Yıl 2020, Cilt 35 , Sayı 1, Sayfalar 311 - 322 2019-10-25

Effect of grain refinement with titanium on the microstructure, mechanical and corrosion properties of Al-25Zn alloy
Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi

Ali Paşa HEKİMOĞLU [1] , Merve ÇALIŞ [2]


In this study, one binary Al-25n alloys and eleven ternary aluminum-zinc-titanium alloys, Al-25Zn-0.01Ti, Al-25Zn-0.03Ti, Al-25Zn-0.04Ti, Al-25Zn-0.05Ti, Al-25Zn-0.075Ti, Al-25Zn-0.1Ti, Al-25Zn-0.2Ti, Al-25Zn-0.4Ti, Al-25Zn-0.6Ti, Al-25Zn-0.8 and Al-25Zn-1Ti, were produced by permanent mold casting method. Structural, mechanical, and corrosion properties of the tested alloys were investigated. Structural investigations were carried out with scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD) studies. Mechanical properties of the alloys were determined with the Brinell hardness and tensile tests. Corrosion tests were carried out with electrochemical test setup in accordance with ASTM G5 standard. Al-25Zn and Al-25Zn-Ti alloys were composed of α and η phases as the main matrix, and it was observed that Al3Ti phase began to precipitate in the microstructure when the titanium content exceeded 0.01%. In addition, the size of dendrites or grains of the Al-25Zn-Ti alloys was found to be much smaller than that of binary alloy. The hardness, yield strength, and tensile strength values of the Al-25Zn alloy significantly increased with the 0.01%Ti addition, but when Ti content exceeded 0.01%, these values decreased with increasing titanium content. It was observed that titanium addition had a negative effect on the corrosion properties of the Al-25Zn alloy. The change on the mechanical and corrosion properties of the Al-25Zn alloy due to the titanium addition in different ratios have been explained based on the structural properties of the alloys.

 

Bu çalışmada, bir adet ikili Al-25Zn alaşımı ve Al-25Zn-0,01Ti, Al-25Zn-0,03Ti, Al-25Zn-0,04Ti, Al-25Zn-0,05Ti, Al-25Zn-0,075Ti, Al-25Zn-0,1Ti, Al-25Zn-0,2Ti, Al-25Zn-0,4Ti, Al-25Zn-0,6Ti, Al-25Zn-0,8 ve Al-25Zn-1Ti olmak üzere 11 adet üçlü alüminyum-çinko-titanyum alaşımı kokil kalıba döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların içyapı, mekanik ve korozyon özellikleri incelendi. İçyapı incelemeleri elektron mikroskobu(SEM) ve X-ışını kırınım(XRD) çalışmalarıyla gerçekleştirildi. Mekanik özellikler ise Brinell sertlik ölçüm yöntemi ve çekme deneyi yardımıyla belirlendi. Korozyon deneyleri elektrokimyasal test düzeneğinde ASTM G5 standardına uygun olarak gerçekleştirildi. Al-25Zn ve Al-25Zn-Ti alaşımlarının içyapılarının ana matris olarak α ve η fazlarından oluştuğu, titanyum oranının %0,01’i aşması durumunda içyapıda Al3Ti fazının çökelmeye başladığı gözlendi. Ayrıca Al-25Zn-Ti alaşımlarındaki dendrit veya tanelerin boyutunun ikili alaşıma göre çok daha küçük olduğu görüldü. Al-25Zn alaşımına %0,01 oranında yapılan titanyum katkısının sertlik, akma ve çekme mukavemeti değerlerini artırdığı bu orandan daha yüksek katkıların ise azalttığı gözlendi. Titanyum katkılarının korozyon özelliklerini olumsuz etkilediği görüldü. Farklı oranlardaki titanyum katkıları nedeniyle Al-25Zn alaşımının mekanik ve korozyon özelliklerinde meydana gelen değişimler alaşımların yapısal özelliklerine dayandırılarak açıklandı.

 

  • Goodwin F.E. ve Ponikvar A.L., Engineering Properties of Zinc Alloys, Cilt 3, International Lead Zinc Research Organization, Research Triangle Park, NC, USA, 1989.
  • Philip P.E. ve Schweitzer A., Metallic Materials: Physical, Mechanical, and Corrosion Properties, Cilt 1, Marcel Dekker Inc., USA, 2003.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Microstructure and mechanical properties of Zn–15Al-based ternary and quaternary alloys, Mater. Sci. Eng., A, 603, 52–57, 2014.
  • Savaşkan T. ve Alemdağ Y., Effects of pressure and sliding speed on the friction and wear properties of Al-40Zn-3Cu-2Si alloy: A comparative study with SAE 65 bronze, Mater. Sci. Eng., A, 496 (1-2), 517-523, 2008.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu, A.P., Lubricated wear characteristics of Zn-15Al-3Cu-1Si alloy and SAE 660 bronze, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (1), 145-154, 2018.
  • Prasad B.K., Sliding wear response of a zinc-based alloy and its composite and comparison with a gray cast iron: influence of exeternal lubrication and microstructural features, Mater. Sci. Eng., A, 392, 427-439, 2005.
  • Lyon R., The properties and applications of ZA alloys, The British Foundryman, August/ September, 344-349, 1986.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Effects of contact pressure and sliding speed on the unlubricated friction and wear properties of Zn-15Al-3Cu-1Si alloy, Tribol. Trans., 59 (6), 1114-1121, 2016.
  • Gervais E., Levert H. ve Bess M., The development of a family of zinc-based foundry alloys, American Foundrymen’s Society Transaction, 88 , 183-194, 1980.
  • Delneuville P., Tribological behaviour of Zn-Al alloys (ZA27) compared with bronze when used as a bearing material with high load and very low speed, Wear, 105, 283-292, 1985.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Effect of quench-ageing treatment on the microstructure and properties of Zn-15Al-3Cu alloy, , Int. J. Mater. Res.,, 106 (5), 481-487, 2015.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Microstructure and mechanical properties of Zn-15Al-based ternary and quaternary alloys, Mater. Sci. Eng., A, 603, 52-57, 2014.
  • Savaşkan T. ve Hekimoğlu A.P., Structure and mechanical properties of Zn-(5-25) Al alloys, Int. J. Mater. Res., 105 (11), 1084-1089, 2014.
  • Savaşkan T., Bican O. ve Alemdag Y., Developing aluminium–zinc-based a new alloy for tribological applications, J. Mater. Sci., 44 (8), 1969–1976, 2009.
  • Türk A., Durman M. ve Kayalı E.S., The effect of manganase on the microstructure and mechanical properties of zinc-aluminium based ZA-8 alloy, J. Mater. Sci., 42, 8298-8305, 2007.
  • Savaşkan T. ve Bican O., Effects of silicon content on the microstructural features and mechanical and sliding wear properties of Zn-40Al-2Cu-(0-5)Si alloys, Mater. Sci. Eng., A, 404, 259-269, 2005.
  • Prasad B.K., Effects of silicon addition and test parameters on sliding wear characteristics of zinc-based alloy containing 37,5% aluminium, Materials Transactions, 38 (8), 701-706, 1997.
  • Savaşkan T., Hekimoğlu, A.P. ve Pürçek, G., Effect of copper content on the mechanical and sliding wear properties of monotectoid-based zinc-aluminium-copper alloys, Tribol. Int., 37, 45-50, 2004.
  • Savaşkan T., Pürçek G. ve Hekimoğlu A.P., Effect of copper content on the mechanical and tribological properties of ZnAl27-based alloys, Tribol. Lett., 15 (3), 257-263, 2003.
  • Türk A., Durman M. ve Kayali E.S., The effect of manganese on the microstructure and mechanical properties of zinc–aluminium based ZA-8 alloy, J. Mater. Sci., 42 (19), 8298–8305, 2007.
  • Savaşkan T. ve Alemdağ Y., Effect of nickel additions on the mechanical and sliding wear properties of Al-40Zn-3Cu alloy, Wear, 268, 565-570, 2010.
  • Chemingui M., Khitouni M., Mesmacque G. ve Kolsi A.W., Effect of heat treatment on plasticity of Al–Zn–Mg alloy: microstructure evolution and mechanical properties, Physics Procedia, 2 (3), 1167–1174, 2009.
  • Shin S.S., Yeom G.Y., Kwak T.Y. ve Park I.M., Microstructure and mechanical properties of TiB-containing Al–Zn binary alloys, J. Mater. Sci. Technol., 32 (7), 653–659, 2016.
  • Hekimoğlu, A.P., Turan T.E., İsmailoğlu İ.İ., Akyol M.E. ve Şen E., 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, 18 (1), 2018.
  • Krajewski W.K., Greer A.L., Krajewski P.K. ve Piwowarski G., Grain refinement of zinc-aluminium based foundry alloys, 71st World Foundry Congress, Bilbao-Spain, 1286-1297, 19-21 Mayıs, 2014.
  • Krajewski W.K., Schumacher, P. ve Haberl K., Microstructural features of the grain-refined sand cast AlZn20 alloy, Arch. Metall. Mater., 55 (3), 2010.
  • Mikuszewski T. ve Michalik R., The influence of molding parameters on the structure of the ZnAl40Cu2Ti alloy, Solid State Phenomena, 246, 235-239, 2016.
  • Krajewski W.K. ve Haberl K., The effect of Ti on high-zinc al cast alloys structure and properties, Acta Metallurgica Slovaca, 17 (2), 123-128, 2011.
  • Buraś J., Szucki M., Piwowarski G., Krajewski W.K. ve Krajewski P.K., Strength properties examination of high zinc aluminium alloys inoculated with Ti addition, China Foundry, 14 (3), 211–215, 2017.
  • Krajewski W., The effect of Ti addition on properties of selected Zn–Al alloys, Phys. Status Solidi A, 147 (2), 389–399, 1995.
  • Presnyakov A.A., Gorban Y.A. ve Chrevyakova V.V., The aluminum-zinc phase diagram, Russ. J. Phys. Chem., 35 (6), 632-633, 1961.
  • Okamoto H., Schlesinger M.E. ve Mueller M.E., ASM Handbook Volume 3: Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park OH, ABD, 2016.
  • Maxweel I. ve Hellawell A., Simple model for grain refinement during solidification, Acta Metall., 23 (2), 229-237, 1975.
  • Chen Z., Wang T., Gao L., Fu H. ve Li. T., Grain refinement and tensile properties improvement of aluminum foundry alloys by inoculation with Al–B master alloy, Mater. Sci. Eng., A, 553, 32– 36, 2012.
  • Chen Z., Kang H., Fan G., Li J., Lu Y., Jie J., Zhang Y., Li T., Jian X. ve Wang T., Grain refinement of hypoeutectic Al-Si alloys with B, Acta Metall., 120, 168-178, 2016.
  • Johnsson M.ve Backerud L., The influence of composition on equiaxed crystal growth mechanisms and grain size in Al alloys, Zeitschrift für Metallkunde, 87, 216-220, 1996.
  • Spittle J.A ve Sadli S., Effect of alloy variables on grain refinement of binary aluminum-alloys with Al-Ti-B, Mater. Sci. Technol., 11, 533-537, 1995.
  • Dieter G.E., Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill Book Company, New York, USA, 1976.
  • Turhal M.Ş. ve Savaşkan T., Relationships between secondary dendrite arm spacing and mechanical properties of Zn-40Al-Cu alloys, J. Mater. Sci., 38 (12), 2639-2646, 2013.
  • Çolak M. ve Kayıkçı R., Alüminyum dökümlerinde tane inceltme, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 13 (1), 11-17, 2009.
  • Alipour M., Azarbarmas M., Heydari F., Hoghoughi M., Alidoost M. ve Emamy M., The effect of Al–8B grain refiner and heat treatment conditions on the microstructure, mechanical properties and dry sliding wear behavior of an Al–12Zn–3Mg–2.5Cu aluminum alloy, Mater. Des., 38, 64–73, 2012.
  • Savaşkan T., Malzeme Bilimi ve Malzeme Muayenesi, 8. Baskı, Papatya Bilim, İstanbul, 2017.
  • Üneri S., Korozyon ve Önlenmesi, 3. Baskı, Korozyon Derneği, Ankara, 2011.
Birincil Dil tr
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0003-2396-4876
Yazar: Ali Paşa HEKİMOĞLU (Sorumlu Yazar)
Kurum: RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0001-8658-3021
Yazar: Merve ÇALIŞ
Kurum: RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 25 Ekim 2019

Bibtex @araştırma makalesi { gazimmfd464676, journal = {Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi}, issn = {1300-1884}, eissn = {1304-4915}, address = {}, publisher = {Gazi Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {35}, pages = {311 - 322}, doi = {10.17341/gazimmfd.464676}, title = {Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi}, key = {cite}, author = {HEKİMOĞLU, Ali Paşa and ÇALIŞ, Merve} }
APA HEKİMOĞLU, A , ÇALIŞ, M . (2019). Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi , 35 (1) , 311-322 . DOI: 10.17341/gazimmfd.464676
MLA HEKİMOĞLU, A , ÇALIŞ, M . "Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35 (2019 ): 311-322 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/gazimmfd/issue/49690/464676>
Chicago HEKİMOĞLU, A , ÇALIŞ, M . "Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35 (2019 ): 311-322
RIS TY - JOUR T1 - Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi AU - Ali Paşa HEKİMOĞLU , Merve ÇALIŞ Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.17341/gazimmfd.464676 DO - 10.17341/gazimmfd.464676 T2 - Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 311 EP - 322 VL - 35 IS - 1 SN - 1300-1884-1304-4915 M3 - doi: 10.17341/gazimmfd.464676 UR - https://doi.org/10.17341/gazimmfd.464676 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi %A Ali Paşa HEKİMOĞLU , Merve ÇALIŞ %T Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi %D 2019 %J Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi %P 1300-1884-1304-4915 %V 35 %N 1 %R doi: 10.17341/gazimmfd.464676 %U 10.17341/gazimmfd.464676
ISNAD HEKİMOĞLU, Ali Paşa , ÇALIŞ, Merve . "Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35 / 1 (Ekim 2019): 311-322 . https://doi.org/10.17341/gazimmfd.464676
AMA HEKİMOĞLU A , ÇALIŞ M . Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 35(1): 311-322.
Vancouver HEKİMOĞLU A , ÇALIŞ M . Titanyum ile tane inceltmenin Al-25Zn alaşımının mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerine etkisinin incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2019; 35(1): 322-311.