Mehmet Mustafa YILDIZ tarafından hazırlanan "FARKLI KALAY ORANLARINA SAHİP AS21 MAGNEZYUM ALAŞIMLARININ MİKRO YAPISI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ" başlıklı bu çalışma, 2088 yılında yapılan savunma sınavı sonucunda oybirliğiyle başarılı olmuştur. Tez jürimiz tarafından yapılmıştır. Abdullah Cahit KARAOĞLANLI danışmanlığında hazırladığım "FARKLI KANEQI ORANLARINA SAHİP AS21 MAGNEZYUM ALAŞIMLARININ MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ" başlıklı yüksek lisans tezimin bilimsel ve özgün değerlere uygun olduğunu beyan ederim. aksinin tespiti halinde her türlü hukuki yaptırımı kabul edeceğimi beyan ederim. . AS21 magnezyum alaşımının hazırlanmasında saflığı %98,8 olan magnezyum, alüminyum ve kalay kullanıldı. Alüminyum ve magnezyum çubuklar eritildikten sonra kalay ilave edilerek istenilen alaşımlar yapıldı.
In this study, alloys containing 0.5%-1% and 2% Sn to AS21 alloy were cast in gravity mold and tensile hardness values were determined. Pre-alloy material was prepared by adding tin to AS21 alloy. According to experimental results, the maximum tensile strength and elongation percentage were determined for the AS21%. It was also observed that the tensile strength and elongation values in the AS21-0.5% Sn alloy were lower compared to the without Sn. Moreover, it was observed that the addition of 2% Sn to the AS21 alloy has no significant effect on the tensile strength and elongation.
Genel Bilgiler
Magnezyum
Diğer bir yöntem ise sıcaklığın düşürülmesiyle doğrudan tuzlu sudan alınan magnezyum oksitin (MgO) üretilmesidir (Gaines ve ark., 1996). Bu ilginin en büyük nedeni magnezyum alaşımlarının hafifliği sayesinde ağırlıkta azalma ve bunun sonucunda gaz emisyonlarında azalmadır. Gelecekteki otomobillerin arzu edilen yakıt tüketimi 3 litre/100 km olarak belirlenmiş olup, bu amaçla otomobillerde yaklaşık %30 oranında bir ağırlık azaltımı gerekmektedir (Zhou vd., 2009).
Şirketin yüksek sıcaklıktaki motor uygulamalarında magnezyum alaşımlarını kullanması yeni bir dönemin başlangıcına işaret ediyor (Landkof ve diğerleri, 2005).
Magnezyumun Alaşımları ve Standartlar
Alaşım Elementlerinin Magnezyum Alaşımına Katkısı
- Alüminyum
- Titanyum
Korozyon direncini arttırmak için magnezyum alaşımına %0,1-0,5 gibi yüksek oranda manganez eklenir. Çok yüksek hızlarda magnezyum matrisi ile birlikte soğutma çubukları halinde Mg2Sn oluşumları meydana gelir (Aizawa vd., 2006). Alaşıma eklenen kurşun yüksek çözünürlük gösterdiği için kurşunun %45'i yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 550°C) çözünür ve değişen fazlarlarda görülmez, aynı zamanda Mg17Al12'nin intermetalik oluşumunda onu seyreltir (Aizawa ve diğerleri, 2006). ).
Şekil 12'de verilen Magnezyum-Kurşun denge diyagramına bakıldığında alaşımın sıcaklığı düştükçe α+Mg2 kurşun fazının ortaya çıktığı görülmektedir (Ünal, 2008).
Toprak Alkali Elementler (RE)
- Silisyum
- Magnezyum-Alüminyum Alaşımları
- Magnezyum-Alüminyum-Çinko Üçlü Alaşımları
- AS 21 Alaşımları
AM60, AM50, AZ91 gibi alaşımlar tüm magnezyum alaşımlı dökümlerin büyük bir kısmını oluşturur (Barber, 2004). Alaşımdaki Al içeriği %8'i aşarsa Mg17Al12 bileşiği tane sınırları boyunca genişler ve dolayısıyla şekillendirilebilirlik azalır. Si, Mn, Zn ve diğer elementler Magnezyum ve Alüminyum sistemi içerisinde alaşımlandırılarak özelliklerini arttırmak için kullanılır (Vogel, 2002).
Mg-Al ikili alaşımları, Al'in etkisinden dolayı olağanüstü döküm özelliklerine ve çok iyi mekanik özelliklere sahiptir (Barber, 2004). Mg-Al-Zn alaşımlarının üç faz diyagramındaki yüksek alüminyum içerikli bölge incelendiğinde üç metalik fazdan oluştuğu görülmektedir. Alkali toprak elementleri %1'in üzerinde eklendiğinde Mg-Al içeren alaşımların akışkanlık mukavemetinde iyileşme olduğu gözlemlenmiştir.
Ana alkali toprak elementleri kararlı intermetalik alaşım Mg12RE'yi oluşturduğundan; Oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıklarda stabildirler. AS21 ve AS41'de %0,1'e varan alkali toprak elementlerinin miktarı sıcak yırtılmayı arttırır ve mikrosertliği arttırır. AS21 alaşımının mukavemeti, hızlı soğuma ve katılaşma nedeniyle ince taneli bir yapıya sahip olan Mg2Si fazı ile temsil edilir.
Bunun nedeni ise kokil döküm yönteminde yavaş soğuma nedeniyle Mg2Si fazının büyük tanelere dönüşmesidir. Mg-Al-Mn içeren alaşımlar (AM50, AM60) pozitif sünekliğe ve pozitif darbe dayanımına sahiptir (Vogel, 2002).
Magnezyum Alaşımlarının Döküm Yöntemleri
- Kum Kalıba Döküm
- Kokil Kalıba Döküm
- Basınçlı Döküm
- Yarı Katı Döküm Yöntemleri
Daha yüksek boyut toleransları ve daha yüksek yüzey verimliliği sayesinde daha homojen döküm ve parça üretimi sağlanır. Döküm işleminin süresi arttıkça sıvı metal keskin bir türbülansla ve yayılma eğilimiyle kalıba girer. Çünkü Mg'de kalıp yüzeyine yapışma oranı daha az, alüminyumda ise yapışma oranı daha yüksektir.
Olumlu kullanım ve uygun şartlarda koruma ile koruyucu kaplama uygulanarak kalıbın ömrü daha da uzatılabilir. Erimiş magnezyum, erimiş alüminyuma benzediğinden Fe ile reaksiyona girmez, bu nedenle Mg ve Mg alaşımları eritilip demir ve çelik potalarda muhafaza edilebilir (Looze ve diğerleri, 2005). Basınçlı döküm, erimiş metalin hidrolik sistem kullanılarak yüksek hızda basınç altında metal bir kalıba doldurulması işlemidir.
Sıcak oda prosesinde, sıvı metalin hidrolik sistem içerisinde transferi sırasında ergimiş metaldeki türbülans, ısı kaybına ve oksidasyona neden olur. Magnezyum alaşımlarının döküm yöntemlerinden biri olan alçak basınçlı döküm teknolojisi, tamamen kapalı bir sistemde yüksek kalitede temiz alaşımların üretilmesini sağlar. Otomobil üreticileri, otomotiv plakalarının üretiminde çelik ve Al yerine yarı katı olarak üretilen Mg alaşımlarının uygunluğu üzerinde çalışmaktadır (Watari vd., 2004).
Yarı katı hal Şekil 21'de şematik olarak, yarı katı döküm yöntemi ise Şekil 1.22'de gösterilmiştir.
Soğuma Hızının Magnezyum Alaşımlarına Etkileri
Soğuma Hızının Mikroyapıya Etkileri
Soğuma Hızının Mekanik Özelliklere Etkisi
Magnezyum Alaşımlarının Mekanik Özellikleri
Malzeme
Deneyin Yapılışı
Mg alaşımlarını ergitmek için tasarlanan çelik pota içerisine yerleştirilen Mg alaşımlarının atmosferle temasını önlemek amacıyla potaya SF6-CO2 koruyucu gaz verilmiştir. Eritme işlemi sırasında malzemenin atmosferle temasını önlemek için doğrusal SF6-CO2 gazı ile beslenmektedir. Yer çekiminin olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak için yer çekimine karşı döküm yaparak mikro ayrışmaları azaltmak istediler.
Kalayın erime ve buharlaşma sıcaklığı düşük olduğundan kayıpları en aza indirmek için alaşıma dökümden 5 dakika önce eklenmiştir. Alaşım döküm sıcaklığına ulaştıktan sonra kalıp basınçlı gaz (argon) kullanılarak 90 saniye doldurulur.
Çekme Testi
Sertlik test numunesinin hazırlanması 8x5 mm çapındaki çekme çubuğunun çıkartılıp yüzeyinin parlatılmasıyla yapılmıştır. Numunelerin sertlik testleri sırasında numunenin en uç noktasından orta kısmına kadar eşit aralıklarla beş farklı lokasyon belirlenmiş ve bu lokasyonlardan ölçülen sertlik değerleri alınmıştır.
Mikro Yapı Çalışmaları
Optik Mikroskop (OM) Mikroyapı Sonuçları
Elektron Mikroskobu (SEM) Mikroyapı Sonuçları
Elektron Mikroskobu (SEM) Kırık Yüzey sonuçları
EDX sonuçları
2 Sn içeren AS21 alaşımının doğrusal EDX sonucunda gri alanların Sn ve Al açısından da zengin olduğu görülmektedir. Doğrusal EDX sonuçlarına karşılık gelen, kabaca Çince yazı şeklindeki Mg2Si fazlarında Sn elemanının mevcut olduğu görülmektedir. Ayrıca yaklaşık olarak Mg ve Al açısından zengin fazlar da gözlenmektedir. 2 µm boyutunda, birbirinden ayrık ve neredeyse küre şeklindedir.
Al elementinin Mg içindeki çözünürlüğü yaklaşık %12 olmasına rağmen döküm sırasındaki dengesiz katılaşma nedeniyle düşük Al içeriklerinde bile -Mg17Al12 fazı oluşur. Doğrusal EDX analizi sonuçlarına benzer şekilde burada da Sn elementinin Çince karakterler şeklinde Mg2Si fazlarına sıkı bir şekilde gömülü olduğu görülmektedir. Sn içermeyen alaşımlara göre daha fazla gri alan bulunduğunu, Sn ve Al elementlerinin bu bölgelerde karanlık bölgelere göre daha yoğun olduğunu görebiliriz.
Bunun nedeni Sn ve Al alaşım elementlerinin dengesiz katılaşma sonucu ayrılarak bölgesel kimyasal farklılıklara neden olmasıdır.
Sertlik sonuçları
Çekme Testi Deneyi Sonuçları
Mikro Yapı Sonuçlarının Değerlendirilmesi ve Tartışma
Kontrollü atmosfer eritme ünitesinde kullanılan SF6-CO2 gazı ve lineer argon gazları oksijenle teması keserek magnezyumun oksijenle temasını engelledi. Cihaz üzerine yerleştirdiğimiz karıştırıcı sayesinde homojen bir dağılım sağlanarak Sn'nin tane sınırlarına yerleşmesi ve Sn açısından zengin ağsı bir yapı oluşturması sağlandı. Literatürde Karaçebi'nin elde ettiği sonuçlara bakıldığında alaşıma eklenen Sn oranına bağlı olarak Mg-Sn çift fazlarının gözlendiği, eklenen Sn oranıyla bu çift fazların daha belirgin hale geldiği belirtilmektedir.
Mekanik Deney Sonuçlarının Değerlendirilmesi ve Tartışma
Çekme dayanımı sonuçlarının değerlendirilmesi
Magnezyum alaşımı uygulamalarında kullanılan yöntemler ve alaşımlar faz geçişlerini ve değişimlerini farklı oranlarda etkiler. Araştırma incelendiğinde AS21 alaşımının mikro yapısında Mg ve Al fazlarının değiştiği ve tane sınırlarında fazlar arasındaki mesafenin daraldığı görüldü. AS21 alaşımının 188,1 MPa olan çekme mukavemetinin %1 Sn alaşımı ilavesiyle çekme mukavemetini 203,2 MPa'ya çıkardığı, 15,1 MPa pozitif bir artış sağladığı ve çekme mukavemetine olumlu etki yaptığı tespit edilmiştir.
Literatürde Ünal'ın (2008) araştırması incelendiğinde farklı hızlarda farklı çekme dayanımları olmasına rağmen çekme dayanımına olumlu etkisi olduğu desteklenmektedir. Sn'nin çekme mukavemetindeki azalma, mikro yapıda Mg2Sn fazının oluşmasının yanı sıra taneler arası intermetalik fazların incelmesi ve dağılımına da bağlanabilir. Ancak yüksek seviyelerde tane sınırlarında biriken Sn'deki oransal artışın belli bir seviyeden sonra ters etki yaptığı sonucuna varılmıştır.
Literatürde Nayyeri (2010), alaşıma girdi olarak %1 Sn ilave edilerek Mg2Sn intermetalik fazının sünekliğini arttırmadaki en önemli faktörün ortamdan uzaklaştırılan oksijen olduğu sonucuna varmıştır. Alaşımdaki tane sınırlarına yerleşen Mg2Sn intermetalik fazının yarattığı süneklik, magnezyum ve oksijenin reaksiyonunun önlenmesiyle sağlanmıştır. AS21 alaşımında 6,5 MPa olan % uzama miktarı %2 Sn ilavesiyle 6,8 MPa'ya yükselmiş ve bir miktar artış gösterse de olumlu bir etki gözlenmiş ancak önemli bir artış sağlanamamıştır.
Sn miktarının artmasıyla birlikte Mg2Sn intermetalik fazının oluşma eğiliminden dolayı çekme mukavemetindeki artış hızı azalmıştır.
Akma Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Sn ilavesi akma mukavemetinde önemli bir değişiklik göstermedi ve AS21 alaşımınınkine yakın bir mukavemet gösterdi. Burada Mg2Sn intermetalik fazının artış hızına bağlı olarak akma dayanımında herhangi bir artış gözlenmemiştir. Bu çalışmada AS21 alaşımının yanı sıra %0,5-%1 ve %2 Sn içeren alaşımlar da alçak basınçlı döküm yöntemi kullanılarak dökülerek çekme, akma ve yüzde uzama değerleri alınmıştır.
Characterization of Solidification Behavior and Resulting Microstructure of Magnesium-Aluminum Alloys, Master's Thesis, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, 10-46. Microstructures and mechanical properties of AZ91 alloy with combined additions of Ca and Si, Journal Materials and Science. Effects of tool shoulder diameter to plate thickness ratio (D/T) on mixing zone formation and tensile properties of friction stir welded dissimilar AA6061 aluminum–AZ31B magnesium alloy joints, Materials and Design, Cilt.
The microstructure, creep resistance, high temperature mechanical properties of Mg5Sn ally with Ca and Sb additions. Semi-solid manufacturing process of magnesium alloys by double roll casting, Journal of Materials Processing Technology. Advances in High Pressure Die Casting of Magnesium, Proceedings of the 7th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications, Germany, pp.
Review and Classification for Magnesium Patents, Report for the Institute of Magnesium Technologies, Derwent World Patents Index, 14. Development of magnesium-based alloys for elevated temperature applications, Doctor of these, Faculte Des Sciences Et De Genie Universite, Quebec- Canada, 2 -75.
