SiC takviyeli AlSi7Mg2 metal matrisli kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması
Research on the machinability of SiC reinforced AlSi7Mg2  metal matrix composite materials
Yazar: İSMAİL ERHAN KUTSAL
Danışman: PROF. DR. YAHYA HIŞMAN ÇELİK ; PROF. DR. EROL KILIÇKAP
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: An = Moment ; Kesme kuvveti = Cutting force ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Takım aşınması = Tool wear ; Talaş = Sawdust ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness ; İşlenebilirlik = Machinability

Özet:
SiC takviyeli alüminyum matrisli kompozitler (AMK'lar) düşük ağırlık, yüksek özgül mukavemet, yüksek özgül sertlik, yüksek aşınma direnci, düşük ısıl genleşme katsayısı, iyi boyutsal kararlılık ve kontrol edilebilir mekanik özellikleri sayesinde birçok uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Bu kompozitler, üstün mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olmalarına rağmen, SiC partiküllerin doğal özellikleri olan yüksek sertlik ve yüksek aşınma direnci AMK'ların işlenmesinde düşük takım ömrüne ve zayıf yüzey kalitesine yol açmaktadır. Bu durum, SiC takviyeli AMK'ların uygulanabilirliği ve kullanılabilirliğini kısıtlamaktadır. Bu çalışmada, metal matrisli kompozitlerin (MMK'ların) işlenebilirliğini araştırmak için bir dizi deneysel çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmada, ağırlıkça %15 SiC takviyeli AlSi7Mg2 kompozitler tungsten karbür (WC), AlTiN kaplamalı WC ve yüksek hız çeliği (HSS) matkaplar kullanılarak üç farklı ilerleme ve dönme devrinde delinmiştir. Delme deneyleri kuru ortamda gerçekleştirilmiştir. Delme parametrelerine bağlı kesme kuvveti ve momenti, çap değişimi, çapak oluşumu, yüzey pürüzlülüğü, talaş morfolojisi ve takım aşınması incelenmiştir. Ayrıca kesme kuvvetleri ve momentlerinin takım aşınması ile olan ilişkisi analiz edilmiştir. Talaş morfolojisi ve takım aşınması için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Artan ilerleme ile kesme kuvveti ve momentinin, çap değişiminin, çapak yüksekliğinin, yüzey pürüzlülüğünün arttığı görülmüştür. Dönme devrindeki artış ise çapak yüksekliğini arttırmış, kesme kuvveti ve momentini, çap değişimini ve yüzey pürüzlülüğünü ise azaltmıştır. WC, AlTiN kaplamalı WC ve HSS matkaplar arasında en iyi işlenebilirlilik sonuçları AlTiN kaplı WC matkaplardan, en kötü ise HSS matkaplardan elde edilmiştir. Kompozit malzemelerin işlenmesinde, parametrelere bağlı olarak talaş yapılarında değişimler meydana gelmiştir. Düşük dönme devri ve ilerlemede oluşan talaş çaplarının daha düşük olduğu görülmüştür. İlerlemenin artması ile talaş çaplarının arttığı ve talaş yapılarında bozulmalar meydana gelmiştir. Talaş yüzeylerinde mikro ölçekli kırılmalar, çatlaklar, ara boşluklar ve ince oyuk şekillerinin varlığı dikkat çekmiştir. Talaşların serbest yüzeylerinde mikro ölçülerde testere diş oluşumları gözlenmiştir. Takım aşınması analizlerinde ise artan delik sayısına bağlı olarak kesici takımlara gelen kesme kuvveti ve moment ile takım aşınmasının arttığı görülmüştür. Daha yüksek kesme kuvveti ve momentine maruz kalan kesici takımda daha yüksek deformasyon ve aşınma gözlemlenmiştir.

Abstract:
SiC reinforced aluminum matrix composites (AMCs) are used in many application areas thanks to their low weight, high specific strength, high specific hardness, high wear resistance, low coefficient of thermal expansion, good dimensional stability, and controllable mechanical properties. Although these composites have superior mechanical and physical properties, the high hardness and high wear resistance, which are inherent properties of SiC particles, lead to low tool life and poor surface quality in the machining of AMCs. This situation limits the applicability and usability of SiC reinforced AMCs. In this study, a series of experimental studies were carried out to investigate the machinability of metal matrix composites (MMCs). In the experimental study, 15% by weight SiC reinforced AlSi7Mg2 composites were drilled using tungsten carbide (WC), AlTiN coated WC and high speed steel (HSS) drills at three different feed rates and rotation speeds. Drilling experiments were carried out in a dry environment. Cutting force and moment, diameter change, burr formation, surface roughness, chip morphology and tool wear were investigated depending on drilling parameters. In addition, the relationship of cutting forces and moments with tool wear was analyzed. Scanning electron microscopy (SEM) was used for chip morphology and tool wear. The cutting force and moment, diameter change, burr height and surface roughness were observed to increase with increasing feed rate. The increase in the rotation speed increased the burr height, decreased the cutting force and moment, diameter change and surface roughness. Among WC, AlTiN coated WC and HSS drills, the best machinability results were obtained with AlTiN coated WC drills, and the worst with HSS drills. In the machining of composite materials, changes in chip structures were occurred depending on the parameters. It has been observed that the chip diameters formed at low rotation speed and feed rate are lower. As the feed rate increased, the chip diameters increased, and the chip structures deteriorated. The presence of micro-scale fractures, cracks, interstices, and fine cavities on the chip surfaces were noted. Micro-sized saw tooth formations were observed on the free surfaces of the chips. In the tool wear analysis, it was seen that the cutting force and moment on the cutting tools and the tool wear increased depending on the increasing number of holes. Higher deformation and wear were observed in the cutting tool exposed to higher cutting force and moment.