Aramid fiber ve B4C parçacık ile takviye edilmiş Al7075 matrisli kompozitlerde haddelemenin ve yaşlandırmanın mekanik ve tribolojik özelliklere etkisi
Effect of rolling and aging on mechanical and tribological properties of Al7075 matrix composites reinforced with aramid fibers and B4C particles
Yazar: MEHMET EMİN DEMİR
Danışman: PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK ; PROF. DR. ALİ KALKANLI
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Alüminyum alaşımlarının düşük üretim maliyetleri, iyi mekanik özellikleri ve yüksek korozyon dirençleri otomobil ve uzay endüstrisinde kullanılmalarını cazip kılmaktadır. Bu alaşımların farklı takviye parçacıkları ile güçlendirilmesi, ısıl işleme tabi tutulması veya haddelenmesi fiziksel, mekanik ve tribolojik özellikleri olumlu etkiler. Bu çalışmada, Al7075 alaşım matrisine 4 farklı takviye oranında (%4, %8, %10 ve %12) B4C parçacık ve aramid fiber ilave edilerek sıkıştırma döküm yöntemi ile malzemeler üretilmiştir. Üretilen malzemelerin mikroyapıları SEM ve optik mikroskop ile incelenmiş, faz oluşumları ise XRD ve EDX ile analiz edilmiştir. B4C/Al7075 kompozitlerin ve aramid/Al7075 alaşım malzemelerinin fiziksel (sertlik), mekanik (çekme, elastisite modulu, eğme) ve tribolojik özellikleri Al7075 alaşımıyla kıyaslanmıştır. Ayrıca en iyi mekanik özelliklerin elde edildiği B4C ve aramid takviyeli malzemelere ve Al7075 alaşımına, yaşlandırma ve haddeleme işlemi de uygulanarak bu işlemlerin sertlik, çekme ve eğme dayanımları ile tribolojik özelliklere etkisi araştırılmıştır. Numunelerin kırılma ve aşınma yüzeyleri SEM ile incelenmiştir. Takviye oranının etkisi incelendiğinde hem B4C hem de aramid takviyesi kullanılan malzemelerde en yüksek sertlik değerleri %12 takviye oranında görülmüştür. En yüksek çekme ve eğme mukavemeti ise B4C ve aramid takviyeli malzemeler için sırasıyla %10 ve %8 takviye oranından elde edilmiştir. %10 B4C/Al7075 kompozit malzemesinin çekme mukavemeti 249 MPa, eğme mukavemeti 494 MPa iken ve %8 aramid/Al7075 alaşım malzemesininki ise 278 MPa ve 454 MPa olarak belirlenmiştir. Sertlik değerinde olduğu gibi aşınma direncinde de en iyi değerler her iki takviye tipinde %12 oranından elde edilmiştir. B4C ve aramid takviyeleri Al7075 alaşımın aşınma direncini arttırmıştır. Yaşlandırmanın etkisi incelendiğinde, yaşlandırma süresine bağlı olarak malzemelerin belirlenen özelliklerinin oldukça geliştiği, ancak belirli bir yaşlandırma süresinden sonra kısmen düştüğü görülmüştür. Haddeleme işlemi de malzemelerin belirlenen özelliklerini geliştirmiştir, ancak bu etki yaşlandırma işlemindeki kadar yüksek olmamıştır.

Abstract:
The low production costs, good mechanical properties, and high corrosion resistance of aluminum alloys make them attractive for use in the automobile and aerospace industries. Reinforcing these alloys with different reinforcement particles, applying heat treatment, or rolling affects their physical, mechanical and tribological properties positively. In this study, B4C particle and aramid fiber were added in 4 different reinforcement ratios (4%, 8%, 10% and 12%) to the Al7075 alloy matrix and their production was carried out by squeeze casting method. Microstructures of the produced materials were investigated with SEM and optical microscope, and phase formations were also analyzed with XRD and EDX. The physical (hardness), mechanical (tensile, modulus of elasticity, flexural) and tribological properties of the B4C/Al7075 composites and aramid/Al7075 alloy materials were compared with the Al7075 alloy. In addition, aging and rolling processes were applied to B4C and aramid reinforced materials, where the best mechanical properties were obtained, and Al7075 alloy and the effects of these processes on hardness, tensile and flexural strengths and tribological properties were investigated. The fracture and worn surfaces of specimens were analysed by SEM. When the effect of reinforcement ratio was examined, the highest hardness values were obtained at the rate of 12% reinforcement for both B4C and aramid reinforcement. The highest tensile and flexural strengths were obtained from 10% and 8% reinforcement ratios for B4C and aramid reinforced materials, respectively. Tensile strength of 10% B4C/Al7075 composite material was 249 MPa, flexural strength was 494 MPa, and that of 8% aramid/Al7075 alloy material was determined as 278 MPa and 454 MPa. As in the hardness value, the best values in wear resistance were obtained from ratio of 12% in both reinforcement types. B4C and aramid reinforcements increased the wear resistance of the Al7075 alloy. When the effect of aging was examined, it was observed that the certain properties of the materials were considerably improved depending on the aging period, but they partially decreased after a certain aging time. The rolling process also improved the certain properties of the materials, but this effect was not as high as in the aging process.