Su Verme ve Yaşlandırma Koşullarının 2024 Al Alaşımının Sertleşme Davranışı Üzerindeki Etkileri

Abstract

AA2024 alüminyum alaşımı, düşük yoğunluğu, yüksek mukavemeti, yüksek şekillendirilebilirliği ve iyi yorulma direnci sayesinde uzay ve havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir yaşlandırma sertleşmesi alaşımdır. Yaşlandırma sertleşmesi, çözelti haline getirme, suverme ve yaşlandırma adımlarından oluşan üç aşamalı bir süreçtir. Bu projede, suverme ve yaşlandırma koşullarının 2024 Al alaşımının doğal yaşlanma sertleşmesi davranışı üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Su verme ortamı (saf su, ayçiçek yağı, tuz, şeker, metanol ve glikolün sulu çözeltileri) ve su verme sıcaklığı (-30°C, 0°C, 20°C ve 85°C) değiştirilerek çeşitli suverme koşulları oluşturulmuştur. Yukarı suverme (ani ısıtıp soğutma) deneyleri, oda sıcaklığında yaşlandırılan 2024 Al alaşımı numunelerin çok kısa süreyle (20-60 s) yüksek sıcaklığa (170°C) maruz bırakılmalarıyla gerçekleştirilmiştir. Saf ve tuzlu su dışında kalan suverme ortamlarının, zayıf ısı transfer kabiliyetleri nedeniyle 2024 Al alaşımının suverme sırasında sertleşmesini engelleyemediği ve bunun da suverilmiş halde yüksek sertlik değerlerine yol açtığı tespit edilmiştir. Yukarı suverme deneylerinin sonuçları bu yöntemin 2024 Al alaşımının hızlandırılmış sertleşmesi için çok etkili olduğunu göstermiştir. Katı çözelti içinde alaşım elementleri bakımından zengin kümelerin oluşumunun yukarı su verilmiş numunelerin sertliklerinde gözlemlenen artışın ardındaki ana mekanizma olduğu düşünülmektedir.

AA2024 aluminum is an age hardening alloy which is widely used in aerospace industry thanks to its low density, high strength, high formability and good fatigue resistance. Age hardening is a three-step process which consists of solutionizing, quenching and aging steps. This project aimed at studying the effects of quenching and aging conditions on the natural age hardening behavior of 2024 Al alloy. Various quenching conditions were created by changing the quenching medium (pure water, sunflower oil, aqueous solutions of salt, sugar, methanol, and glycol) and quenching temperature (-30°C, 0°C, 20°C and 80°C). Up-quenching experiments were performed by subjecting 2024 Al alloy samples to very short (20-60 s) thermal spikes (170°C) while they were aging at room temperature. It is found that other than pure and salty water the remaining quenching media could not prevent the hardening of 2024 Al during quenching due to their poor heat transfer capabilities and this resulted in high as-quenched hardness values. The results of the up-quenching experiments showed that it is a very effective method for the accelerated hardening of 2024 Al alloy. Formation of solute rich clusters is thought to be the main mechanism behind the observed increase in up-quenched samples.