Geri Dön

Zr ve Sc ilavesinin alüminyum alaşımlarının katılaşma çatlağı duyarlılığının azaltılmasına etkisinin tahmin edilmesi

Estimating the effect of Zr and Sc additions on reduction of solidification crack sensitivity of aluminum alloys

PDF İndir

  1. Tez No: 1005559
  2. Yazar: GÜLŞAH KİRTİL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. TAYFUN SOYSAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Iğdır Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Günümüzde endüstriyel üretim süreçlerinde hafiflik, dayanım ve işlene bilirlik gibi özellikleriyle dikkat çeken alüminyum alaşımları, havacılık, otomotiv ve savunma sanayi başta olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak alüminyum alaşımlarının katılaşma sırasında karşılaştığı önemli problemlerden biri olan katılaşma çatlağı (sıcak çatlaklar), malzeme performansını olumsuz yönde etkileyerek üretim sürecinde ciddi kayıplara yol açmaktadır. Alüminyum alaşımlarında katılaşma çatlakları, döküm ve kaynak uygulamalarında mekanik bütünlüğü sınırlayan kritik bir sorundur. Özellikle geniş katılaşma aralığına sahip Al-Cu esaslı alaşımlar, dendritik segregasyon ve tane sınırı boyunca sıvı filmin kopması nedeniyle yüksek çatlak duyarlılığı göstermektedir. Geleneksel olarak, bu tür çatlak duyarlılıklarının belirlenmesi için deneysel yöntemler kullanılmakta, ancak deneysel çalışmalar hem yüksek maliyetli hem de zaman alıcıdır. Bu nedenle, alaşım tasarımında öngörüye dayalı, maliyeti düşük ve hızlı yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın amacı, Zirkonyum (Zr) ve Skandiyum (Sc) ilavelerinin Al-Cu ve Al-Si esaslı alaşımlarda katılaşma çatlağı duyarlılığı (KÇD) üzerindeki etkilerini deney yapmadan Thermo-Calc yazılımı ve KÇD hesaplama formülleri kullanarak tahmin etmektir. Böylece, zamandan tasarruf sağlayan, deneysel maliyetleri düşüren ve alaşım tasarım sürecinde öngörüsel karar desteği sunan bir yaklaşım geliştirilmesi hedeflenmiştir. Hesaplamalar alüminyum alaşımlarına %0–1 aralığında Sc ve %0–2 aralığında Zr ilaveleri eklenilerek yapılmıştır. Çalışmada Thermo-Calc yazılımı kullanılarak Scheil-Gulliver yaklaşımı ile alaşımların katılaşma verileri (anlık sıcaklık (T)- katı fraksiyon (fS) değişimi) hesaplanmıştır. Bu veriler ve KÇD tahmin indeksi (│dT/d(fs)¹ᐟ²│) kullanılarak alaşımın çatlak duyarlılığı sayısal olarak belirlenmiştir. Elde edilen tahmini değerler, literatürde yer alan deneysel KÇD verileri ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Sonuçlar, Al-3Cu alaşımına %0.05 Sc ve Al-1,5Si alaşımına ise %0,25 Sc ilavesinin katılaşma aralığını daraltarak KÇD değerinde yaklaşık %10 azalma sağladığını, %2 Zr ilavesinin ise %4 azalma sunduğunu göstermiştir. Bu çalışma, deneysel yöntemlere başvurmadan, sadece Thermo-Calc yazılımı ve KÇD indeksi kullanılarak alaşımların katılaşma çatlağı duyarlılığının güvenilir biçimde öngörülebileceğini göstermektedir. Böylece: deneysel maliyetler düşürülmekte, zamandan tasarruf sağlanmakta, alaşım tasarım sürecine öngörüsel bir araç kazandırılmaktadır.

Özet (Çeviri)

In modern industrial manufacturing processes, aluminum alloys attract attention with their properties such as lightness, strength, and machinability, and are widely used in many fields including aerospace, automotive, and defense industries. However, one of the major problems encountered during the solidification of aluminum alloys is solidification cracking (hot cracking), which adversely affects material performance and leads to significant losses during production. Solidification cracks in aluminum alloys are a critical issue that limits mechanical integrity in casting and welding applications. Especially Al-Cu-based alloys with a wide solidification range exhibit high crack susceptibility due to dendritic segregation and the rupture of the liquid film along grain boundaries. Traditionally, experimental methods have been used to determine such crack susceptibilities; however, these studies are both costly and time-consuming. Therefore, there is a need for predictive, cost-effective, and rapid methods in alloy design. The aim of this study is to predict the effects of Zirconium (Zr) and Scandium (Sc) additions on the solidification crack susceptibility (SCS) of Al-Cu and Al-Si-based alloys using Thermo-Calc software and SCS calculation formulas without conducting experiments. Thus, the study aims to develop a predictive approach that saves time, reduces experimental costs, and provides decision support in the alloy design process. The calculations were performed by adding Sc in the range of 0–1% and Zr in the range of 0–2% to the aluminum alloys. In this study, the Scheil-Gulliver approach in Thermo-Calc software was used to calculate the solidification data of the alloys (instantaneous temperature (T) – solid fraction (fS) variation). Using these data and the SCS prediction index (│dT/d(fs)¹ᐟ²│), the crack susceptibility of the alloys was numerically determined. The obtained estimated values were verified by comparing them with experimental SCS data available in the literature. The results showed that the addition of 0.05% Sc to the Al-3Cu alloy and 0.25% Sc to the Al-1.5Si alloy narrowed the solidification range and reduced the SCS value by approximately 10%, while the addition of 2% Zr resulted in about a 4% reduction. This study demonstrates that the solidification crack susceptibility of alloys can be reliably predicted using only Thermo-Calc software and the SCS index without the need for experimental methods. Consequently, experimental costs are reduced, time is saved, and a predictive tool is introduced into the alloy design process.

Geri Dön