Çelik
bronz talaş kompozitin üretimi ve mekanik özellikleri / Production and mechanical properties of steel/bronze chips composite
Yazar: HAKAN BURAK KARADAĞ
Danışman: PROF. DR. AHMET AKDEMİR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bronz = Bronze ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Sinterleme = Sintering ; Çelik-metal = Steel-metal ; Üretim = Production

Özet:
Bu çalışmada, endüstride geri dönüşümü genellikle ergitilerek yapılan çelik ve bronz metal talaşların, oda sıcaklığında yüksek basınç altında sıkıştırılıp, sıvı faz sinterleme yöntemi ile metal matris kompozit malzeme üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretim amacı, darbe emici, sürtünme elemanı, filtre elemanı gibi farklı uygulama alanlarına yönelik olan bu kompozit malzemenin, hali hazırda kullanılan malzemelere alternatif teşkil edebilecek ekonomik, ucuz bir biçimde üretilebilirliği incelenmiştir. Çalışmada kullanılan çelik talaşı EN10025 standardında S355JR (DIN17100-St52-3) ismiyle anılmaktadır. Kompozit yapısındaki diğer bileşen ise CuSn10 adlı kalay bronzudur. Şerit testerede kesilen metal talaşlar, 800µm gözenek boyutuna (20 mesh) sahip elekte elenmiş ardından elenen bronz ve çelik talaşlar kompozit yapıya ağırlıkça %70bronz-%30çelik, %60bronz-%40çelik ve %50bronz-%50çelik oranlarında katılarak üç farklı kompozit malzeme üretilmiştir. Ağırlıkça oranlama yapılan talaşlar oda sıcaklığında preslenmiştir. Bu işlemde presleme basınçları üretim sonunda tüm kompozit malzemelerin nihai gözenek miktarları sabit hacmen %25 olacak belirlenmiştir. Kompozit malzemelerin gözenek miktarları ve yoğunlukları TS 2305 standardına göre tespit edilmiştir. Sinterleme işlemi içerisinde argon gazı bulunan fırın içerisinde 925°C'de gerçekleştirilmiştir. Kompozit malzemelerin üretiminde ağırlıkça üç farklı oranda seçilen çelik-bronz talaş miktarının malzemelerin mekanik ve aşınma özelliklerine etkisi incelenmiştir. Kompozit malzemelerin mekanik özellikleri ASTM standartlarında belirtilen şartlarda yapılan basma ve üç noktadan eğme testleri ile belirlenmiş, aynı şartlarda test edilen hadde CuSn10 bronzunun sahip olduğu özelliklerle mukayese edilmiştir. Elde edilen sonuçlar neticesinde, çelik-bronz talaşlarından hacimce %25 oranında gözenek ihtiva edecek şekilde üretilen kompozit malzemelerin sahip oldukları mekanik özelliklerin, bronz bileşen oranının artışı ile iyileştiği ve hadde CuSn10'a kıyasla daha tok ve sünek, basma dayanımları açısından oldukça yakın değerlere eriştiği gözlenmiştir. Ayrıca kuru ortamda 0,5 m/s sabit hızda dört farklı yük ve kayma mesafesinde yapılan aşınma testleri sonunda, kompozit içerisindeki çelik bileşen miktarındaki artış ile aşınmanın azaldığı, sürtünme katsayısının arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to investigate the producibility of an economic and green alternative for applications such as friction part, filter, bumper etc. The composite materials consisting of steel and bronze chips were produced by cold pressing, and liquid phase sintering. The constituents are selected as S355JR (DIN 10100-St52-3 steel and CuSn10 bronze. Three different mixtures were prepared by using following percentages by weight %70bronze-%30steel, %60bronze-%40steel and %50bronze-%50steel and then cold pressed. The pressure was selected so that the final porosity of the composite could reach 25% by volume. The porosity of the final product was determined in accordance with TS 2305. The products then sintered at 925°C under argon environment for 1h.The effects of composition upon mechanical behavior were obtained through three points bending tests and compression tests and obtained results were compared with properties of plain CuSn10 bronze. The results showed that, the mechanical properties of produced composite materials enhance with increasing bronze content. It is also observed that the produced composites are tougher and more ductile than plain Cusn10 bronze. It is also observed that compression strength of the composites is close to strength of plain CuSn10 bronze. The wear test showed that a decrease in wear rate and increase in friction coefficient is obtained with increasing steel content.