Zn-30Al esaslı alaşımların yapı ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada bir adet ikili Zn-30Al, beş adet üçlü Zn-30Al-(1-5)Cu ve altı adet dörtlü Zn-30Al-3Cu-(0,5-5)Si alaşımı kokil kalıba döküm yöntemiyle üretildi. Üretilen alaşımların yapısal ve mekanik özellikleri belirlendikten sonra tribolojik özellikleri blok-disk esaslı bir aşınma deney düzeneği yardımıyla incelendi. Elde edilen sonuçlar, aynı koşullarda SAE 65 ve 660 bronzlarından elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldı.İkili Zn-30Al alaşımının içyapısının α, β ve η fazlarından, üçlü Zn-30Al-(1-5)Cu alaşımlarının içyapılarının ise ikili alaşımdaki fazlar ile birlikte ε fazından oluştuğu görüldü. Dörtlü Zn-30Al-3Cu-(0,5-5)Si alaşımlarının içyapılarının ise üçlü alaşımların yapısında bulunan fazlar ile silisyum parçacıklarından oluştuğu gözlendi. Üçlü alaşımların setlik ve mukavemet değerlerinin artan bakır oranıyla arttığı; dörtlü alaşımların sertliğinin artan silisyum oranıyla arttığı, çekme dayanımının ise %1 Si oranından sonra azaldığı görüldü. Aşınma deneyine tabi tutulan tüm alaşımların sürtünme katsayıları artan basınç ile azalırken, çalışma sıcaklığı ve hacim kaybı değerlerinin arttığı gözlendi. Kayma hızının artması durumunda ise alaşımların söz konusu değerlerinin arttığı belirlendi. Zn-30Al esaslı alaşımların hepsinin SAE 65 ve 660 bronzlarından daha yüksek aşınma direnci sergiledikleri görüldü.Yapılan değerlendirme sonucunda Zn-30Al esaslı alaşımlar için tribolojik özellik-bakır/silisyum oranı-çalışma parametresi ilişkileri belirlendi. Üçlü ve dörtlü alaşımlar içerisinde en yüksek aşınma direncine sahip Zn-30Al-3Cu ve Zn-30Al-3Cu-0,5Si alaşımlarının sürtünme katsayısı ve aşınma hacmi değerlerinin basınç ve kayma hızına göre değişimlerini gösteren denklemler ortaya konuldu.

In this study, one binary Zn-30Al, five ternary Zn-30Al-(1-5)3Cu and six quaternary Zn-30Al-3Cu-(0.5-5)Si alloys were prepared by permanent mold casting. Tribological properties of these alloys were studied using a block-on-disk machine after determining their microstructural and mechanical properties. The microstructure of binary Zn-30Al alloy is composed of α, β and η phases. The microstructure of the ternary Zn-30Al-(1-5)Cu alloys contained ε phase in addition to the phases present in the binary alloy, and the quaternary Zn-30Al-3Cu-(0,5-5)Si alloys revealed silicon particles in addition to the phases observed in the ternary alloys. The hardness and the tensile strength of the ternary alloys increased, but their ductility decreased with copper content. The tensile strength of quaternary alloys increased with silicon content up to % 1, above which the trend reversed. However, the hardness of the quaternary alloys increased with increasing silicon content. Among the ternary and the quaternary alloys, the highest wear resistance was obtained from Zn-30Al-3Cu and Zn-30Al-3Cu-0.5Si alloys, respectively. The temperature and wear volume of the experimental alloys increased, but their friction coefficient decreased with contact pressure. However, the values of these properties increased with sliding velocity in both lubricated and unlubricated conditions. The wear resistance of Zn-30Al based ternary and quaternary alloys were found to be higher than those of SAE 65 and SAE 660 bronzes.Correlation of the experimental data resulted in the determination of tribological property-Cu/Si content-test parameter relationships for the Zn-30Al-based alloys. In addition, the equations for estimation of the friction coefficient and the wear volume of the Zn-30Al-3Cu and Zn-30Al-3Cu-0.5Si alloys which have the highest wear resistance among the experimental alloys were derived.