Eş Kanallı Açısal Presleme ve Toz Metalurjisi Yöntemiyle İşlenmiş Elementel Tozlardan Yaşlandırılabilir Al-%4Cu Alaşımların Üretimi Üzerine Bir Çalışma

Günümüzde aşırı plastik deformasyon sağlayan proseslerin önemi gittikçe artmaktadır. Özellikle eş kanallı açısal presleme (EKAP) yöntemiyle metaller ve alaşımlarının mekanik özelliklerinin artırılmasının yanında kesme düzlemleriyle nano boyutlara indirgenen tane yapısının malzemelerin kimyasal özelliklerini de önemli ölçüde geliştirildiği bilinmektedir. Bu araştırma çalışmasında kütlece %4Cu olacak şekilde Al ve Cu tozları ön karıştırma ile harmanlanmıştır. Sonrasında bu karışım tozlarla iki farklı alaşım üretimi yapılmıştır. İlki EKAP kalıbında farklı sıcaklık ve pas sayıları (EKAP kalıbından tek bir geçiş) ile presleme diğer ise toz metalürjisi ile üretimdir. Üç farklı bileşen ile üretilen EKAP malzemeleri ve KTM (klasik toz metalürjisi) yöntemi ile üretilmiş malzemeler, 2 saat 600oC’de sinterlenip, 4 saat çözündürülmüş ve oda sıcaklığına su verilmiştir. Herbiri belirli zaman aralıklarında 190oC’de toplamda 20 saat yaşlandırılmıştır. Çözündürme işlemleri sonrası tüm malzemelerde %90’dan fazla yoğunlaşma oranı elde edilmiştir ve EKAPlı yoğunlaşma oranları daha yüksektir. Bu malzemelerin mikro sertliği klasik toz metalürjisi ile üretilenlerin mikro sertlikleri arasında ciddi farklar gözlenmezken, EKAP’ın aşırı plastik deformasyon ile dislokasyon yoğunluğunu artırması, toz alaşımlandırma ile üretilen bu malzemelerin mikro sertliğine olumlu etki yapmıştır. Mikroyapı analizlerinde EKAP ile üretilen malzemelerde intermetalik Al/Cu bileşeni gözlenmiştir. Yaşlandırma işlemi sonunda tüm malzemelerin yaşlanma eğrisi elde edilmiş, pik sertlikleri ölçülmüştür. Malzemeler 10 ve 15 saatler arasında yaşlanmışlardır ve en yüksek sertlik 101,3 Hv ile EKAP ile üretime aittir.

A Study on Production of Age-Hardenable Al-%4Cu Alloys from Elemental Powders Processed by Equal Channel Angular Pressing and Powder Metallurgy Route

Recently, severe plastic deformation (SPD) applications are getting more and more important. Especially by equal channel angular pressing (ECAP), the mechanical properties of alloys are increased. In addition that by shear planes which are activated with ECAP, the grain refinement in nano scales is obtained and it also affects and enhances even chemical properties of the materials. In this research study Al-4%(wt.)Cu powders were prepeared by pre-mixing. These pre-mixed powders were used to produce ingot materials by two different methods: ECAP and classical powder metallurgy method. Materials were sintered at 600oC for 2 hours and solution treated for 4 hours at 550oC then quenched to room temperature. Then materials were aged between particular time periods for 20 hours at 190oC. After solution treatment ECAPed samples had higher densification rate than the others. The micro-hardness measurements of all samples did not contain any difference untill ageing treatment. The dislocation density produced by SPD of the ECAPed samples, affected positively to micro-hardness. In micro-structure analysis Al/Cu intermetallic components are seen at ECAPed samples. Ageing plot was obtained for all samples and they were aged between 10-15 hours. The highest micro-hardness according to ageing times were 101,3 Hv which belongs to ECAPed sample.

PDF

___

[1] Sabirov, I., Murashkin, M.Y., Valiev, R.Z., “Nanostructured Aluminium Alloys Produced by Severe Plastic Deformation: New Horizons in Development”, Materials Science & Engineering A, 560:1-24 (2013).
[2] Gökçe, A., Fındık, F., Kurt, A.O., “Microstructural Examination and Properties of Premixed Al-Cu-Mg Powder Metallurgy Alloy”, Materials Characterization, 62:730-735 (2011).
[3] Roshan, M.R., Jenabali, Jahromi, S.,A., Ebrahimi, R., “Predicting the Critical pre-Aging Time ine ECAP Processing of Age-Hardenable Aluminium Alloys”, Journal of Alloys and Compounds, 509:7833-7839 (2011).
[4] Goodarzy, M.H., Arabi, H., Boutorabi, M.A., Seyedein, S.H., Hasani Najafabadi, S.H., “The Effects of Room Temperature ECAP and Subsequent Aging on Mechanical Properties of 2024 Al Alloy”, Journal of Alloys and Compounds, 585:753-759, (2014).
[5] Furukawa M., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G., “Review Processing of Metals by Equal-Channel Angular Pressing”, Journal of Materials Science, 36:2835-2843 (2001).
[6] Aslan, Ateş, E., “Toz Metalurjisi ile Üretilen AA2014- AL4C3 Sistemlerine Yaşlandırma Isıl İşleminin Uygulanması ve Mikroyapısal Özelliklerinin Araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 87-88, (2012).
[7] Du, Y., Chang, Y.A., Huang, B., Gong, W., Jin, Z., Xu, H., Yuan, Z., Liu, Y., He, Y., Xie, F.Y., “Diffusion Coefficients of Some Solutes in fcc and Liquid Al: Critical Evaluation and Correlation”, Materials Science and Engineering, A 363:140-151 (2003).
[8] Apelian, D., “Particulate Processing (Powder Metallurgy)”, Editors: Buschow, K., H., J., Cahn, R., W., Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Vol.7, Elsevier Science Ltd., United Kingdom, 6761-6769 (2001).
[9] Chen, Y.J., Chai, Y.C., Roven, H.J., Gireesh, S.S., Yu, Y.D., Hjelen, J., “Microstructure and Mechanical Properties of Al-xMg Alloys Processed by Room Temperature ECAP”, Materials Science and Engineering A, 545: 139-147 (2012).
[10] Franko, İ., “Eş Kanallı Açılı Presleme ile Aşırı Plastik Deformasyon Uygulanan 2024 Alüminyum Alaşımının Yaşlandırılması”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2-3, 9 (2007).
[11] Kim, X.J., Chung, C.S., Ma, D.S., Hong, S.I., Kim, H.K., “Optimization of Strength and Ductility of 2024 Al by Equal Channel Angular Pressing (ECAP) and postECAP Aging”, Scripta Materialia, 49:333-338 (2013).
[12] Mani, B., Jahedi, M., Paydar, M.,H., “Consolidation of Commercial Pure Aluminum Powder by TorsionalEqual Channel Angular Pressing (T-ECAP) at Room Temperature”, Powder Technology, 219:1-8 (2012).
[13] Kotan, G., Tan, E., Kalay, Y.E., Gür, C.H., “Homogenization of ECAPed Al 2024 Alloy through Age-Hardening”, Materials Science & Engineering A, 559:601-606 (2013).
[14] Xu, X., Liu, Z., Li, Y., Dang, P., Zeng, S., “Evolution of Precipitates of Al-Cu Alloy During Equal-Channel Angular Pressing at Room Temperature”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 18:1047-1052 (2008)