CO2 lazer kaynağıyla birleştirilmiş alüminyum matriksli kompozitlerin kaynak bölgesinin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of welding zone at CO2 Laser welded aluminium matrix composites
Yazar: HÜLYA DURMUŞ
Danışman: PROF. CEVDET MERİÇ
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Toz Metalurjisi (T/M) yöntemiyle Al matrisli SiC takviyeli metal matrisli kompozitmalzeme üretilerek lazer kaynağı ile birleştirilmesi incelenmiştir. Bu amaçla, ağırlıkça % 0, % 5, % 10,% 20 oranlarında SiC takviye elemanı ile Al99, AlCu4MgSi ve AlMg1SiCu'dan oluşan üç farklıalüminyum tozu karıştırılarak homojen toz karışımı sağlanmıştır. Karşılaştırma için aynı özellikleresahip ticari malzemeler hazır olarak temin edilmiştir. Farklı oranlardaki toz karışımları, 500 MPa'daopreslenerek 10x10x60mm boyutlarında örnekler üretilmiştir. Örneklerin parafini alma işlemi 400 C'deo o20 dakikada gerçekleştirildikten sonra 600 C ve 620 C'lerde 40 dk. sinterleme işlemi yapılmıştır.Kaynak işleminde nüfuziyetin daha iyi elde edilebilmesi için örnekler 5 mm'ye inceltilmiştir. LazerKaynağı 2500 W güce sahip lazer kaynak cihazında gerçekleştirilmiştir. Kaynak hızları 0,1; 0,3; 0,5 ve0,7 m/dk. olarak seçilmiştir. Lazer gücü ve hızı ayarlanarak MMK örneklerin kaynağıgerçekleştirilmiştir.Koruyucu gaz olarak helyum kaynak bölgesine 20 l/dk. debi ile gönderilmiştir. Kaynak işlemindensonra AlCu4MgSi-SiC ve AlMg1SiCu-SiC örneklerine çökelme sertleştirmesi uygulanmıştır. Buörneklerde sinterleme sıcaklığının, takviye oranının ve kaynak hızının etkileri incelenmiştir.Kompozit numunelerin yoğunlukları, sertlikleri, XRD analizi ve çapraz kırılma mukavemeti özellikleribelirlenmiştir. Kaynaklı örneklerin optik mikroskop ve SEM ile mikroyapıları incelenmiş ve lazerkaynağının uygulanabilirliği ile ilgili yorumlar yapılmıştırSiC takviye oranındaki artışla birlikte kompozit parça yoğunluklarının arttığı görülmüştür. Bununlabirlikte teorik yoğunluk (%), kompozit yapı içindeki parçacık takviye miktarının artmasıyla vedolayısıyla gözenek yoğunluğunun artmasıyla düşmüştür. SiC miktarındaki artış sıkıştırılabilmekabiliyetini olumsuz yönde etkilemiştir.SiC takviye oranındaki artışla çapraz kırılma dayanımında azalma, sertlikte ise artış belirlenmiştir.AlCu4SiMg-SiC ve AlMg1SiCu-SiC kompozitlerine çökelme sertleştirmesi işlemi uygulanarak mekaniközellikleri arttırılmıştır.o600 C'de sinterlenmiş 0,3 m/dk ile kaynak edilmiş Al99-SiC kompozitlerinde SiC oranının artmasıylasertlik 47.7 HV'den 98 HV'ye artmıştır. Tüm hız değerlerinde kaynak edilmiş ticari Al99 örneğindesertlik değerleri Al99-%0 SiC örneklerinden daha yüksek olmuştur.Genel olarak 0,5 m/dk. lazer kaynak hızı AlCu4SiMg-SiC kompozitleri için erimiş metalde yükseksertlik elde edilebilecek bir hızdır. AlCu4SiMg-SiC kompozitlerinin çekme dayanımlarında lazer kaynakhızı arttıkça bir azalma meydana gelmiştir.o600 C' de sinterlenmiş lazer kaynaklı AlMg1SiCu-SiC kompozitlerinde SiC oranının artması, çaprazkırılma dayanımını fazla değiştirmemiştir.Al matriksinin kırılması sünek kırılmadır. Takviye oranı arttıkça gevrek kırılma görülmüştür. Kırılmagenellikle ana metalden gerçekleşmiştir. Çekme deneyi sonunda kopmalar daha çok esas metalden veITAB'dan gerçekleşmiştir.

Abstract:
The aim of this study was the production of SiC particle reinforced Al based metal matrixcomposites by powder metallurgy (P/M) technique and investigation of their laser welded. Forthis purpose, homogenous powder mixtures were prepared by mixing 0, 5, 10, and 20 % weightratios of SiC particles with Al99, AlCu4MgSi ve AlMg1SiCu. Commercial same propertiesmaterials have been assured for comparision. The 10x10x60mm blanks were produced bypressing of powder mixtures in a floating single-effect die at 500 MPa pressure. Metal matrixcomposite (MMC) specimens were obtained at 400 C for 20 minutes and then the blanks in afurnace at 600 and 620 ºC for 40 minutes.Specimens have been tapered 5mm for good welding depth. Laser welding obtained on 2500 Wpower laser welding machine.Laser welding velocity have been selected 0,1; 0,3; 0,5 ve 0,7 m/min.The mechanical properties of the composite specimens were determined by measuring thedensity, hardness and transverse rupture strength values. Microstructure, machined surfaces,fractural sections and matrix/particle interface bonds were investigated by using optical andscanning electrone microscopes (SEM). The relationship between microstructure and laserwelding characteristics were determined. Protective gas has been used helium at 20 l/min. Thenlaser welding process, precipitation age hardening has been applied AlCu4MgSi-SiC veAlMg1SiCu-SiC composites. The density of the composites increased by increasing the ratio ofSiC reinforcing element. Nevertheless, the theoretical density (%) of the composites decreasedby increasing the SiC reinforcing ratio due to high porosity level. It was also found that thecompressibility behaviour negatively affected by increasing SiC reinforcing ratio.Experimental results showed that the transverse rupture strength decreased by increasing theSiC reinforcing ratio which resulted in an increase in hardness.Mechanical properties of specimens increased by precipitation age hardening has been appliedAlCu4MgSi-SiC ve AlMg1SiCu-SiC composites.oOn the Al99-SiC composites sintered at 600 C and laser welded at 0,3 m/min.by increase ofSiC ratio, hardness was increase from 47,7 HV to 98 HV.For AlCu4SiMg-SiC composites 0,5 m/min. laser welding velocity is good velocity for highhardness.oAt Laser welded AlMg1SiCu-SiC composites sintered on 600 C with increase of SiC ratiotransverse rupture strength wasnt change. Fracture of Al matrix is ductile fracture.XIII