Toz metalurjisi metodu ile üretilen alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin abrasiv aşınma özelliklerinin araştırılması
Investigation of abrasive wear properties of aluminum matrix hybrid composites manufactured by the powder metallurgy
Yazar: ENGİN DEMİRCİ
Danışman: PROF. DR. HALİL ARIK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Sıcak presleme = Hot pressing ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Bu çalışmada, toz metalurjisi yöntemiyle Al7075 matrisli ve B4C-Karbon karası takviyeli hibrit tipi kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu yapılmıştır. Matris malzeme olarak 74 µm altı atomize Al7075 alaşımlı alüminyum tozu kullanılmıştır. Takviye elemanı olarak 24 µm altı %10 B4C ve değişen oranlarda (%0,16; 0,50 ve 0,75) 26-30 nm boyut aralığında HAF cinsi karbon karası kullanılmıştır. Hassas olarak tartımı yapılan matris, kompozit ve hibrit tozların çelik bilye içeren turbola cihazında karıştırma işlemi sonrası sıcak presleme ile toz metal blok parça üretimi gerçekleştirilmiştir. Sıcak presleme uygulaması toz numunelerin tek yönlü eksenel çelik kalıp içerisinde 1 saat süreyle 150 MPa basınç altında ve 560 °C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerden karakterizasyon testleri için tel erozyon yöntemi ile numuneler kesilmiştir. Hazırlanan numunelere sırayla SEM ve optik mikroskop ile mikro yapı incelemesi, yoğunluk ölçümü, sertlik ölçümleri, çapraz kırma testleri ve 5, 10, 15 ve 20 N yük altında pin-on-disk aşınma testleri yapılmıştır. Numunelerin tamamında %94 üzeri yoğunluk elde edilmiştir. Mikroyapılarda partikül dağılımı, sinterleşme ve takviye elemanlarının sinterleşmeye etkileri gözlenmiştir. Takviye elemanlarının %12 civarında sertlik artışına neden olduğu gözlenmiştir. Çapraz kırılma testleri ile sinterleşmede gözlenen etkiler, mekanik olarak da ortaya konulmuştur. Takviye miktarındaki değişim ile numunelerin aşınma davranışlarında yaşanan olumsuz etki, aşınma kayıpları ve aşınma yüzey görüntüleri ile gözlenmiştir.

Abstract:
In this study, hybrid type composite material with Al7075 matrix and B4C-Carbon black reinforcement was produced and characterized by powder metallurgy method. 74 µm sub-sieve atomized Al7075 alloy aluminum powder was used as matrix material. 24 µm sieve 10% B4C and varying proportions (0,16; 0,50 and 0,75) of HAF type carbon black in the 26-30 nm size range were used as the reinforcement element. After the mixing process of the matrix, composite and hybrid powders, which were weighed precisely, in the turbola device containing steel balls, powder metal block parts were produced by hot pressing. The hot-pressing application of the powder samples was carried out in a one-way axial steel mold under 150 MPa pressure and 560 °C temperature for 1 hour. Samples were cut from the produced composite materials by wire erosion method for characterization tests. Respectively, microstructure examination with SEM and optical microscope, density measurement, hardness measurements, cross-fracture tests and pin-on-disc wear tests under 5, 10, 15 and 20 N load were performed on the prepared samples. Density above 94% was obtained in all of the samples. Particle distribution, sintering and the effects of reinforcement elements on sintering were observed by microstructure investigations. It has been observed that the reinforcement elements cause an increase in hardness of around 12%. The effects observed in sintering were also demonstrated mechanically by cross-fracture tests. Negative effect on the wear behavior of the change in the amount of reinforcement of the samples were observed with wear losses and wear surface images.