SiC ve B4C parçacık takviyeli alüminyum matrisli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemi ile üretilmesi ve delik kalitesinin iyileştirilmesi
Production of SiC and B4C particle reinforced aluminum matrix composites by powder metallurgy method and improvement of hole quality
Yazar: GÖKHAN BAŞAR
Danışman: PROF. DR. FUNDA KAHRAMAN
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemlerinden biri olan direkt sıcak presleme tekniği kullanılarak 35 MPa basınç ve 600 ⁰C sıcaklık ve 5 dak sürede Al/SiC ve Al/B4C/SiC kompozit malzemeler üretilmiştir. Kullanılan tozların (Al, B4C ve SiC) parçacık boyut ve SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen Al matrisli kompozitlerin mikroyapısı, mekanik özellikleri ve delinebilirliği incelenmiştir. Takviye oranının artmasıyla yoğunluğun azaldığı, makro ve mikrosertlik değerlerinin arttığı ve çapraz kırılma dayanımının düştüğü görülmüştür. Delme deneyleri, Taguchi L18 deney tasarımına uygun olarak yapılmıştır. Kontrol faktörleri kesme hızı (25 ve 50 m/dak), ilerleme miktarı (0,08, 0,16 ve 0,24 mm/dev), uç açısı (100°, 118° ve 136°) ve SiC takviye oranı (%0, 5 ve 10) olarak seçilmiştir. Kalite karakteristikleri ise itme kuvveti, tork, yüzey pürüzlülüğü, çaptan sapma ve dairesellikten sapma olarak belirlenmiştir. Geliştirilen malzemelerin delik kalitesini iyileştirmek için tek yanıtlı ve çok yanıtlı optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Tek yanıtlı optimizasyon için Taguchi metodu, çok yanıtlı optimizasyon için ise Entropi ağırlıklı-Taguchi tabanlı GİA, TOPSIS ve CoCoSo yöntemleri kullanılmıştır. Kontrol faktörlerinin kalite karakteristikleri üzerindeki etkisi ANOVA testi ile belirlenmiştir. Ayrıca, kontrol faktörleri ile kalite karakteristikleri arasında matematiksel bir ilişki kurmak için regresyon analizi uygulanmıştır. Regresyon denklemlerinden elde edilen R2 değerlerinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Bu durum, geliştirilen modelin tahmin yeteneğinin güçlü olduğunu göstermiştir. Optimum deney koşullarında doğrulama deneyleri gerçekleştirilmiştir. Doğrulama deney sonuçlarından elde edilen veriler, %95 güven aralığı ve %5 anlamlılık düzeyinde, güven aralığı sınırları içerisinde bulunmuştur. Sonuç olarak, üretilen kompozit malzemelerin delinebilirliği incelendiğinde; B4C ve SiC takviyeli hibrit kompozitin, SiC takviyeli kompozit malzemeye göre daha iyi performans gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, Al/SiC and Al/B4C/SiC composite materials were produced using the direct hot-pressing technique, which is one of the powder metallurgy methods, at a pressure of 35 MPa, a temperature of 600°C, and a duration of 5 minutes. Particle size and SEM analyzes of the powders used (Al, B4C and SiC) were carried out. The microstructure, mechanical properties and drillability of the produced Al matrix composites were investigated. It was observed that the density decreased, the macro and microhardness values increased, and the transverse rupture strength decreased with the increase of the reinforcement ratio. Drilling experiments were carried out in accordance with the Taguchi L18 experimental design. Control factors are cutting speed (i.e., 25 and 50 m/min), feed rate (i.e., 0.08, 0.16 and 0.24 mm/rev), point angle (i.e., 100°, 118° and 136°), and SiC reinforcement ratio (i.e., 0%, 5% and 10%) were selected. The quality characteristics were determined as thrust force, torque, surface roughness, deviation from diameter and deviation from circularity. Single-response and multi-response optimization were performed to improve the hole quality of the developed materials. Taguchi method was used for single-response optimization, and Entropy-weighted Taguchi-based GRA, TOPSIS and CoCoSo methods were used for multi-response optimization. The effect of control factors on quality characteristics was determined by ANOVA test. In addition, regression analysis was applied to establish a mathematical relationship between control factors and quality characteristics. It was observed that the R2 values obtained from the regression equations were quite high. This showed that the predictive ability of the developed model is strong. Confirmation experiments were carried out under optimum experimental conditions. The data obtained from the validation experiment results were found within the confidence interval limits at the 95% confidence interval and 5% significance level. As a result, when the drillability of the produced composite materials was examined, it was determined that the B4C and SiC reinforced hybrid composite performed better than the SiC reinforced composite material.