Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi

Bu çalışmada, bir adet ikili Al-25Zn alaşımı ve Al-25Zn-0,01Ti, Al-25Zn-0,03Ti, Al-25Zn-0,04Ti, Al-25Zn-0,05Ti, Al-25Zn-0,075Ti, Al-25Zn-0,1Ti, Al-25Zn-0,2Ti, Al-25Zn-0,4Ti, Al-25Zn-0,6Ti, Al-25Zn-0,8 ve Al-25Zn-1Ti olmak üzere 11 adet üçlü alüminyum-çinko-titanyum alaşımı kokil kalıba döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların içyapı, mekanik ve korozyon özellikleri incelendi. İçyapı incelemeleri elektron mikroskobu(SEM) ve X-ışını kırınım(XRD) çalışmalarıyla gerçekleştirildi. Mekanik özellikler ise Brinell sertlik ölçüm yöntemi ve çekme deneyi yardımıyla belirlendi. Korozyon deneyleri elektrokimyasal test düzeneğinde ASTM G5 standardına uygun olarak gerçekleştirildi. Al-25Zn ve Al-25Zn-Ti alaşımlarının içyapılarının ana matris olarak α ve η fazlarından oluştuğu, titanyum oranının %0,01’i aşması durumunda içyapıda Al3Ti fazının çökelmeye başladığı gözlendi. Ayrıca Al-25Zn-Ti alaşımlarındaki dendrit veya tanelerin boyutunun ikili alaşıma göre çok daha küçük olduğu görüldü. Al-25Zn alaşımına %0,01 oranında yapılan titanyum katkısının sertlik, akma ve çekme mukavemeti değerlerini artırdığı bu orandan daha yüksek katkıların ise azalttığı gözlendi. Titanyum katkılarının korozyon özelliklerini olumsuz etkilediği görüldü. Farklı oranlardaki titanyum katkıları nedeniyle Al-25Zn alaşımının mekanik ve korozyon özelliklerinde meydana gelen değişimler alaşımların yapısal özelliklerine dayandırılarak açıklandı.  

Effect of grain refinement with titanium on the microstructure, mechanical and corrosion properties of Al-25Zn alloy

In this study, one binary Al-25n alloys and eleven ternary aluminum-zinc-titanium alloys, Al-25Zn-0.01Ti, Al-25Zn-0.03Ti, Al-25Zn-0.04Ti, Al-25Zn-0.05Ti, Al-25Zn-0.075Ti, Al-25Zn-0.1Ti, Al-25Zn-0.2Ti, Al-25Zn-0.4Ti, Al-25Zn-0.6Ti, Al-25Zn-0.8 and Al-25Zn-1Ti, were produced by permanent mold casting method. Structural, mechanical, and corrosion properties of the tested alloys were investigated. Structural investigations were carried out with scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) studies. Mechanical properties of the alloys were determined with the Brinell hardness and tensile tests. Corrosion tests were carried out with electrochemical test setup in accordance with ASTM G5 standard. Al-25Zn and Al-25Zn-Ti alloys were composed of α and η phases as the main matrix, and it was observed that Al3Ti phase began to precipitate in the microstructure when the titanium content exceeded 0.01%. In addition, the size of dendrites or grains of the Al-25Zn-Ti alloys was found to be much smaller than that of binary alloy. The hardness, yield strength, and tensile strength values of the Al-25Zn alloy significantly increased with the 0.01%Ti addition, but when Ti content exceeded 0.01%, these values decreased with increasing titanium content. It was observed that titanium addition had a negative effect on the corrosion properties of the Al-25Zn alloy. The change on the mechanical and corrosion properties of the Al-25Zn alloy due to the titanium addition in different ratios have been explained based on the structural properties of the alloys.  

___

  • Goodwin F.E. ve Ponikvar A.L., Engineering Properties of Zinc Alloys, Cilt 3, International Lead Zinc Research Organization, Research Triangle Park, NC, USA, 1989.
  • Philip P.E. ve Schweitzer A., Metallic Materials: Physical, Mechanical, and Corrosion Properties, Cilt 1, Marcel Dekker Inc., USA, 2003.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Microstructure and mechanical properties of Zn–15Al-based ternary and quaternary alloys, Mater. Sci. Eng., A, 603, 52–57, 2014.
  • Savaşkan T. ve Alemdağ Y., Effects of pressure and sliding speed on the friction and wear properties of Al-40Zn-3Cu-2Si alloy: A comparative study with SAE 65 bronze, Mater. Sci. Eng., A, 496 (1-2), 517-523, 2008.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu, A.P., Lubricated wear characteristics of Zn-15Al-3Cu-1Si alloy and SAE 660 bronze, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (1), 145-154, 2018.
  • Prasad B.K., Sliding wear response of a zinc-based alloy and its composite and comparison with a gray cast iron: influence of exeternal lubrication and microstructural features, Mater. Sci. Eng., A, 392, 427-439, 2005.
  • Lyon R., The properties and applications of ZA alloys, The British Foundryman, August/ September, 344-349, 1986.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Effects of contact pressure and sliding speed on the unlubricated friction and wear properties of Zn-15Al-3Cu-1Si alloy, Tribol. Trans., 59 (6), 1114-1121, 2016.
  • Gervais E., Levert H. ve Bess M., The development of a family of zinc-based foundry alloys, American Foundrymen’s Society Transaction, 88 , 183-194, 1980.
  • Delneuville P., Tribological behaviour of Zn-Al alloys (ZA27) compared with bronze when used as a bearing material with high load and very low speed, Wear, 105, 283-292, 1985.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Effect of quench-ageing treatment on the microstructure and properties of Zn-15Al-3Cu alloy, , Int. J. Mater. Res.,, 106 (5), 481-487, 2015.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Microstructure and mechanical properties of Zn-15Al-based ternary and quaternary alloys, Mater. Sci. Eng., A, 603, 52-57, 2014.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Structure and mechanical properties of Zn-(5-25) Al alloys, Int. J. Mater. Res., 105 (11), 1084-1089, 2014.
  • Savaşkan T., Bican O. ve Alemdag Y., Developing aluminium–zinc-based a new alloy for tribological applications, J. Mater. Sci., 44 (8), 1969–1976, 2009.
  • Türk A., Durman M. ve Kayalı E.S., The effect of manganase on the microstructure and mechanical properties of zinc-aluminium based ZA-8 alloy, J. Mater. Sci., 42, 8298-8305, 2007.
  • Savaşkan T. ve Bican O., Effects of silicon content on the microstructural features and mechanical and sliding wear properties of Zn-40Al-2Cu-(0-5)Si alloys, Mater. Sci. Eng., A, 404, 259-269, 2005.
  • Prasad B.K., Effects of silicon addition and test parameters on sliding wear characteristics of zinc-based alloy containing 37,5% aluminium, Materials Transactions, 38 (8), 701-706, 1997.
  • Savaşkan T., Hekimoğlu, A.P. ve Pürçek, G., Effect of copper content on the mechanical and sliding wear properties of monotectoid-based zinc-aluminium-copper alloys, Tribol. Int., 37, 45-50, 2004.
  • Savaşkan T., Pürçek G. ve Hekimoğlu A.P., Effect of copper content on the mechanical and tribological properties of ZnAl27-based alloys, Tribol. Lett., 15 (3), 257-263, 2003.
  • Türk A., Durman M. ve Kayali E.S., The effect of manganese on the microstructure and mechanical properties of zinc–aluminium based ZA-8 alloy, J. Mater. Sci., 42 (19), 8298–8305, 2007.
  • Savaşkan T. ve Alemdağ Y., Effect of nickel additions on the mechanical and sliding wear properties of Al-40Zn-3Cu alloy, Wear, 268, 565-570, 2010.
  • Chemingui M., Khitouni M., Mesmacque G. ve Kolsi A.W., Effect of heat treatment on plasticity of Al–Zn–Mg alloy: microstructure evolution and mechanical properties, Physics Procedia, 2 (3), 1167–1174, 2009.
  • Shin S.S., Yeom G.Y., Kwak T.Y. ve Park I.M., Microstructure and mechanical properties of TiB-containing Al–Zn binary alloys, J. Mater. Sci. Technol., 32 (7), 653–659, 2016.
  • Hekimoğlu, A.P., Turan T.E., İsmailoğlu İ.İ., Akyol M.E. ve Şen E., Effect of grain refinement with boron on the microstructure and mechanical properties of Al-30Zn alloy, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 18 (1), 2018.
  • Krajewski W.K., Greer A.L., Krajewski P.K. ve Piwowarski G., Grain refinement of zinc-aluminium based foundry alloys, 71st World Foundry Congress, Bilbao-Spain, 1286-1297, 19-21 Mayıs, 2014.
  • Krajewski W.K., Schumacher, P. ve Haberl K., Microstructural features of the grain-refined sand cast AlZn20 alloy, Arch. Metall. Mater., 55 (3), 2010.
  • Mikuszewski T. ve Michalik R., The influence of molding parameters on the structure of the ZnAl40Cu2Ti alloy, Solid State Phenomena, 246, 235-239, 2016.
  • Krajewski W.K. ve Haberl K., The effect of Ti on high-zinc al cast alloys structure and properties, Acta Metallurgica Slovaca, 17 (2), 123-128, 2011.
  • Buraś J., Szucki M., Piwowarski G., Krajewski W.K. ve Krajewski P.K., Strength properties examination of high zinc aluminium alloys inoculated with Ti addition, China Foundry, 14 (3), 211–215, 2017.
  • Krajewski W., The effect of Ti addition on properties of selected Zn–Al alloys, Phys. Status Solidi A, 147 (2), 389–399, 1995.
  • Presnyakov A.A., Gorban Y.A. ve Chrevyakova V.V., The aluminum-zinc phase diagram, Russ. J. Phys. Chem., 35 (6), 632-633, 1961.
  • Okamoto H., Schlesinger M.E. ve Mueller M.E., ASM Handbook Volume 3: Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park OH, ABD, 2016.
  • Maxweel I. ve Hellawell A., Simple model for grain refinement during solidification, Acta Metall., 23 (2), 229-237, 1975.
  • Chen Z., Wang T., Gao L., Fu H. ve Li. T., Grain refinement and tensile properties improvement of aluminum foundry alloys by inoculation with Al–B master alloy, Mater. Sci. Eng., A, 553, 32– 36, 2012.
  • Chen Z., Kang H., Fan G., Li J., Lu Y., Jie J., Zhang Y., Li T., Jian X. ve Wang T., Grain refinement of hypoeutectic Al-Si alloys with B, Acta Metall., 120, 168-178, 2016.
  • Johnsson M.ve Backerud L., The influence of composition on equiaxed crystal growth mechanisms and grain size in Al alloys, Zeitschrift für Metallkunde, 87, 216-220, 1996.
  • Spittle J.A ve Sadli S., Effect of alloy variables on grain refinement of binary aluminum-alloys with Al-Ti-B, Mater. Sci. Technol., 11, 533-537, 1995.
  • Dieter G.E., Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill Book Company, New York, USA, 1976.
  • Turhal M.Ş. ve Savaşkan T., Relationships between secondary dendrite arm spacing and mechanical properties of Zn-40Al-Cu alloys, J. Mater. Sci., 38 (12), 2639-2646, 2013.
  • Çolak M. ve Kayıkçı R., Alüminyum dökümlerinde tane inceltme, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13 (1), 11-17, 2009.
  • Alipour M., Azarbarmas M., Heydari F., Hoghoughi M., Alidoost M. ve Emamy M., The effect of Al–8B grain refiner and heat treatment conditions on the microstructure, mechanical properties and dry sliding wear behavior of an Al–12Zn–3Mg–2.5Cu aluminum alloy, Mater. Des., 38, 64–73, 2012.
  • Savaşkan T., Malzeme Bilimi ve Malzeme Muayenesi, 8. Baskı, Papatya Bilim, İstanbul, 2017.
  • Üneri S., Korozyon ve Önlenmesi, 3. Baskı, Korozyon Derneği, Ankara, 2011.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-1884
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1986
  • Yayıncı: Oğuzhan YILMAZ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Tek değişkenli zaman serileri tahmini için öznitelik tabanlı hibrit ARIMA-YSA modeli

Ümit Çavuş BÜYÜKŞAHİN, Şeyda ERTEKİN

Helenistik kulelerde yanal yüke ilişkin düzlem içi ve düzlem dışı duvar davranışının duvar profilleri ve açıklık düzenlerine bağlı olarak incelenmesi

Engin AKTAŞ, Mine HAMAMCIOĞLU TURAN, Funda GENÇER

Trabzon - Giresun arasında bulunan fındık bahçelerinde bazı ağır metallerin (Cr, Ni, Pb) tespiti ve değerlendirilmesi

Engin PEHLİVAN, Rafet ASLANTAŞ

Sıcak su kürünün silis dumanı takviyeli çimento harçlarının mekanik özelliklerine ve dayanıklılığına etkisi

Ceren İNCE

İçme suyu havzası koruma sınırlarının belirlenmesine yeni yöntem önerisi: Kırklareli barajı içme suyu havzası örneği

Azem KURU, Azime TEZER

Dönüştürülmüş ölçümler Kalman filtresi tabanlı skalerle ağırlıklandırılmış etkileşimli çoklu model

Kübra TURGUT, Ali Köksal HOCAOĞLU

Erzincan Değirmenliköy Kilisesi apsis hasarının teknik olarak araştırılması

Semi Emrah ASLAY, Dilek OKUYUCU

18650 lityum-iyon ve 6HR61 nikel-metal hidrit tekrar şarj edilebilir pillerinin elektrokimyasal empedans analizi

Uğur MORALI, Salim EROL

Üstel pencere ailesi tabanlı yeni M-kanallı kosinüs modüleli tekdüze süzgeç öbeklerinin tasarımı, analizi ve EKG altbant işleme uygulaması

Kemal AVCİ, Eda GÜMÜŞSOY

Çöz-aktar röle-yardımlı-NOMA sistemlerinin hata başarımlarının analizi ve kullanıcılar arası adillik için bir güç paylaşım protokolü

Ferdi KARA, Hakan KAYA