Alüminyum matrisli ve SiC takviyeli toz metal kompozit malzemenin aşınma özellikleri üzerine presleme sıcaklığının etkisinin araştırılması
Investıgatıon of the effect of pressıng temperature on the wear propertıes of alumınum matrıx and SiC reınforced powder metal composıte materıal
Yazar: FEVZİ TAŞ
Danışman: PROF. DR. HALİL ARIK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, sıcak presleme ile alüminyum matrisli SiC takviye kompozit malzeme üretilmiştir. Alüminyum ve SiC tozları içerisinde 10 mm çapta çelik bilye bulunduran turbula cihazında 2 saat süreyle karıştırılmıştır. Karıştırma sonrası çelik kalıp içerisinde konan tozlardan tek yönlü pres ile 200 MPa basınç altında 2 saat süreyle değişen sıcaklıklarda (500, 520, 540, 560 ve 580 ˚C) 14x32x52 mm boyutlarında 5 adet toz metal kompozit blok numune üretilmiştir. Üretilen blok kompozit numunelerden çapraz kırılma ve aşınma test numuneleri tel erezyon yöntemiyle kesilerek hazırlanmıştır. Üretilen numunelerin yoğunlukları belirlenmiş, sertlik ölçümleri alınmış ve metalografik incelemeleri yapılmıştır. Ayrıca numunelerin çapraz kırılma testleri ve pin-on-disk cihazında aşınma performansları incelenmiştir. Aşınma testleri oda sıcaklığında ve kuru ortamda pin-on-disk cihazı kullanılarak; hardox 500 çeliği aşındırıcıda 2000 m mesafede 5,10,15N değişen yükler altında olmak üzere 15 aşındırma testi gerçekleştirilmiştir. Kompozit numunelerden elde edilen yüksek yoğunluk değerleri tüm presleme sıcaklıklarında yeterli sinterleşmenin sağlandığını, mikroyapı resimleri SiC partiküllerinin matris yapı içerisinde genellikle homojen dağıldığını göstermektedir. SiC içeren kompozit numunelerin mekanik özelliklerinde alüminyum toz metal parçanın mekanik özelliklerine göre önemli iyileşmelerin olduğu görülmüştür. Setlik değerleri hemen hemen aynı sonuçları vermekle birlikte en yüksek sertlik 40,86 HBw değeri ile 580 ˚C presleme sıcaklığında elde edilmiştir. Pin-on-disk aşınma testinde sonuçları ağırlık kayıplarına göre hesaplanmıştır. Kompozitlerin aşınma direncinin alüminyum toz metal malzemeye göre daha iyi olduğu, deney sonuçlarına göre bu çalışma açısından en ideal çalışma sıcaklığının 560 ˚C olduğu saptanmıştır. Aşınma sonuçları bir bütün olarak değerlendirildiğinde bütün numunelerin kompozisyonu, takviye içeriği aynı olsa da sıcak presleme sürecindeki sıcaklık farkından dolayı sıcaklık artarken üretilen kompozit malzemenin aşınma direncinin arttığı ve aşınma kayıplarının azaldığı görülmektedir. Bazı sonuçların bu değerlendirmeye uymuyor olmasının sebebi ise üretilen malzemenin toz metal kompozit malzeme olmasından kaynaklı küçükte olsa yapısal farklılıklar gösterebileceği, bu tip malzemelerde tam olarak homojen bir yapının sağlanamayacağı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, aluminum matrix SiC reinforcement composite material was produced by hot pressing. Aluminum and SiC powders were mixed for 2 hours in a turbula device containing 10 mm diameter steel balls. After mixing, 5 powder metal composite block samples with dimensions of 14x32x52 mm were produced from the powders placed in the steel mold with a one-way press under 200 MPa pressure for 2 hours at varying temperatures (500, 520, 540, 560 and 580 ˚C). Cross-fracture and abrasion test specimens from the produced block composite specimens were prepared by cutting by wire erosion method. Densities of the produced samples were determined, hardness measurements were taken and metallographic examinations were made. In addition, the cross-fracture tests and wear performances of the samples in the pin-on-disc device were examined. Wear tests at room temperature and dry environment using pin-on-disc device; 15 abrasion tests were carried out on hardox 500 steel abrasive at a distance of 2000 m under varying loads of 5,10,15N. The high density values obtained from the composite samples show that sufficient sintering is achieved at all pressing temperatures, and the microstructure pictures show that the SiC particles are generally homogeneously dispersed in the matrix structure. It was observed that there were significant improvements in the mechanical properties of the composite samples containing SiC compared to the mechanical properties of the aluminum powder metal part. Although the hardness values give almost the same results, the highest hardness was obtained with a HBw value of 40.86 and at a pressing temperature of 580 ˚C. The results of the pin-on-disc wear test were calculated according to the weight losses. It has been determined that the wear resistance of the composites is better than the aluminum powder metal material, and according to the test results, the ideal operating temperature for this study is 560 ˚C. When the wear results are evaluated as a whole, although the composition and reinforcement content of all samples are the same, it is seen that the wear resistance of the produced composite material increases and the wear losses decrease as the temperature increases due to the temperature difference in the hot pressing process. The reason why some results do not comply with this evaluation is that the material produced may show slight structural differences due to the powder metal composite material, and it has been concluded that a fully homogeneous structure cannot be achieved in this type of materials.