Al matrisli MgO takviyeli kompozitlerin infiltrasyon yöntemi ile üretilmesi ve işlenebilirliğinin değerlendirilmesi
Investigations of the producibility and machinability of metal matrix composites reinforced with MgO by infiltration method
Yazar: MUHARREM PUL
Danışman: PROF. DR. ULVİ ŞEKER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Kompozit malzemeler, kullanım alanı hızla genişleyen bir mühendislik malzemesi olup çok çeşitli üretim yöntemleri mevcuttur. Bu çalışmada, vakumlu infiltrasyon yöntemi uygulanarak Al matrisli MgO takviyeli, Metal Matrisli Kompozit (MMK) numuneler üretilmiş ve bu malzemelerin deneysel olarak işlenebilirlikleri araştırılmıştır. Çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiş olup, birinci aşamada kompozit malzemelerin üretimi, ikinci aşamada ise farklı takviye oranlarına sahip bu malzemelerin işlenebilirlikleri değerlendirilmiştir.Kompozit numunelerin üretiminde matris malzemesi olarak ortalama 295 ?m ebatlarında % 99,7 saflıkta alüminyum (Al) tozu, takviye elemanı olarak ise ortalama 149 ?m ebatlarında magnezya (MgO) tozları kullanılmıştır. Hacimce % 5, % 10, % 15 MgO takviye oranına sahip üç farklı kompozit malzeme üretilmiştir. Üretim parametrelerinin; infiltrasyon mesafesi, kompozitin mikroyapısı, kırılma dayanımı ve sertliği üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Artan infiltrasyon sıcaklığı, süresi ve vakum değerinin infiltrasyon mesafesini artırdığı, artan takviye-hacim oranının ise aksine tesir yaptığı tespit edilmiştir. En yüksek sertlik değeri ve en yüksek çapraz kırılma dayanımı (ÇKD) % 5 MgO takviyeli numunede ölçülmüştür.Üretilen MMK numuneler, sementit karbür (SK), kübik bor nitrür (KBN) ve kaplamalı kübik bor nitrür (KBN K) kesici takımlar kullanılarak tornalama yöntemiyle işleme deneylerine tabi tutulmuştur. İşleme deneyleri; kuru kesme şartlarında, dört farklı kesme hızı (150, 200, 250, 300 m/min), üç farklı ilerleme (0,075; 0,15; 0,225 min/rev) ve sabit kesme derinliğinde yapılmıştır. Numunelerin işlenebilirlik özellikleri kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirilmiştir.Kesme kuvvetleri açısından yapılan değerlendirmede, artan kesme hızıyla kesme kuvvetlerinin düştüğü, ilerlemenin artmasıyla ise yükseldiği görülmüştür. Kesme kuvvetleri açısından en iyi sonuçlar %10 takviye hacim (T-H) oranına sahip numunelerde elde edilirken, % 5 ve % 10 T-H oranına sahip numunelerde en iyi sonuçlar SK kesici takımlarla elde edilmiştir. % 15 MgO takviyeli numunelerde, düşük ilerleme değerlerinde en iyi sonuçların alındığı SK kesici takımlar, artan talaş yükü ile ve sert fazın etkisiyle aşınma sürecine girerek performansları düşmüştür. Yüzey kalitesi, artan kesme hızıyla iyileşme eğilimi sergilerken, ilerlemenin artmasıyla ortalama yüzey pürüzlülük değerleri de artma eğilimine girmiştir. Kesme kuvvetlerine benzer şekilde % 5 ve % 10 MgO takviyeli numunelerde en iyi yüzey kalitesi SK kesici takımlarda elde edilirken, daha yüksek T-H oranı ve yüksek ilerleme değerlerinde KBN K takımlardan daha iyi sonuç alınmıştır. Takımlar üzerinde yapılan SEM incelemelerinde, 150 m/min kesme hızında yığıntı talaş (BUE) oluşma eğilimi gözlenmiş ve kesme kuvvetleri ile yüzey kalitesi bundan olumsuz etkilenmiştir.Anahtar Kelimeler: Kompozitler, metal matrisli kompozit, infiltrasyon,alüminyum, mgo, işlenebilirlik, kesme kuvveti, yüzeypürüzlülüğü

Abstract:
Composite materials are the engineering materials have a rapidly expanding using field and have very different production methods. Within the scope of this work, a kind of MMC which has a common field of usage is manufactured and its machinability inspected by applying the vacuum infiltration method. The study has been done at two step; the first step is producing of MMC materials and the second step is investigation of machinability of materials that contains different reinforcement rates.On production of MMC, aluminum powder in the size of 295 µm approximately and purity of 99,7 % is used as the matrix material, and so are the magnesium particles (MgO) in the size of 149 µm approximately as the reinforcement element are used. 3 different composite samples contains 5 %, 10 %, 15 % MgO in weight have been manufactured. The affects of production parameters on the infiltration distance, composite micro-structure, breaking strengths and hardness have been determined. It has been found out that an increase in the infiltration temperature and period, reinforcement grain size, vacuum value and liquid matrix?s Mg content raise the distance of infiltration, and an increase in the reinforcement volume rate vice versa. The sample with 5 % MgO reinforcement has the highest hardness value and cross-breaking strength.The produced MMC samples are subjected to machining experiments by turning process using sementite carbide (SC) and coated cubic boron nitride (CBC) cutting tools. Machining experiments have been carried out using four different cutting speed (150, 200, 250, 300 m/min), three feeding rate (0,075 - 0,15 ? 0,225 min/rev) at constant cutting depth and dry cutting conditions. The machinability features of samples are investigated in terms of cutting forces and surface roughness.On the evaluation made in the respect of cutting forces, it is understood that ?the more the cutting speed is, the lower the cutting force gets? and ?the more the advance is , the more the cutting force gets?. While the best results in the respect of cutting forces are obtained from the samples in the rate of 10 % reinforcement ? volume (R-V), the best results are obtained from the carbide (C) cutting tools for the samples in the rates of 5% and 10 % R-V. For the samples in the rate 15 % MgO reinforcement , the performance of the C cutting tools, by which we obtain the best results at the low advance rates, goes into an abrasion period and decreases by an increase in the chip load and the effect of the hard phase. While surface finishes tend to recover by an increase in the cutting speed, the surface roughness values tend to rise by an increase in the advance. In a similar way to the cutting forces while the best results for the samples in the rate of %5 and 10 % MgO reinforcement are obtained from the C cutting tools, the better results for the higher rate of T-H are obtained from the CBN C tools at the high advance rates. On the inspections of the SEM on the tools, it is observed that built up edge (BUE) has a tendency to build up at the cutting rate of 150 m/min., having an adverse affect upon the cutting forces and the surface finish.Key Words: Composites, metal matrix composite, ınfiltration, aluminium,mgo, machinability, cutting forces, surface roughness