B4C takviyeli cualni kompozitinin karakterizasyon ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of characterization and wear properties of B4C reinforced cualni composite
Yazar: BERHAN ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YAŞAR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum bronzu = Aluminum bronze ; Aşınma dayanımı = Wear resistance ; Bor karbür = Boron carbide

Özet:
Toz metalurjisi (TM), sıkıştırılmış metal tozlarını erime noktalarının hemen altına
ısıtarak metal parçalar oluşturma işlemidir. Başka bir deyişle, TM, toz metalden net
parçalar oluşturan bir metal şekillendirme işlemidir. Toz metalurjisi, ince toz halindeki
malzemelerin karıştırılması, istenen bir şekle veya forma preslenmesi (sıkıştırma) ve
ardından sıkıştırılmış malzemenin kontrollü bir atmosferde ısıtılarak malzemeye
bağlanması (sinterleme) işlemidir. Sıkıştırma genellikle oda sıcaklığında
gerçekleştirilir ve yüksek sıcaklıktaki sinterleme işlemi genellikle atmosfer basıncında
gerçekleştirilir. İsteğe bağlı ikincil işleme, genellikle özel özellikler veya gelişmiş
hassasiyet elde etmek için takip eder. TM'nin yüksek hassasiyetli şekillendirme
kapasitesi, net şekle, karmaşık özelliklere ve iyi boyutsal hassas parçalara sahip
bileşenler üretir. TM sürecinin benzersiz esnekliği, ürünlerin, kullanıcıların özel
ihtiyaçlarına göre uyarlanmış malzemelerden yapılmasını sağlar. Bu yetenek, özel
olarak seçilmiş malzemeleri kullanarak, parçanın mekanik özelliklerinde iyileştirmeler
yapılmasını sağlar. TM süreci, diğer üretim süreçleriyle karşılaştırıldığında, en yüksek
v
hammadde kullanımına (%95'in üzerinde) ve bitmiş parçanın kilogramı başına en
düşük enerji gereksinimine sahiptir. Çok az malzeme israfı ile yüksek hacimli üretim
için uygundur. İkincil işleme neredeyse ortadan kalkar. CuAlNi alaşımı yüksek
sıcaklık uygulamaları için geliştirilmiştir. CuAlNi' nin en önemli kullanım alanı
aktüatörlerdir. Bu alaşımlar en çok ince film olarak aktüatörler içerisinde kullanım
alanı bulmaktadır. Yüksek sıcaklık uygulamalarında CuAlNi alaşımlarının aşınma
dayanımları azalmaktadır.
Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle CuAlNi karışımına farklı kütle oranlarında
(%2,5, 5, 7,5 ve 10) B4C partikülleri eklenerek kompozit numuneler oluşturulmuştur.
Hazırlanan tozlar türbüla cihazı ile 1 saat karıştırıldı. Karışımı gerçekleştirilen tozlar
sıcak pres cihazı ile preslenmiş ve sinterlenmiştir. Sinterleme işlemi 850 ℃'de 1 saat
vakum ve argon gaz atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan numunelerin mikro
yapılarındaki değişimleri belirlemek için optik mikroskop ve taramalı elektron
mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Üretilen kompozitlerin elemental ve kimyasal
kompozisyonunu belirlemek için EDS ve XRF analizleri yapılmıştır. Örneklerde
oluşan fazları ve belirlemek için X-ışını kırınımı (XRD) kullanılmıştır. B4C
partiküllerinin sertlik üzerindeki etkisini belirlemek için mikrosertlik (HV5) ölçümleri
yapıldı. Mikroyapı sonuçları incelendiğinde, B4C partiküllerinin mikroyapı içerisinde
homojen olarak bir dağılım gerçekleştirdiği tespit edilmiştir. Hazırlanan numunelerin
sertlik değerleri artan B4C miktarı ile artmıştır. Ayrıca deneyler sonucunda en yüksek
sertlik değeri olan 303.3 HV5 %10 B4C ilave edilen numune için ölçülmüştür.
Katkısız CuAlNi kompozitleri, %5 B4C eklenen kompozitler ve %10 B4C eklenen
kompozitler aşınma testlerine tabi tutulmuştur. En iyi aşınma direnci %10 B4C ilaveli
kompozitte tespit edilmiştir.
Anahtar Sözcükler : B4C, CuAlNi, Aşınma dayanımı.
Bilim Kodu : 91512

Abstract:
Powder metallurgy (TM) is the process of forming metal parts by heating compressed
metal powders just below their melting point. In other words, TM is a metal forming
process that creates net pieces from powdered metal. Powder metallurgy is the process
of mixing fine powder materials, pressing them into a desired shape or form
(compression), and then bonding (sintering) the compressed material to the material
by heating it in a controlled atmosphere. Compression is usually carried out at room
temperature, and high temperature sintering is usually carried out at atmospheric
pressure. Optional secondary processing often follows to achieve special features or
enhanced precision. TM's high precision forming capability produces components
with clear shape, complex features and good dimensional precision parts. The unique
flexibility of the TM process allows products to be made from materials tailored to the
specific needs of users. This capability enables improvements in the mechanical
properties of the part, using specially selected materials. Compared to other
vii
manufacturing processes, the TM process has the highest raw material usage (over
95%) and the lowest energy requirement per kilogram of finished part. It is suitable
for high volume production with very little material wastage. Secondary processing is
virtually eliminated. CuAlNi alloy was developed for high temperature applications.
The most important usage area of CuAlNi is actuators. These alloys are mostly used
in actuators as thin films. In high temperature applications, the wear resistance of
CuAlNi alloys decreases.
In this study, composite samples were formed by adding B4C particles in different
mass ratios (2.5%, 5, 7.5 and 10) to the CuAlNi mixture by powder metallurgy method.
The prepared powders were mixed with a turbula device for 1 hour. The mixed
powders were pressed and sintered with a hot press device. The sintering process was
carried out at 850 °C for 1 hour in vacuum and argon gas atmosphere. Optical
microscope and scanning electron microscope (SEM) were used to determine the
changes in the microstructure of the prepared samples. EDS and XRF analyzes were
performed to determine the elemental and chemical composition of the produced
composites. X-ray diffraction (XRD) was used to determine the phases formed in the
samples. Microhardness (HV5) measurements were made to determine the effect of
B4C particles on hardness. When the microstructure results were examined, it was
determined that the B4C particles performed a homogeneous distribution in the
microstructure. The hardness values of the prepared samples increased with increasing
B4C content. In addition, as a result of the experiments, the highest hardness value of
303.3 HV5 was measured for the sample to which 10% B4C was added. Non-additive
CuAlNi composites, 5% B4C added composites and 10% B4C added composites were
subjected to abrasion tests. The best wear resistance was found in 10% B4C added
composite.
Key Word : B4C, CuAlNi, Wear resistance.
Science Code : 91512