Çinko-esaslı süperplastik alaşımların geliştirilmesi ve yapısal, mekanik ve titreşim sönümleme davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, üç farklı faz yapısına sahip Zn-22Al, Zn-5Al ve Zn-0,3Al alaşımlarına basitten komplekse doğru termal ve/veya termomekanik işlemler uygulandı ve bu işlemlerin alaşımların içyapıları, oda sıcaklığındaki süperplastik davranışları ve elastik sönüm kapasiteleri üzerine etkileri sistematik bir şekilde incelendi. Genel olarak, eş kanallı açısal ekstrüzyon/basma (EKAE/B) işleminin, yaşlandırma ve haddeleme işlemlerine kıyasla daha ince tane yapısına neden olduğu görüldü. Minimum tane boyutu Zn-22Al alaşımında 200 nm olarak elde edilirken, Zn-5Al ve Zn-0,3Al alaşımlarının en düşük tane boyutları sırası ile ~540 nm ve 2 µm olarak ölçüldü. Tane inceltme işlemleri sonrası her üç Zn-Al alaşımında oda sıcaklığı (O.S.) ve yüksek deformasyon hızlarında süperplastik uzama kaydedildi. Zn-22Al, Zn-5Al ve Zn-0,3Al alaşımlarında maksimum uzamalar sırası ile % 400, % 520 ve % 1000 olarak elde edildi. Böylelikle, Zn-22Al alaşımının yüksek deformasyon hızındaki süperplastik davranışı geliştirilirken, Zn-5Al alaşımında O.S.'da ilk defa süperplastik davranış elde edilmiş oldu. Zn-Al alaşımlarının süperplastik davranışlarının yanısıra O.S.'da yüksek sönüm kapasitesine (tanδ) de sahip oldukları görüldü. Maksimum tanδ değeri Zn-0,3Al alaşımında 0,256 (literatürde Zn-Al alaşımlarında kaydedilen en yüksek değer) olarak elde edildi. Zn-22Al ve Zn-5Al alaşımlarının en yüksek tanδ değerleri sırası ile 0,211 ve 0,170 olarak belirlendi. Böylelikle hem Zn-22Al alaşımının sönüm kapasitesi literatürde elde edilen sonuçlara göre daha da iyileştirildi, hem de bu çalışma ile yüksek sönüm kapasitesine sahip yeni Zn-Al alaşımları (Zn-5Al ve Zn-0,3Al) geliştirilmiş oldu.

In this study, Zn-22Al, Zn-5Al and Zn-0.3Al alloys in different phase structures were subjected to some thermal and/or thermomechanical processes from simple to complex types, and the effects of these processes on the microstructure, room temperature (RT) superplastic behavior and elastic deformation induced damping capacity were investigated in detail. In general, equal-channel angular extrusion/pressing (ECAE/P) remarkably refined microstructures as compared to aging and rolling processes. While the lowest grain size was obtained from Zn-22Al alloy as 200 nm, the minimum grain sizes of Zn-5Al and Zn-0.3Al alloys were measured to be ~540 nm and 2 µm, respectively, after ECAP. After the formation of fine/ultrafine grained (F/UFG) microstructures, all three Zn-Al alloys showed superplastic behavior at RT and at high strain rates. The maximum superplastic elongations were obtained as 400 %, 520 % and 1000 % for Zn-22Al, Zn-5Al and Zn-0.3Al alloys, respectively. Thus, RT superplasticity of Zn-22Al was improved, and Zn-5Al showed superplastic behavior at RT for the first time. Besides the superplastic properties, Zn-Al alloys also showed high damping capacity (tanδ) at RT. The maximum tanδ of 0.256 (the highest one achieved in Zn-Al alloys in the literature) was obtained from Zn-0.3Al alloy at 1 Hz frequency and 2x10-3 strain amplitude. The tanδ values of Zn-22Al and Zn-5Al alloys were measured as 0.211 and 0.170, respectively, at the same frequency and strain amlitude. Thus, damping capacity of Zn-22Al alloy was further improved, and new high damping capacity Zn-Al alloys (Zn-5Al and Zn-0.3Al) were developed with this study.