INVESTIGATION OF THE MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF BORON AND NICKEL ADDED A356 ALLOY PRODUCED BY POWDER METALLURGY METHOD

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada, toz metalürjisi yöntemi ile A356 alaşımına ağırlıkça %0,25, 0,5, 1, 2 oranlarında Bor (B) ve Nikel (Ni) elementleri ilave edilerek alaşımlandırılmıştır. Mekanik alaşımlama işleminde, toz-bilye oranı 1:10 ve alaşımlama süresi 4 saat olarak uygulanmıştır. Mekanik alaşımlama işleminden sonra, üretilen toz A356/B ve Ni alaşımları 350 MPa basınç altında (tek yönlü) ön şekillendirilmiştir. Ön şekillendirilen A356/B ve Ni alaşımları, vakumlu (10-6 mbar) sinterleme fırınında 600°C sıcaklıkta sinterlenmiştir. Sinterleme sonrası, A356/B ve Ni alaşımları mikro yapısal ve mekanik özellikleri karakterize edilmiştir. A356/B ve Ni alaşımları mikroyapısal özellikleri; optik mikroskop (OM), tarama elektron mikroskobu (SEM+EDX), yoğunluk ve XRD analizi ile mekanik özellikleri ise mikro-makro sertlik testi ve aşınma testi ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, optik mikroskop incelemelerinde A356 alaşımındaki B miktarının artması ile tane boyutunun azaldığı, tane sınırlarının ve gözenekliğin arttığı belirlenmiştir. Buna karşın, A356 alaşımındaki Ni miktarının artması ile tane boyutunun artığı, tane sınırlarının azaldığı ve gözenekliliğin artığı belirlenmiştir. A356 alaşımına B ve Ni ilavesi sonrasında bağıl yoğunlukların azaldığı belirlenmiştir. SEM+EDX ve XRD incelemelerinde, Al, Si, Al9Si ötektik ve Al5FeSi intermetalik fazlarının yanında B ve Ni miktarlarına bağlı olarak A356 alaşımda AlB, AlBFe ve AlNi, AlNiFe intermetalik bileşikleri bulunmuştur. Bor miktarının artması ile A356 alaşımının mikro sertlik değerlerinin artığı, makro sertlik değerlerinde ise %1 ve 2 B ilavesi dışında makro sertlik değerlerinin azaldığı belirlenmiştir. A356 alaşımına ilave edilen Nikel elementi de mikro ve makro sertlik değerlerinde aynı özellikleri sergilemiştir. Aşınma test sonuçlarına göre, B ilave edilen A356 alaşımlarında 10N ve 20N yük altında en iyi aşınma direnci %1 B ilave edilen A356 alaşımında yakalanmıştır. Ni ilave edilen A356 alaşımlarında 10N yük altında en iyi aşınma direnci %2Ni ilave edilen A356 alaşımında, 20N yük altında en iyi aşınma direnci %0,25Ni ilave edilen A356 alaşımında yakalanmıştır.

ABSTRACT

In this study, A356 alloy was alloyed using powder metallurgy method by adding Boron (B) and Nickel (Ni) element in proportions of 0,25%, 0,5, 1, 2 by weight to its alloy. For mechanical milling process, 4 hours of milling time and 1:10 of powder/ ball ratio were applied. After mechanical milling, A356/B and Ni powders were pre-formed (unidirectional) under 350 MPa pressure. A356/B and Ni powders which were pre-formed, were sintered in the vacuum sintering furnace at the temperature of 600°C. After sintering, microstructural and mechanical properties of A356/B/Ni alloys were characterized. Microstructural properties of A356/B/Ni alloys were evaluated by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM+EDX), density and XRD analysis, and also mechanical properties were evaluated by micro-macro hardness test and wear test. As a result of optical microscope investigations, it was determined that while the amount of B increased, the grain size decreased, the grain boundaries and porosity increased. Whereas, It was determined that while the amount of Ni in the A356 alloy increased, the grain size and porosity increased and the grain boundaries decreased. The relative densities decreased after the addition of B and Ni in to the A356 alloy. In SEM+EDX and XRD examinations, in addition to Al, Si, Al9Si eutectic and Al5FeSi intermetallic phases, AlB, AlBFe and AlNi, AlNiFe intermetallic compounds were found in the A356 alloy depending on the amount of B and Ni. Micro-hardness values of A356 alloy were increased with the increase of Boron amount. As for the macro hardness values, it was determined that macro hardness values decreased except 1% and 2 B addition. Nickel element which is added into the A356 alloy showed the same properties in terms of micro and macro-hardness values. According to the wear test results for A356 alloys with B added, the best wear resistance under load of 10N and 20 N was achieved in A356 alloy with %1 B. In A356 alloys with Ni added, the best wear resistance under load of 10N was achieved in A356 alloy with %2Ni, the best wear resistance under load of 20N was achieved in A356 alloy with %0,25 Ni.