Toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiş B4C takviyeli önalaşımlı Al kompozitlerin özellikleri üzerine sinterleme yöntemlerinin etkisi
The effect of sintering methods on the properties of B4C reinforced pre-alloyed Al composites produced by powder metallurgy method
Yazar: SEHER İREM AYDOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİKA ÖZER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada B4C parçacık takviyeli Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg matrisli kompozit malzeme üretiminde, geleneksel, mikrodalga ve spark plazma sinterleme yöntemlerinin mikroyapıya, yoğunluk değerlerine, çapraz kırılma dayanımı ve sertlik sonuçlarına etkisi incelenmiştir. Soğuk-pres numuneler 620 MPa basınç uygulanarak tek yönlü presleme tekniğiyle üretilmiştir. 555, 580 ve 605°C sıcaklıklarda geleneksel sinterleme ve mikrodalga sinterleme gerçekleştirilmiştir. Sinterleme sıcaklığında bekleme süreleri ise geleneksel sinterleme için 60 dk., mikrodalga sinterleme için beklemeden (0 dk.), 15, 30, 45 ve 60 dk. olarak uygulanmıştır. Spark plazma sinterlemede ise 50 MPa presleme basıncı, 450°C sinterleme sıcaklığı ve 5 dk. bekleme süresi parametreleri kullanılmıştır. Mikroyapı analizlerinde optik ve taramalı elektron mikroskobu kullanılmıştır. Yoğunluk ölçümü ASTM-B962-08 standardına göre yapılmıştır. Sertlik değerleri Brinell sertlik metoduna göre ölçülmüştür. Çapraz kırılma testleri ASTM-B528-16 standardına uygun yapılmıştır. Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg tozlara diferansiyel termal analiz testi uygulanmıştır. X-ışını kırınımı analizi ile Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg numunesi mikroyapısında bulunan element ve bileşikler belirlenmiştir. Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg tozlarından üretilen numunenin mikroyapısında elementel-Al, esas alaşım (Al-Si-Cu-Mg), birincil-Si ve θ(CuAl2), β(Mg2Si), γ(Al2CuMg) ikincil fazları belirlenmiştir. Artan parçacık takviye oranıyla gözenek miktarında artış gözlenmiştir. Geleneksel ve mikrodalga sinterleme yöntemlerinde optimum sinterleme sıcaklığı 555°C olarak belirlenmiştir. Spark plazma sinterlemeyle üretilen numunelerde %96'nın üzerinde yoğunluk elde edilmiştir. Sertlik ve çapraz kırılma dayanım sonuçlarına göre mikrodalga sinterlemede optimum değerleri sinterleme sıcaklığında beklenilmeden üretilen numuneler vermiştir.

Abstract:
In this study, effects of conventional, microwave and spark plasma sintering on microstructure, density, transverse rupture strength and hardness results in the production of Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg/B4C composite material were investigated. Cold-pressed specimens were produced with uniaxial pressing technique by applying 620MPa pressure. Conventional and microwave sintering were performed at temperatures of 555, 580 and 605°C. Waiting times at sintering temperature were 60min for conventional sintering, without holding time (0min), 15, 30, 45 and 60min for microwave sintering. In the spark plasma sintering, 50MPa pressure and 450°C, 5min sintering parameters were used. Optical and scanning electron microscopes were used in microstructure analysis. Density measurement was made according to ASTM-B962-08. Hardness values were measured according to the Brinell. Transverse rupture strength tests were made in accordance with ASTM-B528-16. Differential thermal analysis was applied to Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg powders. Elements and compounds in the microstructure of the Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg sample were determined by X-ray diffraction. In the microstructure of the Al-15Si-2,5Cu-0,5Mg samples, elemental-Al, master alloy (Al-Si-Cu-Mg), primary-Si and θ(CuAl2), β(Mg2Si), γ(Al2CuMg) secondary phases were determined. The amount of pores increased with increasing reinforcement ratio. In conventional and microwave sintering methods, the optimum sintering temperature was determined as 555°C. Density over 96% was obtained in samples produced by spark plasma sintering. According to the hardness and transverse rupture strength results, it was determined that the samples produced without holding time at the sintering temperature give optimum values in microwave sintering.