virtions in hypereutectic Al-Si lloy melt. Metllurgicl nd Mterils Trnsctions A, (5): p [10] Xu, C.L. nd Q.C. Jing, Morphologies of primry silicon in hypereutectic Al Si lloys with melt overheting temperture nd cooling rte. Mterils Science nd Engineering: A, (2): p