Investigation of Post-Sintering Heat Treatment Processes of Al-15Zn Alloy Produced by T/M Method

Abstract

In this study, Al-Zn alloy was produced by powder metallurgy method, and the changes in microstructure and mechanical properties were investigated by applying solution and aging heat treatments after sintering. Al powders of 44 µm size with 99% purity and wt.15% Zn powders with the same properties were mixed mechanically. A green compact was formed by compacting the homogeneous powder mixture. In order to control the dimensional change of the samples, the sintering process was carried out in the die. The samples were taken into the sintering die and sintered at 600 oC for 45 mins, and after the sintering process, they were compressed in the die and cooled in air. The heat treatment process, which was carried out under three main headings as solution, quenching and aging, was started. For solution treatment, the produced samples were kept separately in the annealing furnace at 470, 480 and 490 oC temperatures for 90 mins.The samples taken out of the furnace were immersed in room temperature water without waiting. The artificial aging process was completed by keeping the samples exposed to the sudden cooling process at 100 oC for 2880 minutes. The changes in the grain size, microhardness and wear properties of the samples after the processes were examined, compared with each other.In the examinations, it was determined that the hardness and abrasion resistance of the sample, which was taken into the solution at 480 oC, after the aging process was higher than the other samples, and the grain size was lower.

Keywords

• Powder metallurgy method
• Al-Zn alloys
• Heat treatment processes
• Sintering process

T/M Yöntemi ile Üretilen Al-15Zn Alaşımının Sinterleme Sonrası Isıl İşlem Süreçlerinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, hafif metaller grubunun bir üyesi olan Al-Zn alaşımı toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiş olup, sinterleme uygulaması sonrasında çözeltiye alma ve yaşlandırma ısıl işlemleri tatbik edilerek mikro yapı ve mekanik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Çalışmada %99 saflıkta 44 µm boyutundaki Al tozları ile ağırlıkça %15 oranında aynı özelliklere sahip Zn tozları mekanik olarak karıştırılmıştır. Bu işlem sonrasında elde edilen homojen dağılımlı toz karışımı sıkıştırılarak ham şekillendirilmiş numune haline getirilmiştir. Elde edilen numunelerin boyutsal değişiminin kontrol altına alınabilmesi için, sinterleme işlemi kalıp içerisinde yapılmıştır. Sinterleme kalıbına yerleştirilen ham numuneler 600 oC sıcaklıkta 45 dakika sinterlenmiş ve sonrasında kalıp içerisinde sıkıştırılarak havada soğutulmuştur. Üretim süreci tamamlandıktan sonra çözeltiye alma, su verme ve yaşlandırma işlemi olarak üç ana başlık altında gerçekleştirilen ısıl işlem sürecine geçilmiştir. Çözeltiye alma işlemi için, üretilen numuneler ayrı ayrı 470, 480 ve 490 oC sıcaklıklarda 90 dk. tavlama fırınında tutulmuştur. Bu işlem sonrasında fırından çıkartılan numuneler hiç bekletilmeden oda sıcaklığındaki suya daldırılarak su verme işlemi gerçekleştirilmiştir. Ani soğutma işlemine maruz kalan numuneler 100 oC sıcaklıkta 2880 dk. bekletilerek ısıl işlemin son aşaması olan suni yaşlandırma süreci tamamlanmıştır. Yapılan ısıl işlemler sonunda numunelerin tane boyutu mikro sertlik ve aşınma özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. İncelemelerde 480 oC sıcaklıkta çözeltiye alınan numunenin yaşlanma süreci sonrası sertlik ve aşınma dayanımının diğer numunelere göre yüksek, tane boyutunun ise düşük olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Toz metalürjisi yöntemi
• Sinterleme işlemi
• Al-Zn alaşımları
• İsıl işlem süreçleri
• Sintering process

Kaynakça

1. Akkaş, M., Boushiha, K. F. I., 2021. Investigation of wc reinforced cunisi composites produced by mechanical alloying method. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 8(2), 592–603.
2. Avci, U., 2022. The analysis of microstructure and mechanical properties in B4C reinforced Al–Zn alloy matrix composites manufactured using a new sintering approach. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 63(3), 344–359.
3. Avci, U., Güleç, A., 2021. Effect of different sintering temperatures on microstructure and mechanical properties for pure Al material produced by powder metallurgy. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 2021(1), 462–470.
4. Bardi, F., Cabibbo, M., Evangelista, E., Spigarelli, S., Vukčevič, M., 2003. An analysis of hot deformation of an Al-Cu-Mg alloy produced by powder metallurgy. Materials Science and Engineering A, 339(1–2), 43–52.
5. Berg, L. K., Gjoønnes, J., Hansen, V., Li, X. Z., Knutson-Wedel, M., Waterloo, G., Schryvers, D., Wallenberg, L. R., 2001. GP-zones in Al-Zn-Mg alloys and their role in artificial aging. Acta Materialia, 49(17), 3443–3451.
6. Chen, Y., Liu, C. Y., Zhang, B., Qin, F. C., Hou, Y. F., 2020. Precipitation behavior and mechanical properties of Al–Zn–Mg alloy with high Zn concentration. Journal of Alloys and Compounds, 825, 1–7.
7. Donnell, G. O., Looney, L., 2001. Production of aluminium matrix composite components using conventional PM technology. Materials Science & Engineering A, 303, 292–301.
8. Erdoğan, M., 2012. Suni yaşlandırılmış Al-Cu-Mg-(Li) alaşım sistemlerinde oluşan faz bölgelerinin DTA/DTK ile analizi ve korozyon davranışı. Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering, 12, 1-12.

9. Gökçe, A., 2017. Alüminyum ve alaşımlarının toz metalurjisi işlemleri. Mühendis ve Makine 58(686), 21–46. Hekimoğlu, A. P., Turan, Y. E., 2019. Çinko oranının Al-(5-50)Zn alaşımlarının yapısal ve mekanik özelliklerine etkisi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9, 16–25.
10. Lamrous, D., Debili, M. Y., Boehm-Courjault, E., 2013. Microstructure and phase composition of Al-Zn alloys. Journal of Advanced Microscopy Research, 8(4), 266–269.
11. Özçatalbaş, Y., Köse, D., 2021. AA6061-B4C MMKp malzemelerin özelliklerine süper katı üzeri sıvı faz sinterleme işlemlerinin etkisi. Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering, 21(3), 696–709.
12. Qiu, T., Wu, M., Du, Z., Chen, G., Zhang, L., Qu, X., 2020. Microstructure evolution and densification behaviour of powder metallurgy Al–Cu–Mg–Si alloy. Powder Metallurgy, 63(1), 54–63.
13. Shin, S. S., Lim, K. M., Park, I. M., 2017. Effects of high Zn content on the microstructure and mechanical properties of Al–Zn–Cu gravity-cast alloys. Materials Science and Engineering A, 679, 340–349.
14. Awotunde, M. A., Adegbenjo, A. O., Obadele, B. A., Okoro, M., Shongwe, B. M., Olubambi, P. A., 2019. Influence of sintering methods on the mechanical properties of aluminium nanocomposites reinforced with carbonaceous compounds : A review. Journal of Materials Research and Technology, 8(2), 2432–2449.
15. Tang, F., Anderson, I. E., Biner, S. B., 2002. Solid state sintering and consolidation of Al powders and Al matrix composites. Journal of Light Metals, 2(4), 201–214.
16. Yehia, H. M., 2019. Electrochemical surface modification of aluminum sheets prepared by powder metallurgy and casting techniques for printed circuit applications. Transactions of the Indian Institute of Metals, 72(1), 85–92.
17. Zhou, W. B., Teng, G. B., Liu, C. Y., Qi, H. Q., Huang, H. F., Chen, Y., Jiang, H. J., 2017. Microstructures and mechanical properties of binary Al-Zn alloys fabricated by casting and heat treatment. Journal of Materials Engineering and Performance, 26(8), 3977–3982.