Investigation of mechanical properties of Mg-Cu alloys produced by pressure die casting method

Year 2023, Volume: 23 Issue: 2, 459 - 465, 03.05.2023

Güven Yarkadaş , Hüseyin Şevik

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1127154

Abstract

In this study, the addition of different amount of copper (1, 2 and 4wt.%) to pure magnesium were
produced by high pressure die casting under controlled atmosphere. The scanning electron microscope
(SEM) was used for microstructural analysis and hardness and tensile testing machine were used for
determining mechanical properties. Mg2Cu inter metallic phase were observed through the grain
boundaries on the SEM microstructural analysis. While the hardness and yield strength increased with
increasing of the addition of Cu alloying element, the tensile strength and elongation raised until the
addition of 2wt.% Cu and then slightly decreased. As a result of the creep tests performed at different
temperature and stress, it was observed that the creep resistance increased with the increase of copper
addition, and from the obtained “n” and “Q” values, it was determined that the creep mechanism was
dislocation climbing.

Keywords

Magnesium alloys, copper, mechanical properties, creep

Basınçlı Döküm Yöntemiyle Üretilmiş Mg-Cu Alaşımlarının Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, saf magnezyum metaline farklı ağırlık oranlarında bakır (%1, 2 ve 4) ilaveli alaşımlar
kontrollü atmosfer ortamında soğuk kamaralı basınçlı döküm yöntemi ile üretilmiştir. Üretilen
alaşımların mikro yapı çalışmaları, için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Mekanik
özelliklerini belirlemek amacıyla sertlik ve çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. SEM görüntülerinde saf
magnezyuma Cu ilavesi ile tane sınırlarında Mg2Cu intermetaliği oluştuğu gözlenmiştir. Sertlik ve akma
mukavemeti değerlerinin bakır oranı arttıkça yükseldiği, çekme mukavemeti ve yüzde uzama
değerlerinin ise ağırlıkça %2 Cu değerine kadar arttığı %4 bakır ilavesinde ise bu değerlerin bir miktar
düştüğü tespit edilmiştir. Farklı sıcaklık ve gerilim değerlerinde yapılan sürünme testleri sonucu bakır
ilavesinin artması ile sürünme direncinin arttığı elde edilen “n” ve “Q” değerlerinden sürünme
mekanizmasının dislokasyon tırmanması olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

Magnezyum alaşımları, bakır, mekanik özellikler, sürünme

References

• ASM Handbook, Alloy Phase Diagrams v.3, pp. 305-1108, 1999.
• Akgün M., Demir H., Çiftçi İ., Mg2Si partikül takviyeli magnezyum alaşımlarının tornalanmasında yüzey pürüzlülüğünün optimizasyonu, Politeknik Dergisi, 21, 645-650, 2018.
• Baghani A., Khalilpour H., Miresmaeili S., 2020. Microstructural evolution and creep properties of Mg-4Sn alloys by addition of calcium up to 4 wt.%, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 30, 896-904.
• Blawert C., Hort N, Kainer K. U., 2004. Automotive applications of magnesium and its alloys, Trans. Indian Inst. Met., 57, 397-408.
• Demir İ. D. K., Uygur İ., AZ63 Magnezyum Alaşımının Korozyon Direncine Kriyojenik İşlemin Etkisi, Journal of Advanced Tech. Sci., 8, 1-8, 2019.
• 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, 2001.
• Gökçe A., Toz Metalurjisi Yöntemiyle Mg-Sn Alaşımı Üretimi ve Karakterizasyonu, Academic Platform Journal of Engineering and Science, 8, 112-119, 2020.
• Jiang Z. , Jiang B. , Zeng Y., Dai J. , Pan F., 2015. Role of Al modification on the microstructure and mechanical properties of as-cast Mg-6Ce alloys,” Mater. Sci. and Eng. A, 645, 57-64.
• Mayyas A., Qattawi A., Omar M., Shan D., 2012. Design for sustainability in automotive industry: A comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 1845-1862.
• Malik K. N. B.,2017. Effect of high-pressure die casting on casting on structure and properties of Mg-5Al-0.4Mn-xRE ( x=1, 3 and 5 wt.%) experimental alloys, J. Alloys and Comp, 694, 841-847.
• Khalilpour H., Miresmaeili S., Baghani A.,2016. The microstructure and imperession creep behavior of cast Mg-4Sn-4Ca alloy, Mater. Sci. and Eng. A. 652, 365-369.
• Liu H., Chen Y., Tang Y., Wei S., Niu G., 2007. The microstructure, tensile properties and creep behaviour of as-cast Mg –(1-10)%Sn alloys, J. of All. and Comp. 440, 122-126.
• Li S., Tang B., Zeng D., 2007. Effects and mechanism of Ca on refinement of AZ91D alloy, Journal of Alloys and Compounds, 437, 317-327.
• Luo, A.A. 2004. “Recent magnesium alloy development for elevated temperature applications”, Int. Mater. Rev. 49, 13–40.
• Mo, N., Tan, Q., Bermingham, M., Huang, Y., Dieringa, H., Hort, N., Zhang, M., 2018. Current development of creep- resistant magnesium cast alloys: A review, Mat. and Desg. 155, 422-442.
• Nami, B., Razavi, H., Mirdamadi, S., Shabestari, S.G., Miresmaeili, S. M. 2010. “Effect of Ca and Rare Earth Elements on Impression Creep Properties of AZ91 Magnesium Alloy”, Mater. and Mater. Trans. A, 41,1973-82.
• Pekguleryuz M. O. , Kaya A., 2003. Creep resistant magnesium alloys for powertrain applications, Advanced Engineering Materials, (12), 866-878.
• Pekguleryuz,M. Kainer K., Kaya A. (Eds.). 2013. Fundamentals of Magnesium alloys Metallurgy, Woodhead Publishing, Cambridge, sayfa: 173, 301-302, 317, 322.
• Poddar P., Sahoo K., Mukherjee S., Ray A., 2012. Creep behaviour of Mg-8%Sn and Mg-8%Sn-3%Al-1%Si alloys, Mater. Sci. And Eng. A, 545, 103-110.
• Sun S. H., Sun B. Z., 2018.Investigation of structure, morphology and orientation of precipitates in Mg-Bi alloy, Materials Characterization, 140, 129-133.
• Tan W. , Li T., Li S. , Fang D. , Ding X. , Sun J., 2021. High strength-ductility and rapid degradation rate of as-cast Mg-Cu-Al alloys for application in fracturing balls” J. of Mater. Sci. And Tech., 94, 22-33.
• Yongquing T., Yungui C., Sufen X., Wucheng D., Chunming W., Xia L., 2014. Microstructure, mechanical properties and compressive creep behavior of as-cast Mg-5Sn-(0-2)Cu alloys, Rare Metal Mater. And Eng. 43, 1291-1295.
• Zhu S. M., Gibson M. A. , Nie J. F., Easton M. A. , Abbott T. B, 2008. Microstructural analysis of the creep resistance of die-cast Mg-4Al-2RE alloy, Scr. Mater, 58,477-480.
• Zhang J., Leng Z. , Zhang M. , Meng J. , Wu R. , 2011. Effect of Ce on microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of high-pressure-die-cast Mg-4Al-based alloy, J. Alloys and Comp, 509, 1069-1078.
• Zhang D., Bu F., Li X., Guan K. 2017. “Effects of minor Sr addition on the microstructure, mechanical properties and creep behaviour of high pressure die casting AZ91-0.5RE based alloy”, Materials Science and Engineering A, Vol 693, 53-59.