TiNi ile takviye edilmiş Mg/AZ91 matrisli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of TiNi reinforced Mg/AZ91 matrix composites
Yazar: FEVZİ KELEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET GAVGALI ; DOÇ. DR. TARIK AYDOĞMUŞ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada otomobil güç aktarma organları imalatında kullanılabilecek magnezyum matrisli kompozitler hacimce %5-25 oranında TiNi mikro partiküller ile takviye edilerek tek eksenli sıcak presleme tekniğiyle üretilmiştir. Sıcak presleme süresi 1 saat sıcaklığı ise AZ91D matrisli numuneler için 420°C, magnezyum esaslılar içinse 600°C olarak optimize edilmiştir. SEM analizleri sonucu matris/takviye ara yüzeyinde zararlı ikincil fazlar veya intermetalik bileşiklerin oluşmadığı gözlenmiştir. Arşimet metodu ile elde edilen yoğunluk değerleri magnezyum esaslıların gözenek içermediğini, AZ91D matrislilerin ise gözeneklik miktarının artan takviye oranı ile artığını göstermiştir. Maksimum takviye içeriğinde gözeneklik %2.4 olarak saptanmıştır. XRD analizleri sıcak presleme işleminin başlangıç matris tozlarında yer alan fazları değiştirmediğini (Mg: α (Mg), AZ91D: α+β) ancak takviye tozun başlangıçtaki B2 fazına ilaveten martensitik (B19'), R ve Ti3Ni4 fazlarını da içerdiğini ortaya koymuştur. DSC analizleri ile doğrulanan bu durum kompozitlerin üretim sıcaklıkları ile takviye materyalinin yaşlandırma sıcaklığının çakışmasından kaynaklanmaktadır. Kompozitlerin sertlik değerleri artan takviye miktarı ile iyileşmiş, oda sıcaklığı mekanik testler ise süneklikten fazla ödün vermeden akma ve basma mukavemetlerinin sırasıyla %43 ve %60 oranlarında artığını göstermiştir. Magnezyum ve AZ91D matrisli kompozitler yüksek sıcaklıklarda geleneksel mühendislik malzemelerin aksine mekanik özellikler sergilemişlerdir. 100°C, 150°C ve 200°C sıcaklıklarda yapılan basma testlerinde takviye fazında gerçekleşen martensitik dönüşümler sonucu kompozitlerin akma mukavemetinin 100°C'ye kadar arttığı gözlenmiştir. Bunların yanı sıra kompozitlerin korozyon potansiyel değerlerinin artan takviye miktarı ile artığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Magnezyum, AZ91D, TiNi alaşımlar, kompozit malzemeler, toz
metalürjisi, sıcak presleme, mikroyapı, faz dönüşümleri, korozyon

Abstract:
In the present study, novel magnesium matrix composites, which can be used in the manufacture of automobile power transmission organs, reinforced with TiNi micro particles in the range of 5-25% by volume have been produced via hot pressing technique. Hot pressing time was kept constant as 1 hour whereas hot pressing temperature was optimized to be 600°C and 420°C for Mg and AZ91D matrix composites, respectively. SEM analysis revealed that matrix and reinforcement phases did not react each other during processing and a good bonding which is free from undesired intermetallics, oxides and carbides was attained. Density measurements showed that Mg matrix composites did not contain any porosity while the porosity of AZ91D matrix composites increased with increasing reinforcement content up to 2.4% for maximum TiNi addition. According to the XRD analysis results, hot pressing did not change the phases present in the microstructure of the initial matrix powders however, in the microstructure of the reinforcement in addition to initial B2, B19' and R and Ti3Ni4 phases have been detected due to the overlap of hot pressing temperatures with aging temperature range of TiNi reinforcement particles. DSC analysis confirmed the XRD results and verified the presence of martensitic phases and precipitates. The hardness of the composites increased with increasing reinforcement content as estimated. Room temperature compression tests resulted in increments up to 43% in yield strength and 60% in compressive strength values without sacrificing much from ductility. Magnesium and AZ91D matrix composites displayed extraordinary mechanical properties at high temperatures. Compression tests conducted at 100°C, 150 °C and 200°C showed that yield strength of the composites increased with increasing temperature up to 100°C due to the stress-induced martensitic transformation observed in TiNi reinforcements. In addition to these, corrosion potential values of composites were increased with increasing amount of reinforcement.

Keywords: Magnesium, AZ91D, TiNi alloys, composite materials, powder metallurgy, hot pressing, microstructure, phase transformations, corrosion