Al7XXX/SiC ve Al köpükten oluşan fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme üretimi, mekanik ve balistik özelliklerinin incelenmesi
Production of functionally graded material composed of Al7XXX/SiC Al and aluminum foam and investigation of its mechanical and ballistic properties
Yazar: GÖRKEM KIRMIZI
Danışman: PROF. DR. HALİL ARIK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, gözenekli malzemeler arasında sergilediği performans ile ön plana çıkan Al köpük, geliştirilen fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM) içerisine dahil edilmiş ve zırh malzemesi olarak kullanmak amacıyla fonksiyonel derecelendirilmiş köpük malzemeler (FDKM)' in sıcak presleme ile üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda balistik saldırılara karşı minimum düzeyde etkilenen ve hafifliği ile ön plana çıkarılan koruyucu zırh geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak Al7xxx ve SiC tozları, toz metalürjisi yöntemiyle farklı sıcaklık (300 – 400 – 500oC) ve basınç parametrelerinde (200 – 300 – 400 MPa) preslenerek her bir kademesi sırasıyla % 15-30-45-60 oranlarında SiC ihtiva eden 4 kademeli FDM üretilmiştir. Akabinde Al7xxx/SiC' den oluşan FDM ile 7xxx serisi Al köpükten oluşan malzemeler bir arada üretilerek 5 kademeli köpürtülmeye hazır FDKM elde edilmiştir. Elde edilen toz metal blok numuneler 7500C sıcaklıkta köpürtme işlemine tabi tutularak FDKM' ler üretilmiştir. Matris malzemesi olarak Al7075 serisi Al tozu, köpürtücü madde olarak TiH2 ve takviye elemanı olarak ta SiC tozları kullanılmıştır. Elde edilen nihai ürünün matris/takviye ara yüzey durumu optik ve elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Mekanik özelliklerini ve V50 balistik hız limitini belirlemek amacıyla üç nokta eğme, sertlik ve balistik testler yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda en iyi sonuçların 500oC ve 400 MPa üretim parametreleri kullanılarak elde edilen FDKM' lerde olduğu belirlenmiştir. Bu parametrelerde üretilen numunelerin en iyi matris/takviye ara yüzey durumu, 193,66 HBW ile en yüksek sertlik değeri, 704,58137 MPa ile en yüksek çapraz kırılma dayanımı gösterdiği tespit edilmiştir. V50 hız limitini belirlemek amacıyla yapılan 30 derecelik balistik testlerde FDKM' lerin V50 hız limiti MIL-DTL-46063 standardında belirtilen değerden yaklaşık % 3 daha yüksek değer elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, Al foam, which is foregrounded with the performance exhibited between porous materials, is included in the developed functional graded material (FGM) and functionally graded foam materials (FGFM) were produced by hot pressing for use as armor material. For this purpose, it has been aimed to develop protective armor which is minimally affected against ballistic attack and which is made to be foreground with lightness. In this context, Al7xxx and SiC powders were pressed at different temperatures (300 - 400 - 500oC) and pressure parameters (200 - 300 - 400 MPa) by powder metallurgy method and four stages of FGM containing SiC at rates of 15-30-45-60 % were produced, respectively, at each stage. Subsequently, FGM consisting of Al7xxx / SiC and 7xxx series materials of Al foam were produced together to obtain 5-stage ready to foam FGFM. The powder metal block samples obtained were subjected to foaming at 750 ° C to produce FGFMs. Al 7075 series of Al powder as the matrix material, TiH2 as foaming agent and ta SiC powders as reinforcement element were used. The resulting matrix / reinforcement interface state of the final product was examined by optical and electron microscopy (SEM). Transverse rupture strength, hardness and ballistic tests were performed to determine the mechanical features and V50 ballistic speed limit. As a result of the tests made, it was determined that the best results were obtained in FGFMs using production parameters of 500oC and 400 MPa. The specimens produced in these parameters were found to have the best matrix / reinforcement interface state, the highest hardness value at 193,66 HBW, the highest cross-sectional fracture strength at 704,58137 MPa, and the best ballistic performance. In the 30 degree ballistic tests conducted to determine the V50 speed limit, the V50 speed limit of the FGFMs was about 3 % higher than the value specified in the MIL-DTL-46063 standard.