Eriyik Eğirme yöntemi ile üretilmiş (Melt-Spun) Al-25Si-5Fe alaşımı

Şekil 4.39 da ağırlıkça % 25 oranında silisyum içeren hızlı katılaştırılmış şeritlere ait optik mikrograflar verilmektedir. Şekilden görülebileceği üzere bütün şeritlerin mikro- yapılarında koyu gri renkte görülen çok küçük boyutlu birincil silisyum parçacıkları homojen bir şekilde dağılmışlardır. Burada görülen silisyum fazları ingat numunelerdeki muadilleri (Şek.4.32) ile karşılaştırıldığında oldukça incelmiş ve mikroyapı içerisinde

homojen bir şekilde dağılmış durumdadırlar. Kobalt katkısız MS25 şeridinin kalınlığı yaklaşık 80 m iken, kobalt katkılı şeritlerin (MS25-1, MS25-3 ve MS25-5) kalınlıkları yaklaşık olarak 40 m kadardır. Kobalt katkısız (MS25) ve % 1 kobalt katkılı (MS25-1) numunelerde özelliksiz bölge gözlenmezken (featureless zone), % 3 ve 5 kobalt katkılı MS25-3 ve MS25-5 numunelerinde özelliksiz bölge görülebilmektedir. Özellikle MS25- 3 numunesinde yaklaşık 20 m kalınlığında çok belirgin bir özelliksiz bölge mevcuttur.

Şekil 4.39. Hızlı katılaştırılmış (a) MS25, (b) MS25-1, (c) MS25-3 ve (d) MS25-5 şerit- lerinin hafif dağlamadan sonra alınmış optik fotoğrafları

Disk Yüzü

Disk Yüzü

Disk Yüzü Disk Yüzü

Sadece optik mikrograflara bakarak, yapılan kobalt katkılarının birincil silisyum fazları ve intermetalik fazlar üzerindeki etkileri hakkında yorum yapmak yeterli değildir. Bu sebeple şeritler şiddetli bir dağlama işlemine tabi tutulduktan sonra, SEM mikrografları alınmıştır. Şekil 4.40 ta MS25 numunesinden alınmış SEM mikrografları görülmektedir.

Şekil 4.40. Eriyik eğirme yöntemi ile üretilmiş MS25 numunesinden alınmış (a) 5.000X ve ( b) 30.000X büyütme oranlarına sahip mikrograflar

Şekilden görüldüğü üzere MS25 numunesinin mikroyapısında faset yapılı silisyum faz- ları ve iğnemsi intermetalik fazlar mikroyapı içerisinde homojen bir şekilde dağılmış- lardır (Şek.4.40 (a)). MS25 numunesinin mikroyapısı (Şekil 4.40) ile TC25 numunesi- nin mikroyapısı (Şekil. 4.32 (a)) arasında bir kıyaslama yapıldığında, hem silisyum faz- larının hem de intermetalik fazların boyutları arasında muazzam bir farkın oluştuğu ko- laylıkla görülebilmektedir. Bu sonuç hızlı katılaştırma sebebi ile meydana gelmiştir. Ayrıca, hızlı katılaştırmanın etkisiyle silisyum fazlarının morfolojileri de büyük boyutlu plaka/blok benzeri yapıdan parçacık benzeri bir yapıya evrilmiştir. Fakat silisyum fazla- rının faset yapıları şu aşamada halen korunmaktadır (Şek.4.40 (a ve b)). Öte yandan, intermetalik fazların boyutlarında da çok ciddi bir küçülme tespit edilmesine karşın, morfolojilerinde önemli bir değişim gözlenmemiştir. Hem geleneksel döküm TC25 (Şe- kil. 4.32 (a)) hem de hızlı katılaştırılmış MS25 numunesinde intermetalik fazlar iğnemsi karakterdedirler. Ancak, TC25 numunesindeki intermetalik fazların boyutları MS25 numunesindeki intermetaliklere göre çok büyük olduklarından, SEM mikrograflarında genelde çubuk veya kiriş şeklinde görülmektedirler. Daha öncede belirtildiği gibi, iğ- nemsi Fe-içeren intermetalik fazlar silisyum fazları için çekirdeklenme bölgeleri olarak rol oynayabilirler (Han ve ark. 2004). Şekil 4.40 (b) de, faset yapılı bir silisyum kristali- nin, iğnemsi intermetalik fazın tam üzerinde büyüdüğü net bir şekilde görülebilmekte- dir. Bu durum yukarıda bahsedilen literatür bilgisi ile oldukça tutarlıdır.

Şekil 4.41 de verilen ağırlıkça %1 Co katkılı numuneye (MS25-1) ait SEM mikrografla- rı incelendiğinde, yapılan kobalt katkısı ile birlikte iğnemsi/plaka benzeri yapıdaki Fe- içeren intermetalik bileşiklerinin boyutlarının özellikle de kalınlıklarının arttığı ve mik- royapı içerisindeki sayılarının da azaldığı görülmektedir. Buna bağlı olarak, iğnemsi intermetalikler üzerinde çekirdeklenen silisyum fazlarının da boyutları artmakta ve mor- folojileri dentritik (artık faset yapıda değiller) yapıya dönüşmekedir (Şek.4.41 (a)). An- cak iğnemsi intermetaliklerden bağımsız olarak çekirdeklenen silisyum fazlarının hem boyutları çok küçük hem de morfolojileri parçacık benzeri (kimi yerde deniz yosunu benzeri (seaweed-like)) bir morfolojiye dönüşmüştür (Şek. 4.41 (b)).

Şekil 4.41. Hızlı katılaştırılmış MS25-1 numunesinden alınmış (a) 5.000X ve ( b) 30.000X büyütme oranlarına sahip mikrograflar

Şek. 4.42 de ise çok daha ilginç bir mikroyapı karşımıza çıkmaktadır. Ağırlıkça %3 Co ihtiva eden numunenin (MS25-3) mikroyapısı aluminyum matris içerisinde gömülü mü- kemmele yakın derecede küresel parçacıklardan oluşmaktadır. En iyi bilgilerimize göre, eriyik eğirme yöntemi ile üretilmiş ötektik üstü demir içeren Al-Si alaşımlarında şeridin tamamını veya tamamına yakın bir kısmını kapsayan bu tür bir mikroyapıdan daha önce

litaretürde bahsedilmemiştir (Şekil 4.42). Mikroyapı içerisinde herhangi bir iğnem- si/plaka benzeri intermetalik oluşumuna da rastlanmamaktadır. Şek.4.42 (a) da, şeridin disk yüzeyine yaklaşıldıkça yine soğuma hızının etkisi ile küresel parçacıkların boyutla- rının giderek azaldığı ve özelliksiz bölgenin oluştuğu görülmektedir. Küresel parçacık- ların boyutları şeridin genelinde 600 nm civarında iken, disk yüzüne yakın bölgelerde çok daha küçük hale gelmektedir (Şekil 4.42 (a)).

Şekil 4.42. Hızlı katılaştırılmış MS25-3 numunesinden alınmış (a) 10.000X ve (b) 30.000X büyütme oranlarına sahip mikrograflar

Şekil 4.42 (b) de verilen daha yüksek büyütmeli SEM mikrografında, MS25-3 numune- sinde gözlenen küresel parçacıkları daha ayrıntılı bir şekilde görülmektedir.

Şekil 4.43 te MS25-5 numunesinden alınan SEM mikrografları görülmektedir. Kobalt katkısı ağırlıkca %5 e çıkarıldığında (MS25-5) ise (Şek. 4.43) mikroyapı içerisinde hala

Şekil 4.43. Hızlı katılaştırılmış MS25-5 numunesinden alınmış (a) 5.000X ve (b) 30.000X büyütme oranlarına sahip mikrograflar

küresel parçacıklar görülse de, bu parçacıkların küresel morfolojilerinde bozulmalar meydana gelmektedir. Şek. 4.43 (b) de MS25-5 numunesinden alınmış SEM mikrogra- fında, küresel parçacıkların morfolojilerindeki bozulma net bir şekilde görülebilmekte- dir. Diğer taraftan, MS25-5 numunesinin mikroyapısındaki iğnemsi intermetaliklerin sayısı da oldukça azalmıştır. Hatta disk yüzeyine yakın bölgelerde neredeyse hiç iğnem- si intermetalik gözlenmemektedir. Buna karşın hava yüzeyine yakın bölgelerde iğnemsi intermetalikler tekrar ortaya çıkmaktadırlar.

Silisyum fazlarının mikroyapı içerisinde doğal faset yapılı karekterlerini muhafaza et- meleri, literatürde genellikle modifiye edilmemiş olmaları ile ilişkilendirilmektedir

(Kang ve ark. 2005; Xu ve ark., 2006). Gerçekten de kobalt katkılı numunelerdeki silis-

yum fazlarının morfolojileri, kobalt katkılı numunelerdekilere göre oldukça farklı olup faset yapılı değillerdir (Şek. 4.40-43). Bu numunelere eklenen kobaltın silisyum fazları- nı modifiye ettiği anlamına gelmektedir. Bu sonuç literatürde (Sha ve ark. (2011)) rapor edilen “kobaltın silisyum fazları üzerindeki etkisinin yok denecek kadar az” olduğu bil- gisi ile çelişmektedir. Şekil 4.40-43 te verilen SEM mikrograflarına göre, ağırlıkça %25 siliyum içeren hızlı katılaştırılmış alaşımlarda en etkili modifikasyon, ağırlıkça %3 ora- nında kobaltın eklenmesi ile gerçekleşmektedir. Ancak kobalt katkısı %5 e çıkarıldığın- da aşırı modifikasyon meydana gelmekte ve böylece hem küresel silisyum fazları bo- zulmakta hem de iğnemsi intermetalikler tekrar mikroyapı içerisinde yeniden ortaya çıkmaktadır.

Numunelere yapılan kobalt katkılarının mikroyapının morfolojisi üzerindeki etkilerini daha iyi görebilmek adına, numunelerden alınmış SEM mikrografları Şekil 4.44 te bir arada verilmektedir. Şek. 4.44 te kobaltsız şeridin (MS25) kalınlığının diğerlerinden fazla olduğu yine net bir şekilde görülmektedir. Ağırlıkça %20 silisyum içeren numune- lerdekine (Şekil 4.17 ve 22) benzer bir şekilde, şeritlerin bakır disk ile temas eden yü- zeylerindeki nispeten daha yüksek soğuma hızından dolayı bu bölgelerde hem Al, ve Si’nin ve hem de Fe-içeren intermetalik fazların boyutları daha küçüktür (Şek. 4.44 (a ve d). Daha önce belirtildiği üzere numunelerin mikroyapıları birbirlerinden oldukça farklı olsa da, genellikle oldukça homojendirler.

Şekil 4.44. Hızlı katılaştırılmış (a) MS25, (b) MS25-1, (c) MS25-3 ve (d) MS25-5 şerit- lerinin hafif dağlamadan sonra alınmış SEM mikrografları.

Şekil 4.45 de aşağıdan yukarıya sırasıyla MS25, MS25-1, MS25-3 ve MS25-5 şeritleri- nin XRD desenleri görülmektedir. Buna göre, MS25 numunesinin mikroyapısı fcc α-Al, elmas Si, ve tetragonal δ-Al4FeSi2 fazlarından oluşmaktadır. Yine MS25-1 ve MS25-5

numunelerinde de δ- intermetalik fazı tespit edilmektedir. Ağırlıkça %1 Co katkılı MS25-1 numunesinin mikroyapısı incelendiğinde, δ-fazına ait piklerin şiddetlerinin kobaltsız numunedekilere (MS25) göre arttığı gözlemlenmektedir. Ancak, ağırlıkça %3 Co katkılı MS25-3 numunesine ait XRD deseninde herhangi bir intermetalik oluşumu tespit edilememektedir. MS-25-5 numunesinde ise zayıfta olsalar, δ-intermetalik pikleri tekrar görünür olmaktadır. MS25-3 numunesinde -fazının tespit edilemeyişinin iki se- bebinin olabileceği düşünülmektedir. Buna göre, ya yapılan Co katkısı intermetalik olu- şumunun tamamen önüne geçmiştir veya mikroyapı içerisinde mevcut olan intermeta- liklerin miktarı XRD analizi ile tespit edilemeyecek kadar azdır. Fakat Şekil 4.44 te görüldüğü gibi MS25-5 numunesinin mikroyapısında iğnemsi intermetalikler SEM mik- rograflarında tespit edilebilmektedir. Bu durumda XRD analizlerinde -fazının tespit

edilemeyişinin nedeni, XRD yönteminin mikroyapıdaki oranları belirli bir orandan az olan fazları tespitindeki başarısızlığıdır. Burada verilen XRD analizleri, Şekil 40-43 ile uyum içerisindedir. Zira, SEM mikrograflarında (Şek.40-43) da MS25-1 numunesinde intermetaliklerin boyutlarının özellikle de kalınlıklarının arttığı, MS25-3 numunesinde hiçbir iğnemsi intermetalik fazına rastlanmadığı ve son olarak da MS25-5 numunesinde iğnemsi intermetalik fazların tekrar görünür hale geldikleri tespit edilmişti. Ağırlıkça % 25 silisyum içeren hızlı katılaştırılmış Al-Si alaşımlarının mikroyapısı üzerine kobalt katkısının etkisi geçirimli elektron mikroskobu (TEM) yardımı ile daha iyi bir şekilde tespit edilebilir.

Şekil 4.45. Hızlı katılaştırılmış MS25, MS25-1, MS25-3 ve MS25-5 numunelerine ait X-ışını desenleri

Bu sebeple kobalt katkısız MS25 ve SEM ölçümleri sonunda en dikkat çekici mikroya- pıya sahip olduğu değerlendirilen MS25-3 şeritleri üzerinde TEM analizleri yapılmıştır (Şekil 4.46 ve 47). Şekil 4.46, MS25 numunesinden alınan ve büyütme oranına göre küçükten büyüğe doğru (a), (b) ve (c) şeklinde sıralanan geçirimli elektron mikroskobu (TEM) fotoğraflarını göstermektedir. Şekil 4.46 (a) da nano boyutlu faset yapılı silis- yum taneleri ile boyutları 1 mm yi bulan iğnemsi Fe-içeren intermetaliklerin MS25 nu- munesinin mikroyapısında homojen bir şekilde dağıldıkları görülebilmektedir. Şekil

4.46 (b) de nano boyutlu (yaklaşık 400 nm) silisyum parçacıklarının fasetalı (keskin kenarlı) karakterleri belirgin bir şekilde tespit edilebilmektedir. Şekil 4.46 (c) de ise çok küçük boyutlu (yaklaşık 50 nm çapında) küresel bir silisyum parçacığı ile 200 nm uzun- luklu bir iğnemsi Fe-içerikli intermetalik görülebilmektedir.

Şekil 4.46. MS25 numunesinden alınan ve büyütme oranına göre küçükten büyüğe (a), (b) ve (c) şeklinde sıralanan TEM mikrografları

Şekil 4.47 (a, b, c ve d) de ağırlıkça %3 Co katkılı numuneye ait TEM, TEM-Maping ve TEM-EDS analizleri verilmektedir. Burada verilen TEM, TEM-Maping ve TEM-EDS analizlerine göre, MS25-3 alaşımının mikroyapısında bulunan küresel parçacıklar (Şek.4.42 ve Şek.4.44 (c)) ağırlıklı olarak silisyumdan oluşmaktadır. Küresel silisyum parçacıklarının içerisinde oval şekilli ve çok küçük boyutlu intermetalik bileşikler da- ğılmış durumdadır. Yuvarlak silisyum taneciği içerisinde görülen koyu gri renkli bölge- lerin TEM-EDS analiz sonuçları Çizelge 4.7 de verilmektedir. Çizelge 4.7 ye göre bu fazın stokiyometrik oranı Al4,0(FeCo)0,7Si1,9 şeklindedir. Bu oran, δ-Al4(FeCo)Si2 inter-

metalik fazının stokiyometrik oranı ile örtüşmektedir. Böylece -intermetalik fazının MS25-3 numunesinde var olduğu ve küresel silisyum parçacıkları içerisinde bu fazın homojen bir şekilde dağıldığı tespit edilmiş olmaktadır. Bu durumda, MS25-3 numune- sinin XRD analizlerinde herhangi bir intermetalik bileşiğin tespit edilememesinin sebebi, mikroyapı içerisinde bulunan intermetalik miktarının XRD analizi ile tespit edilemeye- cek kadar az olmasıdır.

Şekil 4.47. MS25-3 numunesinden alınan TEM mikrografları ve TEM-Haritalama (TEM-MApping) analizleri

Çizelge 4.8. Şekil 4.47 (b) de görülen yuvarlak silisyum taneciği içerisindeki koyu gri fazın TEM-EDS analiz sonucu

Yuvarlak Si taneciği içerisindeki  fazı

Al Si Fe Co

Kimyasal komposiyon (at. %) 60,1 29,1 6,1 4,7

Numunelerin DSC analizleri Şekil. 4.48 (a-c)’de verilmektedir. DSC analizlerinde göz- lenen piklerin, pik başlangıç ve maksimum sıcaklıkları ise Çizelge 4.8-10 verilmektedir. Literatür bilgilerine göre ağırlıkça %5 Fe ve %22 den daha fazla silisyum içeren Al-Si- Fe alaşımlarında ilk katılaşan faz 800 °C dolaylarında birincil silisyum fazıdır. Bunu daha sonra 770 °C civarında yarı kararlı δ-Al4FeSifazının oluşumu izler. Sıcaklık düş-

meye devam ettikçe δ-Al4FeSifazı, aşırı doymuş (Fe ve Si bakımından) α-Al fazından

demir ve silisyumu tüketerek büyür. Fe ve Si elementlerinin α-Al matris içerisindeki çözünürlükleri çok düşük olduğundan, δ-Al4FeSifazının ilk oluşmasından itibaren hem

demir hem de silisyum atomları bu fazın kenarlarına doğru taşınmaya başlar. Böylece, δ-Al4FeSifazı bir yönde hızlı iki yönde yavaş bir büyüme hızına sahip olacak şekilde

gelişmeye devam eder. Bu büyüme tarzı δ-Al4FeSi fazının iğnemsi yapıda olmasına

sebep olur. Daha sonra ise δ-Al4FeSifazı 630 – 700 °C sıcaklık aralığında peritektik bir

reaksiyon ile β-Al5FeSi fazına dönüşür (Cai et al. (2011); Hou et al.(2009); Raghavan

(2011)). Hou ve ark. (2009), sprey depolama yöntemi ile üretilen Al-25Si-5Fe alaşım- larının ısıtma süreçlerine ait DSC analizlerinde üçlü ötektik erime reaksiyonunun (

) yaklaşık 570 °C,  fazının  fazına peritektik reaksiyon ile dönüşü- münün ( ) 615 °C,  fazının erimesinin 709 °C ve birincil silisyumun eri- mesinin ise yaklaşık 770°C de görüldüğünü rapor etmişlerdir.

Bu durumda, Şekil 4.48 (a ve c) verilen MS25, MS25-5 numunelerine ait DSC analizle- rinde, soğutma eğrilerindeki 5, 6 ve 7 numaralı piklerin sırasıyla birincil silisyumun katılaşmasını (pik 5),  fazının katılaşmasını (pik 6) ve üçlü ötektik katılaşma reaksiyo- nunu (pik 7) temsil ettikleri düşünülmektedir. Şekil 4.48 (b) de verilen MS25-3 numu- nesine ait DSC grafiklerinde 6, 7 ve 8 numaralı pikler sırasıyla birincil silisyum fazının

oluşumunu,  fazının katılaşmasını ve üçlü ötektik katılaşma reaksiyonunu temsil et- mektedirler. MS25-3 numunesinde diğer numunelerden farklı olarak ısıtma eğrisinde fazladan bir pik (pik 1) gözlenmektedir (Şek.4.48 (b)).

Soğuma eğrilerinde dikkat edilmesi gereken bir diğer husus ta,  fazının oluşumu ile ilgili bir pikin mevcut olmayışıdır. Bunun sebebi literatürde şu şekilde açıklanmaktadır; δ-Al4FeSifazının  fazına dönüşümü, δ-Al4FeSifazından bir miktar silisyum ve demirin

α-Al matrise düfize olmaları sonucu gerçekleşir (Cai et al. (2011); Hou et al.(2009); Raghavan (2011)). Ancak, hem silisyum hem de demirin α-Al matris içerisindeki difüz- yon katsayısı oldukça düşüktür. Silisyumun ve demirin 610 °C de α-Al matris içindeki difüzyon katsayıları sırası ile DSi= 1.524x10-12 m2/s, DFe= 7.923x10-14 m2/s dir. Dolayı-

sıyla, silisyum ve demirin difüzyon miktarları sınırlıdır ve çok uzun süre devam edemez. Böylece, geleneksel döküm Al-25Si-5Fe-3Cu alaşımlarında, δ-Al4FeSi fazı baskın Fe-

içerikli intermetalik faz haline gelir. Hızlı katılaştırma süreçlerinde ise yüksek soğuma hızından dolayı, atomize olmuş metal damlacıkları birincil silisyum veya δ-Al4FeSifa-

zının oluşumundan hemen sonra tamamen katılaştıkları için, δ fazı β fazına dönüşemez (Hou et al. 2009). Böylece DSC analizlerinde β-fazına ait bir pikin gözlenmeyişi, XRD analizleri (Şek.4.45) ile büyük bir tutarlılık içerisindedir. Çünkü XRD analizerinde de β- fazına rastlanmamıştır.

Şekil 4.48 (a ve c) verilen DSC analizlerinde ısıtma esnasında kaydedilen 1, 2, 3 ve 4 numaralı pikler sırası ile üçlü ötektik erime reaksiyonu (pik 1),  fazının  fazına peri- tektik reaksiyonla dönüşümünü (pik 2),  fazının erimesini (pik 3) ve son olarak birincil silisyum fazının erimesini (pik 4) temsil etmektedirler.

Şekil 4.48 (b) de ise ısıtma eğrisinin başlangıç kısımlarında diğer iki numuneden farklı olarak ilave bir pik görülmektedir. Şekil 4.48 (b) de ısıtma işlemleri sırasında 338 °C civarlarında görülen bu ekzotermik pik, Ünlü ve ark. (2002) tarafından yapılan yoruma benzer şekilde, hızlı katılaştırmanın etkisiyle alüminyum matris içerisinde çözünmüş olan silisyumun bir miktarının çökelişini temsil ettiği şeklinde yorumlanabilir. Öte yan- dan, Şekil 4.42 de küresel silisyum parçacıklarının çok düzgün bir şekilde MS25-3 ala- şımının mikroyapısında dağıldıkları gözlenmektedir. Bilindiği üzere, fiziksel sistemler-

de bir sıvının en düşük enerjili durumu küre şeklini aldığı zamanki durumudur. Buna karşın katı hal durumunda ise, en düşük enerjili durum katıyı oluşturan atomların yavaş bir soğuma sonucunda o katının kristal kafesindeki yerlerine yerleştikleri durumdur. Hızlı katılaştırma işleminde, termal enerji çok hızlı bir şekilde eriyikten ayrıldığından atomlar olmaları gereken yerlere yerleşemeden katılaşma meydana gelir. Bu da hızlı katılaştırılmış bir malzemenin, yavaş soğuma ile katılaştırılmış muadiline göre daha kararsız (yüksek enerjili) bir durumda olması demektir. Ayrıca entropi yasasından (Termodinamiğin II. yasası) da bilinmektedir ki; düzenli sistemler düzensiz sistemlere göre daha yüksek bir enerji durumundadırlar. Şekil 4.42 ye tekrar dönülürse, küresel silisyum parçacıklarının diğer numunelere göre çok daha düzgün bir şekilde mikroyapı içerisinde dağıldıkları görülmektedir. Yani MS25-3 numunesindeki küresel silisyum fazları diğer numunelerdeki silisyum fazlarına göre çok daha düzenli bir dağılıma sahip olduklarından, daha yüksek enerjili bir durumda oldukları şeklinde yorumlanabilir. Bu durumda, diğer numunelerden farklı olarak MS25-3 numunesinin ısıtılması esnasında gözlenen (338ᴼC de) ekzotermik pikin (pik 1) küresel silisyum parçacıklarının morfolo- jilerinin bozulmasını temsil ettiği de düşünülebilir.

Şekil 4.48 (a). MS25 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (cooling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.9 (a). MS25 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkları ve Pik Başlangıç Sıcaklıkları

MS25 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7

Pik Sıcaklığı (ᴼC) 589 610 707 778 733 694 550

Pikin Başlangıç Sıcaklığı (ᴼC) 574 605 662 759 738 713 569

Şekil 4.48 (b). MS25-3 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (coo- ling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.9(b). MS25-3 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkları ve Pik Başlangıç Sıcaklıkları

MS25-3 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7 Pik 8 Pik Sıcaklığı

(ᴼC) 339 586 604 651 721 810 680 552

Pikin Başlangıç

Şekil 4.48 (c). MS25-5 numunesinden elde edilmiş ısıtma (heating) ve soğuma (cooling) süreçlerine ait DSC eğrileri

Çizelge 4.9 (c). MS25-5 numunesinin DSC analizlerinde gözlenen Pik Sıcaklıkalrı ve Pik Başlangıç Sıcaklıkları

MS25-5 Pik 1 Pik 2 Pik 3 Pik 4 Pik 5 Pik 6 Pik 7 Pik Sıcaklığı

(ᴼC) 584 689 732 751 687 600 556

Pikin Başlangıç

Sıcaklığı (ᴼC) 574 663 710 758 698 611 570

Şekil 4.49 da yapılan kobalt katkısı ile numunelerin sertlik değerlerinde meydana gelen değişimler gösterilmektedir. Açıkca görülmektedir ki, Co hızlı katılaştırılmış Al-25Si- 5Fe numunesinin sertliğini önemli derecede artırmaktadır. Kobaltsız numunenin sertlik değeri 200 Hv civarında iken, bu numuneye ağırlıkça %1 Co katıldığında sertlik yakla- şık 270 Hv, ağırlıkça %3 Co katıldığında yaklaşık 300 Hv ve ağırlıkça %5 Co katıldı- ğında ise yaklaşık 350 Hv olmaktadır. Silisyum fazlarının modifiyesi bakımından en iyi mikroyapı MS25-3 numunesinde elde edilmesine rağmen, en yüksek sertlik değeri MS25-5 numunesinden hesaplanmıştır.

Şekil 4.49. MS25, MS25-1, MS25-3 ve MS25-5 şeritlerinin mikrosertlik değerlerinin farklı miktarlarda eklenen Co ile genel değişimi.

Bu durumda, numunelerin sertliğinde meydana gelen artışın esas nedenin mikroyapısal modifikasyondan ziyade, mikroyapının incelmesi olduğu sonucuna varılabilir.

Ağırlıkça %25 silisyum içeren şeritlerden elde edilen analiz sonuçları hep birlikte de- ğerlendirmeye tabi tutularak aşağıdaki şekilde bir tartışma yapılabilir. Şek.4.48 ve Çi- zelge 4.8 te verilen DSC analizlerine göre, ağırıkça %25 silisyum içeren Al-Si alaşımla- rının soğutulmaları esnasında ilk katılaşan faz birincil silisyum fazıdır. Bunu - intermetalik fazının katılaşması takip eder. Böylece alaşıma eklenen kobaltın, ilk olarak

-intermetalikleri üzerinde etkili olması beklenir. Öte yandan, hızlı katılaştırma işlemle- rindeki çok yüksek soğuma hızından dolayı şerit numunelerde, difüzyonsuz ya da difüz- yon oranı düşük bir katılaşma meydana gelir. Bu sebeple hızlı katılaştırma süreçlerinde, kobalt nispeten ilk olarak silisyum fazlarını etkilese de, genellikle hem silisyum hem de intermetalik fazları aynı anda etkilediği düşünülmektedir.

Kang ve ark. (2007)’ nın rapor ettiklerine göre, Al-Si alaşımlarının mikroyapılarında genellikle ilk olarak büyümeye başlayan silisyum zerrecikleri oval kenarlı bir morfolo- jiye sahip olup faset yapıda değillerdir. Çünkü katılaşmanın ilk safhalarında eriyik içeri- sinde izole bir şekilde büyümekte olan bir çekirdek kristal, difüzyon kontrollü bir or-

tamda büyümektedir ve bu kristalin radyal büyüme hızı izotropiktir. Tahmin edilebile- ceği üzere, küçük bir çekirdekciği saran küçük hacimli bir sıvının katılaşma gradienti radyal olarak simetrik olacaktır ve bu durum oval kenarlı bir morfolojinin oluşumunun lehinedir. Ancak, büyüme modu aşırı soğuma miktarının değişmesiyle kolaylıkla deği- şebilmektedir. Yüksek aşırı soğuma miktarı ise oval kenarlı tanelerin oluşumunu destek- lemektedir. Dolayısıyla, yüksek aşırı soğuma seviyelerinin elde edilmesine sebep olan yüksek soğuma hızları da silisyum kristallerinin faset olmayan bir morfoloji ile büyü- mesine sebep olabilir (Kang ve ark. 2007). Daha önce kobaltın Al-Si alaşımlarında yük- sek bir yapısal aşırı soğuma oranına neden olduğu ifade edilmişti (Sha ve ark.2011. Öte yandan, kobaltın silisyum ile yüksek bir karışım entalpisine sahip olduğu da bilinen bir durumdur (Zhu ve ark. 2010). Kang ve ark. (2007) na göre, Al-Si alaşımlarına Si ile yüksek karma entalpiye sahip elementlerin eklenmesinin ötektik depresyona (faz diyag- ramlarında ötektik noktanın sola kayması) yol açmaktadır. Ötektik noktanın sola kay- ması ise etkin bir modifikasyonun gerçekleştiği anlamına gelir. Literatürde yapılan bu yorum/tespitlerden ve yukarıda verilen sonuçlardan yola çıkarak, kobaltın hızlı katılaştı- rılmış Al-Si alaşımlarında silisyum tanelerinin incelmesine ve/veya morfolojilerinin değişmesine sebep olabileceği sonucuna varılabilir. Ayrıca kobaltın, MS25-3, MS25-5 (Şekil 4.42-43) alaşımlarında da görülen küresel silisyum fazlarının oluşumuna sebep olabileceği sonucuna da varılabilir. Ayrıca, Şekil 4.47 de verilen TEM mikrograflarında nano boyutlu -intermetalik fazlarının küresel silisyum fazları içerisinde homojen bir