Silisyum karbür ve alümina takviyeli alüminyum esaslı işlevsel dereceli malzemelerin balistik performansının incelenmesi
An investigation on the ballistic performance of AA7075 based functionally graded materials with silicon carbide and alumina reinforcement
Yazar: ERHAN BALCI
Danışman: PROF. DR. NECİP CAMUŞCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Zırh üretiminde, tam balistik korumanın düşük ağırlıkla sağlanması en önemli noktalardan biridir. Korumayı daha geleneksel çelik zırh malzemelerine kıyasla daha düşük ağırlıkta sağlayabilmek amacıyla, bu çalışmada seramik takviyeli alüminyum esaslı farklı İşlevsel Dereceli Malzemeler (İDM) ile seramik katmanlı alüminyum alaşımları 7,62 mm çaplı zırh delici mermiler karşısında balistik olarak incelenmiştir. İDM'ler ile seramik katmanlı malzemelerin alüminyum katmanları toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiştir. Seramik katman ise piyasadan temin edilerek alüminyum alaşımının üzerine yapıştırılmıştır. Ana yapı olarak alüminyum alaşımlarından AA7075 seçilmiştir. Seramik takviye olarak ise SiC ve Al2O3 kullanılmıştır. İDM'ler üç katmandan oluşmaktadır. Tüm malzemelerde arka katman takviyesiz AA7075 alaşımı kullanılarak üretilmiştir. Orta ve üst katmanlarda ise belirli oranlarda seramik takviye kullanılmıştır. Seramik katmanlı alüminyum alaşımında ise Al2O3 plaka alüminyum alaşımı üzerinde yapıştırılmıştır. İlk olarak, alüminyum alaşımının en yüksek sertliğe ulaşacağı ısıl işlem koşulunu belirlemek amacıyla, gözlem numuneleri çözeltiye alma ve sonrasında farklı sıcaklıklarda 96 saate kadar yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca numunelerin yaşlandırılmış ve yaşlandırılmamış durumdaki üç nokta eğme dayanımları bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda atış yapılacak numuneler çözeltiye alma işleminden sonra 120 °C'de 48 saat yaşlandırılmıştır. Yaşlandırma sonrasında numuneler balistik olarak test edilmiştir. Balistik testler Kırıkkale Silahsan Silah Fabrikası A.Ş. atış poligonunda gerçekleştirilmiştir. Test sonrasında numuneler makro ve mikro olarak incelenmiştir. İDM'ler balistik testlerde başarısız olurken, Al2O3 katmanlı, 10 mm ve 13 mm alüminyum alaşımı katmanlı numuneler, mermiyi durdurmayı başarmıştır.

Abstract:
One of the important issues on manufacturing armor material is to provide ballistic protection with lower weight. In this study, Functionally Graded Materials (FGM) consisting of ceramic reinforcement and aluminum matrix and bilayered composites consisting of aluminum and ceramic layers were investigated against armor piercing projectile to reduce protection weight with respect to steels. Functionally Graded Materials and aluminum layer of bilayered composite were produced via powder metallurgy technique. Ceramic layer was used as commercially and fixed on the aluminum layer. AA7075 aluminum alloy was chosen as the matrix material. SiC and Al2O3 are the ceramic reinforcement materials. Functionally Graded Materials are consisting of three layers. Inner layer of all materials is AA7075 aluminum alloy. The intermediate and outer layers include ceramic reinforcement. Ceramic layer of bilayered composite was Al2O3 plate and was fixed on aluminum layer. To find out the peak hardness value of aluminum depending on the heat treatment condition, samples were subjected to solutionizing and then to artificial aging at different temperatures up to 96 hours. Also transverse rupture strengths of aged and solutionized samples were measured. According to test data, samples that will be ballistic tested were aged at 120 °C for 48 hours. After aging process, the FGM and laminated composite samples were tested. The ballistic tests were performed at the polygons of Kırıkkale Silahsan. After that, the test samples were investigated at micro and macro scale. All the FGM samples failed against armor-piercing projectile, while the laminated composites with 10 and 13 mm thick aluminum layer were found to be successful.