Ergitilmiş metal karıştırma ve geleneksel/sıkıştırmalı döküm yöntemiyle alüminyum esaslı tanecik takviyeli kompozitlerin üretimi, mikroyapı, mekanik özelliklerin karakterizasyonu ve işlenebilirliği
Production of aluminum based particulated reinforced composites by molded metal stirring and traditional / squeeze casting method, microstructure, characterization of mechanical properties and machinability
Yazar: ABDULLAH UĞUR
Danışman: PROF. DR. HASAN GÖKKAYA
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Metal ana fazlı kompozitler (MAK) birçok sektörde parça ve gövde imalatlarında kullanılan ve gelişime açık malzemelerdir. Bu çalışmada, MAK malzemeler ergimiş metal karıştırma yöntemiyle üretilmiştir. MAK malzeme üretimi sırasında ilave edilen kütlece takviye elemanı oranlarının ve kullanılan döküm tekniğinin malzemenin mekanik özellikleri ve işlenebilirliği üzerine etkileri araştırılmıştır. MAK malzeme üretiminde AA7075 alaşımı ana faz, 75µm boyutlarında silisyum karbür (SiC) ise takviye elemanı olarak kullanılmıştır. Takviye elemanı kütlece %10, %14 ve %18 oranlarında takviye elemanı ana faz içerisine ilave edilmiştir. Döküm yöntemleri olarak geleneksel döküm tekniği ve sıkıştırma döküm teknikleri uygulanmış ve 6 farklı parçacık takviyeli MAK malzeme elde edilmiştir. Üretilen numunelerin mikro yapıları, mekanik özellikleri ve elektro erozyon tezgahında (EET) işlenebilirliği araştırılmıştır. Talaş kaldırma işlemi sonrasında işlem parametrelerinin işleme süresi, ortalama yüzey pürüzlülüğü, delik çapı ve malzeme aşınma farkına olan etkileri incelenmiştir. 

Üretilen MAK numunelerin mikroyapı görüntüleri incelendiğinde, düşük takviye elemanı oranlarında takviye elemanı dağılımının homojen dağılım sergilediği, kütlece takviye elemanı oranının artmasına bağlı olarak topaklanmalar oluşmuştur. Takviye oranın artmasıyla gözenekliliğin arttığı, sıkıştırma döküm tekniğiyle üretilen kompozit malzemelerin geleneksel döküm tekniğiyle üretilen kompozit malzemelere göre daha az gözenek içerdiği gözlemlenmiştir. Takviye oranının artmasıyla basma dayanımlarının düştüğü, en yüksek dayanımının sıkıştırma döküm yöntemi ile üretilen ve kütlece %10 SiC takviye elemanı içeren numunelerde, en düşük basma gerilmesi değerleri de sıkıştırma döküm tekniği ile üretilen ve kütlece %18 oranında takviye elemanı içeren numunelerde gözlemlenmiştir. En düşük mikro sertlik değeri %10 SiC takviye elemanı içeren ve geleneksel döküm tekniği ile üretilen numunede (127 HV), en yüksek mikro sertlik değeri ise %10 SiC takviye elemanı içeren sıkıştırma döküm tekniği üretilen numunelerde (160 HV) ölçülmüştür. EET ile işlenebilirlik deneylerinde en uzun işleme süresi %18 SiC takviye elemanı içeren geleneksel döküm tekniğiyle üretilen MAK malzemenin 2 A elektriksel akım şiddeti ve 25 µs vurum süresiyle işlenmesi sırasında 55 dakika, en kısa işleme süresi ise %10 SiC takviye elemanı içeren sıkıştırma döküm tekniği ile üretilen numunenin 6 A akım şiddeti ve 75 µs vurum süresinde işlenmesiyle 5 dakika olarak tespit edilmiştir. En küçük delik çapı%18 SiC takviye elemanı içeren ve sıkıştırma döküm tekniği ile üretilen numunede 12,240 mm, en büyük delik çapı ise %14 SiC takviye elemanı içeren ve geleneksel döküm yöntemiyle üretilmiş numunede 12,936 mm olarak ölçülmüştür. 5En düşük ortalama yüzey pürüzlülük değerinin %14 SiC takviye elemanı içeren geleneksel döküm yöntemiyle üretilmiş numunelerde numunede 5,335 μm, en yüksek ortalama yüzey pürüzlülüğü değeri ise %10 SiC takviye elemanı içeren geleneksel döküm 8,420 μm olarak ölçülmüştür.

Abstract:
Metal matrix composite (MMC) is a material used in parts and body manufacturing in many sectors and open to development. In this study, metal matrix composite materials were produced by molten metal stiring method. The effects of reinforcement ratio and the casting technique used on the mechanical properties and machinability of the material were investigated. In this study, AA7075 alloy was used as the matrix and 75µm silicon carbide (SiC) reinforcement element. Reinforcement element was added 10 %, 14 % and 18 % mass percentage of the matrix. Casting process has been applied traditional casting technique and squeeze casting techniques. 6 different MMC materials were obtained. Microstructures and mechanical properties of the samples were investigated. It also examined the machinability of particle reinforcement MMC materials by electro discharge machineing (EDM) method. The effect on the properties such as processing time, average surface roughness, hole diameter and material wear difference were investigated. 

When the microstructure images of the produced MMC samples were examined, the distribution of the reinforcement elements exhibited a relatively homogeneous distribution. Aggregation of the reinforcing elements increased with the increase of the mass reinforcement element ratio. When the density measurement results of the produced MMC materials were examined, it was observed that the porosity increased with the increase of the reinforcement ratio, and the composite materials produced by squeeze casting technique had less pores than the composite materials produced by conventional casting technique. The lowest micro hardness value was measured in the 10% SiC reinforcing element sample (127 HV), and the highest micro hardness value was measured in the compression casting technique used with 10% SiC reinforcing element sample (160 HV). The compression strength decreases with the increase of the reinforcement ratio. The highest strength has been observed in produced by squeeze casting method and the samples containing 10% SiC reinforcing element by mass and the lowest compression stress values are also in squeeze casting produced and containing 18% by mass reinforcement element samples. During the processing of MMC material with 2 A electrical current strength and 25 µs pulse time, 55 minutes and the shortest processing time was determined as 5 minutes by processing the sample produced by squeeze casting technique containing 10% SiC reinforcing element at 6 A current strength and 75 µs pulse time. The smallest hole diameter was measured as 12,240 mm in the specimen produced by 18% SiC reinforcement and the maximum hole diameter was 12,936 mm in the specimen produced by 14% SiC reinforcement. The lowest average surface roughness value of the samples produced by conventional casting method containing 14% SiC reinforcing method is 5,335 μm and the highest average surface roughness value is measured as 8,420 μm with 10% SiC reinforcing element.

When the microstructure images of the produced MMC samples were examined, the distribution of the reinforcement elements exhibited a relatively homogeneous distribution. Aggregation of the reinforcing elements increased with the increase of the mass reinforcement element ratio. When the density measurement results of the produced MMC materials were examined, it was observed that the porosity increased with the increase of the reinforcement ratio, and the composite materials produced by squeeze casting technique had less pores than the composite materials produced by conventional casting technique. The lowest micro hardness value was measured in the 10% SiC reinforcing element sample (127 HV), and the highest micro hardness value was measured in the compression casting technique used with 10% SiC reinforcing element sample (160 HV). The compression strength decreases with the increase of the reinforcement ratio. The highest strength has been observed in produced by squeeze casting method and the samples containing 10% SiC reinforcing element by mass and the lowest compression stress values are also in squeeze casting produced and containing 18% by mass reinforcement element samples. In EDM processability tests, the longest machining time was determined as 55 minutes during processing of MMC material produced by conventional casting technique containing 18% SiC reinforcement with 2 A electrical current intensity and 25 µs pulse time, while the shortest duration of the sample produced by squeeze casting technique containing 10% SiC reinforcing element 6 A current intensity and 75 µs pulse duration was determined as 5 minutes.