DÖKÜMHANE

Türk Döküm Sektörünün Eğitim Platformu

Basınçlı dökümde soğuma hızının zararlı intermetaliklerin oluşumuna etkisi

Alüminyum alaşımlarında intermetalik yapıların mekanik özellikler üzerinde ne kadar önemli etkilere sahip olduğunu, daha önce yayımladığımız çeşitli yazılarda ele almıştık. İntermetalik yapılar hakkında fazla bilgisi olmayan okurlarımız, konuya bir giriş yapmak adına daha önce yayımlanan bu yazıdan bilgi alabilirler.

Alüminyum döküm alaşımları üzerine daha önce yayımlanan yazılarda da gördüğümüz gibi, alüminyum-silisyum-magnezyum alaşımları sanayide üretilen döküm alaşımları arasında oldukça büyük bir oranı teşkil ediyor. Yüksek basınçlı dökümde de tercih edildiğini gördüğümüz bu alaşımlar, bu döküm yönteminin üretimini mümkün kıldığı ince kesitli parçalarda sıklıkla karşımıza çıkabiliyor. Özellikle otomotiv sektöründe kullanılan ve yüksek basınçlı dökümle üretilen alüminyum alaşımlarından bahsederken, dikkat edilmesi gereken bir nokta var: Bu yazının girişinde bahsettiğimiz bazı intermetalik yapılar mekanik özellikler üzerinde oldukça olumsuz etkiler yaratabiliyorlar. Yüksek basınçlı döküm her ne kadar ince kesitli parçalarda iyi bir yüzey kalitesi ve yüksek boyutsal kararlılığı düşük maliyetle sağlayabilen bir üretim süreci olsa da, mekanik özellikleri olumsuz yönde etkileyen intermetalik fazların oluşmasını engellemekte çoğu zaman yetersiz kalıyor.

Bu çerçevede ele alabileceğimiz tehlikeli intermetalik yapıların başında β-Al5FeSi geliyor. Yüksek basınçlı dökümde kullanılan alaşımlara, döküm parçanın kalıba yapışmasını engellemek için bilinçli olarak yaklaşık %0,8 ila %1,1 aralığında demir eklenebiliyor [1]. Fakat eklenen demir doğal olarak β-Al5FeSi fazının oluşumunu da teşvik ettiği için, bu alaşımların güvenlik açısından kritik önem taşıyan ya da yüksek süneklik sergilemesi gereken parçalarda kullanılması uygun bulunmuyor [2]. Bu demek değil ki bu zararlı fazın oluşumuna karşı çaresiziz: Be, Ca, Cr, Co, Mn ve Sr elementlerini kullanarak, bu zararlı β fazının etkilerinin belli ölçülerde giderilebildiğini çeşitli araştırmalarda görebiliyoruz [3]. Örneğin aşağıdaki mikroyapı fotoğrafları üzerinde, Mn kullanımı sonucunda β fazının oluşumunun nasıl engellenebildiği gösteriliyor. Bu düşünce çerçevesinde  daha düşük demir (%0,25) ve yüksek mangan içeren bazı alaşımların geliştirildiğini de görüyoruz [4]. Fakat maliyet perspektifinden bakıldığı zaman, yine de yüksek demir içeren alaşımları geri dönüşümle kullanmanın daha avantajlı bir durum yarattığını da teknik literatürde görebiliyoruz [3]. O nedenle demir yerine yüksek Mn içeren bu alaşımların kullanılması, ekonomik açıdan dökümhanelerin tercih etmediği bir durum olarak karşımıza çıkıyor.

al basincli dokum intermetalik

Bu noktada, bu elementlerle birlikte soğuma hızının etkisini de dikkate almamızda fayda olduğunu söylememiz lazım. Çünkü daha önce yayımladığımız bu yazıda da ele aldığımız gibi, soğuma hızı intermetalik fazların biçimsel özellikleri üzerinde önemli etkiler yaratabiliyor. İnce kesitlerde ortaya çıkan yüksek soğuma hızı intermetalikleri nasıl etkiliyor diye baktığımız zaman, yüksek soğuma hızlarında bu yapıların hacimsel oranının azaldığı gözümüze çarpıyor. Teknik literatürde sunulan sonuçlara göre, araştırmacılar bu etkiyi yüksek soğuma hızında intermetaliklerin büyümek için yeterli zaman bulamadıkları düşüncesiyle açıklıyorlar [5]. Örnek olarak Niklas’ın [2] sunduğu sonuçlara baktığımızda, yüksek basınçlı dökümle üretilen ve 1 mm kalınlığa sahip kesitlerde β fazının oluşumunun tamamen engellenebildiğini görüyoruz.

Sonuç

Sonuç olarak bu zararlı β-Al5FeSi yapısının oluşmasını engellemek için kimyasal elementler yanında soğuma hızını da dikkate almamız gerektiğini görüyoruz. Yukarıda da bahsettiğimiz gibi, teknik literatürde sunulan sonuçlara göre 1 mm gibi çok ince kesitlerde Mn gibi elementler kullanılmadığında bile, zararlı β-Al5FeSi fazının oluşmasına fırsat kalmadan katılaşma tamamlanabiliyor. Tabii soğuma hızından etkilenen tek intermetalik yapı β değil: α ve π yapılarının boyutlarında da bir incelme gerçekleştiğini görüyoruz. Eğer parça ince kesitlere sahip değilse ve β-Al5FeSi fazının giderilmesi isteniyorsa, Mn kullanımının bu noktada bir çözüm sağlayabildiğini, yine teknik literatürdeki sonuçlara bakarak görebiliyoruz.

Kaynaklar

  1. Die soldering: Mechanism of the interface reaction between molten aluminum alloy and tool steel. S. Shankar, D. Apelian. Metallurgical and Materials Transactions B 33 (2002) 465.
  2. Effect of wall thickness and manganese additions on the formation of intermetallic iron phases in new secondary alloys suitable for vacuum assisted HPDC. A. Niklas, R. Gonzalez-Martinez, S. Orden, A. Bakedano, M. Garat, A. Fernandez-Calvo. AFS Proceedings of the 121st Metalcasting Congress, Milwaukee, Wisconsin (2017) Paper 17-024.
  3. Effect of trace additions (Be, Cr, Mn and Co) on the mechanical properties and fracture toughness of Fe-containing AlSi7Mg0.3 alloy. S. Murali, K.S. Raman, K.S.S. Murthy. Cast Metals. Vol. 6 (1994) 189.
  4. Silafont 36 high pressure die casting alloy. H Koch, U. Hielscher, H. Sternau, A. Franke. Light Metals, TMS (1995) 1011.
  5. Crystallization behavior of iron containing intermetallics compounds in 319 aluminum alloy. L. Anantha Narayanan, F.H. Samuel, J.E. Gruzleski. Metallurgical and Materials Transactions A 25 (1994) 1761.

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için tıklayın.

Kategoriler:Demir Dışı

Etiketler:, ,