AA6061-O Al-Alaşımı Levhalardan Elde Edilen Kaynaklı

6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilen kaynaklı parçalardan çıkarılan numunelerin kaynak kesitleri Şekil 5.21’de, bu numunelerin DKB’leri Şekil 5.22’de ve bu bölgedeki tane yapısı ise Şekil 5.23 ve 5.24’de verilmiştir.

Şekil 5.21 6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilen kaynaklı parçalardan çıkarılan numunelerin kaynak kesiti görüntüleri : (a) kaynak sonrası ısıl işlem görmemiş numuneler, (b) kaynak sonrası ısıl işlem görmüş numuneler.

Kaynak sonrası ısıl işlem görmemiş numunelerin kaynak kesitleri incelendiğinde her iki numunede de herhangi bir kaynak hatası olmadığı görülmektedir (Şekil 5.21a, Şekil 5.22). Ayrıca bu numunelerde (1000/150 ve 1500/400) kaynak sırasındaki ısı girdisinin ve kaynak işlemi sonrasındaki doğal yaşlanma sürecinin etkisi ile DKB’de homojen bir şekilde dağılmış çökelti partiküllerinin teşekkülü söz konusu olmuştur (Şekil 5.22, Şekil 5.23). Şekil 5.23 üzerinden görülebileceği üzere SKK prosesi sırasında DKB’de oluşan şiddetli plastik deformasyon ve yeniden kristalleşme neticesinde bu bölgede ince taneli bir yapı (10 µm’nin altında) meydana gelmiştir. Ayrıca yine aynı şekil üzerinden takip edilebileceği üzere 6061-O baz malzemedeki büyük ve yuvarlak partiküller (Mg2Si) az bir miktarda da olsa mevcudiyetlerini bu

bölgede de sürdürmüşler ancak bu partiküllere ek olarak ince taneli yapının taneleri içinde homojen bir şekilde dağılmış ince partiküller de meydana gelmiştir.

Şekil 5.23 6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilen kaynaklı numunelerin DKB’lerine ait detaylı görüntüler.

20 µm

Şekil 5.24 6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilerek kaynak sonrası ısıl işleme tabi tutulmuş numunelerin DKB’lerine ait detaylı görüntüler.

Şekil 5.25 6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilen kaynaklı numunelerin süpürme tarafına ait mikroyapı görüntüsü.

Şekil 5.26 6061-O Al-alaşımı levhalardan elde edilerek kaynak sonrasında ısıl işleme tabi tutulan kaynaklı numunelerin süpürme tarafına ait mikroyapı görüntüsü.

Aynı numunelerin kaynak sonrası ısıl işlem görmüş hallerini (1000/150-PWHT ve 1500/400-PWHT) göstermekte olan Şekil 5.21b’den görüleceği üzere ise bu numunelerin karıştırma bölgelerinde (DKB ve TMEB) ısıl işlem sürecinde yeniden kristalleşme ve bunun neticesinde aşırı tane büyümesi (ATB) söz konusu olmuştur. Her iki numunede de bu bölgeler ısıl işlem sürecinde yeniden kristalleşmiş ve bölgenin tümünde ATB meydana gelmiştir. Bu durum Şekil 5.22 ve 5.24 üzerinden de takip edilebilir. Ayrıca bu numunelere uygulanan yapay yaşlandırma işlemi neticesinde bu bölgelerde homojen bir şekilde dağılmış ince sertleştirici çökeltiler meydana gelmiştir. Bu numunelerdeki bir diğer durum ise kaba çökeltilerin ATB’nin söz konusu olmuş olduğu tane sınırlarına çökelmesi ve tane sınırları boyunca sıralanmasıdır (Şekil 5.22 ve 5.24).

SKK prosesi sırasında özellikle DKB’de yüksek derecede plastik deformasyon durumu söz konusudur ve kaynak işlemi malzemelerin plastik olarak deforme edilmesi esasına dayanmaktadır (Çam, 2011; Mishra ve Mahoney, 2007; Reynolds, 2003). Metallerin deformasyonu sırasında yapılan işin çoğu ısı olarak açığa çıkmakla beraber bu işin çok küçük de olsa (yaklaşık olarak %1’lik) bir kısmı malzemede depolanmış enerji olarak tutulmaktadır. Depolanan bu enerji miktarı artan gerinim (plastik deformasyon) ile artmaktadır. Çok kristalli metallerin taneleri, plastik deformasyon sırasında şekillerini değiştirirler ve bunun bir sonucu olarak toplam tane sınırı alanları artar. Bu artış ile beraber depolanan enerji de artar ve depolanan bu enerji şekil değiştiren malzeme ince taneli yapıya sahip ise (deformasyon öncesi) ve yüksek gerinim durumlarında daha fazladır. Depolanan bu enerjinin heterojen bir şekilde yayılmış olması yeniden kristalleşme esnasındaki çekirdeklenmeyi etkiler ve bu heterojenliğin yüksek düzeylerde olması yeni tanelerin büyümesine neden olur. Yeniden kristalleşme sonrasında alttane (subgrain) kabalaşması ve tane büyümesinin nedeni, malzemelerin toplam tane sınırı alanını, dolayısıyla depolanan enerji miktarını, azaltma eğiliminde olmalarıdır (Humphreys ve Hatherly, 2004).

Yeniden kristalleşme sonucu dislokasyonlar ortadan kalksa da malzeme termodinamik olarak stabil olmayan (kararsız) tane sınırları içerir. Bundan sonra yapılacak yumuşatma tavlaması küçük tanelerin elimine edilmesi ve büyük tanelerin büyümesi sonucunda tane sınırlarının düşük enerji düzeyine erişmesi ile sonuçlanır.

Bazı durumlarda bu normal tane irileşmesi, az miktarda tanenin aşırı derecede irileşmesi ile sonuçlanabilir ve bu durum aşırı tane büyümesi (ATB) olarak bilinir. Bu irileşme sürecinde tetikleyici kuvvet, tane sınırlarının tane içlerindeki uyumlu partikülleri aşarak ilerlemesi veya onları çözündürmesi için yetersiz kalırsa bu partiküller uyumsuz partiküller olarak tane sınırlarına çökelirler. Bu partiküllerin tane sınırlarındaki eğrilik yarıçaplarının artması kabalaşmalarına neden olur ve bu durum da tane sınırlarının kilitlenmesini arttırır (Humphreys ve Hatherly, 2004).

Bu doğrultuda, SKK yapılmış olan levhaların karıştırma bölgesi ve özellikle yüksek deformasyonun söz konusu olduğu DKB’si, bu levhaların kaynak işlemi sonrasında ısıl işleme tabi tutulmaları durumunda meydana gelecek olan yeniden kristalleşme sürecinde ATB durumunun söz konusu olması potansiyeline sahip olduğu ortaya çıkmaktadır.

Attallah ve Salem (2005) SKK ile birleştirilmiş 2095 Al-alaşımı levhalar üzerine yapmış oldukları çalışmada da, levhaların kaynak sonrasında ısıl işleme tutulmaları durumunda ATB durumunun söz konusu olduğunu ve bu durumun kullanılan kaynak parametreleri ile ilintili olduğunu tespit etmişlerdir. Kaynak işlemi sırasında düşük devir ve yüksek ilerleme hızı kullanmaları durumunda, kaynak sonrasında ısıl işlem sürecinde ATB oluşumunun ortaya çıkma ihtimalinin arttığını ve yapının çekme dayanımı üzerinde olumsuz bir etki yaptığını belirtmişlerdir. ATB’nin mekanik özellikler üzerindeki etkisi ileriki başlıklarda tartışılacaktır.

Şekil 5.25 kaynak sonrası ısıl işlem görmemiş, Şekil 5.26 ise kaynak sonrası ısıl işlem görmüş numunelerin süpürme taraflarına (ST) ait mikroyapılarını içermektedir. Kaynak sonrası ısıl işlem görmemiş numunelerde, DKB ile TMEB arasındaki belirgin geçiş ve kaynak bölgesinde çökelmiş olan ince partiküller gözlemlenebilmektedir. Kaynak sonrası ısıl işlem görmüş numunelerde ise IEB’deki partiküllerin, ısıl işlem görmüş 6061-O baz malzemede olduğu gibi irileştiği, 1000/150-PWHT numunesinde IEB’deki bulunma yoğunluklarının daha fazla olduğu ve bir kümelenme durumunun söz konusu olduğu gözlemlenebilmektedir. Bu kümelenme durumunu, Lim ve ark. (2004, 2005) SKK sırasında batıcı ucun dönme

hareketinden dolayı sertleştirici partiküllerin DKB dışında belli mesafelere itilerek kümelenmesine bağlamışlardır.