ALU'7 B 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 1 İstanbul A36 Alüminyum Döküm Alaşımına AI-Tİ-1B Tane İnceltici İlavesinin Süreye Bağlı Etkisi The Time Dependent Effect f Adding AL-Tİ-1B Grain Refiner n A36 Aluminium Casting Ally Özen Gürsy1, Eray Erzi1, Derya Dışpınar1, Çağlar Yüksel2 İstanbul Üniversitesi, 2Yıldız Teknik Ünİv ÖZET Al-Si alaşımları iyi döküm karakteristiği, ısıl işleme uygunluk, yüksek mekanik özellikler, düşük yğunluk, yüksek krzyn direnci gibi özelliklerinden dlayı başta tmtiv lmak üzere endüstrinin pek çk nktasında kullanılmaktadır. Alüminyum alaşımlarının tane inceltmesi Al-Ti, Al-Ti-B ve Al-B gibi master alaşımlarının ilavesi ile gerçekleştirilmektedir. Tane inceltme işlemi ile elde edilen tane byutu tanenin türüne ve miktarına, döküm sıcaklığına, kalıp sıcaklığına, kalıp türüne ve tane incelticinin döküm öncesi sıvı metale ilave edildiği zamana bağlıdır. Bu çalışmada A36 (A1-7Sİ) alaşımına farklı ranlarda (%.1,. ve 1) A1-Tİ-1B master alaşımı ilave edilmiştir. Çekme çubuğu gemetrisine sahip kkil kalıba 72 C ve 7 C sıcaklıklarda dökümler yapılmıştır. Sıvı metale master alaşımı ilavesi yapıldıktan snra 3, 6 ve 1. dakikalarda dökümler gerçekleştirilmiştir. Döküm kalitesi ile mikryapısal incelemeler ve sertlik ölçümleri kıyaslanmıştır. Anahtar kelimeler. A36, tane inceltici, Ti, süre ABSTRACT Al-Si allys are widely used in autmbile, electrical, aircraft industries due t their gd casting characteristics and mechanical prperties, heat treatment suitability, lw density, high crrsin resistance. Al-Ti, Al-Ti-B, Al-B master allys used grain refiner fr many A1allys. Grain refinement depends n grain size and quantity, casting temperature, mld type and temperature and timing f the grain refiner additin. In this thesis, the effects f these parameters n the mechanical prperties f A36 (A1-7Sİ) fundry allys were investigated. Grain refinement was achievedby adding A1-Tİ-1B master ally. The puring temperatures were selected as 72 C and 7 C. After the additin f grain refiner A1 ally smelted in 3, 6 and 1 minutes. Keywrds: A36, grain refiner, Ti, time 1. GİRİŞ Hafif metal alaşımlarının endüstride kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Yğunluğu yaklaşık demirin üçte biri lan alüminyum alaşımları; hafifliğine karşın alaşımlandırıldığında mukavemeti demirinkine yaklaşmaktadır. Bunun yanında geri dönüştürülebilirlik, ısıl işleme uygunluk, yüksek mekanik özellikleri, yüksek krzyn direnci gibi özelliklerinden dlayı ihtiyaçlara cevap verir [1,2]. ALUS 7 318 Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses
1 İstanbul ÂLUS'7 e 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium İlk larak tane inceltme işlemi titanyum ve br içeren tuz flukslannm sıvı metale ilavesi ile gerçekleşmiştir. Ancak bu tuz flukslannm neden lduğu sıvı metalin hidrjen içeriğinin artması ve krzif gazların luşması gibi srunlar tane inceltme işleminin kalitesini lumsuz etkilemiştir. Alüminyum dökümünde tane inceltme işlemi için Al-Ti, Al-B, Al-Ti-B ve Al-Ti- C gibi master alaşımları tercih edilmektedir [1], Tane inceltme işlemi başarıyla gerçekleştiği takdirde mekanik özelliklerde artış, mikr yapıların hmjenleşmesi, przitede azalma ve daha iyi besleme gözlenmelidir. Tane byutu ile mekanik özellikler arasındaki ilişkiyi veren Hall-Petch denklemi de tane byutu ile mekanik özellikler arasında ters rantı lduğunu iddia etmektedir [3-7].(l) ay ~ a + vâ (1) Tane byutu kntrlü, tane incelticilerin yanı sıra kalıp sıcaklığı, katılaşma hızı ve döküm sıcaklığı etkenlerine de bağlıdır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMA Bu çalışmada seknder A36 (A1-7Sİ) alüminyum alaşımına %.1, %. ve %1 ranlarında A1-Tİ-1B master alaşımı ilave edilerek 72 C ve 7 C sıcaklıklarında kkil ve kum kalıplara döküm yapılmıştır. Ergitme işlemi Wisd marka fırında gerçekleştirilmiş lup fırının termkuplu K tipidir. Dökümde Şekil-l deki pta (a), kkil kalıp (b) ve kum kalıp (c) kullanılmıştır. Dökülen parçanın byutları Şekil-2 deki gibidir. Kum kalıba yapılan dökümde kayblan köpük yöntemi kullanılmıştır., EBgl (a) (b) (c) Şekil 1. Pta (a), kkil kalıp (b) ve kayblan köpük yöntemi için hazırlanmış kum kalıp (c) / crı Şekil 2. Dökülen parçanın teknik resmi Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses 319 ALUS 7
ALUS'7 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 1 İstanbul Bu çalışmada seknder A36 alüminyum alaşımı kullanılmıştır ve kimyasal analizi Tabl l deki gibidir. Tabl 1. Seknder A36 alüminyum alaşımının kimyasal analizi Si Fe Cu Mn Mg Zn Tı Al 6,6,3,2,3,28,4,14 Kalan 72 C de sırasıyla %.1, %. ve %1 ranlarında master alaşımı ilavesi ile sıvı metal hazırlanmıştır. Döküm, master alaşımı ilavesinden snra sırasıyla 3, 6. ve 1. dakikalarda önce kkil kalıba, snra kum kalıba yapılmıştır. Tüm bu işlemler 7 C için de tekrarlanmıştır. Çalışmada kalıp sıcaklığı ve kalıp açma süresi sabit tutulmuştur. Katılaşmanın ardından kalıptan çıkarılan parçaların besleyiciye yakın tarafından 1 cm genişliğinde geniş kesit, parçanın tam rtasından da 1 cm genişliğinde dar kesit numune kesilerek alınmıştır. Alman numuneler sıcak bakalite alınarak sırasıyla 18, 24, 4, 6, 8 ve 1Tük zımparalar ile zımparalanıp, 6 pm tane byutuna sahip elmas pasta ile parlatılmıştır. Parlatma işleminin ardından dağlama işlemi uygulanmamıştır. Mikryapı görüntülerinin tamamı Olympus metalürji mikrskbu ile X büyütmede alınmıştır. Alınan görüntülerin rtalama tane byutu hesaplanmıştır. Ardından tüm görüntülere ait sertlikler Zwick marka sertlik cihazı ile tespit edilmiştir. Deneysel çalışmanın snuçları şu şekildedir: 2 9 E a1 S E. T -2 ı 9 8 LTJ H 7 ',.% 7 6 1 3 6 1 3 Şekil 3. 72 C de kkil kalıba yapılan döküme ait geniş kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri ALUS 7 3 Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses
1 Istanbul ÂLUS'7 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 18 16?14 A 12 r 1 9 8 - > 7 6-1 A4 O 8 "6 4 c 6 M 3 cö H 4 2 1 3 6 1 -*-,% 3 6 1 Şekil 4e 72 C de klcil kalıba yapılan döküme ait dar kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri 6 1 1 ym. İ4 8. = E â 6 s m 4-1 3 6 1 W ss#bss, H N,% 3 6 1 Şekil. 72 C de kum kalıba yapılan döküme ait geniş kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri 4 4 1 3 ~ m. 3 3 - n 8 X t 44 6 O l 4 1 1 H 1 1 fd HH ssss,% 3 6 1 3 6 1 Şekil 6. 72 C de kum kalıba yapılan döküme ait dar kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses 321
ÂLUS'7 8 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 1 İstanbul 2 1 E 3 t 1 ö H 3 6 1 9 8 7 X 6 A 1 4 M 3 1 m 3 fissî#:sss, -*=,% 6 1 Şekil 7. 7 C de kkil kalıba yapılan döküme ait geniş kesitteki tane byutu-döldim zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri 18 16 E 14 1 = 1 O s 8 I e 4 2 1 1 8 - X ÎTİ â 6 - i M 4 s#ss,iü% ' it; 3 6 1 3 6 1 Şekil 8. 7 C de kkil kalıba yapılan döküme ait dar kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri ALUS 7 322 Oturum Sessin; Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses
1 İstanbul ÂLUS 7 s 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 7 6 E 3 4 9 8 7 > 6 -- E _ I 4 2 3 M 3 H, ı 1,1/1 3 6 1 3 6 1 Şekil 9. 7 C de kum kalıba yapılan döküme ait geniş kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri 1 4 4 3 3 3 3 I2 1 1 73 3 6 1 9 8 7 6» 1 4 M 3 «=,1/1 1,/1 3 6 1 3. BULGULAR Şekil 1. 7 C de kum kalıba yapılan döküme ait dar kesitteki tane byutu-döküm zamanı ve sertlik-döküm zamanı grafikleri Yapılan deneysel çalışmanın snucunda kkil kalıpta en verimli tane küçülmesi %1 master alaşımı ilavesi ile 7 C de yapılan dökümde görülmüştür. Geniş kesitte rtalama tane byutu master ilavesi ile 16 pm den 11 pm ye düştüğü tespit edilmiştir. Bu en verimli snuç %1 master alaşımı ilavesinden 1 dakika snra yapılan dökümde gerçekleşmiştir. Aynı döküme ait numunenin ince kesiti incelendiğinde ise rtalama tane byutunun 12 pm den 9 pm ye düştüğü tespit edilmiştir. 7 C de kkil kalıba yapılan dökümün dar kesit numunesi incelendiğinde 9 pnflilc rtalama tane byutu 1. dakikada yapılan dökümün yanı sıra 3. dakikada yapılan dökümde de yakalanmıştır. Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses 323 ALUS 7
ALUS'7 7. Alüminyum Sempzyumu - 7th Aluminium Sympsium 1 İstanbul Kum kalıba yapılan dökümlerde en verimli tane küçülmesi ise 7 de %1 master alaşımı ilavesi ile yapılan dökümde tespit edilmiştir. Söz knusu şartlar altında yapılan dökümde geniş kesitte en küçük tane byutu 3. dakikada yapılan dökümde tespit edilmiş lup rtalama tane byutu 6 pm den 3 pm ye düşmüştür. Aynı şartlarda dar kesitte ise en küçük tane byutu 6. dakikada yapılan dökümde tespit edilmiş lup rtalama tane byutu 44 um den 24 pm ye düşmüştür. Yapılan sertlik ölçümlerine göre en yüksek sertlik değerleri genellikle 72 C de yapılan dökümlerde elde edilmiştir. Kkil kalıba yapılan dökümde geniş kesitte en yüksek sertlik 72 C de %1 master alaşımı katkısının ardından 1. dakikada yapılan dökümde gerçekleşmiştir. Elde edilen sertlik değeri 94 HV larak tespit edilmiştir. Kkil kalıba yapılan dökümlerde dar kesitte en yüksek sertlik değeri ise 7 C de %,1 master alaşımı katkısının ardından 6. Dakikada yapılan dökümde tespit edilmiştir. Tespit edilen sertlik değeri 18 HV dır Kum kalıba yapılan dökümde geniş kesitte en yüksek sertlik değeri 72 C de %,1 master alaşımı katkısının ardından 3. dakikada yapılan dökümde tespit edilmiş lup sertlik değeri 8 13 HV dir. Dar kesitteki en yüksek sertlik ise 72 C de %,1 master alaşımı katkısının ardından 1. dakikada yapılan dökümde tespit edilmiştir ve sertlik değeri 99 HV dir. 4. TARTIŞMA ve ÖNERİLER Her dökümde minimum tane byutu için ideal master alaşımı ranı ve döküm zamanı deneysel çalışma snucunda tespit edilmiştir. 7 C de yapılan dökümde tespit edilen tane küçülmesi 72 C de yapılan dökümde tespit edilene göre ldukça verimlidir. 7 C de yapılan dökümdeki tane küçülmesi verimi kkil kalıpta %3 a, kum kalıpta %4 e ulaşmaktadır. Bu yüksek verim master alaşımı ilavesinin yanı sıra aşırı ısıtma ile de açıklanabilir. Her döküm şartı için zamanla minimum rtalama tane byutuna ulaşılmasının ardından zaman ilerledikçe yapıda tane kabalaşması meydana gelmektedir. Tane küçülmesini sağlayan intermetalikler zaman ilerledikçe difüzyn ile bir araya gelerek ya da yerçekimi etkisiyle ptanın alt kısımlarına ilerleyerek çekirdekleşme merkezi sayısını azaltmaktadır. Deney snuçları ile Hall-Petch denklemi (1) uyuşmamaktadır. Teriye göre rtalama tane byutu küçülürken mekanik özellikler artmalıdır. Ancak çalışmada belirlenen sertlik değerleri rtalama tane byutundan bağımsızdır. Sertlik testi mekanik özelliklerin belirlenmesinde yeterli ya da dğru tercih lmayabilir. Bu nedenle söz knusu şartlarda hazırlanmış çekme numuneleri ile çekme testi de yapılmalı, snuçlar tekrar değerlendirilmelidir. KAYNAKÇA 1. TMMOB Metalürji Mühendisleri Odası, 4, Alüminyum Rapru 24. Dönem Çalışma Rapru ", Ek-16. 2. Baypınar, F,, Alüminyum Döküm Alaşımlarına A1THBİle Tane İnceltme İşlemi Uygulanması", Yüksek Lisans, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 3. Güngör, A, Kalkanlı, A, 13, 77-T6 Alaşımında Döküm Yöntemlerinin Sertliğe ve Tane Byutuna Etkisi, ALUS 6 6. Alüminyum Sempzyumu, 3-4 Ekim 13 İstanbul, TALSAD-TÜBİTAK MAM- TMMOB Metalürji Mühendisleri Odası, 196-. 4. Hansen, N, 4, Hall-Petch Relatin and Bundary Strengthening, ScriptaMateriali, 1 (8), 81-86.. Çlak, M, Kayıkçı, R, 9, AlTiB Master Alaşımı İlavesinin Etial 16 Döküm Alaşımı Üzerinde Tane İnceltme Etkisinin İncelenmesi,. Uluslararasıİleri Teknljiler Sempzyumu. 6. Siyambaş, A, Özşahin, Ö, 11, Sürekli Döküm Yönteminde Tane İnceltici İlave Nktasının Tane İnceltme Perfrmansına Etkisi, http://www.teknikaluminvum.cm.tr/dcs/makale 7.pdf, [Ziyaret Tarihi: 2 Kasım 14] 7. Çlak, M, Kayıkçı, R, 9, A36 Döküm Alaşımında Elektrmanyetik Karıştırmanın Mikryapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi, Pamııkkale Üniversitesi MühendislikBilimleriDergisi, 1, 34-31. ALUS 7 324 Oturum Sessin: Alüminyum Döküm Prsesleri / Aluminium Casting Prcesses