Tabakalı dairesel metal kompozit malzeme üretilmesi, yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Production of layered circular metal composite material, improvement of its surface properties and investigation of its mechanical properties
Yazar: ABDULLAH GÖÇER
Danışman: PROF. DR. MEHMET BAKİ KARAMIŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alüminyum matrisli kompozitler = Aluminum matrix composites ; Metal kompozitler = Metal composites ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites

Özet:
Bu tez çalışmasında yüksek dayanım ve düşük yoğunluk özelliklerinin bir arada bulunduracak ve yüzey özellikleri iyileştirilebilir bir tabakalı dairesel metal kompozit geliştirmek amaçlanmıştır. Mil şeklindeki bu kompozit malzemenin kılıf olarak adlandırılan dış kısmı AISI 4140 çelikten, öz olarak adlandırılan iç kısmı ise Al2024/B4C bileşimi metal matrisli kompozitten (MMK) oluşmaktadır. Al2024/B4C toz karışım oranları hacimce %5, %15 ve %25 B4C içerek şekilde belirlenmiştir. Ortalama 40 µm tanecik boyutunda Al2024 tozu ile 10, 17 ve 58 µm tanecik boyutlarda B4C kullanılmıştır. Kompozit malzemeler, çelik tüpler içine Al2024/B4C toz karışımlarının sıkıştırılması ile elde edilen ön mamullerin çekme yöntemi uygulayarak şekillendirilmesiyle elde edilmiştir. Çekme işlemi oda sıcaklığı, 250 ve 400 °C sıcaklıklarda ve üç farklı deformasyon oranında (%16, %30 ve %37) gerçekleştirilmiştir. Tüm sıcaklık şartlarında üretilen kompozit malzemelerde deformasyon oranının artması, malzemelerin eğme, basma ve kayma mukavemet değerlerini arttırmıştır. Oda sıcaklığında üretilen kompozit malzemelerde %5 B4C takviyesi ile artan eğme mukavemeti, bu oranın artması ile düşmüştür. 250 ve 400 °C sıcaklılarda üretilen malzemelerde ise eğme mukavemeti % 15 takviye oranından sonra düşmüştür. Basma mukavemeti ise tüm sıcaklık şartlarında B4C takviyesi ile artmış, bu oranının % 15'i geçmesi ile düşmüştür. Kayma mukavemetleri, deformasyon oranının artması ve B4C takviyesi ile artarken, işlem sıcaklıklarının yükselmesi ile düşmüştür. Nitrürleme işlemi sonrasında basma ve eğme mukavemet değerleri iyileşirken kayma mukavemet değerleri düşüş göstermiştir. Ayrıca yüksek deformasyona uğramış malzemelerde çelik kılıfta daha kalın bir nitrür tabakası elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it was aimed to develop a layered circular metal composite which will have high strength and low density properties together and whose surface properties can be improved. The outer part of this rod-shaped composite material, called the sheath, was made of AISI 4140 steel, and the inner part, called the core, was made of Al2024/B4C metal matrix composite (MMC). Al2024/B4C powder mixture ratios were determined as 5%, 15% and 25% volume fraction of B4C. Al2024 powder in an average of 40 µm particle size and B4C in 3 different particle sizes as 10, 17 and 58 µm were used. Composite materials were obtained with drawing of the pre-products which achieved by compressing the Al2024/B4C powder mixtures into steel tubes. The drawing process was carried out in room temperature, temperatures of 250 and 400 ° C, and at three different deformation rates (16%, 30% and 37%). Under all temperature conditions, the increase of the deformation rate increased the bending, compression and shear strength values of the materials. In composite materials produced under cold conditions, the bending strength which increased with 5% B4C reinforcement, decreased with the increase of this ratio. In materials produced at temperatures of 250 and 400 ° C, the bending strength decreased after 15% reinforcement ratio. Compression strength increased with B4C reinforcement under all temperature conditions and decreased after 15% volume rate. Shear strength increased with increasing of deformation rate and B4C reinforcement, but decreased with increasing of temperature. While compression and bending strength values of composites improved with nitriding process, their shear strength values decreased. In addition, a thicker nitride layer was obtained in the steel sheath of composite materials produced with a high deformation rate.