Magnezyum alaşımlarının kontrollü atmosferde basınçlı döküm yöntemi ile üretilmesi ve alaşım elementlerinin özelliklere etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, magnezyum-alüminyum esaslı bir alaşım olan Mg-6Al alaşımının üretimi, kontrollü atmosferde, sıkıştırma döküm yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonrasında manganez ve titanyum elementi ayrı ayrı ağırlıkça % 0,1, 0,2, 0,3 ve 0,4 oranlarında ilave edilmiştir. Daha sonra AM60 alaşımına kalay alaşım elementi ağırlıkça % 0,5, 1, 2 ve 4 olarak ilave edilmiştir. Elde edilen bilgiler doğrultusunda Mg- %6 Al- %0,3 Mn-% 0,3 Ti alaşımının en iyi mekanik özelliklere sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle bu araştırma için Mg-%6 Al- %0,3 Mn- %0,3 Ti alaşımı 8 kg ’lık ana alaşım olarak üretilmiş ve A1 olarak kodlanmıştır. Ana alaşıma ağırlıkça % 0,3, 0,5, 1 ve 2 oranlarında Stronsiyum (Sr) alaşım elementi sıkıştırma döküm yöntemi kullanılarak ilave edilmiş ve üretilen alaşımlar sırasıyla A2, A3, A4 ve A5 olarak kodlanmıştır. Daha sonra ana alaşıma ağırlıkça %1 kalay (Sn) ilavesi gerçekleştirilmiş ve alaşım B1 olarak kodlanmıştır. Kalay miktarı sabit tutulmak koşulu ile çeşitli oranlarda Sr (ağırlıkça % 0,3-0,5-1-2) alaşım elementi sıkıştırma döküm yöntemi kullanılarak sırasıyla B2, B3, B4 ve B5 alaşımları üretilmiştir. Elde edilen alaşımlara sertlik, çekme ve darbe deneyleri uygulanmıştır. Optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak mikroyapı çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca XRD kullanılarak faz analizi yapılmış ve mikroyapı çalışmaları desteklenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda, Mg-6Al alaşımının mikroyapı ve x-ışınları çalışması; alaşımın α-Mg, alüminyumca zengin α-ötektik ve ötektik dönüşüm esnasında dentritler arasında oluşan β- Mg17Al12 intemetalik fazlarından oluştuğu tespit edilmiştir. Tane boyutu analizi ile Mg-6Al alaşımının ortalama tane boyutu 107 µm olarak hesaplanmıştır. Titanyum ilavesi ile Mg-6Al alaşımında yeni bir faza rastlanmamıştır. Buna karşın, ağırlıkça %0,3 Mn ilavesinden sonra, Mg-6Al alaşımında AlMn intermetalik fazı oluşmuştur. Ayrıca alaşımın tane boyutu, artan Ti ve Mn miktarı ile azalmıştır. Mg-6Al-0,3Mn alaşımına Sn alaşım elementi ilave edilmesi ile elde edilen alaşımın SEM ve X-ışınları çalışmalarından kalayın bir miktarının α-Mg fazı içerisinde çözündüğü ve kalan kısmının Mg2Sn intermetaliğini oluşturduğu tespit edilmiştir. Ön çalışmalardan sonra ana alaşım olarak üretilen A1 (Mg- %6Al-%0,3Mn-%0,3Ti) alaşımının x-ışınları analizi sonucu alaşımda α-Mg, α-Ti, βMg17Al12 ve Al8Mn5 fazlarının varlığı tespit edilmiştir. Sr ilaveli alaşımların X-ışınları analizlerinde ek olarak Al4Sr ve Mg17Sr2 fazları tespit edilmiştir. B1 (Mg-%6Al-%1Sn- %0,3Mn-%0,3Ti) alaşımının X-ışınları analizi sonucu alaşımda α-Mg, α-Ti, β-Mg17Al12, Mg2Sn ve Al8Mn5 fazlarının varlığı tespit edilmiştir. Sr ilaveli alaşımların X-ışınları analizlerinde ek olarak Al4Sr ve SrMgSn fazlarının oluştuğu tespit edilmiştir. A1 ve B1 alaşımlarının tane boyutunun Sr ilavesi ile azaldığı tespit edilmiştir. Mg-6Al alaşımının sertlik ve çekme mukavemeti değeri sırasıyla 40 Brinell ve 144 MPa olarak bulunmuştur. Mg-6Al alaşımına ağırlıkça % 0,3’e kadar mangan ve titanyum ilavesi ile alaşımın sertlik ve çekme mukavemeti değeri artmıştır. Mg-6Al-0,3Mn alaşımına Sn ilavesinin, alaşımın sertliğini ve çekme mukavemetini arttırdığı gözlenmiştir. Benzer sonuçlar A1 ve B1 alaşımına Sr ilavesi ile de elde edilmiştir. Ayrıca A1 (Mg-6Al-0,3Mn0,3Ti) alaşımının darbe direnci 16 Joule elde edilmiş ve % 1 Sr ilavesine kadar arttığı tespit edilmiştir. B1 (Mg-6Al-1Sn-0,3Mn-0,3Ti) alaşımının darbe direnci 18 Joule olarak bulunmuş ve A grubu alaşımlarda olduğu gibi, B1 alaşımının darbe direnci % 1 Sr ilavesine kadar artmıştır.

In this study, magnesium-aluminium based alloy (Mg- Al 6 wt.%) were produced under a controlled atmosphere by a squeeze-casting process and then, the effect of manganese and titanium, which were added as 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 wt.%, on the microstructure and mechanical properties of Mg- 6Al alloy were investigated. After experience was gained from a pre-study, the Mg-%6Al-%0,3Mn-%0,3Ti alloy was produced as a master alloy and it was called as “A1”. Then, different levels of the strontium (0.3, 0.5, 1 and 2 wt.%) were added into this master alloy and it was called as A2, A3, A4 and A5, respectively. The master alloy with tin 1 wt.% was prepared and called as “B1”. Then, four alloys with different strontium content (0.3, 0.5, 1 and 2 wt.%) by using B1 alloy were prepared and called as B2, B3, B4 and B5, respectively. The microstructure of all alloys was investigated using optical and scanning electron microscope. Phases presented in these alloys were analyzed by X-ray diffraction and energy dispersive spectroscopy methods, and their grain sizes were measured by an image analyzer. The mechanical properties (i.e. hardness, tensile and impact strength) of all alloys were investigated. Metallographic studies and X-ray diffraction analysis of Mg-6Al showed that its microstructure mainly consists of primary α-Mg dendrite grains with eutectic phases (e.g. Al-rich α-Mg + β-Mg17Al12 ) surrounding their boundaries. The grain size of Mg-6Al was measured as 107 µm. The XRD spectrums of the alloys with Ti showed that its addition did not result in the formation of Ti-based any new phase. However, the XRD spectrums of Mn containing-alloys showed that the AlMn was detected in the Mg-6Al-0.3Mn alloy. Besides, the grain size of Mg-6Al decreased with increasing Ti and Mn concentration. Metallographic studies of Mg-6Al-0.3Mn alloy containing Sn showed that some Sn was solved both in the primary α-Mg grains and the β-Mg17Al12, with the rest of Sn, a new polygonal Mg2Sn intermetallic phase was occurred at the grain boundaries. After pre-studies, metallographic studies and X-ray diffraction analysis of the A1 (Mg-%6Al-%0,3Mn-%0,3Ti) showed that the A1 alloy consists of α-Mg, α-Ti, β-Mg17Al12 and Al8Mn5 phases. Sr-containing alloys consists of Al4Sr and Mg17Sr2 phases, as well. X-ray diffraction analysis of B1 alloy mainly consists of α-Mg, α-Ti, β-Mg17Al12, Mg2Sn and Al8Mn5 phase. In addition to this, Al4Sr and SrMgSn intermetallics were formed after Sr addition to B1 alloy. The grain size of A1 and B1 alloys decreased with increasing Sr concentration. The hardness value and ultimate tensile strength (σ UTS) value of Mg-6Al alloy was measured as 40 Brinell and 144 MPa, respectively. The hardness value and UTS of Mg-6Al alloy increased with increasing Ti and Mn concentration. The hardness value and UTS of Mg-6Al0,3 Mn alloy increased with increasing Sn addition. A similar trend is also observed in the A1 and B1 alloys containing Sr. The impact toughness of A1 and B1 alloys was measured as 16 and 18 Joules, respectively. The impact toughness of A1 and B1 alloys was increased until 1 wt. % Sr.