Effects of Al-5Ti-0,2B and Al-5Ti-1B Grain Refiners on the Mechanical Properties of AA 1050 Aluminum Alloy

Year 2023, , 99 - 106, 21.12.2023

Tuğçe Yunak , Erhan Duru , Samet Sevinç , Serdar Aslan

https://doi.org/10.56171/ojn.1395366

Abstract

This study investigates the effect of grain refiners on aluminum alloys and reveals important results for various industrial applications. In this work, twin roll casting method was used to produce aluminum sheets. The research then goes into the microstructure and mechanical investigation of 1050 aluminum alloy with two different grain refiners, Al-5Ti-0.2B and Al-5Ti-1B. Optical microscopy, SEM, tensile tests and hardness measurements were carried out in order to compare microstructural and mechanical properties of the alloys. As a result, obvious effects of the higher amount of boron in the Al-5Ti-1B alloy observed. Acoording to the SEM analysis, it was clearly seen that homogeneous intermetallic phase distribution observed in the case of usage Al-5Ti-1B grain refiner. In addition to this reduction in grain sizes determined via optical microscope. This reduction in grain size result in increase in mechanical properties namely yield strength increased from 75MPa to 84 MPa, tensile Strength increased from 97 MPa to 102 MPa, hardness in brinell increased from 27 HB to 30 HB and brinell in Vickers increased from 32,9 HV to 38,2 HV. The observed improvements in mechanical properties and microstructure reveal the applicability of anodizing process to the materials that are produced by TRC casting.

Keywords

Al-5Ti-1B, Twin-Roll Casting, Grain Thinners, Boron

Al-5Ti-0,2B ve Al-5Ti-1B Tane İncelticilerin AA 1050 Alüminyum Alaşımının Mekanik Özellikleri Üzerine Etkileri

Abstract

Bu kapsamlı çalışma, tane incelticilerin alüminyum alaşımlarının üzerindeki etkisini araştırmakta ve çeşitli endüstriyel uygulamalar için önemli çıkarımlar ortaya koymaktadır. Araştırmada, alüminyum levhalar üretmede hassasiyeti ve verimliliği ile tanınan ikiz merdaneli döküm metodundan yararlanılmıştır. Araştırma daha sonra Al-5Ti-0,2B ve Al-5Ti-1B olan iki farklı tane incelticili 1050 alüminyum alaşımının mikroyapı ve mekanik incelemesine girmektedir. Alaşımların mikroyapısal ve mekanik özelliklerini karşılaştırmak amacıyla optik mikroskop, SEM, çekme testleri ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Sonuçlar, Al-5Ti-1B alaşımında daha fazla bulunan borun belirgin etkisini ortaya çıkarmıştır. Bu alaşımı SEM analizinde incelediğimizde intermetalik yapıların azaldığını ve daha homojen bir yapının ortaya çıktığı net bir şekilde görülmüştür. Bunun ile birlikte optik mikroskop görüntülerinde tane boyutlarının küçüldüğü ve daha tanecikli bir yapı oluşmasına sebebiyet vermesinin yanında akma , çekme ve makro-mikro sertlik değerleri sırasıyla ortalama 75MPa, 97MPa, 27HB ve 32,9 HV ‘den 84MPa, 102MPa, 30HB ve 38,2HV ‘ye yükselmesi Al-5Ti-1B alaşımının mikroyapı ve mekanik özelliklerindeki iyileşmelerin net bir göstergesi haline gelmiştir. Mikroyapıda elde edilen bu gelişmeler ile özellikle ikiz merdane döküm tekniği ile üretilen malzemelerde eloksallama yüzey işleminin uygulanabilirliğini ortaya koymuştur.

Keywords

Al-5Ti-1B, İkiz Merdaneli Döküm, Tane İncelticiler, Bor

References

• [1] E. Bayseçkin, “Sürekli döküm yöntemiyle alüminyum levhalarda döküm ve homojenleştirme sürecinde mikro yapısal değişimin incelenmesi.,” 2002.
• [2] M. B. YAMAN, E. KOCAMAN, and B. AVAR, “Al7075 Alaşımına İlave Edilen Al-5Ti-1B Tane İncelticinin Yaşlanma, Mikroyapı, Sertlik ve Korozif Özellikleri Üzerindeki Etkisi,” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol. 10, no. 4, pp. 870–883, Dec. 2022, doi: 10.29109/GUJSC.1165103.
• [3] M. Çolak et al., “ALÜMİNYUM DÖKÜMLERİNDE TANE İNCELTME,” Sakarya University Journal of Science, vol. 13, no. 1, pp. 11–17, Jun. 2009, doi: 10.16984/SAUFBED.70075.
• [4] F. XIAO et al., “Effect of trace boron on grain refinement of commercially pure aluminum by Al–5Ti–1B,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition), vol. 32, no. 4, pp. 1061–1069, Apr. 2022, doi: 10.1016/S1003-6326(22)65855-2.
• [5] A. Paşa Hekimoğlu, Y. E. Turan, İ. İ. İsmailoğlu, E. Akyol, and E. Şen, “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, vol. 34, pp. 523–534, 2019, doi: 10.17341/gazimmfd.416512.
• [6] E. Kocaman and S. Şirin, “Effect of Al5Ti1B Grain Refiner and Al10Sr Modifier on Mechanical Properties and Corrosion Behavior of A360 Alloy,” International Journal of Automotive Science And Technology, vol. 7, no. 1, pp. 30–36, Apr. 2023, doi: 10.30939/IJASTECH..1237345.
• [7] L. Lu, M. O. Lai, and H. Y. Wang, “Synthesis of titanium diboride TiB2 and Ti-Al-B metal matrix composites,” J Mater Sci, vol. 35, no. 1, pp. 241–248, 2000, doi: 10.1023/A:1004789910279/METRICS.
• [8] © Metallurgical and M. Industry, “Twin-roll Casting of High-strength Age-hardened Aluminium Alloys,” vol. 3, no. 7, 2011. [9] F. Karakoyun, “THE EFFECTS OF ALLOYING ELEMENTS ON THE MICROSTRUCTURE AND ANNEALING BEHAVIOR OF THE TWIN-ROLL CAST AA1050 STRIP,” 2004.
• [10] O. Mutlu, “AA1050 ALÜMİNYUMUN HACİMSEL VE YÜZEYSEL AŞIRI PLASTİK DEFORMASYON YÖNTEMLERİ İLE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ 2019 YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ”.
• [11] A. Kadri Can, “The Effects of Solıdıfıcatıon Condıtıons on The Formabılıty of The Twın-Roll Cast AA1050 Strıp “ ,” Mechanical Engineering Thesis , Boğaziçi University , Istanbul , Turkey, 2007.
• [12] İ. ARSLAN, E. GAVGALI, and M. ÇOLAK, “Kum Kalıba Dökülen Farklı Alüminyum Alaşımlarının Dökümünde AL5TI1B ve AL10SR İlavesinin Mikroyapı Özelliklere Etkisinin İncelenmesi,” Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, vol. 7, no. 2, pp. 237–244, May 2019, doi: 10.21541/APJES.424920.
• [13] Hu, M., Wang, F., Jiang, B., Wang, H., Liu, Y., & Ji, Z. (2022). Fabrication of Al–Ti–B Grain Refiner Using Machining Ti Chips, Reaction Mechanisms and Grain Refinement Performance in Pure Al. Metals and Materials International, 1-9, 2021, doi: 10.1007/s12540-021-01011-9.
• [14] S. Lin, C. Aliravci, and M. O. Pekguleryuz, “Hot-Tear Susceptibility of Aluminum Wrought Alloys and the Effect of Grain Refining,” Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 5, no. 38, pp. 1056–1068, 2007, doi: 10.1007/S11661-007-9132-7.
• [15] Y. Luo et al., “Effect of Warm Rolling on the Grain-Refining Performance of Al-5Ti-1B Grain Refiner in Al,” JOM, vol. 74, no. 3, pp. 1210–1217, Mar. 2022, doi: 10.1007/S11837-021-05137-4.
• [16] S. Basak, P. Biswas, S. Patra, H. Roy, and M. K. Mondal, “Effect of TiB2 and Al3Ti on the microstructure, mechanical properties and fracture behaviour of near eutectic Al-12.6Si alloy,” International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 28, no. 7, pp. 1174–1185, Jul. 2021, doi: 10.1007/S12613-020-2070-8/METRICS.
• [17] H. Ashassi-Sorkhabi, M. Moradi-Haghighi, and M. G. Hosseini, “Effect of rare earth (Ce, La) compounds in the electroless bath on the plating rate, bath stability and microstructure of the nickel-phosphorus deposits,” Surf Coat Technol, vol. 202, no. 9, pp. 1615–1620, Feb. 2008, doi: 10.1016/j.surfcoat.2007.07.019.
• [18] R. Can et al., “Toz Metalurjisi Yöntemi ile Tane İnceltici Üretimi ve Döküm Performansının İncelenmesi,” Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, vol. 15, no. 1, pp. 151–163, Jan. 2023, doi: 10.29137/UMAGD.1167854.
• [19] Izcankurtaran, D., Tunca, B., & Karatay, G. (2021). Investigation of the effect of grain refinement on the mechanical properties of 6082 aluminium alloy. Open Journal of Applied Sciences, 11(6), pp. 699-706, Jun. 2021, doi: 10.4236/ojapps.2021.116051.
• [20] A. B. Pattnaik, S. Das, B. B. Jha, and N. Prasanth, “Effect of Al–5Ti–1B grain refiner on the microstructure, mechanical properties and acoustic emission characteristics of Al5052 aluminium alloy,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 4, no. 2, pp. 171–179, Apr. 2015, doi: 10.1016/J.JMRT.2014.10.017.
• [21] Y. Wen, Y. Wu, Y. Wu, T. Gao, Z. Wei, and X. Liu, “Effect of Al-5Ti-0.25C-0.25B and Al-5Ti-1B Master Alloys on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-9.5Si-1.5Cu-0.8Mn-0.6Mg Alloy,” Materials 2023, Vol. 16, Page 1246, vol. 16, no. 3, pp. 1246, Feb. 2023, doi: 10.3390/MA16031246.
• [22] M. Alipour, “The Comparison of Effects of Ultrasonic Treatment, SIMA Process and Al-5Ti-1B Grain Refiner on the Microstructure and Mechanical Properties of Al–15%Mg2Si in-situ Composite,” Iranian Journal of Materials Science and Engineering, vol. 20, no. 1, pp. 97–114, Mar. 2023, doi: 10.22068/IJMSE.2957.