Sıcak Presleme Yöntemi ile AZ91 Magnezyum Alaşımının Üretimi

En çok kullanılan ticari magnezyum (Mg) alaşımı olan AZ91’in %90’ı basınçlı döküm yöntemiyle üretilmektedir.Basınçlı dökümün birçok avantajı olmasına rağmen, işlem sırasında oluşan gaz boşlukları nedeniyle bu yöntemleüretilen AZ91 alaşımlarına ısıl işlem uygulanamamakta ve kaynak sırasında çeşitli problemlerle karşılaşılmaktadır.Bu çalışmada, mikroyapısında üretim sonrasında herhangi bir şekilde hapsolmuş gaz ve boşluk içermeyen AZ91alaşımlarının üretilmesi hedeflenmiştir. Ön alaşımlı AZ91D tozları 420, 450 ve 500 °C sıcaklıklarında 1 saatsüreyle sıcak preslenerek numuneler üretilmiştir. Presleme basıncı 50 MPa olarak sabit tutulmuştur. Üretilennumuneler tel erezyon ile 5x5x10 (mm) boyutlarında kesildikten sonra Arşimet metodu ile yoğunlukları ölçülmüş,X-Işını Difraktometresi (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile mikroyapıları incelenmiştir. 450 ve500 °C’de yapılan sıcak presleme işlemi sırasında AZ91 alaşımında kısmi erime meydana geldiği gözlenmiş vebunun nedeninin Mg-Al ikili faz diyagramındaki 437 °C’de yer alan ötektik faz dönüşümünün gerçekleşmesiolduğu ortaya konulmuştur. 420 °C’de 1 saat süre ile yapılan sıcak presleme sonrasında AZ91 alaşımının tamyoğunluğa ulaştığı tespit edilmiştir. XRD ve SEM analizleri sonucunda mikroyapının α (Mg’ca zengin) ve β(Mg17Al12) fazlarından oluştuğu belirlenmiştir. Üretilen alaşımların mekanik özellikleri oda sıcaklığı, 100, 150 ve200 °C’de yapılan basma testleri ile belirlenmiştir. Sıcak presleme yöntemiyle üretilen AZ91 alaşımının mekaniközelliklerinin döküm yöntemleriyle üretilenlerden daha iyi olduğu görülmüş, akma dayanımı, basma dayanımı vesüneklik için sırasıyla 183 MPa, 241 MPa ve %10.1 değerleri elde edilmiştir. Beklendiği üzere, test sıcaklığıarttıkça akma ve basma mukavemetlerinde azalma, süneklikte ise artış görülmüştür.

Processing of AZ91 Magnesium Alloy via Hot Pressing Technique

90% of AZ91, the most commonly used commercial magnesium alloy, is produced by pressure die casting. Despite the many advantages of pressure die casting, AZ91 alloys produced by this method cannot be heat treated due to the gas pores formed during the process, and various problems are encountered during welding. In this study, it is aimed to produce AZ91 alloys that do not contain any entrapped gas and pores in the microstructure after production. The pre-alloyed AZ91D powders were hot pressed at 420, 450 and 500 °C for 1 hour to produce samples. Pressing pressure was kept constant to be as 50 MPa. Having produced the samples were cut in the dimensions of 5x5x10 (mm) via wire electrical discharge machining. Density of the samples were measured by Archimedes' method and X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscope (SEM) were used to examine microstructures. During the hot pressing process carried out at 450 and 500 °C, partial melting of the AZ91 alloy was observed due to the eutectic phase transformation in the Mg-Al binary phase diagram occurring at 437 °C. The AZ91 alloy was found to reach full density after hot pressing at 420 °C for 1 hour. XRD and SEM analyzes revealed that the microstructure was composed of α (Mg-rich) and β (Mg17Al12) phases. The mechanical properties of the alloys produced were determined by compression tests at carried out at room temperature, 100, 150 and 200 °C. The mechanical properties of the AZ91 alloy produced by hot pressing were found to be better than those produced by casting methods and values of 183 MPa, 241 MPa and 10.1% were obtained for yield strength, compressive strength and ductility, respectively. As expected, as the test temperature increased, the yield and compressive strengths decreased and the ductility increased.

PDF

___

[1] Friedrich H., Schumann S. 2001. Research for a “New Age of Magnesium” in the Automotive Industry. Journal of Materials Processing Technology, 117 (3): 276-281.
[2] Mordike B.L., Ebert T. 2001. Magnesium: Properties-Applications-Potential. Materials Science and Engineering A, 302 (1): 37-45.
[3] Froes F.H., Eliezer D., Aghion E. 2006. Magnesium Aerospace. in: Magnesium Technology, Edited by Friedrich H.E., Mordike B.L., Springer-Verlag Berlin, Germany, 603-620.
[4] Eliezer D., Aghion E., Froes F.S. 1998. Magnesium Science, Technology and Applications. Advanced Performance Materials, 5 (3): 201-212.
[5] Joost W.J., Krajewski P.E. 2017. Towards Magnesium Alloys for High-Volume Automotive Applications. Scripta Materialia, 128 (1): 107- 112.
[6] Bamberger M., Dehm G. 2008. Trends in the Development of New Mg Alloys. Annual Review of Materials Research, 38 (1): 505-533.
[7] Luo A., Pekguleryuz M.O. 1994. Cast Magnesium Alloys for Elevated Temperature Applications. Journal of Materials Science, 29 (20): 5259-5271.
[8] Mordike B.L., Lukac P. 2006. Physical Metallurgy. in: Magnesium Technology, Edited by Friedrich H.E., Mordike B.L., Springer-Verlag Berlin, Germany, 63-107.
[9] Westengen H., Aune T.K. 2006. Magnesium Casting Alloys. in: Magnesium Technology, Edited by Friedrich H.E., Mordike B.L., Springer-Verlag Berlin, Germany, 145-204.
[10] Zhang Z., Yu H., Chen G., Yu H., Xu C. 2011. Correlation between Microstructure and Tensile Properties in Powder Metallurgy AZ91 Alloys. Materials Letters, 65 (17-18): 2686-2689.
[11] Li Y., Chen Y., Cui H., Xiong B., Zhang J. 2009. Microstructure and Mechanical Properties of Spray-Formed AZ91 Magnesium Alloy. Materials Characterization, 60 (3): 240-245.
[12] Mondet M., Barraud E., Lemonnier S., Guyon J., Allain N., Grosdidier T. 2016. Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Magnesium Alloy Developed by Spark Plasma Sintering. Acta Materialia, 119 (1): 55-67.
[13] Straffelini G., Nogueira A.P., Muterlle P., Menapace C. 2011. Spark Plasma Sintering and Hot Compression Behaviour of AZ91 Mg Alloy. Materials Science and Technology, 27 (10): 1582- 1587.
[14] Yuan Q., Zeng X., Liu Y., Luo L., Wu J., Wang Y., Zhou G. 2016. Microstructure and Mechanical Properties of AZ91 Alloy Reinforced by Carbon Nanotubes Coated with MgO. Carbon, 96 (1): 843-855.
[15] Yuan Q., Zhou G., Liao L., Liu Y., Luo L. 2018. Interfacial Structure in AZ91 Alloy Composites Reinforced by Graphene Nanosheets. Carbon, 127 (1): 177-186.
[16] Watanabe H., Sugioka M., Fukusumi M., Ishikawa K., Suzuki M., Shimizu T. 2006. Mechanical and Damping Properties of Fullerene-Dispersed AZ91 Magnesium Alloy Composites Processed by a Powder Metallurgy Route. Materials Transactions, 47 (4): 999-1007.
[17] Olszowka-Myalska A., Myalski J., Botor-Probierz A. 2010. Microstructural Characteristics of an AZ91 Matrix-Glassy Carbon Particle Composite. Advanced Engineering Materials, 12 (7): 609- 616.
[18] Kelen F., Gavgali M., Aydogmus T. 2018. Microstructure and Mechanical Properties of a Novel TiNi Particulate Reinforced AZ91 Metal Matrix Composite. Materials Letters, 233 (1): 12-15.
[19] Taleghani M.A.J. 2014. Processing and Properties of High Performance 7075 Al and AZ91 Mg Powder Metallurgy Alloys. Doctoral Thesis, Universidad Carlos III de Madrid, The IMDEA Materials Institute, 11-12s, Madrid.
[20] Murray J.L. 1988. Phase Diagrams of Binary Magnesium Alloys. ASM International, 17s. Ohio.