Toz metalurjisiyle üretilen Al-SiCp metal matrisli kompozitlerde faktör etkileşimlerinin partikül dağılımı, eğme dayanımı ve aşınma özelliklerine etkileri
Effects of factor interactions on particle distribution, flexural strength and wear properties of Al-SiCp metal matrix composites manufactured by powder metallurgy
Yazar: EGE ANIL DİLER
Danışman: PROF. DR. RASİM İPEK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bu çalışmada; takviye hacim oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörleri ile bu faktörlerin etkileşimlerinin, toz metalurjisi yöntemiyle üretilen Al-SiCp metal matrisli kompozit malzemelerin mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri deneysel ve istatistiksel olarak incelenmiştir. Deney tasarımında central composite design (CCD) deney tasarım metodu kullanılmıştır.CCD metoduna göre Al-SiCp kompozitlerinin eğme davranışlarının incelenmesinde matris toz ve takviye partikül boyutları 45, 62, 87, 112, 129 µm ve takviye hacim oranı % 2,39, 7,5, 15, 22,5, 27,61 olarak, aşınma davranışlarının incelenmesinde ise matris toz ve takviye partikül boyutları 68, 86, 112, 138, 156 ?m ve takviye hacim oranı da % 4,09, 7,5, 12,5, 17,5 ve 20,91 olarak belirlenmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin eğme davranışlarının incelemesinde üç nokta eğme deneyi, aşınma davranışlarının incelenmesinde ise adhesiv aşınma testi uygulanmıştır.CCD metodu, metal matrisli kompozitlerin mekanik özelliklerini etkileyen faktörlerin incelenmesinde başarıyla uygulanan bir deney tasarım metodu olmuştur. Takviye hacim oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörleri ve bu faktörlerin etkileşimlerinin Al-SiCp kompozitlerinin eğme ve aşınma davranışları üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Hem eğme hem de aşınma davranışı üzerinde en etkili faktör takviye hacim oranı olmuştur. En yüksek eğme dayanımına % 7,5, en yüksek aşınma direncine de % 17,5 takviye hacim oranında ulaşılmıştır. Küçük boyutta takviye partikülleri eğme dayanımında, büyük boyutta takviye partikülleri ise aşınma direncinde artış sağlamalarına rağmen matris toz boyutunun takviye partikül boyutuna oranı, mikroyapıda partikül kümelenmesine etki ederek özellikle eğme davranışı üzerinde oldukça etkili olmuştur. Bunun bir sonucu olarak faktörler arası etkileşimlerin eğme ve aşınma davranışları üzerinde son derece etkili olduğu görülmüştür. Matris toz boyutunun takviye partikül boyutundan daha küçük olması durumunda, takviye partiküllerinin kümelenme olasılıklarının azaldığı ve böylece yüksek takviye hacim oranlarına çıkılarak hem eğme dayanımı hem de aşınma direncinin yükselmesine katkıda bulunduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of reinforcement volume fraction, matrix powder size, reinforcement particle size and their interactions on the microstructure and mechanical properties of Al?SiCp metal matrix composites manufactured by powder metallurgy method were investigated experimentally and statistically. Central composite design (CCD) method was used for experimental design.According to CCD method, the sizes of matrix powders and reinforcement particles were 45, 62, 87, 112 and 129 µm and the reinforcement volume fractions were 2.39, 7.5, 15, 22.5 and 27.61% for the investigation of flexural behaviour while the sizes of matrix powders and reinforcement particles were 68, 86, 112, 138 and 156 µm and reinforcement volume fractions were 4.09, 7.5, 12.5, 17.5 and 20.91% for the wear behaviour of Al-SiCp composites. Three point bending and adhesive wear tests were performed in order to determine flexural strength and wear resistance.CCD was an experimental design method that has been successfully applied to investigate the effects of factors on the mechanical properties of metal matrix composites. Reinforcement volume fraction, matrix powder size, reinforcement particle size and their interactions were effective on the flexural and wear properties of Al-SiCp composites. Reinforcement volume fraction was the most effective factor on both flexural and wear properties. The highest flexural strength and wear resistance were reached at the volume fractions of 7.5% and 17.5%, respectively. Although small sized reinforcement particles increased flexural strength and large sized reinforcement particles increased wear resistance, matrix to reinforcement particle size ratio was very influential on the flexural strength due to the fact that it affected reinforcement particle clustering in the microstructure, which showed that interactions between the factors were also effective on the flexural and wear properties. Also, the probability of reinforcement particle clustering decreased in the case that matrix powder size was smaller than that of reinforcement particle. This raised the reinforcement volume fraction to high level, contributing to the improvement of both flexural strength and wear resistance.