Toz metalurjisi yöntemi ile SiC takviyeli cualni kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Investigation of characterization and wear properties of SiC reinforced cualni composite
Yazar: HASAN KAÇAN
Danışman: PROF. DR. KHANGARDASH ASGAROV
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompozit malzemeler = Composite materials ; Silisyum karbür = Silicon carbide ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Şekil hafızalı alaşımlar = Shape memory alloys

Özet:
Toz metalurjisi (TM), alaşımların önemli bir üretim yolu olup, özellikleri ve ekonomikliği açısından da önem taşımaktadır. Bu yöntem, karmaşık ve çok yönlü şekil ve yapıların üretimi için uygundur. Maliyet etkin ve enerji tasarrufu sağlayan yöntemlere yol açtığı iyi bilinmektedir. TM, diğer geleneksel ürün geliştirme ve üretim teknikleri ile karşılaştırıldığında yüksek önem kazanır. Toz metalürjisinde üretile parçaların gözenekliliği de kontrol edilebilir. Ek olarak, işlem sıcaklığı, elementlerin karıştırılması tozun erime sıcaklığından daha düşüktür. Diğer geleneksel yöntemlere kıyasla karmaşık şekil ve yüksek sıcaklık uygulaması elde edilerek yüksek üretim hızı elde edilebilir. TM, dövme, eritme ve döküm işlemlerine kıyasla daha esnek bir uygulamadır. TM ile yeni kompozitler elde edilerek malzemelere korozyon direnci, aşınma direnci gibi yeni mekanik özellikler kazandırılabilir. Kompozit malzemeler mühendislik uygulamaları içerisinde kendilerine büyük bir yer edinmişlerdir. Dayanım/ağırlık oranının ayarlanabilir olmasıyla daha ince ve daha hafif kompozitlerin geliştirilmesi neticesinde üretim ve işletme giderlerinin birim maliyetinin düşürülmesi sağlanmaktadır. Hafiflik ve sağlamlık oranı açısından başarılı uygulamalarda kullanılan CuAlNi alaşımları ile çok iyi mekanik özelliklere sahip kompozit malzemeler üretilmektedir. Bu çalışmada sabit presleme ve sabit sıcaklıkta sinterlenen CuAlNi ve CuAlNi-SiC alaşımlarının mikroyapı ve mekanik özelliklerini iyileştirmeye çalışılmıştır. Toz metalurjisi yöntemi ile CuAlNi toz karışımına, ağırlıkça farklı oranlarda (%2,5, 5, 7,5 ve 10) SiC tozları mikron seviyesinde takviyesi edilerek, kompozit numuneler üretilmiştir. Hazırlanan tozlar turbula cihazı ile 1 saat süreyle karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi sonrasında tozlar sıcak pres ile presleme işlemi yapılmıştır. Sinterleme işlemi, vakum atmosferinde 850 °C sıcaklıkta 1 saat süre ile uygulanmıştır. Üretilen numunelerin mikroyapılarını belirleyebilmek için optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS), üretilen numunelerin içyapılarında oluşan fazları belirleyebilmek için X-Işını Kırınım yöntemi (XRD) analizi ve X-Işını Floresansı (XRF) yapılmıştır. SiC ilavesinin sertlik üzerine etkisini belirleyebilmek amacıyla mikrosertlik (HV5) alınmıştır. Mikroyapı sonuçlarından, SiC partiküllerinin yapı içerisinde homojen olarak dağıldığı tespit edilmiştir. Üretilen numunelerde artan SiC takviyesine bağlı olarak sertlik değerlerinde artış olmuştur.

Abstract:
Powder metallurgy (PM) is an important production route of alloys and is also important in terms of its properties and economy. This method is suitable for the production of complex and versatile shapes and structures. It is well known that it leads to cost-effective and energy-saving methods. PM gains high importance when compared to other traditional product development and manufacturing techniques. The porosity of parts produced in powder metallurgy can also be controlled. In addition, the processing temperature is lower than the melting temperature of the mixing powder. Compared to other traditional methods, high production speed can be achieved by achieving complex shape and high temperature application. PM is a more flexible application compared to forging, melting and casting. By obtaining new composites with PM, new mechanical properties such as corrosion resistance and wear resistance can be given to the materials. Composite materials have gained a great place in engineering applications. With the adjustable strength/weight ratio, the unit cost of production and operating expenses is reduced as a result of the development of thinner and lighter composites. Composite materials with very good mechanical properties are produced with CuAlNi alloys, which are used in successful applications in terms of lightness and strength ratio. In this study, it was tried to improve the microstructure and mechanical properties of CuAlNi and CuAlNi-SiC alloys sintered at constant pressing and constant temperature. Composite samples were produced by the powder metallurgy method by supplementing the CuAlNi powder mixture with SiC powders at different weight ratios (2.5%, 5, 7.5 and 10%) at the micron level. The prepared powders were mixed with a turbula device for 1 hour. After the mixing process, the powders were pressed with a hot press. The sintering process was carried out at 850 °C for 1 hour in a vacuum atmosphere. Optical microscope and scanning electron microscope (SEM-EDS) were used to determine the microstructures of the produced samples, X-Ray Diffraction method (XRD) analysis and X-Ray Fluorescence (XRF) were used to determine the phases formed in the internal structures of the produced samples. Microhardness (HV5) was taken to determine the effect of SiC addition on hardness. From the microstructure results, it was determined that the SiC particles were homogeneously dispersed in the structure. The hardness values of the produced samples increased due to the increasing SiC reinforcement.