Alüminyum-7075 dövme alaşımlarının dökülebilmesi ve T6 yaşlandırma ısıl işlemi ile mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi

Abstract

AA7075 dövme alüminyum alaşımları havacılıkta ve otomotiv sanayisinde kullanılan düşük yoğunlukları, yüksek mukavemeti, iyi korozyon direnci özellikleri nedeniyle önemli bir hafif alaşımdır. Bu alaşımının endüstriyel kullanımı ve havacılık parçaları, sıcak haddelenmiş veya ekstrude blok parçalarından talaşlı imalat ile üretilmektedir. Bu şekilde bir imalat yöntemimi çok yüksek oranda alaşımın (% 80-85'i ) hurdaya ayrılmasına yol açmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada, doğrudan döküm yöntemiyle dövme alaşımın mekanik özelliklerine yakın parça üretimi hedeflemiş ve bunun için işleme sonucu hurdaya ayrılan 7075 parçalar ergitilerek yeniden kazanılmıştır. Kontrollü bir döküm için, uygun bir besleyici ve yolluk tasarlandı ve kalıcı yerçekimi döküm kalıbı (kokil kalıp) bu tasarıma göre imal edildi. Alaşımın ergitilmesinden sonra tane küçültme ve gaz giderme uygulandı ve önceden ısıtılmış küresel grafitli döküm kalıbı içine döküldü. Döküm sonrası kimyasal kompozisyonu incelemek için spektro analiz, numunelerin mekanik özelliklerini incelemek için çekme ve sertlik testleri yapıldı. Ayrıca, optik mikroskopi tekniği ile tane büyüklüğü ve morfolojisi incelendi. Isıl işlemden sonra numunelerin içindeki intermetaliklerin belirlenmesi için X-Işını Kırınım analizi (XRD), tane morfolojisini incelemek için Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) analizi ve segregasyon için EDS analizi yapıldı. T6 yaşlandırma ısıl işlem şartları, RPT döküm numuneleri ile optimize edildi ve çekme çubuğu döküm numuneleri en iyi şartlarda uygulandı. Isıl işlem sonucunda, tane sınırında biriken alaşım elementleri, taneye alındı ve MgZn2 olarak çöktürüldü, böylece mukavemet arttırıldı. Isıl işlem görmüş numunelerde, döküm numunelere kıyasla sertlikte iki kat artış ve çekme mukavemetinde 3 kat artış gözlendi. AA7075 alaşımı ile yapılan döküm ve ısıl işlem çalışmaları sonucunda, dövme alaşım mukavemetinin yaklaşık % 90'ına ulaşılmıştır. Döküm yoluyla parça üreterek, haddeleme, ekstrüzyon gibi dövme işlemeleri ve talaşlı imalat işlemleri ortadan kalkmış ve işlemeden kaynaklı malzeme israfı önlenmiştir. Dahası, bu değerli AA 7075 alaşım hurdaları ergitme ve döküm yoluyla geri kazanılarak az bir işleme ile parça imalatı sağlanmıştır.

AA7075 forged aluminum alloys are an important light alloy due to their low density, high strength and good corrosion resistance properties used in aviation and automotive industry. Industrial and aviation parts of this alloy are produced by machining from hot rolled or extruded block pieces. Such manufacturing method leads to the scrapping of high rate alloy (80-85%). Therefore, in this study, it aimed to produce parts close to the mechanical properties of the forged alloy by direct casting method. In order to produce cast parts, scrapped 7075 pieces obtained from machining waste were melted and recycled. To obtain controlled casting, a suitable riser and runner were designed and the gravity die casting mold (permanent mold) was manufactured according to this design. After melting the alloy, grain refining and degassing was applied and poured into the preheated nodular cast iron mold. Spectral element analysis, tensile and hardness tests were carried out to examine the chemical and mechanical properties of the cast samples. In addition, average grain size of samples and etching effect on grain boundaries was observed by optical microscopy technique. After heat treatment, X-Ray Diffraction analysis (XRD) was carried out to determine intermetallics, Scanning Electron Microscope (SEM) analysis was performed to examine grain morphology and EDS analysis was carried out for segregation. T6 aging heat treatments were optimized with RPT casting samples and the optimum conditions were applied to cast tensile test samples. As a result of heat treatment, the alloy elements accumulated in the grain boundary were taken into the grain and precipitated as MgZn2, thereby increasing the strength. In heat treated samples, a two-fold increase in hardness and a 3-fold increase in tensile strength were observed compared to cast samples. As a result of the casting and heat treatment studies made with the AA7075 alloy, about 90% of the forged alloy strength has been reached. By producing parts by direct casting, forging processes such as rolling, extrusion and machining processes have been eliminated and waste of material due to machining has been prevented. Moreover, these valuable AA 7075 alloy scraps were recycled through smelting and casting to produce parts with little machining.