Production of lead-free brass alloys, and the effect of some additives on machinability, mechanical and corrosion properties - Özbey, Semih (My University, 2020)
Bu çalışmada kurşunun insan sağlığına olumsuz etkisinden dolayı, kurşun yerine döküm yöntemi ile MnS ve MoS2 katkı maddeleri ilave edilerek üretilen kurşunsuz pirinç alaşımının işlenebilirlik, mekanik, mikroyapı ve korozyon özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Ticari olarak temin edilebilen otomat pirinci (C36000) ve Ecobrass numuneleri referans olarak kullanılmıştır.Ana alaşım elementleri 1100 ve 1150oC sıcaklık aralığında ergitilmiştir. Katkı maddeleri eriyik havuzuna eklenmiş ve sonraki adımda homojen bir mikro yapı elde etmek için grafit çubuk ile karıştırılmıştır. Son aşamada, hazırlanan alaşımın katılaşması için yüksek hız çeliği ile üretilmiş kalıba dökülmüştür.Üretilen kurşunsuz pirinç alaşımlarının mikro yapıları alfa, beta ve intermetalik bileşiklerinden meydana geldiği X-Işını Kırınım analizi (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu-Enerji Dağılım Spektroskopisi (SEM-EDS) sonuçları ile kanıtlanmıştır. Mikroyapılarında bulunan morfojiler, katılaşma parametresi, katkı maddesi cinsi ve miktarına göre Widmanstatten, dendritik ve iri taneler olmak üzere üç farklı şekilde meydana gelmiştir. Beta fazı oluşumunun Si'nin varlığı ile desteklendiği ve artan Si miktarıyla mikro yapıda dubleks alfa-beta fazlarından tek beta fazına dönüştü tespit edilmiştir.Sertlik testinin sonucunda mikroyapıda beta fazı artışının sertlik değerlerinin artmasına sebebiyet verdiğini ve ayrıca numunenin sertlik değerlerinin mevcut fazlardan ve dağılımlarından büyük ölçüde etkilendiği bulunmuştur.Hazırlanan ve referans numunelerin işlenebilirliği, yüzey pürüzlülüğü ve talaş oluşumu açısından değerlendirilmiştir. Hem MoS2 hem de MnS katkı maddeleri ile hazırlanan numuneden istenen süreksiz talaş türü elde edilmiştir. Ayrıca, mikroyapıdaki morfolojilerin işlenebilirlik üzerinde büyük etkisi olduğu gözlemlenmiştir. MoS2 ilavesinin yağlayıcı etkisinden dolayı MoS2 ile hazırlanan numunenin yüzey pürüzlülüğü değerinin, en düşük olduğu bulunmuştur. Hem referans numunenin hem de hazırlanan numunenin korozyon davranışının birbirinden farklı olduğu, MoS2 ile üretilen alaşımların daha dirençli bir korozyon davranışı gösterdiği analiz sonuçlarında görülmüştür. MnS numunelerinin çekme mukavemeti ve yüzde uzaması EN 12164 standartlarına göre sınır değerlerine yakındır.Aşınma testi sonuçları, MoS2 ilavesi ile üretilen numunelerin düşük sürtünme katsayısına ve MoS2'nin yağlayıcı etkisinden dolayı yüksek aşınma direncine sahip olduğunu göstermektedir.Sonuç olarak, yeni geliştirilen MoS2-2 numunesinin, şu anda endüstride ticari olarak kullanılan F.C.B ve Ecobrass ile aynı veya benzer özelliklere sahip olduğu belirlendi. Ek olarak MoS2 ilavesi ile yeni geliştirilen pirinç alaşımının, iyi korozyon davranışına, daha iyi aşınma direncine ve düşük yüzey pürüzlülüğüne, olağanüstü düşük sürtünme katsayısına ve karşılaştırılabilir sertlik ve mekanik özelliklere ve uygun talaş şekline sahip, ümit verici kurşunsuz pirinç alaşımı olduğu görülmüştür.

In this study, the effects of MnS and MoS2 additives on the machinability, microstructural, mechanical and corrosion properties of lead-free brass alloys produced by casting method instead of lead alloying element due to the adverse effect of lead on human health were investigated. Commercially available Free-cutting brass (C36000) and Ecobrass alloys were used in production of reference samples.The main alloying elements were melted at the temperature between 1100 and 1150oC. Additives were added into melt pool and stirred with graphite rod to obtain homogenous microstructure in the following step. Finally, molten alloy was poured and solidified into the mould, produced by high speed steel. The microstructures of lead-free brass alloys produced have consisted of alpha, beta and intermetallic compound which was confirmed by the results of X- Ray Diffraction (X-RD) analysis and Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS). The microstructure of lead free brass alloys revealed three different morphologies which are Widmanstäetten, dendritic and coarse grains by virtue of solidification parameter, type and content of additives. From the view of phase transformation, the formation of beta phase was promoted by the existence of Si and Sn; in addition, duplex alpha-beta phase transformed to single beta phase in the microstructure with increasing Si content. Hardness value increased with increasing beta phase in microstructure; moreover, the hardness value of the samples was greatly affected by the distribution of phases. The machinability of prepared and reference samples was evaluated in terms of surface roughness and chip formation. Chips obtained from the sample prepared with both MoS2 and MnS additives is of the discontinuous type. In addition, morphologies in microstructure are found to have a great impact on machinability. The surface roughness value of sample prepared with MoS2 additive was found to be the lowest due to its lubricity effect. Corrosion behavior of sample with MoS2 addition were shown to be superior than reference samples. The ultimate tensile strength and elongation of MnS samples are close to limit value according to EN 12164 standards. The wear test results show that the samples produced with the addition of MoS2 have low friction coefficient and high wear resistance due to the lubricant effect of MoS2. Finally, it was determined that the newly developed MoS2-2 sample had the same or similar properties as F.C.B and Ecobrass, which are currently commercially used in industry. In addition, the newly developed brass alloy with the addition of MoS2 proved to be a promising lead-free brass alloy with good corrosion behavior, better wear resistance and low surface roughness, an exceptionally low coefficient of friction and comparable hardness and mechanical properties, and a favorable chip shape.
Keywords: Corrosion; Engineering; İşlenebilirlik; Korozyon; Kurşunsuz pirinç; Lead-free brass; Machinability; Mechanical Properties; Mekanik Özellikler; Metallurgy; Metalurji; Microstructure; Mikroyapı; Mühendislik