Yapısal uygulamalar için alüminyum esaslı malzemelerin toz metalurjisi kullanılarak geliştirilmesi

Abstract

Anahtar kelimeler: Alüminyum, toz metalurjisi, alaşım, sinterleme, metal tozlarıBu çalışmanın amacı, toz formunda element olarak karıştırılarak hazırlanan Al5Cu, Al5Cu0.5Mg, Al15Si5Cu2.5Mg ve Al15Si5Cu2.5MgTi toz metalurjisi (T/M) alaşımlarının sinterlenebilme, mikroyapı ve mekaniksel özelliklerinin araştırılarak otomobil endüstrisinde araçların dış kaporta bölümlerinde kullanılabilir malzemelerin geliştirilmesidir. Yüksek safiyette alüminyum (Al) ve bakır (Cu) gibi yerli metal tozu üreticilerinden temin edilen alaşım ana elementleri bir dizi T/M hazırlık süreçlerini takiben dikdörtgen şekilli 33.5 x 13.5 x 3 mm3 boyutlarında tek yönlü kalıp içerisinde preslenerek farklı sıcaklık ve sürelerde azot atmosferi altında sinterlenmiştir. Sinterlenmiş numunelerin mekaniksel davranışları ile kimyasal kompozisyon, mikroyapı ve sinterleme yöntemi arasındaki ilişkiler incelenerek optimum dayanım için gerekli değerler ortaya konmuştur. Dayanımın belirlenmesinde 3 nokta eğme testindeki akma dayanımı verileri ve sertlik değerleri esas alınmıştır. Bu çalışma ile mikro-alaşımlama tekniği kullanılarak herhangi bir sinter ve yağlayıcı katkısı kullanmaksızın saf Al tozlarından preslenmesi ve sinterlenmesi ile elde edilen yapıların mukavemet değerlerinin yaklaşık 5 kat ve sertlik değerlerinin ise 2 kat oranında arttırılabileceği görülmüştür. Saf Al tozlarından elde edilen numunelerin sinterleme sonrası mukavemet değerleri 84 MPa`dan ağırlıkça %5 Cu ilaveli Al5Cu alaşımı için 294 MPa değerine yükselmiştir. Mikro-alaşımlama ile Al5Cu içerisine ağırlıkça % 0,5 Mg tozlarının ilave edilmesi ile elde edilen yeni Al5Cu0.5Mg alaşımı için ise bu değer 466 MPa`a yükselmiştir. Al5Cu0.5Mg için üç nokta eğme testi sonrası numunelerin kırılmaması bu alaşımın plastik deformasyon kabiliyetlerinin de yüksek olduğu görülmüştür. Yapılan çalışma ile Al esaslı T/M alaşımları kolay ve seri imalata uygun yöntemlerle yüksek mukavemet ve sertlik değerlerinde elde edilebileceği gösterilmiştir. Bu alaşımların yapısal malzeme olarak özellikle otomotiv sektöründe kullanılabileceği düşünülmektedir.

Keywords: Aluminium alloys, metal powders, powder metallurgy, compaction, sinteringThe aim of this study is to develop new aluminium-based powder metallurgy alloys, i.e., Al5Cu, Al5Cu0.5Mg, Al15Si5Cu2.5Mg and Al15Si5Cu2.5MgTi, as an alternative to wrought parts for use in automotive bodywork applications. Powders mixed without any admixing of lubrication or sintering aids were annealed under N2/H2 atmosphere in order to eliminate or reduce any possible thin surface oxide films. The effects of the processing parameters such as sintering and microstructure on the mechanical properties of the produced alloys were studied using high purity metal powders, such as Al and Cu produced in homeland. Alloys were prepared using Al-base powders with some other elemental metal powders mixed in a micro and/or macro level before compacting them using 3.5x13.5x3 mm3 size rectangular floating die. Compacts suitable for three point bending test were sintered at different temperature and durations under pure nitrogen atmosphere. Optimum processing parameters were defined after examining mechanical properties, phase composition, micro-structural features of the sintered compacts. It was shown that using P/M production route with a micro-alloying technique, the strength value after sintering of the base Al powder (%99.6 pure) could be increased more than five times from 84 MPa to 466 MPa with a two times higher value in hardness. At three point bending test, the mean yield strength value of 294 MPa was obtained with the elemental powder mixture of Al5Cu alloy composition. The micro-addition of Mg (0.5wt.%) have resulted in an further increase in strength value of 466 MPa with a 20% increase in hardness of Al5Cu0.5Mg.