Süperplastiklik Testi Uygulanan Malzemeler

Otomotiv kaporta panellerinde hafif olan alüminyum alaşımlarının ilgi görmesi Al - Mg alaşımlı levhaların biçimlendirilebilme özelliğine gösterilen ilginin artmasına yol açmıştır. % 4.7 Mg - % 0.7 Mn içerikli bir Al alaşımı, korozyon dayanımıı gereken uygulamalarda ve yüksek mukavemet gücüne sahip yapısal bir malzeme olarak çok geniş bir kullanım alanına sahipti. Bu alaşımlar kaporta sacı alaşımı olma potansiyeline de sahipti. Magnezyumun bu alaşımın süperplastik özelliğini artırdığı bilindiğinden beri vazgeçilmez bir alaşımlama elementi olarak kullanılmaktadır. Alüminyum alaşımlarının süperplastik davranışı üzerine en önemli katkılar % 33 Cu alaşımlı Al ile ilgili çalışmalardan elde edilmiştir.

Son zamanlarda toz metalürjisinde hızlı katılaştırma teknolojisinin uygulanması, süperplastiklik için artan potansiyelin, temel-ingot alüminyum alaşımlarında mümkün olandan daha küçük tane boyutu ve dengeli fazların elde edilmesini sağlamıştır.
 

Sade karbon çeliklerinin süperplastikliği üzerinde yapılan ilk çalışmalar yetersiz kalmıştır. Yapılan çalışmalarda, % 0.2-1 arası karbon içeriğindeki çeliklerde yapılan ısıl işlemler sonucunda küreselleşmiş sementit partikülleri sayesinde büyümesi engellenen ince ferrit taneli mikro yapılar elde edilmiştir. Buna rağmen ancak % 130'luk çekme uzamaları elde edilebilmiştir. Bunun nedeni, tane sınırlarının küçük açılı dislokasyon sınırlarına sahip olmasıdır. Küçük açılı tane sınırlarına sahip malzemelerin akma gerilmesi genellikle deformasyon hızındaki değişikliklere hassasiyet göstermez. Bu yüzden bu tip çeliklerde süperplastiklik gözlenmemiştir.

Bununla beraber son çalışmalar termomekanik işlemden sonra ötektoidik dönüşüm sıcaklığı boyunca ısıl çevrim yapılan bu tip malzemelerde tane sınırlarının küçük açıdan büyük açıya değiştiğini göstermişti. Bu sayede ötektoid altı sade karbon çeliklerinde % 1000'lik çekme uzamaları elde edilmiştir.

Son zamanlarda yüksek Al içerikli yüksek karbonlu ve UHC (çok yüksek karbonlu) çelikleri üzerinde çalışılmıştır. Bu çelikler yüksek mukavemet özelliklerinin yanı sıra 900°C'ye kadar oksidasyon direncine saliptirler. Bu çeliklerde daha yüksek Al içerikleri deformasyon sıcaklığını 700°C'den yaklaşık 880°C'ye kadar, deformasyon hızını da 10⁴ den 5x10^-3 s^-1‘e artırır. Sonuç olarak, süperplastik deformasyon için deformasyon hızı sınırı çok daha yüksek deformasyon hızlarına doğru genişler. Buna, ostenit - ferrit dönüşüm sıcaklığını arttıran alüminyumun daha yüksek (% 8'e kadar) içerikleriyle ulaşılır.

Ni ise aksine, östenit - ferrit dönüşüm sıcaklığını düşürür. Bu yüzden yüksek nikel içerikli yüksek karbon ve UHC çeliklerinin süperplastik deformasyon sıcaklık alanının sade yüksek karbon çeliklerininkiyle kıyaslandığında azalabileceği düşünülmektedir.

Önerilen Makale: Çelik çubuk malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik dikdörtgen profil fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Bu çelikler aynı zamanda çok yüksek karbonlu çelikler (UHC) olarak bilinir. UHC çelikleri tek fazlı ostenit bölgesinden yavaşça soğutulduğunda perlit kolonileriyle çevrili bir mikro yapı içerir. Bu karbür ağı, çeliklerde zayıf mekanik özelliğe sebep olur. Bununla beraber, 1970'lerde yürütülen bir çalışmada, uygun termomekanik işlemle mikro yapılar çok küçük küresel ferrit taneleri ve ince üniform bir dağılımın UHC çeliklerinde süperplastik davranışa izin verdiği görülmüştür. Bu tip çeliklerde % 1500’e kadarlık çekme uzamaları elde edilmiştir.

UHC çeliklerinde arzu edilen ince küresel mikro yapıyı elde etmek için gereken termomekanik işlem iki adımdan oluşur. Birinci adımda, UHC ingot ve çabuklar 1150 °C'de ısıl işleme ve 750 °C'den aşağıya soğuma esnasında da sıcak ve ılık şekil değiştirmeye tabi tutulurlar. Bu işlem östenit tanelerini inceltir, tane altı sınırları ve östenit taneleri öncesindeki proötektoid karbürleri üniform bir şekilde dağılır. İkinci adım UHC çelikleri tam ötektoid dönüşüm sıcaklığı üzerine soğutulduğunda ayrılan bir ötektoid dönüşümü kapsar. Bu adım tamamen küreselleşmiş ince bir yapıdan (1. adımdan) ince perlite dönüşümdür.

UHC çeliklerinin endüstriyel potansiyeli, henüz tamamen ticari olmadığı halde bütünüyle belirlenmiştir. Ümit verici bir uygulama dişlilerin presle dövülerek şekillendirilmesidir. Kullanılan UHC çeliklerinin ilave bir avantajı yüksek karbon içeriklerine sahip olmaları ve normal dişli üretiminde karbürizasyon adımının çıkarılmasıdır.

UHC çelikleri üzerinde yapılan çalışmalar süperplastiklik için uygun mikro yapının yaklaşık % 0.8-2.1 C ve yaklaşık 650 — 800 °C' lik sıcaklık alanında gerçekleşebileceği yönündedir. Bu yüzden süperplastik UHC çelikleri ferrit-karbür ve östenit - karbür çift faz yapılarını içerirler. Ayrıca bu çelikler kavitasyona karşı hassas değildirler. Çünkü yapıda bulunan ferrit, östenit ve karbürlerin tamamı süper plastik sıcaklıkta hemen hemen aynı sertliğe sahipti. 

Ayrıca UHC çelikleri üzerinde yapılan çalışmalarda süper plastiklik orta seviyeli deformasyon hızı ve orta seviyeli sıcaklıkta sınırlanmıştır. UHC çeliklerindeki bu sınırlar bu çeliklerin ticari kullanımını engellemişti. Bununla birlikte son çalışmalar bu alanların silisyum ve alüminyum elementlerinin dikkatli alaşımlama katkılarıyla esas itibariyle genişletilebileceğini göstermiştir. Bu elementler UHC çeliklerinde stiperplastikliği artırır. Çünkü bu elementler; 
 

Karbon içeriklerinden dolayı UHC çeliklerinde, süperplastik şekillendirmeden sonra çok yüksek sertlik seviyesine (65-68 HRC) ısıl işlemle ulaşılabilir. Çeliklerin bu özelliğinden dolayı dişliler, takım parçaları, aşınmaya dirençli yüzeyler ve askeri araç zırhlarını da içine alan geniş bir kullanım alanına sahipti.