Yıl 2019, Cilt 11 , Sayı 2, Sayfalar 685 - 694 2019-06-30

Effect of Copper and Magnesium Additions on the Structural, Mechanical and Tribological Properties of the Al-17Si Alloy
Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi

Ali Paşa Hekimoğlu [1] , Murat Hacıosmanoğlu [2]


Binary Al-17Si, ternary Al-17Si-4Cu and quaternary Al-17Si-4Cu-0.6Mg alloys were produced by permanent mold casting method. Chemical composition of the produced alloys was confirmed by spark optical emission spectrometry (Spark OES) method. Structural examinations of the alloys were carried out with optical and scanning electron microscopy (SEM) on the samples prepared by standard metallographic methods. The hardness of the alloys was determined by the Brinell hardness measurement method. The hardness of the alloys was determined by the Brinell hardness measurement method. The values of the elongation to fracture, yield and tensile strength of the alloys produced were determined by tensile tests performed with a universal testing machine. The fracture surfaces and the sub-surfaces of the tensile test samples were examined by SEM. Tribological characteristics of the alloys were investigated by a ball-on-disc type friction-wear test machine. It was observed that microstructure of the Al-17Si alloy consisted of the phases of aluminum-rich α, eutectic Al-Si, primary silicon and β. Ternary Al-17Si-4Cu alloy showed a microstructure consisting of the phase of θ(CuAl2) in addition to phases observed in the Al-17Si alloy. Al-17Si-4Cu-0,6Mg alloy showed a microstructure consisting of Mg2Si in the addition to the phases observed in the ternary alloy. In addition to this the β phase observed in the ternary alloy turned into π phase in the quaternary alloy. Copper and magnesium additions resulted in an increase in the wear resistance, hardness, yield and tensile strength of the alloys tested, but a decrease in the elongation to fracture. The results obtained from mechanical and tribological tests were discussed on the basis of structural changes observed in the alloys due to copper and magnesium additions.

İkili Al-17Si, üçlü Al-17Si-4Cu ve dörtlü Al-17Si-4Cu-0,6Mg alaşımları kokil kalıba döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların kimyasal bileşimleri spark optik emisyon spektrometresi (Spark OES) yöntemi ile belirlenerek doğrulandı. İçyapı incelemeleri standart metalografik yöntemlerle hazırlanan numuneler üzerinde ışık ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. Alaşımların sertliği Brinell sertlik ölçme yöntemiyle, akma ve çekme dayanımı ile kopma uzaması değerleri ise üniversal bir test makinesinde yapılan çekme deneyleri ile belirlendi. Çekme deneylerine tabi tutulan numunelerin yüzeyleri ve yüzey altları SEM’de incelenerek görüntülendi. Alaşımların tribolojik özellikleri bilye disk esaslı bir deney düzeneği yardımıyla belirlendi. Al-17Si alaşımının içyapısının alüminyumca zengin α, ötektik Al-Si, primer silisyum ve β fazlarından, üçlü Al-17Si-4Cu alaşımının Al-17Si alaşımındaki fazların yanı sıra bakırca zengin θ (CuAl2) fazını da içerdiği görüldü. Dörtlü Al-17Si-4Cu-0,6Mg alaşımında ise üçlü Al-17Si-4Cu alaşımındaki fazlara ilave olarak Mg2Si fazının oluştuğu ve ayrıca ikili ve üçlü alaşımda görülen β fazının dörtlü alaşımda π fazına dönüştüğü belirlendi. Bakır ve magnezyum katkılarının incelenen alaşımların sertlik, akma ve çekme dayanımı ile birlikte aşınma direncini arttırdığı, kopma uzaması değerlerini ise düşürdüğü gözlendi. Mekanik ve tribolojik deneylerden elde edilen sonuçlar alaşımların yapısal özelliklerine dayandırılarak irdelendi.

  • ASM Handbook Volume 3:Alloy Phase Diagrams. (1990). Novelty, MA: ASM International.
  • Bacon, D.J., Kocks, U.F., & Scattergood, R.O. (1973). The effect of dislocation self-interaction on the orowan stress. Philosophical Magazine, 28(6), 1241-1263. doi: 10.1080/14786437308227997
  • Campbell, J. 2011. Complate casting handbook, Waltham, MA: Elsevier.
  • Channappagoudar, S., Sannayallappa, N., Desai, V., & Karodi, V. (2015). Influence of combined grain refinement and modification on the Microstructure, tensile strength and wear properties of Al-15Si, Al-15Si-4.5Cu alloys. International Journal of Materials Research, 106(9), 962-969. doi:10.3139/146.111270
  • Davis, J.R. 2001. Alloying: Understanding the Basics, Ohio, MA: ASM International.
  • Di Giovanni, M.T., Mørtsell, E.A., & Saito, T. (2019). Influence of Cu addition on the heat treatment response of A356 foundry alloy. Materials Today Communications, 19, 342-348. doi:10.1016/j.mtcomm.2019.02.013
  • Fatahalla, N.,Hafiz, M., & Abdulkhalek, M. (1999). Effect of microstructure on the mechanical properties and fracture of commercial hypoeutectic Al-Si alloy modified with Na, Sb and Sr. Journal of Materials Science, 34 (14), 3555-3564. doi:10.1023/A:1004626425326
  • Halling, J. (1978). Principles of Tribology. London, MA: The Macmillan Press Ltd.
  • Hiromi, N., & Wu, Y. (2016). Recent progress in eutectic silicon modification of Al-Si alloys. Special Casting and Nonferrous Alloys, 36(9), 924-930. doi:10.15980/j.tzzz.2016.09.008
  • Hutchings, I., & Shipway, P. (2017). Tribology Friction and Wear of Engineering Materials. MA: Elsevier
  • Jeon, J.H., Shin, J.H., & Bae, D.H. (2019). Si phase modification on the elevated temperature mechanical properties of Al-Si hypereutectic alloys. Materials Science and Engineering A, 748, 367-370. doi:10.1016/j.msea.2019.01.119
  • Jiao, X.Y., Wang, J., Liu, C.F., Guo, Z.P., Tong, G.D., Ma, S.L., Bi, Y., Zhang, Y.F., & Xiong, S.M. (2019). Characterization of high-pressure die-cast hypereutectic Al-Si alloys based on microstructural distribution and fracture morphology. Journal of Materials Science and Technology, 35(6), 1099-1107. doi:10.1016/j.jmst.2018.12.005
  • Jreidini, P., Kocher, G., & Provatas, N. (2018). Classical nucleation theory in the phase-field crystal model. Physical Review E, 97(4). doi:10.1103/PhysRevE.97.042802
  • Jorstad, J., & Apelian, D. (2009). Hypereutectic al-si alloys: Practical casting considerations. International Journal of Metalcasting, 3(3), 13-36. doi:10.1007/BF03355450
  • Kaba, M.,Donmez, A., Cukur, A., Kurban, A.F., Cubuklusu, H.E., & Birol, Y. (2018). AlSi5Mg0.3 Alloy for the manufacture of automotive wheels. International Journal of Metal Casting, 12 (3), 614-624. doi: 10.1007/s40962-017-0191-2
  • Kang, N., Coddet, P., Liao, H., Baur, T., & Coddet, C. (2016). Wear behavior and microstructure of hypereutectic Al-Si alloys prepared by selective laser melting. Applied Surface Science, 378, 142-149. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.03.221
  • Kumar, S., & Tewari, S.P. (2018). Metallurgical and Mechanical characterization of A319 Aluminum Alloy Casting Solidified Under Mold Oscillation. International Journal of Metalcasting, 12(1), 28-35. doi:10.1007/s40962-017-0135-x
  • Lee, S.L., Cheng, Y.C., Chen, W.C., Lee, C.K., & Tan, A.H. (2012). Effects of strontium and heat treatment on the wear-corrosion property of Al-7Si-0.3Mg alloy. Materials Chemistry and Physics, 135(2-3), 2012, 503-509. doi: 10.1016/j.matchemphys.2012.05.015
  • Li, Q., Li, B., Li, J., Xia, T., Lan, Y., & Guo, T. (2017). Effects of the addition of Mg on the microstructure and mechanical properties of hypoeutectic Al-7%Si alloy. International Journal of Metalcasting, 11(4), 823-830. doi: 10.1007/s40962-016-0131-6
  • Medrano-Prieto, H.M., Garay-Reyes, C.G., Gómez-Esparza, C.D., Aguilar-Santillán, J., Maldonado-Orozco, M.C., & Martínez-Sánchez, R. (2016). Evolution of microstructure in Al-Si-Cu system modified with a transition element addition and its effect on hardness. Materials Research, 19, 59-66. doi: 10.1590/1980-5373-MR-2015-0673
  • Miller, W.S., Zhuang, L., Bottema, J., Wittebrood, A.J., De Smet, P., Haszler, A., & Vieregge A. (2000). Recent development in aluminium alloys for the automotive industry. Materials Science and Engineering A, 280 (1), 37-49, doi: 10.1016/S0921-5093(99)00653-X
  • Prabhudev, M.S., Auradi, V., Venkateswarlu, K., Siddalingswamy, N.H., & Kori, S.A. (2014). Influence of Cu addition on dry sliding wear behaviour of A356 alloy. Procedia Engineering, 97, 1361-1367. doi:10.1016/j.proeng.2014.12.417
  • Qi, M., Kang, Y., Qiu, Q., Tang, W., Li, J., & Li, B. (2018). Microstructures, mechanical properties, and corrosion behavior of novel high-thermal-conductivity hypoeutectic Al-Si alloys prepared by rheological high pressure die-casting and high pressure die-casting. Journal of Alloys and Compounds, 749, 487-502. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.03.178
  • Salleh, M.S., Omar, M.Z., & Syarif, J. (2015). The effects of Mg addition on the microstructure and mechanical properties of thixoformed Al-5%Si-Cu alloys. Journal of Alloys and Compounds, 621. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.09.152
  • Savaşkan, T. (2009). Malzeme bilgisi ve muayenesi. Trabzon, MA: Derya Kitabevi.
  • Savaşkan, T., & Hekimoǧlu, A.P. (2016). Relationships between mechanical and tribological properties of Zn-15Al-based ternary and quaternary alloys. International Journal of Materials Research, 107(7), 646-652. doi: 10.3139/146.111390
  • Slattery, B.E., Perry, T., Edrisy, A. (2009). Microstructural evolution of a eutectic Al-Si engine subjected to severe running conditions, Materials Science and Engineering A, 512 (1-2), 76-81. doi: 10.1016/j.msea.2009.01.025
  • Stachowiak, G.W., & Batchelor, A.W. (2005). Engineering Tribology 3rd Edition. MA: Butterworth-Heinemann
  • Tiwari, K., Gautam, G., Kumar, N., Mohan, A., & Mohan, S. (2018). Effect of primary silicon refinement on mechanical and wear properties of a hypereutectic Al-Si alloy. Silicon, 10(5), 2227-2239. doi: 10.1007/s12633-017-9755-2
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

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


Orcid: 0000-0002-9662-9510
Yazar: Murat Hacıosmanoğlu
Kurum: RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 30 Haziran 2019

Bibtex @araştırma makalesi { umagd546562, journal = {International Journal of Engineering Research and Development}, issn = {}, eissn = {1308-5514}, address = {Kırıkkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dekanlığı Kampüs 71450 Yahşihan/KIRIKKALE}, publisher = {Kırıkkale Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {11}, pages = {685 - 694}, doi = {10.29137/umagd.546562}, title = {Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi}, key = {cite}, author = {Hekimoğlu, Ali Paşa and Hacıosmanoğlu, Murat} }
APA Hekimoğlu, A , Hacıosmanoğlu, M . (2019). Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi. International Journal of Engineering Research and Development , 11 (2) , 685-694 . DOI: 10.29137/umagd.546562
MLA Hekimoğlu, A , Hacıosmanoğlu, M . "Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi". International Journal of Engineering Research and Development 11 (2019 ): 685-694 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/umagd/issue/43865/546562>
Chicago Hekimoğlu, A , Hacıosmanoğlu, M . "Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi". International Journal of Engineering Research and Development 11 (2019 ): 685-694
RIS TY - JOUR T1 - Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi AU - Ali Paşa Hekimoğlu , Murat Hacıosmanoğlu Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.29137/umagd.546562 DO - 10.29137/umagd.546562 T2 - International Journal of Engineering Research and Development JF - Journal JO - JOR SP - 685 EP - 694 VL - 11 IS - 2 SN - -1308-5514 M3 - doi: 10.29137/umagd.546562 UR - https://doi.org/10.29137/umagd.546562 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi %A Ali Paşa Hekimoğlu , Murat Hacıosmanoğlu %T Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi %D 2019 %J International Journal of Engineering Research and Development %P -1308-5514 %V 11 %N 2 %R doi: 10.29137/umagd.546562 %U 10.29137/umagd.546562
ISNAD Hekimoğlu, Ali Paşa , Hacıosmanoğlu, Murat . "Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi". International Journal of Engineering Research and Development 11 / 2 (Haziran 2019): 685-694 . https://doi.org/10.29137/umagd.546562
AMA Hekimoğlu A , Hacıosmanoğlu M . Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi. IJERAD. 2019; 11(2): 685-694.
Vancouver Hekimoğlu A , Hacıosmanoğlu M . Bakır ve Magnezyum Katkılarının Al-17Si Alaşımının Yapısal, Mekanik ve Tribolojik Özelliklerine Etkisi. International Journal of Engineering Research and Development. 2019; 11(2): 694-685.