Al/Al-B4C takviyeli sandviç kompozit üretimi ve darbe davranışının incelenmesi
Production of Al/Al-B4C reinforced sandwich composite and investigation of impact behavior
Yazar: CİHAN KARATEPE
Danışman: PROF. DR. MEHMET BAKİ KARAMIŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Konstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler kompozit malzemelerin farklı uygulamalarından biri olup metal/metal, metal/seramik veya metal/metal-seramik gibi malzemelerin farklı kombinasyon veya oranlarda bir araya getirilmesiyle elde edilirler. Mekanik özellikler malzeme kesitindeki derecelendirmeye bağlı olarak değişim gösterirler. Bu çalışmada 5xxx serisi ve 6xxx serisi alüminyum alaşımları kullanılarak üç katmanlı bir kompozit malzeme üretilmiştir. Kompozit malzemenin alt katmanı Al 5005, orta katmanı Al 6061/B4C metal matrisli kompozit, üst katmanı ise Al 6061'den oluşmaktadır. Malzemeler, iki plaka arasına Al6061/B4C tozların serilmesi ve 80 MPa basınç altında 600 ˚C derece sıcaklıkta 1 saat sinterlenmesi ile üretilmiştir. Daha sonra malzemelere 530 ˚C sıcaklıkta su verilmiş ve 200 ˚C sıcaklıkta 1 saat suni yaşlandırma uygulanmıştır. Isıl işlemle birlikte darbe yüklerine maruz kalan malzemelerde tokluk değeri düşük malzemelerin kırılma enerjileri de düşmektedir. Üretilen bu malzemede kullanılan 5xxx serisi katman ısıl işlem ile mekanik özellikleri iyileştirilebilir malzeme olmadığı için ısıl işlem sonrası tokluk değerini muhafaza etmiştir. Dolayısıyla malzeme, dikey kesitinde sertliğin düşükten yükseğe değiştiği FDM bir malzemeye dönüşmüştür. Malzemelere uygulanan darbe testlerine göre FDM malzemeler ham Al 6061 malzemeye göre kırılma enerjilerini yüksek oranda arttırmıştır. Bazı test numunelerinin katmanları ayrılma göstermiş, bu da ısıl işlem sebepli ile arayüzey bağlarının zayıfladığını göstermiştir. Orta katmandaki B4C oranının artması ile de maksimum temas kuvveti artarken kırılma enerjisi düşmüştür.

Anahtar Kelimeler: FDM plaka, sinterleme, darbe testi, yaşlandırma, bor karbür

Abstract:
Functionally graded materials are one of the different applications of composite materials and they are obtained by combining materials such as metal/metal, metal/ceramic, or metal/metal-ceramic in different combinations or ratios. The mechanical properties of the material, vary depending on the gradation in the material cross-section. In this study, a three-layer laminated composite material was produced with Al 5xxx and Al 6xxx series aluminum alloys. The bottom layer of the composite material is an Al 5005 plate, the middle layer is Al 6061/B4C mixed metal composite and the top layer is Al 6061 plate and layer thicknesses are 2, 2, and 4 mm, respectively. The materials were produced by laying Al 6061 and Al 6061/B4C mixed powders between two plates and sintering for 1 hour at 600 °C under 80 MPa pressure. Then, the materials were quenched at 530 °C and artificially aged at 200 °C for 1 hour. As heat treatment improves the mechanical properties, it also decreases the toughness values of the material. The fracture energies of materials with low toughness values also decrease in materials exposed to impact loads. The Al 5xxx series layer that has been used in this study, retained its toughness value after heat treatment since it is not a material that mechanical properties can be improved by heat treatment. However, the powder layer gained a lower hardness value compared to the Al 6061 plate. Therefore, the materials have evolved into an FGM material which has increased their fracture energies significantly compared to the raw Al 6061 material. But, some test samples showed separation between layers, indicating that the layer bonds weakened due to the heat treatment. With the increase of the B4C ratio in the middle layer, while the maximum contact force increased, the fracture energy decreased.

Keywords: FGM plate, sintering, impact test, aging treatment boron carbide (B4C)