TİTANYUM, ZİRKONYUM VE BOR KATKILI A356 ALAŞIMLARININ TERMAL İLETKENLİKLERİNİN VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2020
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Zeynep Sueda BASAR
Danışman: Necmettin Maraşlı
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Alüminyum yer kabuğunda en yaygın olarak bulunan üçüncü element olmasının yanı sıra demirden sonra en fazla kullanılan metaldir. Teknoloji ve endüstrinin gelişmesiyle birlikte çeliğe alternatif bir malzeme olarak kullanımı yaygınlaşmıştır. Bilim adamları, günümüze kadar alüminyumun diğer kimyasal elementlerle bileşik oluşturmasının kolaylığıyla çok farklı özelliklere sahip alaşımlar geliştirebilmişlerdir. Alüminyum, beklenen özellikleri bir kombinasyon olarak bir arada sunan önemli bir mühendislik malzemesidir. Demirden üç kat daha hafif olmasının yanında yüksek dayanıma sahiptir. Yüksek şekillendirilebilirlik, mekanik özelliklerinin iyiliği, iletkenlik, ekonomik ve uzun ömürlü olması, nihai ürün prosesinin kolaylığı ve korozyon direncinin yüksek olması alüminyumun her geçen gün kullanımını arttırmaktadır. Alüminyum olmadan, modern binalar, otomotiv, havacılık, enerji, gıda ve diğer endüstrilerin geliştirilmesi düşünülemez. Günümüzde; otomotiv ve hava araçlarında %27, yapı malzemelerinde %25, elektronik ve mühendislik malzemelerinde %21, paket ve ambalaj malzemelerinde %13 ve diğer sektörlerde %14 olmak üzere geniş bir kullanım alanına sahiptir. xvi Özellikle otomotiv endüstrisinde; yüksek mekanik özelliklere sahip, korozyon direnci yüksek ve daha hafif parçalar alüminyum olmadan elde edilemez. Otomotiv ve havacılık sektöründe tasarımcılar, alüminyumun tüm avantajlarını taşıyan farklı malzeme arayışı içerisine girmişler ve sadece karbonfiberler aday olarak belirleyebilmişlerdir. Buna rağmen kompozitlerin üretim maliyetleri alüminyumdan daha yüksek olmasının yanı sıra, ek olarak karbon kompozitler bazı durumlarda gerekli güvenlik seviyesine ulaşamamıştır. Bu nedenle alüminyum otomotiv ve havacılık sektöründe vazgeçilmez bir malzeme olarak yerini almıştır. Otomotiv sektöründe yakıt tüketimi ve güvenlik en önemli kriterlerdendir. Alüminyum, hafifliğiyle yakıt tüketimini azaltmakta, mekanik özellikleri ile güvenliği sağlamakta ve yüksek korozyon direnci ile uzun ömürlülüğü birlikte sunmaktadır. Otomotiv sektöründe; kullanılan alüminyum alaşımlarının ağırlıkça %80'ini döküm parçaları oluşturmaktadır. Yüksek dökülebilirlik kabiliyetine sahip olan Al-Si-Mg alaşımları karmaşık parçaların üretiminde, yüksek mukavemet gerektiren parçalarda ise Al-Si-Cu alaşımları kullanılmaktadır. Alüminyum alaşımlarında malzemenin karakterizasyonunu etkileyen birçok parametre bulunmaktadır. Kimyasal bileşim ve katılaşma hızı ana etki parametrelerindedir. Tane inceltme ise mekanik özellikleri etkileyen en önemli parametrelerden birisidir. Alüminyum döküm alaşımlarında en yaygın kullanılan tane incelticiler; Al-Ti, Al-Ti-B, Al-B ve Al-Ti-C mastır alaşımlarıdır. Bunların dışında son yıllarda, Skandiyum (Sc) ve Zirkonyum (Zr)'un tane inceltmeye olan etkileri üzerinde çalışmalar mevcuttur. Metallerin ve metalik alaşımların ısısal ve mekanik özelliklerinin bilinmesi pek çok endüstriyel alanda önemli bir yere sahiptir. Malzemelerin sağlamlık ve performanslarının değerlendirilmesinde termal iletkenlik (k) etkin bir rol oynamaktadır. Termal iletkenlik; malzemelerin kristal yapısı, erime sıcaklığı, yoğunluğu gibi karakteristik özelliklerinden biridir. Termal iletkenlik değeri saf metallerde sıcaklığa bağlı iken alaşım metallerinde sıcaklık ve bileşenin bir fonksiyonu olarak değişir. Çok bileşenli alaşımlarda bileşimdeki değişim malzemenin mikroyapısını dolayısıyla termal (ısı iletkenlik, özgül ısı gibi) ve mekanik (sertlik, dayanım gibi) özelliklerini değiştirir. Bu tezin amacı; çözünürlük sınırları içerisindeki farklı xvii bileşimlerde Titanyum, Bor ve Zirkonyum elementlerini A356 (Al-Si-Mg) alaşımına katkılama yapmak ve farklı oranlarda B, Ti ve Zr katkılı A356 alaşımının ısısal iletkenliğini ve mekanik (mikrosertlik ve mikroyapı) özelliklerinin katkılıma ile değişimlerini incelemektir. Bu amaca ulaşmak için; ilk olarak A356 alaşımını vakumlu ergitme fırından eriterek sıvı halde buluna A356 alaşımına 0.9 %(ağ) Bor, 1.2%(ağ.) Titanyum ve 0.2% (ağ.) Zirkonyum katılarak katkılanmış sıvı A356 alaşımları elde edildi ve katkılanmış sıvı A356 alaşımlar sıcak döküm fırının da bulunan ve alaşımın ergime sıcaklığına kadar ön ısıtması yapılan silindirik potalara aktarıldı ve daha sonra aşağıdan yukarı doğru doğrusal katılaştırılarak tamamen katı halde alaşımla dolu numuneler üretilmiştir. B, Ti ve Zr katkılı A356 silindirik numunelerin üretiminden sonar bu numunelerin ısıl iletkenliklerinin (K) sıcaklıkla değişimleri, mikro sertlik (HB) ve çekme-dayanımları (UTS) sırasıyla boyuna ısı akış sistemi ve standart teknikler kullanılarak ölçülmüştür. Son olarak, B, Ti ve Zr katkılı A356 alaşımlarının K, HB ve UTS değerlerinin B, Ti ve Zr katı elemanlarına bağımlılığı tartışıldı ve A356 alaşımının daha önce elde edilen K, HB ve UTS değerleri ile karşılaştırılması yapıldı.