Fe/B4C fonksiyonel kademelendirilmiş kompozit yapıların termal şok davranışının akustik emisyon tekniği ile incelenmesi
Investigation of thermal shock behavior of Fe/B4C functionally graded composite materi̇als by acoustic emission technique
Yazar: AHMET HÜSAMETTİN MUTLU
Danışman: DOÇ. DR. FEHMİ NAİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı gradyant değerine sahip lineer (n=1) ve non-lineer (n=0.1) Fe/B4C fonksiyonel kademelendirilmiş kompozit malzemelerin ve tabakalı Fe/B4C kompozit malzemelerin termal şok testi sonrası hasar analizlerinin yapılması ve daha sonrasında akustik emisyon tekniği ile termal şok testlerinin beraber uygulanması ile hasar mekanizmaları hakkında bilgi edinmek amaçlanmıştır. 
Bu amaçla, öncelikle Fe ile B4C tozları kullanılarak 10 mm kalınlığında ve 30 mm çapında, n=1 ve n=0.1 kompozisyonel gradyantlı Fe/B4C fonksiyonel kademelendirilmiş kompozit malzemeler ile ana fazı takviyesiz Fe içeren ve üst tabakası ise farklı kalınlıklarda (1 mm, 2 mm ve 3 mm) Fe ve B4C karışımı içeren tabakalı numuneler toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiştir. Tabakalı malzemelerin tabakaları ve fonksiyonel kademelendirilmiş malzemelerin en üst katmanı ise %20 B4C içermektedir. Numunelerin seramik yoğun yüzeylerine 650°C-25°C sıcaklık aralığında (∆T=625) ve herbiri 10 çevrimlik (N10) 3 tekrarda toplamda 30 çevrim olacak şekilde (3xN10) termal şok uygulanmıştır. Her bir N10 çevrim sonrası numunelerin termal şoka maruz bırakılan yüzeyleri hafifçe parlatılarak çatlak oluşumu ve çatlak gelişim süreci takip edilmiştir. Toplamda N30 çevrim sayısına ulaşıldığında numune yüzeyleri yanında, numunelerin kesit görüntüleri alınarak kesit içerisindeki çatlak oluşumları değerlendirilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında birinci aşamadaki numunelerle benzer şartlarda hazırlanmış numunelere yine 650°C-25°C sıcaklık aralığında N30 çevrim sayısında kesintisiz termal şok uygulanmıştır. Bu aşamada tüm çevrim sürecinde  numuneler üzerinden anlık olarak akustik emisyon (AE) sinyalleri alınarak kayıt edilmiştir. Sonuç olarak tabakalı ve fonksiyonel kademelendirilmiş malzemelerin akustik sinyal grafikleri alınıp hasar karakterizasyonu için yorumlanmıştır.
Çalışamanın ilk aşamasında en iyi performans sergileyen malzemenin n=1 fonksiyonel kademelendirilmiş numunenin olduğu ve ikinci aşamasında ise en çok deformasyonun katmanlı t3 numunesinde olduğu sonucuna varılmıştır. 

Anahtar Kelimeler: Akustik emisyon yöntemi, Metal kompozitler, Metal matrisli kompozitler, Termal şok

Abstract:
In this study, the objective is to perform damage analyses, on including linear (n=1) and non-linear (n=0.1) configurations with different gradient values functionally graded Fe/B4C composite materials, as well as layered Fe/B4C composite materials, following thermal shock tests. Subsequently, the aim is to gain insights into the damage mechanisms by applying thermal shock tests in conjunction with the acoustic emission technique.
To achieve this objective, initially, functionally graded Fe/B4C composite materials with compositional gradients of n=1 and n=0.1 as well as layered samples containing unreinforced Fe as the base phase and an upper layer with varying thickness (1 mm, 2 mm, and 3 mm) of mixed Fe and B4C, were fabricated using the powder metallurgy method. The uppermost layer of both layered and functionally graded materials contains 20% B4C. Thermal shock was applied to the ceramic dense surfaces of the samples within a temperature range of 650°C-25°C (∆T=625), with each consisting of 10 cycles (N10) and a total of 30 cycles in three repetitions (3xN10). After each N10 cycle, the surfaces exposed to thermal shock were lightly polished to observe crack formation and the process of crack development. Upon reaching a total of N30 cycles, surface images of the samples were taken, and cross-sectional images were obtained to evaluate crack formations within the cross-section. In the second phase of the study, samples prepared under similar conditions to those in the first phase were again subjected to continuous thermal shock at N30 cycles, within the temperature range of 650°C-25°C. Throughout this stage, acoustic emission (AE) signals were continuously acquired and recorded in real-time from the samples. Consequently, acoustic signal graphs of layered and functionally graded materials were obtained and interpreted for damage characterization.
In the first stage of the study, it was concluded that the material exhibiting the best performance was the n=1 functionally graded sample, while in the second stage, it was determined that the highest deformation occurred in the layered t3 sample.

Keywords: Acoustic emission method, Metal composites, Metal matrix composites, Thermal shock