Microstructure investigation of rapidly solidified commercial aluminum alloys - Yürük, Ayşe Ecem (My University, 2025)
İkiz merdane sürekli döküm (İMSD), yassı haddelenmiş alüminyum ürünlerin üretilmesini sağlayan, az maliyetli, enerji tasarruflu ve süreklilik esasına dayanan bir yöntemdir. Ancak, İMSD yönteminin endüstriyel uygulamalarda yaygınlaşması, iki temel zorluk olan şerit kalınlığı boyunca mikroyapının homojen olmaması ve nispeten düşük verimlilik ile sınırlanmaktadır. Bu tez çalışması, ticari alüminyum alaşımlarının katılaşma davranışını yüksek hızlarda gerçekleştirilmiş tek yönlü katılaşma deneyleri, termal simülasyonlar ve sistematik alaşım tasarımı yoluyla inceleyerek her iki sorunu da ele almaktadır. İMSD yöntemiyle üretilmiş şeridinin farklı bölgelerindeki soğuma hızlarını tahmin edebilmek için, AA1050 alaşımı sıvı metal soğutmalı tek yönlü katılaşma düzeneği kullanılarak yüksek hızlarda katılaştırılmıştır. Mikroyapı ve termal simülasyon analizleri, yüksek hızlarda, katılaşma hızının motor hızından önemli ölçüde farklı ve düşük olduğunu, hızlı katılaşmaya bağlı olarak izoterm eğriliğinin belirginleştiğini, bunun da numunelerin merkez ve kenar bölgeleri arasında mikroyapısal farklılıklara yol açtığını ortaya koymuştur. İMSD ile üretilmiş ve tek yönlü katılaşmış numunelerin mikroyapıları karşılaştırılmış, incelenen bölgeler arasında şeridin çeyrek bölgesinin soğuma hızı, tek yönlü katılaşmış numuneler yardımıyla tahmin edilebilmiştir. İMSD yönteminin üretkenliğini artırmak amacıyla, farklı Si ve Fe içeriğine sahip AA1050 ticari alaşımları, deney tasarımı yaklaşımıyla seçilmiş, termal ve istatistiksel analizler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, Si ve Fe içeriklerinin kontrollü bir şekilde azaltılmasıyla seçilen optimize edilmiş alaşım içeriğinin İMSD verimliliğini artırmak amacıyla kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca, bu tez çalışmasında içecek kutularının gövdelerinin üretimdeki ütüleme aşamasında takım parlatmasını sağlayan mikroyapıyı kontrol etmeye yönelik AA3104 ticari alüminyum alaşımının İMSD ile üretilebilirliğini incelemek amacıyla, farklı Mn ve Mg içeriklerine sahip AA3104 alüminyum alaşımları deney tasarımı yöntemiyle seçilmiş ve dökülmüştür. Mikroyapı, termal ve istatistiksel analizlerin sonuçları; Mn elementinin ikincil fazların boyutunu ve bunların katılaşma davranışını güçlü bir şekilde etkilediğini, Mg elementinin ise esas olarak alaşımların katılaşma sıcaklık aralığını etkilediğini ortaya koymuştur.

Twin-roll casting (TRC) is a continuous, cost-effective, and energy-efficient method for producing flat-rolled aluminum products. However, its industrial implementation remains limited by two critical challenges: non-uniform microstructure across the strip thickness and relatively low productivity. This thesis addresses both challenges by investigating the solidification behavior of commercial aluminum alloys through high-velocity directional solidification (DS) experiments, thermal simulations, and systematic alloy design. To estimate the cooling rates in different regions of the TRC strip, AA1050 alloy was directionally and rapidly solidified using a liquid-metal-cooled DS setup. Microstructural and thermal simulation analyses revealed that solidification velocity deviated from motor velocity at higher velocities, and due to the high velocity, isotherm curvature became more pronounced, leading to microstructural differences between the center and edge regions of the samples. TRC strip and DS microstructures were compared, and the cooling rate of the quarter region of the strip among the examined regions was estimated based on the DS samples. To enhance TRC productivity, various AA1050 commercial aluminum alloys with different Si and Fe were selected using a Design of Experiments (DOE) approach. Thermal and statistical analyses were performed. Based on the results, optimized alloy composition can be selected by reducing Si and Fe contents in a controlled manner for enhancing TRC productivity by enabling higher casting speeds. In addition, in this thesis, to investigate the producibility of AA3104 aluminum alloys by TRC with the aim of controlling the microstructure to polish the ironing tools and prevent tool galling, various AA3104 aluminum alloys with different Mn and Mg were systematically selected by the DOE approach and cast. The results of the microstructure, thermal, and statistical analyses demonstrated that Mn was found to strongly influence secondary phase size and solidification behavior, while Mg primarily affected the solidification temperature range of the alloys.
Hızlı katılaşmış ticari alüminyum alaşımlarının mikroyapı incelemesi
Keywords: alaşım tasarımı; alloy design; Aluminum alloys; Alüminyum alaşımları; directional solidification; Engineering; ikiz merdane sürekli döküm; istatistiksel analiz aluminum alloys; Metallurgy; Metalurji; microstructure; mikroyapı; Mühendislik; simulation; simülasyon; statistical analysis; tek yönlü katılaşma; termal karakterizasyon; thermal characterization; twin-roll casting