Alüminyum matrisli B4C takviyeli ve grafit katkılı kompozitlerin üretilmesi, mekanik özellikleri ve frezede işlenebilirliğinin incelenmesi
The manufacture of aluminium matrix composites with B4C reinforcing element and addition of graphite and the analysis of mechanical features and their machinability on milling
Yazar: ERGÜN EKİCİ
Danışman: PROF. DR. MAHMUT GÜLESİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: CNC frezeleme = CNC milling ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle B4C parçacık takviyeli ve Gr katkılı metal matrisli (MMK) kompozit malzemeler üretilmiştir. Kompozitlerin üretiminde matris malzemesi olarak 200 ?m altı ön alaşımlı Alumix 123 tozu, takviye elemanı olarak ise ortalama 22~32 ?m boyutunda B4C ve ortalama 150 ?m boyutlarında nikel kaplı grafit parçacıklar kullanılmıştır. Matris malzemesi Alumix 123 olmak üzere ağırlıkça %5 B4C, %10 B4C ve %15 B4C parçacık takviyeli, ayrıca %10 B4C'e ilave olarak %1 Gr, %3 Gr, %5 Gr katkılı olmak üzere yedi farklı numune sıcak presleme yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen tüm kompozitlere T6 ısıl işlemi uygulanarak mikroyapıları ve sertlik, yoğunluk ve çapraz kırılma dayanımları gibi mekanik özellikleri incelenmiştir. Mikroyapı incelemeleri sonrasında takviye parçacıklarının matriste homojen dağılım sağlandığı görülmüştür. T6 ısıl işlemin kompozitlerin sertlikleri üzerinde ciddi etkisi olduğu tespit edilmiş ve en yüksek sertlik değeri %15 B4C takviyeli numunede 173 BSD olarak belirlenmiştir. En yüksek Çapraz Kırılma Mukavemeti (ÇKM) takviyesiz numunede ölçülürken, en düşük ÇKM %5 Gr katkılı numunede ölçülmüştür.MMK numuneler, kaplamalı ve kaplamasız sementit karbür ve kübik bor nitrür kesici takımlar kullanılarak CNC freze tezgahında işlenebilirlik deneylerine tabi tutulmuştur. İşlenebilirlik deneyleri kuru kesme şartları altında gerçekleştirilmiştir. Deneyler dört farklı kesme hızında (50, 65, 85 ve 110 m/min), sabit kesme derinliği (0,5 mm) ve sabit ilerleme hızında (0,11 mm/rev) gerçekleştirilmiştir. Tüm numunelerin işlenebilirliğinde kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğü ölçülmüş, takım aşınması deneyleri B4C+Gr katkılı numunelerde uygulanmıştır. Numunelerde artan B4C miktarına bağlı olarak kesme kuvvetlerinde bir artış görülmüş, kesme kuvvetlerinin en yüksek değerine %15 B4C takviyeli numunede ulaşılmıştır. B4C+Gr katkılı kompozitler için artan Gr miktarıyla birlikte kesme kuvvetleri azalmıştır. Yüzey pürüzlülüğü açısından değerlendirildiğinde en kötü yüzey kalitesine %15 B4C kodlu numunede ulaşılmıştır. Kesici takımlarda etkin aşınma mekanizmasının abrasiv aşınma mekanizması olduğu belirlenmiş, artan Gr miktarına bağlı olarak serbest yüzey aşınmasında azalma görülmüştür. Tüm işleme şartlarında en iyi performansı kübik bor nitrür kesici göstermiştir.Anahtar Kelimeler : Metal matrisli kompozit (MMK), toz metalurjisi, sıcak presleme, islenebilirlik, kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü

Abstract:
In this study, metal matrix composite materials with B4C particle-reinforced and Gr addition were produced via powder metallurgy technique. In the production of composites, as a matrix material under 200 ?m-sized master alloy Alumix 123 powder and as a reinforcing member, 22~32 ?m B4C and average 150 ?m-sized nickel-covered graphite powders were used. Seven different samples (in weight, 5% B4C, 10% B4C and 15% B4C particle-reinforced, 1% Gr, 3% Gr, reinforced 5% Gr added 10% B4C and Alumix 123) were produced with hot pressing technique. By applying precipitation hardening to all composites, some of the mechanic features (hardness, density and cross-breaking strengths) and microstructures were analyzed. After microstructure analysis, homogeneous distribution was identified. Heat treatment has a great effect on the hardness of the composites and 15% B4C reached the highest hardness. The highest cross-breaking strength was measured on matrix alloy composites and the cross breaking strengths was measured on the 5% Gr added sample.The samples were tested for their machinability with milling technique by using coated and uncoated cementite carbide and cubic boron nitrides cutting tools. Machinability tests were carried out under dry cutting conditions. The tests were carried out with four different cutting speeds between 50-110 m/min, 0,5 cutting depth and 0,11 fixed feed rate. All the samples were analyzed for cutting force and surface roughness in the aspect of machinability. Tool wear tests were carried out in the samples reinforced with B4C+Gr. Depending on the ratio of B4C in the samples, increase in the cutting force was identified and the highest value was determined in the samples reinforced with 15% B4C. However, the cutting force for B4C+Gr added composites decreased. In the aspect of surface roughness, the lowest value was determined in 15% B4C. Active wear mechanism was identified to be the abrasive wear mechanism and depending on the increasing Gr rate, decrease in flank wear was identified. Under all conditions cubic boron nitrides had the highest performance among cutting tools.Key words : Metal matrix composite (MMC), composite, powder metallurgy, hot pressing, machinability, cutting forces, surface roughness