Çinko-alüminyum esaslı yatak alaşımlarının içyapı ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Değişik kimyasal bileşimlerde bir dizi ikili çinko-alümin yum, üçlü çinko-alüminyum-bakır ve çinko-alüminyum-silisyum ve dörtlü çinko-alüminyum-bakır-silisyum alaşımları kokil dökün yön temi ile üre tildi. Alaşımların içyapı ve mekanik özellikleri, ge rek dökülmüş, gerekse ısıl işlem görmüş durumlarda incelenerek, kimyasal bileşim oranının bu özellikler üzerindeki etkileri be lirlendi. Sözkonusu alaşımların aşınma davranışları ise, labora tuvarda imal edilen yeni bir aşınma deney düzeneği yardımı ile incelendi. Bulunan sonuçlar alaşımların kimyasal bileşimi, içya pısı ve mekanik özelliklerine dayandırılarak açıklandı. İncelemeler sonucunda, ikili alaşımların çekme dayanımı ile sertliğinin artan alüminyum oranı ile artarak yaklaşık % 60 Al o ranında en yüksek değerlere ulaştığı ve bu oranın üzerindeki bi leşimlerde ise, tekrar azaldığı görüldü. Düşük oranlarda bakır i çeren üçlü Zn-Al-Cu alaşımlarında ise, mukavemet değerlerinin alü minyum oranı ile artarak % 40 Al oranında en yüksek değerlere ulaştıktan sonra, tekrar düştüğü gözlendi. Ayrıca, düşük oranlarda ki bakır katkılarının ikili çinko-alüminyum alaşımlarının çekme dayanımı ile sertliğini büyük ölçüde arttırdığı belirlendi. Ancak, belirli bir oranın üzerindeki bakır katkılarının, bu alaşımların mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilediği görüldü. Bu çalışmada, dökülmüş durumdaki alaşımların stabilize edil miş alaşımlardan daha üstün aşınma davranışı sergilediği görüldü. Nitekim, en yüksek aşınma direnci dökülmüş durumdaki silisyum içe ren üçlü alaşımdan, en düşük aşınma direnci ise stabilize edilmiş durumdaki bakır içeren üçlü ZnA125Cu2 alaşımından elde edildi. Si lisyum,içeren bütün alaşımlar (ZnA140Si2, ZnAl40Cu2Si2), gerek ba kır içeren alaşımlardan ve gerekse geleneksel bir yatak malzemesi olan DIN-1705 (CuSnl2) bronzundan daha üstün aşınma davranışı ser giledi. Alaşımların hem mukavemet ve hemde aşınma direncini yük seltmek bakımından, bakır ve silisyumun çok uygun alaşım element leri olduğu belirlendi. Bakır katkısı alaşımların mekanik özellik-4 lerini iyileştirmede silisyumdan daha etkili olurken, silisyum katkısının aşınma dayanımını arttırmada bakırdan daha etkin ol duğu görüldü. Nitekim, hem bakır ve hemde silisyum içeren dörtlü ZnAl40Cu2Si2 alaşımının, mukavemet yönünden üçlü ZnAl40Si2 ala şımından, aşınma dayanımı bakımından ise yalnız bakır içeren ötektoid ve monotektoid esaslı üçlü Zn-Al-Cu alaşımlarından da ha üstün olduğu belirlendi.

A series of binary zinc-aluminum, ternary zinc-aluminum- copper and zinc-aluminum-silicon and quaternary zinc-aluminum- copper-silicon alloys were produced by permanent mould casting. Their micro-structure and mechanical properties were investiga ted in the as-cast and heat treated conditions as a function of chemical composition. The wear behaviour of the alloys was exa mined using a new wear test apparatus which is designed and cons tructed for this work. The wear test results obtained from the alloys were related to their chemical composition, microstructure and mechanical properties. It was found that the tensile strength and the hardness of the binary alloys increased with increasing aluminum content up to 60 % Al, above which they decreased as the aluminum content increased. It was also found that the additions of small amount of copper greatly increased the tensile strength and hardness of the binary alloys. However, above a certain percentage, the mec hanical properties of these alloys were inversely affected by the copper additions. It was also shown that all the experimental alloys in the as-cast condition exhibited superior wear behaviour than in the stabilized condition. Among the experimental alloys, the highest wear resistance was obtained with the silicon-containing alloys in the as-cast condition, while the copper-containing ternary ZnA125Cu2 alloy showed the lowest wear resistance in the stabi lized condition. As a result, of this work, copper and silicon were found to be most useful alloying additions to improve both mechanical and wear behaviour of the alloys. However, copper was a more effecti ve strengthening additive than silicon, while silicon was found to be more effective than copper in increasing wear resistance of the alloys.Xll A quaternary alloy containing both copper and silicon, showed higher strength than silicon-containing ternary alloys, and higher wear resistance than copper-containing ternary alloys. It is therefore concluded that for zinc-aluminum alloys optimum properties including strength and wear resistance can be obtained by the additions of controlled amount of both copper and silicon.