Alüminyum esaslı SiC partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzemelerin darbe davranışlarının incelenmesi
Investigation of impact behaviours of aluminium based SiC particle reinforced metal matrix composite materials
Yazar: RECEP EKİCİ
Danışman: DOÇ.DR. SEDAT ÖZDEN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ill ALÜMİNYUM ESASLI SiC PARTIKUL TAKVİYELİ METAL MATRISLI KOMPOZİT MALZEMELERİN DARBE DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ ÖZET Partikül takviyeli metal matrisli kompozitler, alışıla gelmiş metal üretim metotlarıyla üretilebilen ve arttırılmış izotropik, mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan malzemelerdir. Arttırılmış olan bu özellikler yüksek elastik modül, sürünme mukavemeti, yorulma mukavemeti, yüksek sertlik ve aşınma direnci, düşük termal genleşmedir. Bu avantajlara ve büyük ölçekli uygulamalarda önemli bir potansiyele sahip olmasından dolayı Al/SiCp, en yaygın partikül takviyeli metal matrisli kompozit sistemlerinden birisidir. Bununla birlikte bu kompozitlerin düşük hızlı darbe davranışları ile ilgili yapılan çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu çalışmada, SiC partikül takviyeli Al esaslı metal matrisli kompozitler, iki aşamada üretilmiştir. İlk olarak, Al/SiCp metal matrisli kompozitler vorteks döküm yöntemiyle bilet şeklinde dökülmüş, daha sonra bu biletler, kare kesitli çubuk şeklinde sıcak eksinize edilmiştir. Takviyesiz alaşımlarda aynı yöntemle üretilmiştir. Takviye malzemesi olarak bütün kompozitlerde 167 um boyutunda SiC partikül kullanılmış iken, matris malzemesi olarak 5083, 6063 ve 2124 olmak üzere üç farklı alüminyum alaşımı kullanılmıştır. Bundan başka, partikül boyutunun darbe dayanımına etkisini incelemek amacıyla 6063 alaşımında 511 (im boyutunda SiC partikül kullanılmıştır. Bütün kompozitlerde takviye hacim oram % 10 ve ekstrüzyon oranı R: 19.63 dır. Son olarak, 511 um boyutunda SiCp takviyeli 6063 alaşım esaslı kompozitler, ekstrüzyon oranının darbe dayanımına etkisini incelemek amacıyla, R: 13.63 olan farklı bir ekstrüzyon oranında ekstrüze edilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen Al MMK'ler, düşük hızlı darbe testlerine tabi tutulmak amacıyla ASTM E23 A standartlarına göre V çentikli darbe numunesi boyutunda işlenmiştir. Darbe testleri, farklı matris alaşımı ve matris yaşlandırma halinde hazırlanmış V çentikli deney numunelerine -176°C, 21°C, 100°C, 200°C ve 300°C'de, farklı SiC tane boyutu ve farklı ekstrüzyon oranlarında hazırlanmış V çentikli deney numunelerine 21°C'de charpy darbe deney makinesinde gerçekleştirilmiştir. DarbeIV deney sonuçlan, mikroyapısal ve fraktografik incelemeler, kompozit ve takviyesiz alaşımların hasar mekanizmaları ve deformasyon davranışları ile ilişkilendirilmiştir. Partikül kümelenmesi, partikül çatlak oluşumu ve zayıf matris- takviye elemanı arayüzeyi ile ilgili arayüzey hasarı gibi olaylann açıklamaları sunulmuştur. Deney sıcaklığı, partikül boyutu ve ekstrüzyon oranının yanında matris karakteristikleri tartışılmıştır. Anahtar kelimeler: Alüminyum matrisli kompozitler, partikül, darbe dayanımı, yüksek sıcaklık ve sıfır altı sıcaklık deneyi.

Abstract:
INVESTIGATION OF IMPACT BEHAVIOURS OF ALUMINIUM BASED SiC PARTICLE REINFORCED METAL MATRIX COMPOSITE MATERIALS ABSTRACT Particle reinforced metal matrix composites are the materials being manufactured by using classical material manufacturing methods and having improved isotropic, mechanical and physical properties. These improved properties include high elastic modulus, creep strength, fatigue strength, hardness and wear resistance, and low thermal expansion. Because of having these advantages and an important potential on large scale applications, Al/SiCp is one of the most widespread particle reinforced metal matrix composite systems. However, there are limited number of work about low speed impact behaviour of these materials. In this study, SiC particle reinforced Al based metal matrix composites (MMCs) were manufactured at two stages. Initially, Al/SiCp MMCs were casted in the forms of billets by stir casting and then, these billets were hot extruded to form square rods. Unreinforced alloys were also manufactured in the same way. Three different Al alloys 5083, 6063 and 2124 were used as matrix materials while SiC particles with a particle size of 167 urn were used in all of the composites as the reinforcement material. Furthermore, 511 um SiC particles were used in 6063 alloys to observe effect of particle size on impact strength. All of the composites had a volume fraction of % 10 SiC reinforcements and they had an extrusion ratio R: 19.63. Finally, 6063 alloy based 511 um SiCp reinforced MMCs were extruded at a different extrusion ratio which is R: 13.63 to observe effect of extrusion ratio on impact strength. Al MMCs manufactured were machined to conform to ASTM E23 type A V-notched impact specimen geometry to be carried out low speed impact tests. The tests were performed on a charpy impact test machine at -176°C, 21°C, 96°C, 200°C and 300°C for V-notched impact specimens prepared at different matrix alloy, ageing condition and at 21°C for having different SiC particle sizes and extrusion ratios. The results of instrumented impact tests, microstructural and fractographic observations were correlated with the failure mechanisms and deformation behavior of composites andVI unreinforced alloys. A description of the phenomena involved clustering of particles, particles cracking, interfacial failure associated to weak matrix-reinforcement bonding was presented. The effect of testing temperature, particle size and extrusion ratio as well as the matrix characteristics were discussed. Keywords: Aluminium matrix composites, particle, impact strength, high and subzero temperature testing.