Geleneksel Döküm Yöntemi İle Üretilmiş Al-20Si-5Fe Mastır Alaşımı

Şekil 4.1 de ki optik mikrograflarda ağırlıkça %20 silisyum içeren mastır alaşımların mikroyapılarının yapılan kobalt katkısı ile gelişimi görülmektedir. Mikrograflara göre, söz konusu bütün numunelerin mikroyapıları birincil (primary) Si, demir ihtiva eden intermetalik bileşikler (Fe-containing intermetallic compound), α-Al ve ötektik fazların- dan oluşmaktadır. Si fazlarının morfolojileri yıldız-benzeri (star-like), plaka/pul benzeri (plate-like) ve diğer gelişi güzel şekilli yapıda iken, demir içerikli intermetalikler genel- likle iğnemsi (aciular/needle-like) yapıdadırlar. Katkısız numune (TC20) de yoğun bir ötektik yapı görülürken (Şek.4.1(a)), %1 Co katkısı yapıldığında (Şek. 4.1(b)), TC20-1 numunesinde ötektik yapının genel mikroyapı içerindeki ağırlığı azalmakta buna karşın birincil silisyum fazlarının boyutları artmaktadır. Co katkısı %3 olduğunda (Şek.4.1(c)), TC20-3 numunesinde birincil Si fazlarının boyutları %1 Co (TC20-1) kat- kılı numuneye nisbeten azalsa da, katkısız numuneye (TC20) göre hala daha büyüktür- ler. Ayrıca %3 Co (TC20-3) katkısı α-Al tanelerinin daha da belirgin hale gelmesine

neden olmuştur. Co katkısı %5 ‘e (TC20-5) çıkarıldığı zaman ise yapı içerisindeki bütün fazların boyutlarının küçüldüğü görülmektedir (Şek. 4.1 (d)). TC20 numunesinin matri- sinden alınan optik fotoğraflarda (Şek. 4.2), silisyum fazlarında gözlenen balık kılçı- ğı/iskelet benzeri (fishbone/skeletal) yapılar da görülmektedir. Bu yapılar mikroyapı içerisinde nadiren gözlenmişlerdir. Şekil 4.2 (a) da ötektik yapı içerisindeki genel görü- nüşü verilen balık kılçığı benzeri bir yapının yüksek büyütme altındaki fotoğrafı Şekil 4.2 (b) de verilmektedir. Yine, Şekil 4.2 (c) de görülen balık kılçığı yapının yüksek bü- yütmeli fotoğrafı ise Şekil 4.2 (d) de sunulmaktadır.

Şekil 4.1. TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerinin mikroyapılarının farklı miktarlarda eklenen Co ile genel değişimini gösteren optik fotoğraflar

Şekil 4.2. TC20 numunesinde gözlenen balık kılçığı benzeri yapılara ait optik fotoğraf- lar.

TC20 numunesinin mikroyapısındaki balık kılçığı benzeri yapıların boyutları bir uçtan bir uca yaklaşık olarak 50 ile 400 µm arasında değişmektedir. Literatürde, bu tür lamelli yapıların bir ara faz (ötektik silisyum ve birincil siliyum arası) olduğu bildirilmektedir (H. Yi. Zhang ve Di Zhang (2003)). Buna göre, ilk olarak telek/iskelet benzeri silisyum yapılarının merkez omurgası birincil silisyumdan oluşur ve daha sonra ötektik katılaş- manın ilk safhalarında lamelli yapılar bu merkezi omurga üzerinde teşekkül ederler. Hatta bazen bu tür yapıların yıldız benzeri (star-like) silisyum fazlarının kolları üzerinde büyüdüklerine de literatürde rastlanabilmektedir (H. Yi. Zhang ve Di Zhang (2003)).

Kobalt katkısız TC20 numunesinde balık kılçığı/iskelet benzeri yapılara nadiren de olsa rastlanırken, Co katkısı yapılan numunelerde bu tür yapılara hemen hemen rastlanma- mıştır. Bunun tek istisnası TC20-1 numunesidir. Bu numunede TC20 numunesine kı- yasla çok daha az oranda olsa da bu numunede de balık kılçığı/iskelet benzeri yapılar gözlenmiştir (Şekil 4.3 (a)).

Şekil 4.3. TC20-1 numunesinde gözlenen (a) balık kılçığı benzeri ve (b) yıldız benzeri ve yapılara ait optik fotoğraflar

Şekil 4.3 de TC20-1 numunesinde gözlenen (a) balık kılçığı/iskelet benzeri ve (b) yıldız benzeri yapılara ait optik mikrograflar görülmektedir. Şekil 4.3 (b) de gözlenen faset yapılı yıldız benzeri yapılar modifiye edilmemiş Al-Si alaşımlarında sıklıkla gözlenen yapılardır (Xu et al. (2006a)).

Bu tür silisyum yapıları, iki boyutta bakıldığında merkezde birleşen ve genellikle beş koldan oluşan bir görünüme sahip olmalarından dolayı yıldız-benzeri (star-like) diye anılırlar (Şekil 4.3 (a)). Şekil 4.3 (a) dikkatle incelendiğinde, birincil silisyum fazların- da kapalı veya yarı kapalı bölgelerin varlığı da dikkat çekmektedir. Al-Si alaşımlarında, silisyum fazlarının faset (keskin kenarlı) ve yıldız-benzeri yapıda olmaları ve silisyum

fazlarının içersinde kapalı veya yarı kapalı bölgelerin oluşumu silisyumun kendine has büyüme mekanizmasından dolayıdır. Literatürde silisyumun büyüme mekanizması kısa- ca şu şekilde gibi verilmektedir; Silisyum yüksek erime entalpisine sahip olduğundan atomik olarak düz, sıkı-paket arayüzeyler oluşturma eğilimindedir. Bu sebeple faset bir malzeme olarak bilinir. Bu tip arayüzeyler için minimum serbest enerji aynı zamanda minimum iç enerji de demektir. Yani, minimum serbest enerji şartı için, minimum sayı- da kırılmış katı bağ olmasını gerektiren bir durum söz konusudur. Sonuç olarak, düşük aşırı soğuma seviyelerinde silisyum fazı faset bir yapıda büyür. Bu büyüme, tercihli bir yönde daha hızlı olacak şekilde anizotropik bir karakterdedir. Elmas kübik yapıda olan silisyum kristalinde, silisyum atomlarının birbirlerine eklenerek büyüme şekli ikizlenme mekanizması ile olup, en yavaş büyüme yönü sıkı paket {111} düzlemlerine diktir. Böylece, büyüyen yüzeyde kendini tekrarlayan girintili kenarlar (re-entrant edges) ve oyuklar (grooves) meydana gelir. Bu büyüme mekanizmasına girintili kenarlı ikiz düz- lem mekanizması (twin plane re-entrant edge TPRE mechanism) denir (Zhang ve Zhang (2003), Xu et al. (2006a), Kang ve ark (2005)).

Daha öncede belirtildiği gibi, yıldız-benzeri yapılar daha çok modifiye edilmemiş ötek- tiküstü Al-Si alaşımlarında gözlenen yapılardır (Kang ve ark. 2005; Xu ve ark., 2006). Hâlbuki bu tez kapsamında yürütülen çalışmalarda, %1 Co katkılı mastır alaşımında da (TC20-1) bu tür yapılar gözlenmiştir. Bunun anlamı, yapılan % 1 Co katkısının Al-20Si- 5Fe alaşımının mikroyapısının modifiyesi için yeterli gelmediğidir. Nitekim Şekil 4.1 (b) de ki optik mikrograflarda da %1 Co katkısının mikroyapıyı modifiye etmek yerine, hem silisyum fazlarının hem de intermetalik fazların boyutlarının büyümesine neden olduğu görülmektedir. Xu ve ark. (2006a), ağırlıkça %20Si içeren ötektiküstü Al-Si alaşımlarında Nd katkısının silisyum fazları üzerindeki etkilerini incelediklerinde, katkı- sız numunede yıldız-benzeri bir yapıda olan birincil silisyum fazlarının, yapılan Nd kat- kısı ile kitlesel/ parçacık benzeri bir morfolojiye evirildiklerini görmüşlerdir. Benzer bir durum Kang ve arkadaşlarının (Kang ve ark (2005)) yaptıkları çalışmada da gözlenmiş- tir. Söz konusu çalışmada, modifiye edilmemiş ötektiküstü Al-Si alaşımındaki yıldız- benzeri silisyum yapıları, uygulanan yüksek aşırı soğumanın etkisiyle kitlesel/parçacık benzeri bir morfolojiye sahip olmuşlardır.

Şekil 4.4-7 de sırasıyla TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerine ait taramalı elektron (SEM) mikrografları görülmektedir. Bu mikrograflar Si ve Fe-içerikli interme- talik fazların daha iyi yorumlanabilmesi için derin bir kimyasal dağlamadan sonra alın- mıştır. Bu mikrograflarda da şimdiye kadar verilen optik mikrograflardakine benzer şekilde, mikroyapı içerisine dağılmış oldukça büyük boyutlu birincil silisyum fazları ve intermetalik fazlar belirgin bir şekilde seçilebilmektedir. Mastır alaşımların mikroyapı- ları, optik fotoğraflardakilere benzer olarak, fasetalı Si taneleri (koyu gri fazlar), iğnem- si veya çubuksu intermetalik bileşikler (açık gri fazlar), α-Al ve ötektik fazlarından oluşmaktadır. Yine açıkca görülmektedir ki Co katkısı önce hem silisyum hem de in- termetalik fazların boyutlarının artmasına neden olmakta (%1 e kadar) ve daha sonra da azalmalarını sağlamaktadır. %5 Co katkısı hem silisyum ve hem de intermetalik fazlar üzerinde çarpıcı bir etkiye sahiptir. Co ile katkılanan mastır Al-20Si-5Fe alaşımı için en ince ve en homojen dağılımlı mikroyapı ağırlıkça %5 Co katkısıyla elde edilmiştir

Şekil 4.4. TC20 numunesine ait taramalı elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafı (Geri Yansıyan Elektron (BSE) modu, 300X büyütme)

TC20, TC20-1 ve TC20-3 numunelerinde intermetalik fazlar uzun çubuk benzeri bir morfolojiye sahip iken, TC20-5 numunesinde kimi zaman kısa çubuk benzeri ve kimi zaman gelişi güzel parçacık şekilli yapıdadırlar.

Şekil 4.5. TC20-1 numunesine ait taramalı elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafı (Geri Yansıyan Elektron (BSE) modu, 300X büyütme)

Şekil 4.6. TC20-3 numunesine ait taramalı elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafı (Geri Yansıyan Elektron (BSE) modu, 300X büyütme)

Şekil 4.7. TC20-5 numunesine ait taramalı elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafı (Geri Yansıyan Elektron (BSE) modu, 300X büyütme)

Şekil 4.8 de, yapılan farklı miktarlardaki kobalt katkılarının, alaşımların mikroyapıla- rında, özellikle de intermetalik fazlar ve silisyum fazları üzerindeki etkilerini daha net

Şekil 4.8. TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerinin mikroyapılarının farklı miktarlarda eklenen Co ile genel değişimini gösteren BSE SEM mikrograf- ları

görebilmek amacıyla, mastır alaşımlardan alınan SEM fotoğrafları birlikte verilmekte- dir. Yine burada, özellikle TC20- 5 numunesine ait mikroyapı, gerek homojenliği ge- rekse de ince taneli oluşu bakımından diğerlerinden ayrılmaktadır.

X – ışını kırınımı analizlerine göre (Şek.4.9), TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 nu- munelerinin mikroyapıları yüzey merkezli kübik (ymk) α-Al, elmas yapılı Si ve tetrago- nal δ-Al4FeSi2 fazlarından oluşmaktadır. Diğer taraftan, geleneksel katılaştırma yöntemi

ile üretilen Al-Si-Fe alaşımlarında sıklıkla rastlanan β-Al5FeSi fazı ise XRD analizle-

rinde hiç gözlenmemiştir. Bu durumun, mikroyapı içerisinde belirli bir orandan daha küçük miktardaki fazların tespitinde, XRD tekniğinin yeterli olmayaşından kaynaklan- dığı düşünülmektedir.

Şekil 4.9. TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerinin X-ışını kırınım (XRD) desenleri.

Mastır alaşımlarda gözlenen intermetalik fazlar hakkında daha ayrıntılı bilgi edinmek amacıyla TC20 numunesinde EDS nokta analizleri (Şek.4.10) ve TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerinde ise EDS haritalama analizleri (Şek. 4.11-15) yapılmıştır.

TC20 numunesinden alınan EDS nokta analiz sonuçları hem kütlece hem de atomik yüzde oranları ile Çizelge 4.1 de verilmektedir. Çizelge 4.1. de verilen sonuçlar, Şek.4.10 da gösterilen SEM mikrografındaki sırası ile 1, 2, 3, 4 ve 5 numaralı fazlara aittirler. Bu verilere göre, mikroyapı içerisinde görülen intermetalik bileşiklerin Fe- içeren δ-Al4FeSi2 bileşiğine ait olduğu düşünülmektedir.

Çizelge 4.1. TC20 numunesinde gözlenen intermetalik fazların SEM- EDS analizleri

Al-250i-5Fe (Faz 1)

Al Si Fe

Kimayasal kompozisyon (Atomik %) 51.06 26.3 22.63 Kimayasal kompozisyon (Ağırlıkça %) 40.71 21.83 37.35

Al-20Si-5Fe (Faz 2)

Al Si Fe

Kimayasal kompozisyon (Atomik %) 50.64 25.35 22.77 Kimayasal kompozisyon (Ağırlıkça %) 40.64 21.44 37.92

Al-20Si-5Fe (Faz 3)

Al Si Fe

Kimayasal kompozisyon (Atomik %) 50.19 27.36 22.4 Kimayasal kompozisyon (Ağırlıkça %) 40.11 22.77 37.11

Al-20Si-5Fe (Faz 4)

Al Si Fe

Kimayasal kompozisyon (Atomik %) 51.01 26.42 22.71 Kimayasal kompozisyon (Ağırlıkça %) 40.35 21.91 37.6

Al-20Si-5Fe (Faz 5)

Al Si Fe

Kimayasal kompozisyon (Atomik %) 50.12 27.13 22.73 Kimayasal kompozisyon (Ağırlıkça %) 40.01 22.56 37.35

Bu sonuçlar Hou ve ark. (2009) nın verileri ile oldukça iyi bir uyum içerisindedir. Hou ve ark. (2009) tarafından yapılan çalışmada, geleneksel döküm Al-25Si-5Fe-3Cu alaşı- mına ait SEM mikrograflarında, birkaç yüz mikron uzunluğa kadar varabilen boyutlarda

çubuk benzeri intermetalikler gözlemlenmiştir. Elektron prob mikroanaliz (EPMA) so- nuçlarına göre, bu intermetalik fazların atomik yüzde olarak % 49.43 Al, %35.85 Si ve %14,91 Fe ihtiva ettikleri tespit edilmiştir. Anılan çalışmada, mikroyapı içerisinde gözlenen büyük çubuk benzeri intermetaliklerin, Al3,46Fe1.04Si2.51 şeklindeki stokiyomet-

rik oranları δ-Al4FeSi2 fazının stokiyometrik oranlarına yakın olduğundan, söz konusu

fazların δ-Al4FeSi2 fazı olduğu bildirilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında Al-20Si-5Fe

master alaşımının mikroyapısında gözlenen çubuk şeklindeki intermetaliklerin (Şek.4.10) içerdikleri Al, Si ve Fe miktarları birbirlerine çok yakındır. Bu sebeple, sade- ce bir tanesinin stokiyometrik oranı hesaplanmıştır. Stokiyometrik oranı hesaplanan faz, içerdiği Al, Si ve Fe oranları literatürde verilenlere (Hou ve ark. (2009)) en yakın olan üç numaralı fazdır (Faz 3). Bu fazın stokiyometrik oranı ise Al3,4Fe1.5Si1,8 şeklinde olup,

bu oran δ-Al4FeSi2 fazının stokiyometrik oranına çok yakındır. Böylelikle, XRD analiz-

lerinde tespit edilen δ-Al4FeSi2 fazının mikroyapı içerisindeki varlığı, SEM-EDS analiz-

leri ile de teyit edilmiştir.

Şekil 4.11 – 13’ de görülen SEM-Haritalama (SEM-MAPing) analizlerine göre, Fe- içeren intermetalik bileşikler aynı zamanda Co da içermektedir. Şek. 4.11 - 13 dikkatle incelendiğinde, kobalt katkılı master alaşımlarda (TC20-1, TC20-3 ve TC20-5) Fe ile Co’ın hemen hemen aynı elementel dağılıma sahip oldukları rahatlıkla tespit edilebilir. Kobalt periyodik cetvelde demirden sonra ve nikelin hemen önünde, 4. periyotta bulu- nan bir geçiş metalidir ve atom numarası 27’dir. Atomik boyut, ergime noktası ve yo- ğunluk bakımından demir ve nikele çok benzemektedir. Öte yandan, Allen ve ark. (1998) tarafından yazılan bir tarama (review) makalesinde, kobalt ve demirin alümin- yum ile intermetalik Al9Fe2 ve Al9Co2 bileşiklerini oluşturabildikleri ve bu iki interme-

talik fazın eş biçim (izomorf) olmaları nedeni ile de Co ve Fe’in bu iki faz arasında kar- şılıklı olarak yer değiştirebildikleri rapor edilmektedir. Aynı makalede (Allen ve ark. (1998)), Al9Fe2 intermetalik fazında, kobalt demir ile yer değiştirdiğinde bu fazın ser-

best enerjisinin azalmasına sebep olduğu da ifade edilmektedir. Jiang ve ark. (2008) tarafından yapılan çalışmada ise, kobaltın  - AlFeSi intermetlik fazına difüze olarak  - Al(FeCo)Si intermetalik fazının oluşumuna neden olduğu rapor edilemektedir. Bu du- rumda, çalışmamızda kobalt ihtiva eden master alaşımlarda (TC20-1, TC20-3 ve TC20- 5) oluşan Fe-içeren intermetalik fazların çoğunun aynı zamanda Co’ı da içerebileceği ve

bu fazların δ-Al4(FeCo)Si2 şeklinde bir kompozisyona sahip olabileceği sonucuna varı-

labilir. Yukarıda da belirtildiği üzere, SEM-Haritalama analizleri de bu durumu teyit etmektedir.

Şekil1 4.13. TC20-5 numunesinin SEM-Haritalama analizi

Tez kapsamında çalışılan Al-Si-Fe alaşımlarının mikroyapısal özelliklerinin yapılan kobalt katkılarından etkilendiğini gözlemledikten sonra, mekanik özelliklerinin nasıl değiştiği hakkında bir fikir edinmek amacı ile numuneler üzerinde mikrosertlik analizle- ri yapılmıştır. Şekil 4.14 te TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerine ait mikro- sertlik değerleri (HV) verilmektedir. Şekilden de görüldüğü gibi Al-20Si-5Fe mastır alaşımına yapılan kobalt katkısı ile alaşımın mikrosertlik değeri bir artış göstermektedir.

Şekil 4.14. TC20, TC20-1, TC20-3 ve TC20-5 numunelerinin sertlik değerlerinin farklı miktarlarda eklenen Co ile genel değişimi

Kobalt katkısız numunede sertlik değeri 64.4 HV50 ölçülürken, %1, 3 ve 5 kobalt katkılı

numunelerde bu değer sırasıyla de 66.3, 84.2 ve 86.4 HV50 olarak ölçülmüştür.

HV sertlik biriminin alt indisi olarak verilen rakamlar sertlik ölçümlerinin 50 g lık yük- ler altında alındığını göstermektedir. Zira sertlik değerlerinin ölçümler esnasında uygu- lanan yük ile bağımlı olduğu bilinen bir durumdur. Bu bağımlılıktan literatürde çentik boyutu etkisi (Indentation Size Effect) olarak bahsedilmektedir (Uzun ve ark. (2004)). Yükten bağımsız sertlik hesaplamanın çeşitli teorik ve deneysel yöntemleri olsa da, bu tür hesaplamalar çalışmamızın kapsamında değildir. Bu sebeple burada sadece belirli bir yük altında (50 g) ölçülen sertlik değerleri rapor edilmektedir. Burada ölçülen sertlik değerleri literatür ile büyük bir uyum içerisindedir. Rajabi ve ark. (2008) geleneksel döküm yöntemi ile üretilen Al-20Si-5Fe alaşımının sertliğini 30 g lık yük altında 65 HV30 olarak tespit ederken, bu alaşıma ağırlıkça % 2 Cu, Ni veya Cr eklendiğinde sert-

lik değerlerinin sırası ile 74, 80, 79 HV30 olarak ölçüldüğünü rapor etmektedirler. Ça-

lışmamızda, geleneksel döküm yöntemleri ile üretilen Al-20Si-5Fe alaşımına yapılan ağırlıkça %1 oranındaki Co katkısının, sertlik değerinde dikkate değer bir artışa neden olmadığı görülmektedir. Ağırlıkça %3 ve daha yukarı oranlarda yapılan Co katkılarının ise aynı alaşım için literatürde belirtilen ağırlıkça % 2 Cu, Ni veya Cr katkıları ile elde edilen sertlik değerleri civarında ve hatta bir miktar daha fazla HV değerlerine ulaşılma-

sına neden olduğu gözlenmektedir. Diğer taraftan, diğer alaşımlara (TC20, TC20-1 ve TC20-3) kıyasla TC20-5 alaşımının birincil Si partikülleri ve intermetalik fazlar açısın- dan daha ince ve homojen bir mikroyapıya sahip olduğu görülmektedir (Şek. 4.1 (d) ve Şekil 4.8 (d)). Söz konusu alaşımda en yüksek sertlik değerinin tespit edilmiş olması, mikroyapısal değerlendirme açısıdan da beklenilen bir durumdur. Bu sonuçlar Mahta ve ark (2005) rapor ettiği sonuçlarla da uyum içerisindedir. Mahta ve ark. (2005)’na göre, β-Al5FeSi fazının mekanik özellikler açısından istenmeyen etkileri az bir miktar Cr veya

Co katkısı yapılarak nötralize edilebilir. Ticari bir alüminyum alaşımı olan A413 alaşı- mında, Fe-içerikli fazların olumsuz etkilerinin giderilebilmesi için önerilen optimum Fe:Cr oranı yaklaşık olarak 3 iken, Co için bu oran yaklaşık olarak 1 dir. Bilindiği üzere, bizim çalışmamızda Al-20Si-5Fe alaşımların ağırlıkça %1, 3 ve 5 oranlarında Co katkı- ları yapılmış olup, Fe:Co oranları sırasıyla 5, 1,66 ve 1 dir. Hem optik hem SEM fotoğ- rafları ve hem de sertlik testlerinin sonuçlarına bakıldığında Fe:Co oranı 1 e yaklaştıkca hem mikroyapı giderek daha homojen ve ince hale gelmekte hemde sertlik değerleri artış göstermektedir. Bu bakımdan çalışmamızda elde edilen sonuçlar, Mahta ve ark. (2005)’nın tespitleri ile uyumludur.

Buraya kadar sunulan OM, SEM, XRD, SEM-EDS ve SEM-MAPing analizlerine göre, değişik miktarlarda yapılan kobalt katkıları, ağırlıkça %20 silisyum içeren geleneksel döküm Al-Si alaşımlarının mikroyapılarında daha çok Fe-içeren intermetalikler üzerin- de etkili olup, zaman zaman onların boyutlarının artmasına bazen de azalmasına neden olmaktadır. Kobalt, silisyum fazları üzerinde intermetalik fazlardaki gibi belirgin bir etki göstermese de, yine de bazı durumlarda onların boyutlarını etkilediği gözlemlen- miştir.

Ağırlıkça %20 Si içeren geleneksel döküm alaşımlarda, %1 ve 3 oranında yapılan ko- balt katkıları, hem silisyum fazlarının hemde Fe-içerikli intermetalik fazların baz ala- şımda görülenlere göre büyümelerine sebep olmuştur (Şek. 4.1(b ve c) ve Şek. 4.8 (b ve c)). Kobaltın difüzyon yolu ile Fe-içerikli intermetalikler içerisine sızması literatürde bu büyümenin sebebi olarak bildirilmektedir. (Hou ve ark. (2010; Jiang ve ark. (2008); Allen ve ark. (1998)). Diğer taraftan literatürde, kobaltın Fe-içerikli intermetaliklerin serbest enerjisini düşürerek daha kararlı hale gelmelerine de sebep olduğu ifade edil-

mektedir (Jiang ve ark. (2008); Allen ve ark. (1998)). Serbest enerjisi yeterince azalan ve daha kararlı hale gelen fazların daha fazla büyüyemeyeceği de dikkate alındığında, kobaltın aynı zamanda Fe-içerikli intermetaliklerin boyutlarının azalmasına sebep olabi- leceği sonucuna varılabilir. Bu iki etkenden (Fe-içeren intermetalikler büyüyecekler mi yoksa büyümeleri duracak mı?) hangisinin baskın olacağı konusunda, alaşımın kompo- zisyonunun (içerdiği siliyum, demir ve kobalt miktarları) belirleyici olduğu düşünül- mektedir.

Ağırlıkça %20 Si içeren geleneksel döküm alaşımlarda, %3 Co ihtiva eden TC20-3 nu- munesinde (Şek. 4.1(c) ve Şek. 4.8 (c)) birincil silisyum ve intermetalik fazları %1 Co ihtiva eden numunedekilere (Şek. 4.1 (b) ve Şek. 4.8 (b)) göre daha ince yapılıdırlar. Bu da, %1 oranından itibaren yapılan Co katkısının modifikasyona (Fe-metalik fazların serbest enerjisini düşürerek boyutlarının azalmasına) sebep olmaya başladığı anlamına gelmektedir. Nitekim %5 Co katkılı numune (TC20-5), bütün geleneksel döküm numu- neler arasından en ince ve en homojen dağılımlı mikroyapıya sahip olandır. Bu sonuç literatürlede demir içerikli fazların olumsuz etkilerinin giderilmesi için önerilen opti- mum (Fe:/Co≈1) oranıyla da uyum içerisindedir (Mahta ve ark. 2005). Ancak, Sha. ve ark. (2011) tespitlerinin bir kısmıyla bu çalışmada ulaşılan sonuçlar arasında bir tutar- sızlık söz konusudur. Sha ve ark. (2011), Co ın silisyum fazları üzerinde dikkate değer bir etkisinin olmadığını ileri sürmelerine rağmen, Şekil 4.1(d) ve Şekil 4.8 (d) görüldü- ğü gibi %5 Co katkısı birincil silisyum fazlarının modifiye etmekte etkilidir. Bu durum şöyle açıklanabilir; Han ve ark. (2004)’e göre β ve δ fazları silisyum fazlarının çekir- deklenmesi için çok uygun bölgelerdir. Şekil 4.1 (d) de, Fe-içerikli intermetalik fazların morfolojilerinin yapılan Co ın etkisiyle uzun çubuksu/iğnemsi şekilliden kısa çubuk benzeri yapılara dönüştüğü ve bunların mikroyapı içerisinde daha homojen bir şekilde dağıldıkları görülmektedir. Doğal olarak, intermetaliklerin boyutlarının küçülmesi mik- royapı içerisinde dağılmış daha çok sayıda intermetalik oluşmasına neden olmuştur. Silisyum atomları Fe-içerikli intermetalikler üzerinde toplanma eğiliminde oldukların- dan, mikroyapı içerisinde oluşan silisyum taneciği sayısı da artmış ve sonuçta yapı içe- risinde daha homojen dağılmış ve daha küçük ortalama boyutlu silisyum taneleri oluş- muştur şeklinde düşünülebilir.

4.1.2 Eriyik Eğirme Yöntemi İle Üretilmiş Hızlı Katılaştırılmış Al-20Si-5Fe