Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi

Karabıyık, Sadun; Alemdağ, Yasin; Purcek, Gencaga

doi:10.17341/gazimmfd.523117

Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi

Yasin Alemdağ, (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Sadun Karabıyık, (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Gençağa Pürçek (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

2 2

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 255 - 265 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.523117 İndeks Tarihi: 09-11-2022

Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi

Öz:

Bu çalışmada farklı çevrim sayılarında çok yönlü sıcak dövme işlemine tabi tutulmuş Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. Çok yönlü sıcak dövme işlemi alaşımın içyapısında bulunun silisyum parçacıklarının parçalanmasına ve dendritik yapının ortadan kalkmasına yol açmıştır. Bu işlem Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının akma ve çekme dayanımı ile kopma uzaması değerlerini artırmış, sertliğini ise düşürmüştür. En yüksek akma ve çekme dayanımı iki çevrim dövme uygulanmış alaşımdan, en düşük sertlik ve en yüksek kopma uzaması üç çevrim uygulanmış alaşımdan elde edilmiştir. Diğer taraftan çok yönlü sıcak dövülmüş alaşım, homojenize edilmiş durumuna göre daha yüksek sürtünme katsayısı ve daha düşük aşınma direnci sergilemiştir. Aşınma deneyi sonucunda alaşımların yüzeylerinde sıvanmış tabakaların oluştuğu ve soyulmaların meydana geldiği görülmüştür. Bu gözlem sıvanmanın ve soyulmanın hem homojenize edilmiş hem de dövme işlemi uygulanmış numuneler için etkin aşınma mekanizmaları olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelime: Al-Si alaşımları çok yönlü dövme sürtünme ve aşınma

Effect of multi-directional hot forging on mechanical and tribological properties of Al- 7Si-4Zn-3Cu alloy

Öz:

In this study, mechanical and tribological properties of multi-directional hot forged Al-7Si-4Zn-3Cu alloy at different cycles were investigated. Multi-directional hot forging resulted in both breaking up the silicon particles and the elimination of dendritic structure of the alloy. This process increased the yield and tensile strength with percentage elongation of the alloy but decreased its hardness. The highest yield and tensile strength were obtained from the alloy forged two cycles, while the alloy forged three cycles showed a lowest hardness but the highest percentage elongation. On the other hand, hot forged alloy exhibited higher friction coefficient and lower wear resistance than those of its homogenized state. After the wear test, smeared and delaminated layers were observed on the worn surface of the alloy in all test conditions. This observation showed that smearing and delamination were effective wear mechanisms of the alloy in all states.

Anahtar Kelime: Al-Si alloys multi-directional forging friction and wear

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Ye, H., An overview of the development of Al-Si-Alloy based material for engine applications, Journal of Materials Engineering and Performance, 12 (3), 288- 297, 2003.
2. Hirsch, J., Recent development in aluminium for automotive applications, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 24 (7), 1995-2002, 2014.
3. Alemdağ, Y. ve Beder, M., Microstructural, mechanical and tribological properties of Al–7Si–(0–5)Zn alloys, Materials & Design, 63, 159–167, 2014.
4. Alemdağ, Y., Beder, M., Dry sliding wear properties of Al-7Si-4Zn-(0-5) Cu alloys, Journal of the Balkan Tribological Association, 21, 154-165, 2015.
5. Birol, Y., Semisolid processing of near-eutectic and hypereutectic Al–Si–Cu alloys, Journal of Materials Science, 43 (10), 3577-3581, 2008.
6. Kori, S.A., Murty, B.S. ve Chakraborty, M., Development of an efficient grain refiner for Al–7Si alloy and its modification with strontium, Materials Science and Engineering: A, 283 (1), 94-104, 2000.
7. Hekimoğlu A.P., Turan Y.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, 34 (1), 523-534, 2019.
8. Basavakumar, K.G., Mukunda, P.G. ve Chakraborty, M., Influence of grain refinement and modification on microstructure and mechanical properties of Al–7Si and Al–7Si–2.5Cu cast alloys, Materials Characterization, 59 (3), 283-289, 2008.
9. Cao, Y., Ni, S., Liao, X., Song, M. ve Zhu, Y., Structural evolutions of metallic materials processed by severe plastic deformation, Materials Science and Engineering: R: Reports, 133, 1-59, 2018.
10. Estrin, Y. ve Vinogradov, A., Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science, Acta Materialia, 61 (3), 782-817, 2013.
11. Purcek, G., Saray, O. ve Kul, O., Microstructural evolution and mechanical properties of severely deformed Al-12Si casting alloy by equal-channel angular extrusion, Metals and Materials International, 16 (1), 145-154, 2010.
12. Suresh, M., Sharma, A., More, A.M., Kalsar, R., Bisht, A., Nayan, N. ve Suwas, S., Effect of equal channel angular pressing (ECAP) on the evolution of texture, microstructure and mechanical properties in the Al-Cu- Li alloy AA2195, Journal of Alloys and Compounds, 785, 972-983, 2019.
13. Sabirov, I., Murashkin, M.Y. ve Valiev, R.Z., Nanostructured aluminium alloys produced by severe plastic deformation: New horizons in development, Materials Science and Engineering: A, 560, 1-24, 2013.
14. Cherukuri, B., Nedkova, T.S. ve Srinivasan, R., A comparison of the properties of SPD-processed AA- 6061 by equal-channel angular pressing, multi-axial compressions/forgings and accumulative roll bonding, Materials Science and Engineering: A, 410-411, 394- 397, 2005.
15. Zhu, Q.F., Wang, J., Li, L., Ban, C.Y., Zhao, Z.H. ve Cui, J.Z., Effect of Forging Temperature on Deformability and Structure Evolution of High Purity Aluminium during Multi-Directional Forging Process, Materials Science Forum, 877, 371-379, 2017.
16. Zhang, Z.X., Qu, S.J., Feng, A.H., Hu, X. ve Shen, J., Microstructural mechanisms during multidirectional isothermal forging of as-cast Ti-6Al-4V alloy with an initial lamellar microstructure, Journal of Alloys and Compounds, 773, 277-287, 2019.
17. Djavanroodi, F., Ebrahimi, M. ve Nayfeh, J.F., Tribological and mechanical investigation of multi- directional forged nickel, Scientific Reports, 9 (1), 241, 2019.
18. Wei, J., Jiang, S., Chen, Z. ve Liu, C., Increasing strength and ductility of a Mg–9Al alloy by dynamic precipitation assisted grain refinement during multi- directional forging, Materials Science and Engineering: A, 780, 139192, 2020.
19. Gao, N., Wang, C.T., Wood, R.J.K. ve Langdon, T.G., Tribological properties of ultrafine-grained materials processed by severe plastic deformation, Journal of Materials Science, 47 (12), 4779-4797, 2012.
20. Larouche, D. ve Javidani, M., Application of cast Al–Si alloys in internal combustion engine components, International Materials Reviews, 59 (3), 132-158, 2014.
21. Gutierrez-Urrutia, I., Muñoz-Morris, M.A. ve Morris, D.G., Contribution of microstructural parameters to strengthening in an ultrafine-grained Al–7% Si alloy processed by severe deformation, Acta Materialia, 55 (4), 1319-1330, 2007.
22. Alemdağ, Y., Karabıyık, S., Yanar, H. ve Pürçek, G., Mechanical Properties of Multi-Directional Forged Al- 7Si-4Zn-3Cu Alloy, Defect and Diffusion Forum, 385, 250-255, 2018.
23. Kapoor, R., Sarkar, A., Yogi, R., Shekhawat, S.K., Samajdar, I. ve Chakravartty, J.K., Softening of Al during multi-axial forging in a channel die, Materials Science and Engineering: A, 560, 404-412, 2013.
24. Stemler, P.M.A., Flausino, P.C.A., Pereira, P.H.R., de Faria, C.G., Almeida, N.G.S., Aguilar, M.T.P. ve Cetlin, P.R., Mechanical behavior and microstructures of aluminum in the Multi-Axial Compression (MAC) with and without specimen re-machining, Materials Letters, 237, 84-87, 2019.
25. Hegde, S. ve Prabhu, K.N., Modification of eutectic silicon in Al–Si alloys, Journal of Materials Science, 43 (9), 3009-3027, 2008.
26. Naser, T.S.B., Bobor, K. ve Krállics, G., Tensile behavior of multiple forged 6082 Al alloy, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 58 (2), 113-117, 2014.
27. Clarke, J. ve Sarkar, A.D., Wear characteristics of as- cast binary aluminium-silicon alloys, Wear, 54 (1), 7- 16, 1979.
28. Lee, P.P., Savaskan, T. ve Laufer, E., Wear resistance and microstructure of Zn-Al-Si and Zn-Al-Cu alloys, Wear, 117 (1), 79-89, 1987.
29. Dey, S.K., Perry, T.A. ve Alpas, A.T., Micromechanisms of low load wear in an Al–18.5% Si alloy, Wear, 267 (1-4), 515-524, 2009.
30. Torabian, H., Patak, J.P. ve Tiwari, S.N., Effect of hardness on wear rates of AI-Si alloys, Journal of Materials Science Letters, 14 (23), 1631-1632, 1995.
31. Bai, B.N.P. ve Biswas, S.K., Mechanism of wear in dry sliding of a hypoeutectic aluminum alloy, Lubrication Engineering, 43 (1), 57-61, 1987.
32. Li, X.Y. ve Tandon, K.N., Mechanical mixing induced by sliding wear of an Al–Si alloy against M2 steel, Wear, 225, 640-648, 1999.
33. Dwivedi, D.K., Adhesive wear behaviour of cast aluminium–silicon alloys: Overview, Materials & Design, 31 (5), 2517-2531, 2010.
34. Sarkar, A. ve Clarke, J., Friction and wear of aluminium-silicon alloys, Wear, 61 (1), 157-167, 1980.
35. Alemdağ, Y. ve Savaşkan, T., Effects of silicon content on the mechanical properties and lubricated wear behaviour of Al–40Zn–3Cu–(0–5) Si alloys, Tribology Letters, 29 (3), 221-227, 2008.
36. Hekimoğlu A.P. ve Savaşkan T., 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.
37. Xu, C.L., Yang, Y.F., Wang, H.Y. ve Jiang, Q.C., Effects of modification and heat-treatment on the abrasive wear behavior of hypereutectic Al–Si alloys, Journal of Materials Science, 42 (15), 6331-6338, 2007.
38. Wilson, S. ve Alpas, A.T., Thermal effects on mild wear transitions in dry sliding of an aluminum alloy, Wear, 225, 440-449, 1999.
39. Mahato, A., Perry, T.A., Jayaram, V. ve Biswas, S.K., Pressure and thermally induced stages of wear in dry sliding of a steel ball against an aluminium–silicon alloy flat, Wear, 268 (9-10), 1080-1090, 2010.

APA	Alemdağ Y, Karabıyık S, Purcek G (2021). Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. , 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
Chicago	Alemdağ Yasin,Karabıyık Sadun,Purcek Gencaga Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. (2021): 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
MLA	Alemdağ Yasin,Karabıyık Sadun,Purcek Gencaga Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. , 2021, ss.255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
AMA	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. . 2021; 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
Vancouver	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. . 2021; 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
IEEE	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G "Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi." , ss.255 - 265, 2021. 10.17341/gazimmfd.523117
ISNAD	Alemdağ, Yasin vd. "Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi". (2021), 255-265. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.523117

APA	Alemdağ Y, Karabıyık S, Purcek G (2021). Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(1), 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
Chicago	Alemdağ Yasin,Karabıyık Sadun,Purcek Gencaga Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.1 (2021): 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
MLA	Alemdağ Yasin,Karabıyık Sadun,Purcek Gencaga Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.1, 2021, ss.255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
AMA	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
Vancouver	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 255 - 265. 10.17341/gazimmfd.523117
IEEE	Alemdağ Y,Karabıyık S,Purcek G "Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.255 - 265, 2021. 10.17341/gazimmfd.523117
ISNAD	Alemdağ, Yasin vd. "Çok yönlü sıcak dövme işleminin Al-7Si-4Zn-3Cu alaşımının mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/1 (2021), 255-265. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.523117