Tib2 parçacık takviyeli alüminyum alaşım esaslı kompozitlerin toz metalurjisi yöntemi ile üretimi ve özelliklerinin belirlenmesi
Characterization of tib2 particle reinforced aluminum alloy matrix composites produced by powder metallurgy technique
Yazar: DEMET ZALAOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÜBEYLİ
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Askeri, uzay, havacılık, otomotiv ve denizcilik gibi endüstriyel alanlarda gelişen teknoloji ile kompozit malzemeler özel bir öneme sahip olmuştur. Farklı takviye malzemelerinin kullanıldığı Al alaşımı esaslı kompozitler ise hem yüksek dayanım ve aşınma direncine sahip olmalarından hem de hafifliklerinden dolayı pek çok alanda önemli bir potansiyele sahiptir. Yapılan bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemi ile hazırlanan ve farklı oranlarda TiB2 seramik parçacık takviyesi içeren saf Al ve Al alaşımı (Al-Zn-Cu-Mg) ana yapılı kompozit numunelerin farklı ısıl işlem şartlarında iç yapı, mekanik ve erozyonlu aşınma özellikleri incelenmiştir. Kullanılan tozların özelliklerini belirleyerek başlanan çalışmalara, toz karışımların sıkıştırılabilirlik özelliklerinin 800 MPa basınç değerine kadar farklı sıkıştırma basınçları uygulanarak incelenmesi ile devam edilmiştir. Daha sonra ise kompozit tozların sıkıştırılabilirlik verileri, doğrusal sıkıştırılabilirlik denklemleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu işlemlerin ardından, kompozit numuneler 316 MPa sıkıştırma basıncında ve 590 °C sinterleme sıcaklığında üretilmiştir. Sonrasında ise kompozit malzemelere doğal yaşlandırma, 100, 120 ve 140 °C sıcaklıklarda yapılan yapay yaşlandırma ile tavlama ısıl işlemleri uygulanmıştır. Isıl işlemler tamamlandıktan sonra, TEM, EDS, analitik haritalama ve XIK yardımı ile numunelerin iç yapı özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, yaşlandırma ısıl işlemlerinden sonra numunelerin sertlik değişimleri incelenmiş ve zamana bağlı yaşlandırma eğrileri elde edilmiştir. Son olarak ise ana yapı, takviye hacim oranı ve gerçekleştirilen ısıl işlemin, kompozit numunelerin mekanik ve aşınma özellikleri üzerine etkisini görebilmek için üç nokta eğme ve erozyonlu aşınma deneyleri yapılmıştır.

Elde edilen sonuçlara göre, tüm numuneler için en yüksek sertlik değerlerine 
120 °C'de gerçekleştirilen yapay yaşlandırma işlemiyle ve yaklaşık 11. saatte ulaşılmıştır. Üç nokta eğme deneylerinde en yüksek çapraz kırılma dayanım değerine, T6 ısıl işlemi yapılmış Al alaşım numunelerinde ulaşılırken erozyonlu aşınma deneylerinde ise en iyi sonuca tavlanmış takviyesiz saf Al numunelerde ulaşılmıştır. Ayrıca, her iki ana yapıda da artan TiB2 parçacık miktarı ile çapraz kırılma dayanımı ve aşınma dayanımının düştüğü gözlemlenmiştir.

Abstract:
Composite materials have gained a special importance by means of the developing technology in industrial areas such as military, space, aviation, automotive and marine. Al-alloy-based composites, in which different reinforcement materials are used, have an important potential in many areas due to having their high strength and wear resistance as well as their lightness. In this study, the microstructure, mechanical and erosive wear properties of the pure Al and Al alloy (Al-Zn-Cu-Mg) composite samples, which were prepared by powder metallurgy method and included TiB2 ceramic particle reinforcement at the different proportions, were investigated under different heat treatment conditions. The studies, which were started by determining the properties of the powders used, were continued with the investigation of the compressibility properties of the powder mixtures by applying different compression pressures up to 800 MPa. Then, the compressibility data of composite powders were evaluated by means of linear compressibility equations. Following these processes, the composite samples were produced by pressing at 316 MPa and sintering at 590 °C. After that, annealing, natural aging and artificial aging at 100, 120 and 140 °C were applied to the composite samples. After the heat treatments were completed, the microstructure properties of the samples were investigated with the help of SEM, EDS, analytical mapping and XRD. Furthermore, the hardness changes of the samples were investigated after the aging heat treatments and time-dependent aging curves were obtained. Finally, three point bending and erosive wear tests were carried out to see the effects of the microstructure of matrix, reinforcement volume ratio and the heat treatment on the mechanical and erosive wear properties of the composite specimens.

According to the experimental results, it was determined that the highest hardness values were reached by means of the artificial aging process performed at 120 °C for all samples at ~ 11th hour. While the highest transverse rupture strength value was recorded for the artificially aged aluminum alloy, the annealed pure aluminum samples showed the best performance in the erosive wear tests. Besides, it had been observed that transverse rupture strength and wear resistance decreased with the increase of TiB2 particle amount in both matrix types.