malzeme

IKI FARKLI YÖNTEMI ILE ÜRETILEN A356-SiC PARTIKÜL TAKVIYELI METAL MATRIKSLI KOMPOZITLERIN MEKANIK ÖZELLIKLERININ KARSILASTIRILMASI

YRD.DOÇ.DR. YILMAZ YALÇIN Afyon Kocatepe Üniversitesi Teknik Egitim Fakültesi Metal Egitimi Bölümü

I. MET-BILIM SEMINERLERI, AFYON

ANA BASLIKLAR

• GIRIS VE AMAÇ • DENEYSEL ÇALISMALAR • DENEYSEL VERILER VE IRDELEME • SONUÇLAR

GIRIS VE AMAÇ • Metalik alasimlarda Al2O3 veya SiC gibi sert seramik partiküllerin dagitilmasi direngenlik ve asinma direncini gelistirir.

• Süreksiz fiber takviyeli alüminyum kompozitler bir çok uzay ve otomotiv uygulamalari için aday malzemelerdir.

Daha yüksek direngenlik/agirlik ve mukavemet/agirlik Daha iyi asinma direnci ve yüksek sicaklik özellikleri

• Süreksiz fiber takviyeli alüminyum matriksli kompozit üretmek için bir çok yöntem vardir. Bunlardan ikisi: Vorteks metodu→ en kolay ve en ucuz Osprey prosesi → partikül ve matriks etkilesimini engeller.

AMAÇ ü Bu çalismanin amaci vorteks metoduyla üretilen A356-SiC kompozitleri ile osprey yöntemiyle ALCAN firmasinin ürettigi A356-%20 SiC kompozitinin seyreltilmesiyle üretilen yeni kompozitlerin mekanik özelliklerini karsilastirmaktir. ü Böylece, pahali metotlar olan digerlerine bir alternatif olarak ince partikül boyutlu takviyelerle kompozit üretim imkanlarinin arastirilmasi hedeflenmistir.

DENEYSEL ÇALISMALAR Malzeme bilesimi Matriks

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zr

Ti

V

Be

ALCAN

7,22

0,14

<0,01

0,01

0,43

<0,01

<0,01

0,14

0,012

<0,001

A356

7,14

0,12

0,025

0,014

0,48

0,014

0,01

0,16

0,011

-

Takviye malzemesi ortalama tane boyutu 12 µm olan SiC

VORTEKS METODUYLA KOMPOZIT ÜRETIMI • Tartilan A356 alasimi elektrikle isitilan 1 kg kapasiteli laboratuvar tipi firin içindeki grafit potada ergitilir.

• 750 °C’ye ayarlanan sivi plazma püskürtme yöntemiyle alümina kaplanmis bir paslanmaz çelik pervane ile karistirilir.

• Karistirma sonucu olusan vorteks içine daha önce kurutularak tartilan SiC tozu yavas yavas ilave edilir. Karistirma yaklasik 5 dakika kadar sürdürülür.

• Karistirma ve partikül ilavesiyle düsen sicaklik tekrar 750 °C’ye çikarildiktan sonra yaklasik 20 saniye karistirmadan sonra curuf alinir ve 200 °C’ye ön isitilmis dökme demir kaliba dökülür. 25 mm çapinda ve 200 mm uzunlugunda kompozitler elde edilir.

• Ayni metotla hacimce %5, %10, %15 ve %20 SiC partikül takviyeli dört sinif A356-SiC kompozitler üretilir.

ALCAN KOMPOZITININ SEYRELTILMESI • %20 SiC takviyeli Alcan kompozitinden kesilen parça tartildiktan sonra vorteks metodunda kullanilan firinda ergitilir.

• Hacimce %5, %10 ve %15 SiC partikül oranina düsürmek için gerekli A356 matriks malzeme hesaplanip tartildiktan sonra ergitilen Alcan kompoziti üzerine ilave edilir.

• Yine sicaklik 750 °C’ye ayarlanarak alümina kapli pervane yardimiyla yaklasik 20 saniye karistirilir, curuf alinir ve metal kaliba döküm gerçeklestirilir.

• Böylece yeniden ergitilip dökülen %20 SiC takviyeli orijinal Alcan kompoziti ile birlikte dört sinif seyreltilmis Alcan kompozitleri elde edilmis olur.

• Hem vorteks metodunda hem Alcan kompozitinin seyreltilmesinde tüm islemler koruyucu argon gazi atmosferi altinda gerçeklestirilmistir

v Isil islem A356 alasimi ve kompozitlerin bir kismi 538 °C de 12 saat tutulduktan sonra 70 °C’deki suda sogutulmus ve 154 °C’de 4 saat yaslandirilmistir. v Mekanik testler ü 6 mm çapinda ve 40 mm ilk ölçü uzunlugunda islenen çekme numuneleri DARTEC çekme cihazinda, oda sicakliginda 2x10 -4 m/s çekme hizinda çekme deneyine tabi tutulmuslardir. ü Basma deneyleri ise ayni cihazda iki paralel basma plakasi arasinda gerçeklestirilmistir. Numuneler 20 mm çapinda 30 mm yüksekliginde islenmistir. Basma hizi 4x10 -2 m/s olarak seçilmistir. v Metalografik Inceleme ü Optik mikroyapilar metalografik olarak hazirlanan numuneler üzerinden olympus marka mikroskop ile elde edilmistir. ü Taramali elektron mikroskop görüntüleri ise çekme deneyinde elde edilen kirik yüzeylerden JOEL JSM 5410 model mikroskoptan alinmistir.

%10 SiC partikül takviyeli kompozitlerden seçilmis optik mikroyapilar; a) seyreltilmis Alcan, b) T6 isil islemi görmüs seyreltilmis Alcan, c) vorteks ürünü, d) T6 isil islemi görmüs vorteks ürünü

Islemsiz ve T6 isil islemi görmüs malzemelerin akma mukavemetipartikül hacim orani iliskisi; a) vorteks ürünü, b) seyreltilmis Alcan

Islemsiz ve T6 isil islemi görmüs malzemelerin çekme mukavemetipartikül hacim orani iliskisi; a) vorteks ürünü, b) seyreltilmis Alcan

Islemsiz ve T6 isil islemi görmüs malzemelerin basma mukavemeti partikül hacim orani iliskisi; a) vorteks ürünü, b) seyreltilmis Alcan

a)Takviyesiz A356 alasimi, b) vorteks ürünü A356-%20 SiC, c) Tekrar ergitilip dökülen Alcan kompoziti, d) orijinal Alcan kompozitlerinin kirik yüzey taramali elektron mikroskobu görüntüleri

SONUÇLAR Ø Mikroyapi incelemeleri ve mekanik özellikler vorteks metoduyla üretilen kompozitlerin ince SiC partikül takviyesiyle iyi sonuçlar sergiledigini göstermistir. Bununla birlikte, seyreltilmis Alcan kompozitlerinin mekanik özelliklerinin daha yüksek oldugu tesbit edilmistir. Ø Kompozitlerde SiC partiküllerinin varligi ile mikroyapinin modifikasyona ugradigi gözlenmistir. Primer alüminyum ve silisyum taneleri incelmistir.

Böyle degisikliklerin mekanik özellikler üzerine faydali etkilerinin olabilecegi sanilmaktadir. Ø Kirik yüzey incelemeleri, vorteks metoduyla üretilen kompozit malzemelerde zayif baglanmadan dolayi partikül/matriks arayüzeyi boyunca çatlaklar gözlenmistir. Bununla birlikte, %20 SiC partikül takviyeli Alcan kompozitinin seyreltilmesiyle üretilen malzemeler daha yüksek akma, çekme ve basma mukavemetleri göstermistir. Ø Islemsiz ve T6 isil islemi görmüs malzemelerin akma, çekme ve basma mukavemetleri karsilastirildiginda, aralarindaki fark takviye oraninin artmasiyla azalmaktadir. Seramik partiküllerin çekirdeklenmeyi artirmasi yüzünden kompozit matriksin asiri yaslanmasinin bu sonuca neden oldugu sanilmaktadir. Ø Eger proses kosullari iyi kontrol edilebilirse, vorteks ve seyreltme metodu maliyeti yüksek olan osprey ve infiltrasyon yöntemlerine alternatif bir düsük maliyetli ince partikül takviyeli metal matriksli kompozit üretim yöntemleri olabilecegi sonucuna ulasilmistir.