Geliştirilmiş PSR (MPSR) Modeline Göre Analiz

Literatürde yükten bağımsız sertliği belirlemek için Hays-Kendall yaklaşımı, Elastik-plastik deformasyon modeli, Orantılı numune direnci (PSR) modeli ve Geliştirilmiş orantılı numune direnci modeli gibi çeşitli yöntemler ileri sürülmüştür (Hays-Kendall, 1973; Bull et al., 1989; Li and Bradt., 1993; Kölemen, 2006). Yukarda sayılan ilk üç modelin yükten bağımsız sertliği hesaplamadaki yetersizliklerinden dolayı (Kölemen, 2006), çalışmamızda MPSR modeli tercih edilmiştir.

Numunelerin disk ve hava yüzleri için elde edilen verilerin Pmaks-hc grafikleri Şekil

4.20 ve 4.21’de sırası ile verilmektedir. MPSR sertlikleri, şekil 4.20 ve 4.21’deki grafiklerden elde edilen a2 değerlerinin, denklem 2.44.b’de (HMPSR = a2 / 26.43)

kullanılmasıyla hesaplanmaktadır. Çizelge 4.4’te, a2 değerleri ve buradan hesaplanan

sertlik değerleri verilmektedir. Hesaplanan sertlik değerlerinin test yüküne bağlı olarak değişimi ise Şekil 4.22-25’de verilmektedir

Şekil 4.21 Numunelerin hava yüzlerinin Pmaks-hc grafiği

Çizelge 4.4 MPSR modeliyle hesaplanan yükten bağımsız sertlikler (HMPSR), şekil 4.20

ve 4.21’den hesaplanan a2 parametreleri ve grafiklerin uygunluk katsayıları(r2)

Al-Si-(0.5)Sb-40m/s-D 29.77 1126.371 0.999 Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-D 21.48 812.712 0.999 Al-Si-(0.5)Sb-20m/s-D 15.89 601.211 0.999 Al-Si-(1.0)Sb-20m/s-D 13.19 499.054 0.999 Al-Si-(0.5)Sb-40m/s-H 28.98 1096.481 0.999 Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-H 17.95 679.152 0.999 Al-Si-(0.5)Sb-20m/s-H 11.99 453.651 0.999 Al-Si-(1.0)Sb-20m/s-H 5.847 221.226 0.999

Şekil 4.22 40 m/s disk hızında katılaştırılmış Al-Si-(0.5)Sb numunesinin disk ve hava yüzleri için dinamik mikrosertliğin test yüküne bağlı değişimi

Şekil 4.23 40 m/s disk hızında katılaştırılmış Al-Si-(1.0)Sb numunesinin disk ve hava yüzleri için dinamik mikrosertliğin test yüküne bağlı değişimi

Şekil 4.24 20 m/s disk hızında katılaştırılmış Al-Si-(0.5)Sb numunesinin disk ve hava yüzleri için dinamik mikrosertliğin test yüküne bağlı değişimi

Şekil 4.25 20 m/s disk hızında katılaştırılmış Al-Si-(1.0)Sb numunesinin disk ve hava yüzleri için dinamik mikrosertliğin test yüküne bağlı değişimi

M-S yöntemiyle hızlı katılaştırılmış alaşımlarda, numunenin disk yüzeyinin soğuma hızı, hava yüzeyinin soğuma hızından daha yüksektir ve en yüksek aşırı soğuma disk yüzeyinde meydana gelmektedir. Bundan dolayı disk yüzeyi, hava yüzeyine göre, daha ince taneli bir yapıya sahiptir. Disk yüzünün sertliğinin daha yüksek olmasının sebebi bu bölgede oluşan daha ince taneli yapı ve daha yüksek katı tuzaklamasıdır. (Uzun et al., 2003). Çizelge 4.4’de verilen yükten bağımsız sertlikleri (HMPSR) ve Şekil 4.22–25’deki

grafikleri incelediğimizde, literatürde ki bu duruma benzer bir şekilde aynı numunelerin disk yüzlerinin hava yüzlerinden daha sert olduğu görülmektedir.

Literatürde, Al-Si alaşımlarının zayıf mekanik özelliklerini iyileştirme üzerine yapılmış birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmalarda yapıyı modifiye etmek için çeşitli katkı malzemeleri (Sb,Na,Sr vb.) kullanılmıştır. Belli oranlarda yapılan Sb katkılarının Al-Si alaşımının mikroyapısını dolayısıyla mekanik özelliklerini iyi yönde değiştirdiği bilinmektedir. Sb nin Al –Si alaşımları üzerine modifiye edici etkisini incelemek için yapılan çalışmalar, genelde Sb katkısının %0.2’lik oranı için yapılmış olsa da %0.35-0.8 aralığında değişen oranlar için yapılan araştırmalar da mevcuttur. Yapılan araştırmalarda en iyi sonuç %0.2-0.35 katkılarında elde edilmiştir. %0.8’lik katkının, mikroyapıyı %0.35-0.8 aralığında yapılan katkılardan daha az geliştirdiği görülmüştür (Ourdjini, 1995; Liu, 1997; Fatahalla, 1999). Bu çalışmada, önceki çalışmalardan farklı olarak, %0.5 ve %1.0 Sb katkılı malzemeler kullanılmıştır. Aynı disk devir hızlarında katılaştırılmış (soğuma hızları aynı) malzemelerin, disk ve hava yüzleri için, sertlik değerlerine bakıldığında (Tablo 4.4), belirgin bir şekilde %0.5 Sb katkılı numunelerin sertliğinin %1.0 katkılı numunelerden fazla olduğu görülür. Örneğin, aynı disk devir hızında katılaşmalarına rağmen, Al-Si-(0.5)Sb-20m/s-H numunesinin sertliğinin (453.651 MPa), Al-Si-(1.0)Sb-20m/s-H numunesinin sertliğinden (221,226 MPa) iki kat fazla olduğu görülmektedir. Bu iki numunenin optik fotoğraflarına (4.11-a 4.11-c) bakıldığında da mikroyapılar arasındaki fark açıkça görülmektedir.

M-S yöntemiyle hızlı katılaştırılmış numunelerde disk hızı arttıkça sertlikte nispeten artmaktadır (Göğebakan et al.,2003). Disk hızı arttıkça aşırı soğumanın artması,

numunelerin daha ince mikroyapıya sahip olmasını sağlar (Uzun et al., 2003). Farklı hızlarda katılaştırılmış numunelerin mikroyapılarındaki bu farklılık Şekil 4.11 ve 4.12’de açıkça görülmektedir. Çizelge 4.4’e bakarak, disk ve hava yüzleri için, aynı Sb katkısına sahip numunelerin sertlikleri karşılaştırıldığında disk hızı fazla olanların, sertliklerinin de önemli oranda fazla olduğunu rahatlıkla söylenebilir. Örneğin, Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-H numunesinin sertliği (679.152 MPa) aynı katkı oranına sahip Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-H numunesinin sertliğinin (221.226 MPa) yaklaşık 3 katıdır. Aynı katkılı diğer numunelerin sertliklerinde de yaklaşık 300-600 MPa arasında farklar bulunmaktadır.

Buraya kadar anlatılanlar kısaca özetlenirse:

- Hızlı katılaştırılmış numunelerin disk yüzleri hava yüzlerine oranla daha serttir. - %0.5 Sb katkısının sertliği artırıcı etkisi %1.0 Sb katkısınınkinden daha fazladır. - Disk devir hızı arttıkça hızlı katılaştırılmış numunelerin sertlikleri de artmaktadır.

Bu saptamalar ışığında numuneler birlikte değerlendirildiğinde; beklendiği gibi sertliği en fazla olan malzemenin Al-Si-(0.5)Sb-40m/s-D (1126.371 MPa), sertliği en az olan malzemenin ise Al-Si-(1.0)Sb-20m/s-H (221.226 MPa) olduğu görülmektedir. Benzer şekilde disk ve hava yüzleri kendi aralarında değerlendirildiğinde, disk yüzlerinde sertliği en fazla olan numunenin Al-Si-(0.5)Sb-40m/s-D (1126.371 MPa), sertliği en az

olan numunenin ise Al-Si-(1.0)Sb-20m/s-D (499.054 MPa) olduğu aşikardır. Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-D ve Al-Si-(0.5)Sb-20m/s-D numunelerine bakıldığında ilkinin disk

devir hızı fazlayken, ikincisinin sertliği daha fazla artırıcı Sb katkısına sahip olduğu görülmektedir. Her iki numunede de sertliği artırıcı ve azaltıcı faktörler birarada bulunmaktadır. Bu durum sertliği hangi faktörün daha çok artırdığı sorusunu gündeme getirmektedir. Elde ettiğimiz sonuçlar, daha yüksek devir hızında (40 m/s) katılaştırılmış Al-Si-(1.0)Sb-40m/s-D numunesinin sertliğinin (812.712 MPa), %1.0’lik Sb katkısına sahip olmasına rağmen, Al-Si-(0.5)Sb-20m/s-D numunesinin sertliğinden (601.211 MPa) daha fazla olduğunu göstermektedir. Çizelge 4.4 incelendiğinde aynı durumun hava yüzleri için de geçerli olduğu sonucuna varılabilir.