The Effect of Over-Aging on Some Mechanical Properties for AZ31 Magnesium Alloy

Öz

Abstract: In this study, some mechanical properties of the AZ31 alloy, which has the majority of aluminum (Al~3%) and zinc (Zn~1%) magnesium alloys, which have attracted a lot of attention in recent years due to its high strength compared to its weight, were investigated as a result of heat treatment. The samples were first homogenized annealed at 345 °C for two hours, so that the internal stresses in the material were relieved. Then, for comparison, some of the samples were artificially over-aged at 180 °C for 12 hours. Compression and hardness tests were applied to measure the strength values and the results showed the expected effect of over-aging by giving very close values with small differences. However, in this study, the effect of excessive aging on the material was examined with the Charpy impact test, which has not been studied much in the literature as a mechanical test. Contrary to the hardness and strength values, the impact test results were not adversely affected by over-aging, and the impact damping strength (J/cm2) of aging materials was approximately 13% higher. The reason for this can be explained by the behavior of the precipitates at the grain boundary of the over-aged material as a result of sudden dynamic loading.

Anahtar Kelimeler

• Compression Test
• Charpy Impact Test
• Heat Treatment
• Hardness Test

AZ31 Magnezyum Alaşımı İçin Aşırı Yaşlandırmanın Bazı Mekanik Özelliklere Etkisi

Öz

Bu çalışmada ağırlığına oranla yüksek mukavemeti ile son yıllarda oldukça ilgi gören magnezyum alaşımlarından alüminyum (Al~%3) ve çinko (Zn~%1) oranın çoğunlukta bulunduğu AZ31 alaşımının ısıl işlemler sonucu bazı mekanik özellikleri incelendi. Numunelere ilk olarak iki saat boyunca 345 °C sıcaklıkta homojenleştirme tavlaması yapıldı, böylece malzemedeki iç gerilmeler giderilmiş oldu. Daha sonra karşılaştırma yapmak için numunelerin bir kısmına 180 °C de 12 saat süreyle yapay aşırı yaşlandırma yapıldı. Mukavemet değerlerinin ölçümü için basma ve sertlik testleri uygulandı ve sonuçları küçük farklılıklarla birlikte çok yakın değerler vererek aşırı yaşlandırmanın beklenen etkisini göstermiştir. Fakat bu çalışmada özellikle, mekanik test olarak literatürde çok incelenmeyen Charpy impact testi ile aşırı yaşlandırmanın malzeme üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sertlik ve mukavemet değerlerinin aksine darbe test sonuçları, aşırı yaşlandırmadan olumsuz etkilenmemiş olup yaşlanan malzemelerin darbe sönümleme dayanımları (J/cm2) yaklaşık %13 yüksek çıkmıştır. Bunun sebebi aşırı yaşlandırılmış malzemenin tane sınırındaki çökeltilerin ani dinamik yükleme sonucu göstermiş oldukları davranışlarıyla açıklanabilir.

Anahtar Kelimeler

• Basma Testi
• Charpy Darbe Testi
• Isıl İşlem
• Sertlik Testi

Kaynakça

1. Russell, S. B. (1898). Experiments with a new machine for testing materials by impact. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 39,1380, 17–45.
2. Saba, N., Jawaid, M., & Sultan, M. T. H. (2018). An overview of mechanical and physical testing of composite materials. In Mechanical and Physical Testing of Biocomposites, Fibre-Reinforced Composites and Hybrid Composites, 1–12.
3. Tanguy, B., Besson, J., Piques, R., & Pineau, A. (2005). Ductile to brittle transition of an A508 steel characterized by Charpy impact test. Part II: Modeling of the Charpy transition curve. Engineering Fracture Mechanics, 72,3, 413–434.
4. Laboratory Testing Inc. 2021. Impact testing of metals. https://www.labtesting.com/services/materials-testing/mechanical-testing/impact-testing/ (Erişim Tarihi: 24.06.2021).
5. TWI, L. 2021. What is the Charpy Test? The welding institute website: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-charpy-testing (Erişim Tarihi: 24.06.2021).
6. Gür, A. K., Taşkaya, S., & Özay, Ç. (2019). Ramor 500 çeliğinde ısıl işlemin mikroyapı, mikrosertlik ve abrasiv aşınma direncine etkisinin taguchi metoduyla değerlendirilmesi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8,3, 1045–1056.
7. Mati̇k, U. (2017). Akımsız Ni-B kaplanmış demir esaslı toz metal kompaktların sertlik ve yapısal özelliklerine ısıl işlemin etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5,2, 223–230.
8. Kızılkaya, E., & Ovalı, İ. (2018). AISI 4140 Çeliğine uygulanan sığ kriyojenik işleminin mekanik özellikler üzerindeki etkisi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6,1, 137–148.

9. Şahbaz, M., Kentli, A., & Kaya, H. (2021). Performance of novel TWO-CAP (thin-walled open channel angular pressing) method on AA5083. Metals and Materials International, 27,7, 2430-2437.
10. Şahbaz, M., Kaya, H., & Kentli, A. (2020). A new severe plastic deformation method: thin-walled open channel angular pressing (TWO-CAP). International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 106,3–4, 1487–1496.
11. Liu, W., Jiang, L., Cao, L., Mei, J., Wu, G., Zhang, S., Ding, W. (2014). Fatigue behavior and plane-strain fracture toughness of sand-cast Mg-10Gd-3Y-0.5Zr magnesium alloy. Materials and Design, 59, 466–474.
12. Alexopoulos, N. D., Stylianos, A., & Campbell, J. (2013). Dynamic fracture toughness of Al-7Si-Mg (A357) aluminum alloy. Mechanics of Materials, 58, 55–68.
13. Öztürk, F., & Kaçar, İ. (2016). Magnezyum alaşımları ve kullanım alanlarının incelenmesi. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 1,2, 12–20.
14. Altay, M. (2012). AZ91 Magnezyum alaşımının mikro ark oksidasyon işleminde elektriksel parametrelerin etkisi,Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi.
15. Çim, S. (2018). AZ91 Magnezyum alaşımının korozyon özelliklerinin ti mikro alaşımlama ile geliştirilmesi. ,Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi.
16. Kerenciler, H. (2014). Magnezyum alaşımlarında yaşlanma sertleşmesinin mekanik özelliklere etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi.
17. Kerenciler H., S. Gündüz, M. A. Erden, M. Türkmen, and H. Karabulut, (2016). Effect of aging on the microstructure and mechanical properties of magnesium alloy AZ31. Met. Sci. Heat Treat., 58, 3–4, 179–184.
18. Xu, D., K. Zhao, C. Yang, H. Li, and J. Zhang, (2018). Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of the az31/we43 bimetal composites. Metals (Basel)., 8, 11, 971.
19. ASTM E 23-16, (2021). Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials. https://www.astm.org/e0023-16.html (Erişim Tarihi: 26.11.2021).