İndüksiyonla ergitme ve eriyik eğirme teknikleri ile Al-5Cu-XSc (x= 0.5 and 1.0) alaşımlarının üretimi ve mekanik karakterizasyonu

Abstract

Al-5Cu, 2xxx serisi Al-esaslı alaşım grubundan olup hafif ağırlığın gerektirdiği otomotiv ve havacılık endüstrisinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Al-5Cu alaşımlarının en belirgin özellikleri, düşük yoğunluk, yüksek erime sıcaklığı, iyi termal iletkenlik, yüksek dayanım ve tokluktur. Bu çalışmada, Al-5Cu alaşımının mekanik özelliklerinin geliştirilmesi amaçlandı. Bu amaçla, ağ.% 0.5 ve 1.0 oranında Skandiyum (Sc) katkılı Al-5Cu alaşımı indüksiyonla ergitme ve eriyik eğirme yöntemleri ile üretildi. X-ışınımı kırınımı (XRD) analizlerinden, Al-5Cu alaşımında Al ve Al2Cu fazları gözlenirken, Sc katkılı alaşımlarda bu fazların yanında Cu2Sc fazı tespit edildi. Şerit alaşımlarda ise, kırınım piklerinin daha keskin olduğu görüldü. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizlerinde, Sc katkısının, külçe alaşımların mikro yapısını büyük oranda incelttiği görüldü. Ayrıca, Sc katkılı alaşımlarda yarı-kararlı iğnemsi θ'-Al2Cu fazlarına rastlandı. Şerit alaşımlarda ise mikro yapının tamamen eş-eksenli ve homojen tanelerden oluştuğu görüldü. Nano çentme ve çekme testi sonuçları, Sc elementinin Al-5Cu alaşımının mekanik özelliklerini büyük oranda geliştirdiğini gösterdi. Alaşımların mekanik özelliklerindeki iyileşme, tane boyutu sertleşmesi ve çökelti sertleşmesi mekanizmaları ile açıklandı.

Al-5Cu is a 2xxx series Al-based alloy group and has a wide range of applications in the automotive and aerospace industries where light weight is required. The most prominent properties of Al-5Cu alloys are low density, high melting temperature, good thermal conductivity, high strength and toughness. In this study, it was aimed to improve the mechanical properties of Al-5Cu alloy. For this purpose, Al-5Cu alloy with 0.5 and 1.0 wt% of Scandium was produced by induction melting and melt spinning methods. From the X-ray diffraction analysis, Al and Al2Cu phases were observed in Al-5Cu alloy. Besides these phases, Cu2Sc phase was detected in Sc doped alloys. In ribbon alloys, diffraction peaks were found to be sharper. In the scanning electron microscope analysis, it was observed that the Sc addition significantly reduced the microstructure of the ingot alloys. In addition, metastable θ'-Al2Cu phases with needle-like shape were observed in Sc doped alloys. In the ribbon alloys, the microstructure was found to consist entirely of equiaxed and homogeneous grains. The nano indentation and tensile test results showed that the Sc element greatly improved the mechanical properties of the Al-5Cu alloy. The improvement in the mechanical properties of the alloys was explained by grain size hardening and precipitation hardening mechanisms.