The Effects of Manganese Concentration on the Mechanical Properties of A356 Aluminum Alloy Wheels Produced by Low Pressure Die Casting

Abstract

Alüminyum, otomotiv endüstrisinde her geçen gün daha önemli hale gelmektedir. Genellikle alüminyum alaşımından yapılan otomobil jantları, geri dönüşüm verimliliği, yüksek özgül mukavemeti, termal iletkenliği, işlenebilirliği ve korozyon direnci nedeniyle tercih edilmekte ve hafiflikleriyle araçların artan performansına ve yakıt verimliliğine katkıda bulunmaktadır. Alüminyum alaşımlı jantlar belirli mekanik standartları karşılamak zorundadır. Bu konudaki büyük bir endişe, geri dönüştürülmüş alüminyum alaşımlarının bu mekanik gereksinimleri karşılayıp karşılayamayacağıdır. Alüminyum alaşımlarında geri dönüştürülmüş hurda oranı arttıkça, empüritelerin karışması ve birikmesi önemli sorunları beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada demir içeriğinin zararlı etkilerini ortadan kaldırmak için Mn kullanılmıştır. Mangan varlığı demir intermeteliklerinin olumsuz etkilerini nötralize eder, böylece ikincil alüminyumun güvenlik açısından kritik uygulamalarda kullanılmasına olanak tanır. Bu amaçla ağırlıkça %0,040 (şarj 1), ağırlıkça %0,069 (şarj 2) ve ağırlıkça %0,14 (şarj 3) Mn içeren A356 alaşımlı otomobil jantları alçak basınçlı döküm yöntemiyle döküldü. İntermetalikler incelenerek Mangan etkilerinin görülebilmesi amacıyla optik mikroskop incelemesi yapılmış ve bu görüntüler ImageJ yazılımı yardımıyla sayısal verilere dönüştürülmüştür. Üretilen jantların mekanik özellikleri sertlik ölçümü, çekme testi ve Charpy darbe testi yapılarak incelenmiştir. Charpy darbe testi sonucunda oluşan kırılma yüzeyleri SEM ve EDX yardımıyla incelenmiştir. Beklendiği gibi, sertlik ve akma dayanımı değerleri tüm numunelerde benzer davranış sergilemiştir. Bölgesel artış ve azalışlar vardır. İstatistiksel analizler sonrasında, Mn konsantrasyonu ile mekanik özellikler arasında güçlü olmayan negatif doğrusal bir korelasyon gözlenmiştir. Dolayısıyla, Mn ilavesi mekanik özelliklerdeki düşüş için tek ve en güçlü parametre değildir. Darbe enerjisi, uzama ve akma dayanımında olduğu gibi en-boy oranı ve tane/mm2 üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Ancak akma dayanımı ve uzamanın aksine, en-boy oranı tane/mm2'ye göre daha hassastır.

Aluminum has become increasingly crucial in the automotive industry and automobile wheels, often made from aluminum alloy, because of their recycling efficiency, high specific strength, thermal conductivity, machinability, and corrosion resistance, contribute to vehicles' enhanced performance and improved fuel efficiency due to their reduced weight. Aluminum alloy wheels must meet specific mechanical standards. A major concern is whether recycled aluminum alloys can fulfill these mechanical requirements. As the proportion of recycled scrap increases in aluminum alloy components, the mixing and accumulation of impurities become significant issues. In this study, Mn was used to counteract the detrimental effects of iron content. The presence of Mn neutralizes these adverse effects, thereby enabling the use of secondary aluminum in safety-critical applications. For this purpose, A356 alloy automobile wheels containing 0.040 wt% (batch 1), 0.069 wt% (batch 2) and 0.14 wt% (batch 3) Mn were cast by low pressure die casting method. In order to see the effects of Mn by examining intermetallics, optical microscope examination was performed and these images were converted into numerical data with the help of ImageJ software. In addition. The mechanical properties of the produced wheels were examined by performing hardness measurement, tensile test, and Charpy impact test. Fracture surfaces formed as a result of Charpy impact test were examined with the help of SEM and EDX. As expected, the hardness and yield strength values exhibited similar behavior across all samples. With regional increases and decreases mirroring each other. After statistical analysis a non-strong negative linear correlation between Mn concentration and mechanical properties was observed. Therefore, Mn addition is not the only and the strongest parameter for the decrease in mechanical properties. Impact energy is strongly infleunced on aspect ratio and grains/mm2 as like elongation and yield strength. But oppositely, it is more sensitive aspect ratio than grains/mm2.