Fonksiyonel derecelendirilmiş Al-Si alaşımlarının kontrollü katılaştırma yöntemi ile üretilebilirliğinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı üretim yöntemleriyle Al-Si alaşımının içindeki birincil silisyum fazını yapı içinde dağıtarak fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin (FDM) üretilebilirliğini incelemek amaçlanmıştır. Savurma döküm ve kontrollü katılaştırma olarak iki farklı yöntem kullanılmıştır. Öncelikle, santrifüj döküm metodu yardımıyla %7, %10 ve %17 silisyum içeren alaşımların üretimi yapılmıştır. Ancak, %7 ve %10 silisyumlu alaşımlarda, düşük silisyum içeriğinden dolayı, hem mikroyapısal hem de mekanik özellikler bakımından bir derecelendirme sağlanamamıştır. Yalnız, %17 silisyuma sahip malzemede, istenilen FDM yapısı elde edilmiş olup, iç ve dış yüzeylerde silisyum kristallerin varlığından dolayı sert, orta bölgede sadece ötektik faz olduğu için daha yumuşaktır. Kontrollü katılaşmada, sıcaklık ve zamanın FDM yapısına etkisi araştırılmıştır. %17 silisyum içeren alüminyum alaşımları, sıvı-katı bölgesinde, üç farklı sıcaklıkta, 600 oC, 625 oC ve 650 oC, farklı sürelerde, 10 ve 30 dakika, bekletilmiş ve üretilen numunelerin sertlikleri, kırılma toklukları, tane boyutları, yoğunlukları, mikro yapıları ve elementel kompozisyonları incelenmiştir. Genel olarak, bütün numunelerde mikroyapısal ve mekanik özellikler bakımından derecelendirme elde edilmesine karşın istenilen en iyi sonucu 600 oC'de bekletilen numuneler vermiştir. Yüksek sıcaklıkta bekletilen numunelerde, homojen çekirdeklenme için gereken itici gücün azlığından dolayı primer silisyumlar kalıp çeperlerinde çekirdeklenip iç kısımlara doğru çatallaşarak büyümüştür. Bu büyüme, malzemede kırılganlığa sebebiyet verip, kırılma tokluğunu ciddi oranlarda düşürmektedir. Öte yandan, ötektik sıcaklığına yakın sıcaklıklarda bekletilen numunelerde malzeme içinde homojen çekirdeklenmeden ve eş eksenli büyümeden kaynaklanan tane boyutu küçük silisyum kristalleri üst bölgede toplanarak o bölgede mekanik özelllikleri iyileştirmiştir. Ayrıca, tutma zamanını artırmanın numunenin tane boyutunu artırdığı gözlemlenmiştir.

In this study, it is aimed that producibility of Funtionally Graded Materials (FGM) is investigated by dispersing primary silicon phases in the structure of Al-Si alloys with the help of two different production methods, which are centrifugal casting and controlled casting. First of all, alloys having %7, %10 and %17 silicon in weight are produced by centrifugal casting. However, due to low silicon content, alloys with %7 and %10 Si does not have any gradation in both microstructure and mechanical properties. In the case of alloys containing %17 silicon, desired FGM structure is obtained and since inner and outer parts comprise high silicon content, these parts have high hardeness than the middle portion structure. In controlled casting, the effect of temperature and time on FGM structure is examined. Alloys with %17 silicon composition is holded during solidification in liquid-solid regions at different temperatures, 600 oC, 625 oC ve 650 oC and at distinct duration, 10 and 30 minutes and hardness, fracture tougness, grain size, density, mikrostructure and elemental analysis of produced materials are investigated. In general, in all specimens, a gradation is achieved in terms of mikrostructure and mechanical properties, but the best result is given by the sample holded at 600 oC. For the specimens which is holded at higher temperatures, primary silicons are nucleated at mold walls and grown through the middle parts by branching out because of the low driving force required for homogen nucleation. This growth causes the brittleness in the materials and reduces the fracture toughness seriously. On the other hand, in the samples holded at near the eutectic temperatures, the mechanical properties in the upper part is improved due to the dispersing small silicon particules in this part. Moreover, it is observed that increasing holding time rises the graind size.