Al/B4C metal köpük katmanlı kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Al/B4C metal foam layer composite materials production andinvestigation of the mechanical properties
Yazar: BETÜL SAYGILI
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN ÇITAK ; ÖĞR. GÖR. HALİL KARAKOÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Savunma ve otomotiv sektöründe kullanılabilecek yüksek darbe ve korozyon direncine sahip, düşük ağırlıklı B4C parçacık takviyeli ve katmanlı alüminyum sandviç köpük (ASK) malzemeler toz metalürjisi (TM) tekniği ile üretilmiştir. Çalışmada B4C katmanlı ve katmansız olmak üzere 5 farklı kombinasyona sahip ASK malzemeler elde edilmiştir. Al köpükte ana malzeme olarak ön alaşımlı Alumix 231 (Al-Cu %2,5-Mg %0,5–Si %14) alaşımı kullanılırken köpürtücü ajan olarak ise ağırlıkça %1 oranında TiH2 (<45 µm) kullanılmıştır. Katmanlı ASK malzemelerde ise ana malzeme olarak ön alaşımlı Al2024 tozu (<150 µm), takviye elamanı olarak ise B4C (<10 µm) parçacıkları kullanılmıştır. Numuneler köpük, köpük ve Al2024 alaşımı katmanlı ve %5,10, 20 oranında B4C parçacık takviyeli Al2024 alaşımı katmanlı olarak üretilmiştir. 45 dakika boyunca homojen olarak karıştırılan tozlar sıcak presleme kalıbına sırası ile doldurulduktan sonra 25 MPa basınç altında ön presleme ardından 550 oC sıcaklıkta 30 dakika bekletilmiş ve 200 MPa basınç altında sıcak presleme yapılarak köpürebilir preform malzeme üretilmiştir. Köpürebilir preform malzemeler sınırlandırılmış çelik kalıp içerisinde 750 oC sıcaklıkta 11(içerde 10) dakikada köpürtme işlemi yapılarak B4C parçacık katmanlı ASK malzemeler üretilmiştir. Kompozit katmanlı ASK malzemelerin mikroyapı, yoğunluk, gözenek boyutu ve morfoloji analizleri yapılmıştır. En yüksek yoğunluğun %99,15 ile Al2024 alaşımında olduğu ve B4C oranı arttıkça bağıl yoğunlukların azaldığı gözlenmiştir. B4C miktarı arttıkça sıkıştırılabilme azalmış, topaklanma artmıştır. B4C içermeyen malzemelerde TiH2 ve Si parçacıkların etrafında gözeneklere rastlanmıştır. Homojenliğin en iyi olduğu ve küresele en yakın gözeneklerin olduğu malzemenin Alx231 olduğu görülmüştür.

Abstract:
Low-weight B4C particle reinforced and layered aluminum sandwich foam (ASK) materials with high impact and corrosion resistance that can be used in the defense and automotive industries are produced by powder metallurgy (TM) technique. In the study, ASK materials with 5 different combinations, B4C layered and unlayered, were obtained. While the pre-alloyed Alumix 231 (Al-Cu 2.5%-Mg 0.5%–Si 14%) alloy was used as the main material in Al foam, 1% by weight TiH2 (<45 µm) was used as the blowing agent. In the layered ASK materials, pre-alloyed Al2024 powder (<150 µm) was used as the main material and B4C (<10 µm) particles were used as the reinforcement element. The samples were produced with foam, foam and Al2024 alloy layer and 5.10-20% B4C particle reinforced Al2024 alloy layer. After the powders, which were mixed homogeneously for 45 minutes, were filled into the hot pressing mold sequentially, pre-pressing under 25 MPa pressure, then kept for 30 minutes at 550oC and hot pressing under 200 MPa pressure, foamable preform material was produced. B4C particle layered ASK materials were produced by foaming the foamable preform materials in a limited steel mold at 750oC temperature for 11(inside 10) minutes. Microstructure, density, pore size and morphology analyzes of composite layered ASK materials were examined. 99% of the highest density, It is observed that it is in the alloy of 15 and Al2024 and the relative densities decrease as the ratio of B4C increases. As the amount of B4C increases, the compressibility decreases and agglomeration increases. There are pores around the TiH2 and Si particles in the materials that do not contain B4C. It has been observed that the material with the best homogeneity and the closest pores to the spherical is Alx231.