AlMg3/SiCp kompozitlerinin üretimi ve mekanik özelliklerdeki değişimlerin incelenmesi
Production of AlMg3/SiCp composites and investigations of variations in mechanical properties
Yazar: NİLHAN ÜRKMEZ
Danışman: PROF. EMİN YURCİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Uzay, havacılık, otomotiv ve savunma sanayiinde, hafif, aşınma direnci ve özgül dayanımı yüksek makina parçaları ve yapı bileşenlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Fiziksel özellikleri önceden belirlenip mümkün olduğunca az bitirme işlemleri uygulanarak kolay ve ekonomik olarak üretilmesi amaçlanan bu tür mühendislik uygulamalarında, metal matrisli kompozit malzemelerin giderek artan oranlarda kullanıldığı görülmektedir. Alışılmış şekil verme yöntemleri ile sınırlı olarak şekillendirilebilen bu malzemelere üretim aşamasında kazandırılan özeliklerin, şekillendirme işlemleri sırasında korunabilmesi için süreksiz faz takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler üzerine çalışmalar yapılmakta, sözü edilen sorunun çözümü için parçacık takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzemeler potansiyel olarak görülmektedir. Dolayısı ile bu çalışma nispeten ucuz ve kolay bir yöntem kullanarak parçacık takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzeme üretmek ve değişik ezme oranlarında soğuk haddelemenin bu malzemelerin mekanik ve mikroyapı özellikleri üzerine etkilerini incelemek amacı ile yapılmıştır. İki aşamada gerçekleştirilen çalışmanın ilk aşamasında, seçilen alüminyum alaşımı farklı oranlarda silisyum karbür ile takviye edilmiş ve basınç altında katılaştırma yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Döküm yöntemleri ile kompozit malzeme üretiminde, takviye fazının matris malzemesi tarafından yeterince ıslatılamaması, takviye edilmiş malzemenin homojen olarak karıştırılamaması ve takviyenin malzeme dışına itilmesi gibi karıştırma problemlerini en aza indirgemek amacı ile kompozit döküm yöntemi üzerinde yenilikler yapılmıştır. Böylece yüksek oranlarda takviye edilen kompozit malzemelerin homojen olarak karıştırılması mümkün olmuş ve karışımın sağlanabileceği en uygun sıcaklık aralığı belirlenmiştir. Karıştırma işlemleri sırasında karşılaşılan sorunlar, farklı sıcaklık aralıkları için özel olarak tasarlanan karıştırıcılar vasıtası ile çözümlenmiştir. Ayrıca, bu işlemler mümkün olduğu kadar düşük sıcaklıklarda yapılarak istenmeyen ara yüzey reaksiyonlarının oluşumu en aza indirgenmeye çalışılmıştır. İkinci aşamada ise, değişik oranlarda silisyum karbür içeren kompozit malzemeler farklı ezme oranlarında soğuk haddelenmiştir. Elde edilen kompozit malzemelerin mekanik ve mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Sonuç olarak, modifiye edilmiş yarı katı karıştırma tekniğinin takviye malzemesinin matris alaşımı tarafından ıslatılabilirliğini iyileştirdiği, karıştırma esnasında takviyenin malzeme dışına itilmesi ve topaklanma problemlerini önlediği, homojen dağılımın sağlanabildiği görülmüştür. Yarı-katı karıştırma arkasından uygulanan sıkıştırma döküm yöntemi ile diğer döküm yöntemlerine nazaran daha az poroziteli yapı elde edilmiştir. Malzemeye uygulanan haddeleme işlemleri ve takviye oranlarındaki artışın malzemenin soğuk biçimlendirilme kabiliyetini etkilediği ve şekil değiştirme oranını azalttığı ancak, çekme dayanımı, akma gerilmesi, elastiklik modülü ve sertlik değerlerinde artış meydana getirdiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Metal matrisli kompozit malzeme, haddeleme, alüminyum, SiC, sıkıştırma döküm, yarı katı karıştırma x

Abstract:
ABSTRACT In space, aviation, automotive and defence industries, light machinery parts and structure components with high erosion resistance and specific strength are demanded. In such engineering applications that are easy, economic and intended to be produced within the minimum completing processes for predetermined physical properties, metal matrix composites are being used at an increasing rate. In the forming operation, retaining the qualities obtained in the manufacturing process is still among the major problems for the manufacturers and producers to overcome. The use of discontinuous reinforced aluminum composites are accepted as a potential solution to the aforementioned problem. The intention of this study is to manufacture particle reinforced aluminum matrix composite materials and investigate the effects of varied volume fractions of SiC and cold rolling on the mechanical and microstructural properties of these materials. This study was carried out at two steps. At the first one, particle reinforced aluminum matrix composites were manufactured by modified compocasting and squeeze casting methods at variable reinforced volume fraction. The second step composite materials were cold rolled at varying reductions. In order to reduce such problems of stirring which were caused by poor wettability of reinforced phases by matrix materials in casting operation at the composite material manufacturing, non-homogeneous stirring of the reinforced matrix material homogeneously and undesired rejection of the reinforcement; melt stirring and semi-solid stirring processes were modified and by reinforcing composite materials at high volume fractions homogeneous stirring of the material was maintained. The problems encountered during the stirring process were solved by the use of stirrers designed specifically for variable temperature ranges. Furthermore, the processes are carried out at the lowest temperature possible in order to minimize undesired interface reactions. At the proceeding step, variably reinforced composite materials were cold rolled at varying reductions. Microstructural and mechanical properties of the obtained composite materials were determined. Consequently, the use of modified technique improved the wettability of SiC, prevented rejection of the reinforcement in the stirring process and the clusters problems and maintained homogenity. By employing the squeeze casting method after semi-solid stirring, a relatively low level of porosity was obtained in comparison to other casting methods. The rolling process and the increase in reinforced volume fraction affected the cold formability of the composite materials and decreased elongation, however the estimated increase in tensile strength, yield stress, elasticity modulus and hardness was observed. Keywords: Metal matrix composites, rolling, aluminum, SiC, squeeze casting, semi solid stirring