Metal matrisli kompozitlerin kam malzemesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
An investigation on usability of metal matrix composites as a camshaft material
Yazar: AFŞIN ALPER CERİT
Danışman: PROF. DR. MEHMET BAKİ KARAMIŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, temel olarak motor kamlarının alüminyum esaslı seramik takviyeli kompozitten üretilmesi amaçlanmıştır. Metal Matrisli Kompozitlerin (MMK) benzer değişik uygulama alanlarında üstün tribolojik ve mekanik özellikler sergilemesi ve üretim yönteminin diğer kompozitlerle mukayese edildiğinde kolay ve ucuz olması başlıca tercih sebebidir. Bu çalışmada iki temel ana hedef öngörülmüştür. Birincisi MMK esas olmak üzere; karıştırmalı döküm (KD), toz metalürjisi (TM), ekstrüzyon (EK) teknikleriyle kam üretimi, ikinci aşama ise üretilmiş numune kamların yüzey ve tribolojik özelliklerinin test edilerek kam elemanı olarak uygulanabilirliğinin belirlenmesidir. MMK' lerin yukarıda belirtilen tekniklerle üretilmesi aşamasında; matris malzemesi olarak seçilen farklı formdaki ( toz, kütük) Al2124 alaşımı farklı tane boyutlarındaki seramikler ile (SiCp, Al2O3p, B4Cp) takviyelendirilerek kompozit üretilmiştir. Elde edilen tüm numunelerin metalografik incelemeleri EDX, XRD ve SEM analizleriyle değerlendirilmiş, sertlikleri ve mikro yapı özellikleri belirlenmiştir. Üretilen numunelerin disk üzerinde pim prensibine dayalı üniversal sürtünme-aşınma deney tesisatında sürtünme ve aşınma davranışları belirlenmiş ve bu sonuçlardan yola çıkarak üretim parametreleri üzerinde nihai kararlara varılmış, malzeme seçimi yapılmış ve gerçek boyutlarda kam profili üretimleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen kam elemanları daha sonra gerçek çalışma şartlarına uygun aşınma makinesinde test makinesinde test edilmiştir. Aşınma açısından performans testleri sonunda numunelerin yüzey özellikleri ve aşınma mekanizmaları değerlendirilerek imal edilen kompozitlerin, mevcut küresel grafitli dökme demire göre nasıl davrandığı konusundaki bulgular yorumlanmıştır.Alınan sonuçlara göre, AA2124 alüminyum tozlarının %30 hacim oranında 2µm'lik SiC partikülleriyle takviyelendirilip imal edilen kompozit kam, küresel grafit dökme demir kam aşınma davranışını %77 oranında sağlamıştır. Bu çalışma tek bir motor parçasının üretimi üzerine yoğunlaşmakla birlikte çalışmanın esasını tribomalzeme üretimi oluşturmaktadır. Elde edilen sonuçlar benzer şartlarda çalışan diğer motor ve konstrüksiyon elemanları için yol gösterici olacaktır.Anahtar Kelimeler: Metal matris kompozit, Kam, Sürtünme-aşınma, Otomotiv malzemeleri, Seramik Takviye

Abstract:
In this study, main purpose is to manufacture the cams on the cam shaft of an automobile from Metal Matrix Composites using Al alloys as matrix material and some ceramics as reinforcements. It gives courage to us to experiment in this subject that MMCs show the very good tribological and mechanical properties in some application areas similar to working conditions of a cam. They have also easier and more economical manufacturing process than those of other composites. There are three main stages in this study. The first stage is to manufacture of the cam as MMCs by stirred casting (SC), powder metallurgy (PM), extrusion (EX). Second one is to determine the tribological and surface properties of manufactured cams and to determine whether they can be use as a cam or not. For the manufacturing of MMCs cams by the methods mentioned above, Al2124 alloys in different type (powder, block) will be used as matrix material. These materials will be reinforced by ceramics in different size such as a SiCP, Al2O3P, B4CP. These sample surfaces were examined by EDX, SEM and XRD methods and their hardness and microstructures were determined. The friction and wear behaviours of the composite cams determined by experiment to be carried out on pin-on-disc and results obtained from the toots will be evaluate at the both points as material and manufacturing methods. For the final decision, the cams manufactured with optimum conditions and tested by a simulation system under real working conditions. According the results of the wear performance tests, surface properties and wear mechanism of the cam profiles were determined by the comparison of composite and cast iron cam profiles. As a result of this study, while the composite cam profile made from AA2124/SiC 2µm/30 has the best specific wear resistance on the other hand when it was compared with to the sfero iron profile, the general tribological performance point of view, it has a performance percentage of 77%. Although this study is focused on the manufacturing of cam which is engine element, it aims to show the way to guide for some engine parts can be able to manufactured from MMCs composite materials tribological requirements.Keywords: Metal Matrix Composites, Cams, Friction-Wear , Automotive Materials, Ceramic Reinforcement