Recycling & development of al7050-based alloy for additive manufacturing
Eklemeli imalat için al7050 tabanlı alaşımın geri dönüşümü ve geliştirilmesi
- Tez No: 1024807
- Danışmanlar: PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alaşımlar, Alüminyum tozu, Katmanlı üretim, Alloys, Aluminum powder, Additive manufacturing
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek mukavemetli Al-Zn-Mg-Cu alaşımları, şiddetli sıcak çatlama (hot cracking) eğilimleri nedeniyle Lazer Toz Yatağı Ergitme (LPBF) prosesinde zorluklar yaratmaktadır. Bu çalışma, Al7050 hurdaları ile AlSi10Mg atıklarını indüksiyon eşlenikli ultrasonik atomizasyon (UA) ile ileri dönüştürerek (upcycling) sürdürülebilir bir döngüsel ekonomi stratejisi sunmaktadır. UA prosesi, mükemmel akışkanlık ve paketlenme özelliklerine sahip, yüksek küresellikte (~0,98) tozlar üretmiştir. Alaşım tasarımında, klasik Scheil ve Scheil-Aziz (çözünen tuzaklama) modellerini kullanan CALPHAD tabanlı Thermo-Calc simülasyonları, çatlama hassasiyet katsayısında (Kou indeksi) ciddi bir düşüş öngörmüştür. İndeks, baz Al7050'de 3316-3443 °C iken, %1,27 ve %3,09 Si içeren AlSi10Mg modifikasyonlarıyla sırasıyla 1910-2424 °C ve 1354-1934 °C'ye gerilemiştir. XRD, DSC ve SEM-EDS analizleri, düşen likidüs sıcaklıklarını ve son aşama sıvı beslemesini kolaylaştıran düşük ergimeli interdendritik ağların oluşumunu doğrulayarak termodinamik modellerle uyumluluk göstermiştir. LPBF tekil iz (single-track) deneyleri bu öngörüleri doğrulamıştır. Ölçülen çatlak uzunlukları ve sayı yoğunlukları, AlSi10Mg ilavelerinin katılaşma çatlaklarını kademeli olarak azalttığını kanıtlamış ve Kou indeksleriyle güçlü bir korelasyon göstermiştir. Katkısız Al7050 iri sütunsal taneler, güçlü bir <100> dokusu ve yüksek çatlak yoğunluğu sergilerken; EBSD analizleri %3,09 Si içeren AlSi10Mg modifikasyonunun hücresel yapıyı belirgin şekilde incelttiğini, kristalografik dokuyu zayıflattığını ve çatlakları en aza indirdiğini ortaya koymuştur. Ancak, %1,27 Si içeren AlSi10Mg modifikasyonu optimum dengeyi sağlamıştır. Çatlamayı başarıyla bastırmış, kararlı bir iletim modu (conduction-mode) proses penceresi sunmuş ve en yüksek mikrosertliğe (~145,7 HV) ulaşmıştır. Sonuç olarak, UA tabanlı bu ileri dönüşüm stratejisi, sürdürülebilir ve çatlamaya dirençli LPBF tozları geliştirmek için oldukça etkili bir yaklaşımdır.
Özet (Çeviri)
High-strength Al-Zn-Mg-Cu alloys are challenging in Laser Powder Bed Fusion (LPBF) due to severe hot cracking. This study presents a sustainable circular-economy strategy by upcycling Al7050 bulk scrap and AlSi10Mg waste through induction-coupled ultrasonic atomization (UA). The UA process generated highly spherical (~0.98) powders with favorable flowability and packing characteristics. During alloy design, CALPHAD-based Thermo-Calc simulations utilizing classical Scheil and Scheil-Aziz (solute trapping) models predicted a substantial reduction in the Crack Susceptibility Coefficient (Kou index). The index decreased from 3316-3443 °C in base Al7050 to 1910-2424 °C and 1354-1934 °C for AlSi10Mg modification with 1.27 wt.% and 3.09 wt.% Si, respectively. XRD, DSC, and SEM-EDS analyses agreed with thermodynamic models, confirming lowered liquidus temperatures and the formation of low-melting interdendritic networks that facilitate late-stage liquid feeding. LPBF single-track experiments validated these predictions. Experimentally measured crack length and count densities confirmed that AlSi10Mg additions progressively mitigated solidification cracking, showing a strong correlation with the calculated Kou indices. While unmodified Al7050 exhibited coarse columnar grains, a strong <100> texture, and high crack density, EBSD revealed that the AlSi10Mg modification with 3.09 wt.% Si achieved substantial cellular refinement and a weaker crystallographic texture, yielding the highest crack reduction. However, the AlSi10Mg modification with 1.27 wt.% Si provided the optimal balance. It effectively suppressed cracking, maintained a stable conduction-mode processing window, and achieved the highest microhardness (~145.7 HV). Ultimately, this UA-based upcycling strategy provides an effective approach for developing sustainable, crack-resistant LPBF feedstocks.
Benzer Tezler
- Isı değiştirgeç ağlarının optimum sentezi
Başlık çevirisi yok
SERAP CESUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BENO KURYEL
- Düşük tenörlü pirolüzit cevherlerinden yeni bir MnSO4-H2O üretim metodu
Başlık çevirisi yok
MAHMUT BAYRAMOĞLU
Doktora
Türkçe
1983
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜNAL SANIGÖK
- Isı borusu prensibinin güneşli su ısıtıcılarına ve damıtmaya uygulanması
Başlık çevirisi yok
ALİ YÜCEL UYAREL
- Dönel simetrik paraboloid yüzeyi ile sınırlı ortamda bir elastodinamik sınır değer problemi
Başlık çevirisi yok
NECLA KADIOĞLU
- Nöron sistemlerinin spin camı modeli ve incelenmesi
Başlık çevirisi yok
NİHAT YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. İSMAİL SÖKMEN