Alüminyum matrisli bor karbür ve karbon nanofiber takviyeli hibrit kompozitlerin mekanik ve işlenebilirlik özelliklerinin araştırılması
Investigation of mechanical and machinability properties of aluminum matrix boron carbide and carbon nanofiber  reinforced hybrid composites
Yazar: FAİK OKAY
Danışman: DOÇ. DR. SERKAN ISLAK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Bu çalışmada toz metalürjisi yöntemiyle üretilen alüminyum matrisli B4C (Bor Karbür) ve KNF (karbon nanofiber) takviyeli hibrit kompozit malzemenin mekanik ve işlenebilirlik özellikleri araştırılmıştır. Çalışmada kullanılan tozlar mekanik alaşımlama yapılarak karıştırıldıktan sonra sıcak presleme yapılarak 35 MPa basınçta ve 550°C sıcaklıkta sinterlenmiştir. Üretilen hibrit kompozit malzemenin mikroyapı analizleri, yoğunluk hesaplamaları, sertlik, çapraz kırılma testleri ve aşınma testleri yapılmıştır. İşlenebilirlik deneyleri 5 mm çapında HSS matkap kullanılarak,  3 farklı uç açısıyla (90°-118°-135°), üç farklı kesme hızıyla (30-45-67,5 m/dak) ve üç farklı ilerleme miktarıyla (0,1-0,15-0,225 mm/dev) gerçekleştirilmiştir. İlerleme kuvveti, moment, yüzey pürüzlülüğü ve delik kalitesi gibi temel işlenebilirlik parametreleri araştırılmıştır. Delik delme işleminde meydana gelen delik hasarı incelenmiş ve delaminasyon faktörü (Fd) hesaplanmıştır.  Matkapların yüzey görüntüleri incelenerek meydana gelen aşınmalar tespit edilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda takviye elemanlarının matris içerisinde nispeten homojen olarak dağıldığı ve numunelerin bağıl yoğunluğunun %99,2-96,6 arasında değiştiği görülmüştür. KNF miktarı arttıkça numunelerin sertliği artmıştır. Üç noktalı eğme testinde numunelerdeki KNF miktarı arttıkça çapraz kırılma dayanımları azalmıştır. Aşınma testi sonucunda sürtünme katsayısının (µ) 0,645-0,535 arasında değişmiştir. İşlenebilirlik deneylerinde ilerleme miktarı arttıkça ölçülen ilerleme kuvveti değerleri de artmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ölçümlerinde ilerleme miktarının artmasıyla yüzey pürüzlülüğü artmış ancak kesme hızının yükselmesiyle de azalmıştır. Yüzey pürüzlülüğüne uç açısının etkisi değerlendirildiğinde artan uç açısıyla yüzey pürüzlülüğü değerleri azalmıştır. Ancak uç açısının artması delik çıkış hasarını da artırmıştır. İlerleme miktarının artması delik çıkış hasarının artmasına neden olmuştur. Matkapların yüzey görüntüleri incelendiğinde kesme hızı ve ilerleme miktarının artmasıyla matkaplarda dış köşe aşınmasının ve kesici ağızı aşınmasının arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, mechanical and machinability properties of aluminum matrix B4C (Boron Carbide) and KNF (carbon nanofiber) reinforced hybrid composite produced by powder metallurgy method were investigated. The powders used in the study were mixed by mechanical alloying and then sintered at 35 MPa pressure and 550 °C by hot pressing. Microstructure analysis, density calculations, hardness, cross-breaking tests and abrasion tests of the hybrid composite material produced were made. Machinability tests using a 5mm diameter HSS drill, with 3 different point angles (90°-118°-135°), three different cutting speeds (30-45-67,5 m/min) and three different feed quantities (0,1- 0,15-0,225 mm/rev). Basic machinability parameters such as feed force, moment, surface roughness and hole quality were investigated. The hole damage occurring in the hole drilling process was examined and the delamination factor (Fd) was calculated. The abrasions occurred by examining the surface images of the drills. As a result of experimental studies, it was found that the reinforcing elements were distributed relatively homogeneously in the matrix and the relative density of the samples varied between %99,2-96,6. As the CNF amount increased, the hardness of the samples increased. In the three-point bending test, as the amount of KNF in the samples increased, the transverse repture strengths decreased. As a result of the wear test, the friction coefficient (µ) ranged between 0,664-0,535. In the machinability experiments, as the amount of the progress increases, the measured force values also increased. With the increase in the amount of progress in surface roughness measurements, the surface roughness increased but decreased with the increase in cutting speed. When the effect of the point angle on the surface roughness is evaluated, the surface roughness values decreased with increasing point angle. However, the increase of the point angle also increased the hole exit damage. Increasing the amount of advance caused an increase in hole exit damage. When the surface images of the drills were examined, it was observed that the outer corner wear and cutter mouth wear of the drills increased with the increase in the cutting speed and the amount of feed.