Bor karbür takviyeli metal matrisli kompozit malzeme üretimi
Production of boron carbide reinforced metal matrix composite
Yazar: AHMET KABİL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR YÜKSEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Mühendislik malzemelerinden beklenen performansın çevresel ve ekonomik kaygılar nedeniyle gün geçtikçe artması geleneksel malzemelerin yetersiz kalabildiği durumlar ortaya çıkartmaktadır. Metal matrisli kompozitler gibi
gelişmiş malzemelerin gelişimi bu nedenle son yıllarda oldukça önem ve hız kazanmıştır. B4C, SiC, Al2O3 gibi takviyelerin alüminyum, titanyum ve magnezyum gibi hafif metal matrislerin içerisine eklenmesi ile oluşturulan metal matrisli kompozit malzemeler çekme/akma, aşınma, çentik darbe dayanımı gibi çeşitli mekanik özelliklerde monolitik malzemelere üstünlük sağlamaktadır. Toz metalürjisi, karıştırmalı döküm, sıkıştırmalı döküm gibi çeşitli yöntemler
kullanılarak metal matrisli kompozitler üretilebilmektedir. Seçilen üretim yöntemi, takviye-matris seçimi ve takviye oranı gibi çeşitli değişkenlere bağlı olarak nihai malzeme özellikleri çok fazla değişkenlik gösterebildiği için malzemeden beklenen özelliklerin tasarım aşamasında belirlenip bu değişkenlerin ona göre seçimi malzemenin performansı açısından önem taşımaktadır. Sıvı metal işlemleri, yüksek hacimde düşük maliyetli üretim gibi önemli bir avantaj sunmakta iken takviyelerin heterojen bir şekilde matris içerisinde öbeklenmesi ve takviye-matris arasında
kalan bölgede porozite oluşumu kompozit üretimi için problem teşkil etmektedir. Yapılan bu çalışmada B4C takiyeli alüminyum matrisli kompozit malzeme, sıkıştırmalı döküm yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretilen kompozit malzeme, SEM yardımıyla yapılan mikroyapısal incelemelerin ardından çekme, çentik darbe, aşınma ve sertlik testlerine tabi tutularak monolitik alüminyum alaşımıyla karşılaştırılarak mekanik özellikleri karakterize edilmiştir. Takviye partiküllerin oldukça homojen ve minimum düzeyde porozite içerdiği görülmüş ve yapılan
ölçümlerde %50 oranında B4C içerdiği görülmüştür. Kompozit malzemenin aşınma, sertlik, çekme ve çentik darbe dayanımının monolitik alüminyum alaşımına kıyasla çok daha üstün olduğu bulunmuştur.

Abstract:
The gradual increase in performance expected from engineering materials due to environmental and economic concerns creates situations in which traditional materials may be inadequate. The development of advanced materials such as
metal matrix composites has therefore gained considerable importance and speed in recent years. Metal matrix composite materials created by adding reinforcements such as B4C, SiC, Al2O3 into light metal matrices for instance aluminum, titanium, and magnesium provide superiority to monolithic materials in various mechanical properties such as tensile / yield, abrasion, notch impact strength. Metal matrix composites can be produced using various methods such as powder metallurgy, stir casting, squeeze casting. Since the final material properties can vary widely depending on various variables such as the selected production method, reinforcement-matrix selection, and reinforcement ratio, the properties expected from the material are determined at the design stage and the selection of these variables accordingly is important for the performance of the material. While liquid metal processes offer significant advantages like high-volume low-cost production, heterogeneous aggregation of reinforcements in the matrix, and porosity formation in the region between the reinforcement-matrix poses a problem for composite production. In this study, the aluminum matrix composite material with reinforced B4C was produced using the squeeze casting method. The composite material that produced was subjected to tensile, notch impact, abrasion, and hardness tests after microstructural examinations with the help of SEM, and its mechanical properties were characterized by comparison with the monolithic aluminum alloy. It was seen that the reinforcing particles contain very homogeneous and minimal porosity, and within the measurements it was found that it contains 50% B4C. It has been found that the abrasion, hardness, tensile and notch impact strength of the composite material is superior to that of the
monolithic aluminum alloy.