Alüminyum ve alaşımlarının sıvı metal kalitesinin arttırılması

Abstract

Döküm alaşımlarının mekanik özellikleri doğrudan doğruya içyapı kusurlarından etkilenmektedir. Bu kusurların karakteristik davranışlarını, oluşum mekanizmalarını ve birbirleri ile olası etkileşimlerinin anlaşılması ve bu olguların doğru bir şekilde yönetilmesi ile döküm parçalarının mekanik özellikleri (örn. yorulma dayancı) dolayısıyla da çalışma ömürleri gibi dolaylı özellikleri geliştirilebilir. Birincil alüminyumdan üretilen malzemelerin dökümü ya da daha doğru bir ifade ile kalıp dolumu sırasında yolluk tasarımı, döküm sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, döküm hızı, vs. gibi parametrelerden herhangi biri hatalı tasarlanmaz/seçilmez ise büyük ihtimalle döküm malzemesinden istenen şartnamedeki değer aralıkları elde edilebilir. Ancak ikincil alüminyum yani hurda malzeme kullanılarak ergitme işlemi yapılıyorsa, mutlak suretle dikkatli ve çok doğru sıvı metal işlemleri yapılması gerekmektedir. Aksi takdirde örneğin son derece iyi yolluk tasarımına sahip uygun döküm sıcaklığı seçilerek yapılan döküm işleminde dahi döküm malzemesinde muhakkak döküm hataları oluşacaktır. Alüminyum ve alaşımlarının dökümlerinde ise en genel karşılaşılan döküm hatalarının başında katlanmış oksit filmleri yani çift-katlı oksitler (bifilmler) gelmektedir. Bu çalışmada alüminyum alaşımlardan en yaygın olarak kullanılan Al7Si0,3Mg (A356) alaşımının hurdasından yüksek kalitede malzeme üretimi üzerine odaklanılmıştır. Ergitme esnasında kullanılan şarjda birincil ve ikincil alüminyum oranları yüzdesel olarak birbirine eşittir (ağ.%50 birincil + ağ.%50 ikincil). Sıvı metal işlemlerinin en önemli basamakları gaz giderme ve eritkenlemedir (flakslama). Deneylerde kullanılan gaz giderme cihazı sanayide kullanılan cihazların laboratuvar ölçeğine düşürülerek gaz giderme prosesi etkin bir şekilde gerçeği yansıtması sağlanmıştır. Gaz giderme işleminde %99,9 saafiyette Ar gazı ve eritkenleme işleminde ise metal ağırlığının %2’si kadar eritken kullanılmıştır. Eritken kullanılarak askıda kalan katışkıların (inklüzyon) yani bifilmlerin giderilmesi amaçlanmıştır. Bifilmler yapı içerisinde kolayca fark edilemeyebilirler. Bifilmlerin tespiti için en kolay, hızlı, tekrarlanabilir test yöntemi vakum altında katılaştırma (VAK=RPT) cihazı kullanılarak yapılan Bifilm indeksi’dir. Bifilm İndeksi ile askıda kalan çift katlı oksitlerin açılması sağlanarak sıvı metal kalitesinin sayısallaştırılması sağlanmıştır. Yedi farklı türdeki eritkenlere ilave bileşiklerin eklenmesi ile hazırlanan eritkenlerle yapılan dökümlerden elde edilen numunelere çekme testi uygulanmıştır. Çekme testinden kopma uzaması, çekme dayancı, tokluk değerleri üretilerek alaşımın ayırt edici mekanik özellikleri ortaya çıkartılmıştır. En yüksek kopma uzaması değerleri Na2SiF6 (MgCl2-KCl) karışımlarından sağlanmıştır. Çekme dayancı ve tokluk değerlerinde ise NaF/AlF3 = 1,85 ile NaF karışımlarından oluşan eritken gruplarının Na2SiF6 (MgCl2-KCl) karışımı ile yarış halinde olduğu görülmektedir. Bu iki mekanik özellik arasında Na2SiF6 (MgCl2-KCl) karışımı eritkenler ikinci sırada yüksek özellik göstermelerine rağmen diğer iki eritken grubunda standart sapmalar çok yüksek olmasından dolayı istikrarlı ve güvenilir sonuçlar elde edilemeyecektir. Bununla birlikte Bİ farkının yani giderme oranının en yüksek olduğu eritken de Na2SiF6 (MgCl2-KCl) karışımıdır. Genel olarak döküm haliyle (as-cast) çekme dayanımları 180 MPa civarlarında seyrederken kopma uzaması değerleri eritkenin cinsine ve eklenme oranına bağlı olarak %1 – 8,5 aralığında ve tokluk değerleri de 279 – 900 mJ aralığında değişmektedir. Katışkıların kopma uzaması ve tokluk değerleri üzerine doğrudan ve keskin etkilere sahip olmalarından dolayı çekme dayancının aslında malzeme seçimi ve tasarımında kopma uzaması ve tokluk gibi çok da önemli bir ölçüt olmadığı bu tezle de bir kere daha ortaya konmuştur.