AA7xxx ve seramik parçacıklardan oluşan fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin üretimi ve işlenebilirlik özelliklerinin araştırılması
Production of functional graded materials consisting of AA7xxx and ceramic particles and investigation of machinability characteristics
Yazar: TUĞÇE YILDIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SUR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada toz metalurjisi yöntemi ile üretilen fonksiyonel derecelendirilmiş malzemelerin mekanik ve delik delme yöntemi ile işlenebilirlik özelliklerinin incelenmiştir. Bu amaçla, alüminyum matrisli, seramik takviyeli, üç, dört ve altı tabakalı fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler üretilmiştir. Kompozitlerin üretiminde matris malzemesi olarak AA7075 alaşımı ve takviye elemanı olarak ise alüminyum oksit (Al2O3) seramik partikülleri kullanılmıştır. Üretilen kompozitlerin karakterizasyonları için, mikroyapı analizleri, mikro sertlik ölçümleri ve çapraz kırılma testleri yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda seramik partiküllerin matris içerisinde homojen olarak dağıldığı ve takviye miktarının artması ile topaklanma eğiliminin de arttığı gözlemlenmiştir. En yüksek mikro sertlik değeri dört tabakalı numunenin ağırlıkça %45 Al2O3 içeren tabakasında 182 Hv olarak ölçülmüştür. En yüksek çapraz kırılma mukavemeti üç tabakalı numunelerde yükün yüksek takviye içeren tabakaya uygulanması durumunda 658 MPa olarak ölçülmüştür.İşlenebilirlik performanslarının belirlenmesi amacıyla AA7075/Al2O3 üç tabakalı fonksiyonel derecelendirilmiş malzemeler 6 mm çapında kaplamasız karbür matkap kullanılarak sabit Vc= 25 m/dk kesme hızında delinmiştir. Delik delme işleminde farklı uç açısı (= 120, 130, 140), helis açısı (= 0, 15, 30), ve ilerleme miktarı (fn= 0,075, 0,1, 0,15 mm/dev) değerleri kullanılmıştır. En düşük ilerleme kuvveti, delme momenti ve yüzey pürüzlülüğü değerini elde edildiği kesme parametrelerin belirlenmesinde çok kriterli karar verme yöntemlerinden Gri İlişkisel Analiz yöntemi kullanılmıştır. Deneysel çalışmaların sonucunca giriş parametrelerinin, işlenmiş delik yüzeyleri, takım aşınmaları ve talaş formları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Gri ilişkisel analiz sonucuna göre en düşük ilerleme kuvveti, delme momenti ve ortalama yüzey pürüzlülüğü değerleri 19 numaralı deneyde (ɛ=140°, °, fn=0,075 mm/dev), Fz=269,32 N, Mc=45,00 Ncm, Ra=0,160 µm olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the mechanical and drilling properties of functionally graded materials were investigated. For this purpose, aluminum matrix, ceramic reinforced, three, four and six layered functionally graded materials were produced by using powder metallurgy method. AA7075 alloy as matrix material and aluminum oxide (Al2O3) ceramic particles were used as reinforcement elements. Microstructure analysis, microhardness measurements, and transverse rupture strength tests were performed for the characterization of the produced composites. As a result of the studies, it was observed that the ceramic particles were homogeneously distributed in the matrix material and the agglomeration tendency increased with the increase in the amount of reinforcement. The highest microhardness value was measured as 182 Hv in the layer containing 45 wt.% Al2O3 of the four-layered sample. The highest transverse rupture strength was measured as 658 MPa in the three layered samples when the load was applied to the layer with high reinforcement.In order to determine the machinability performances, AA7075 / Al2O3 three-layered FDMs were drilled using an uncoated carbide drill with a diameter of 6 mm at a constant Vc = 25 m/min cutting speed. In the drilling process, different tip angles (= 120, 130, 140), helix angles (= 0, 15, 30), and feed rate (fn= 0,075, 0,1, 0,15 mm/rev) values were used. Gray Relational Analysis method, which is one of the multi-criteria decision-making methods, was used to determine the cutting parameters from which the lowest thrust force, drilling moment, and surface roughness value were obtained. As a result of experimental studies, the effects of input parameters on machined hole surfaces, tool wear, and chip morphology were investigated. According to the gray relational analysis result, the lowest thrust force, drilling moment and average surface roughness values were determined as Fz = 269.32 N, Mc = 45.00 Ncm, Ra = 0.160 µm in the experiment numbered 19 (ɛ=140°, °, fn=0,075 mm/rev) .