Bu nedenle yüksek fırın cürufunun metal matrisli kompozit üretiminde takviye malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırma konumuzdur. Çalışmamızda alüminyum matrisli kompozitlerin üretiminde takviye malzemesi olarak kullanılan seramiklerden SiC ve Al2O3'e alternatif olabilecek yüksek fırın cürufu toz haline getirilerek kompozit üretiminde takviye elemanı olarak kullanılmıştır. Tekli kompozitler ile ikili ve üçlü hibrit kompozitlerin üretiminde takviye elemanı olarak kullandığımız yüksek fırın cürufu tozu, Al6061'in yorulma mukavemetini takviye ağırlığının %11'ine kadar arttırmıştır.
The alloy is then superheated and the temperature of the alloy is increased to 800°C and at this temperature 250°/min. It has been observed that as the weight ratio of the reinforcing material added to the matrix increases, the porosity value increases with it.
GİRİŞ
Bu yöntemde matris malzemesi önce erime sıcaklığının yaklaşık 50˚C üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır, daha sonra matris yarı katı hale gelinceye kadar matrisin sıcaklığı düşürülür. Bu sıcaklığa kadar önceden ısıtılan takviye malzemesi matrise eklenerek elle karıştırıldıktan sonra matrisin sıcaklığı erime noktasının yaklaşık 150˚C üstüne çıkarıldı (aşırı ısınma) ve 10 dakika boyunca mekanik karıştırma yapıldı. Bu çalışmanın amacı yüksek fırın cüruf tozunun metal matrisli kompozitlerin üretiminde takviye malzemesi olarak kullanılabilirliğini ortaya koymak ve kompozitin gözeneklilik miktarı, sertlik değeri ve yorulma mukavemeti üzerindeki etkisini belirlemektir.
KURAMSAL BİLGİLER
- Kompozit Malzemeler
- Kompozit Malzemelerin Özellikleri
- Kompozit Malzemelerin Avantajları ve Dezavantajları
- Matrisler
- Alüminyum Alaşımları
- Al 6061 ve Özellikleri
- Takviye Malzemeleri
- Yüksek Fırın Curufu
- Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları
- Havacılık Uygulamaları
- Otomotiv Uygulamaları
- Diğer Mühendislik Uygulamaları
- Metal Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri
- Karıştırmalı Döküm Üretim Yöntemleri
Sistem mühendisliği yaklaşımıyla ele alındığında daha az veya daha az parça kullanılması, bakım/onarım, işletme ve bakım faaliyetleri için gerekli yedek parça miktarını ve çeşitliliğini azaltarak sistem yaşam döngüsü maliyetlerinde veya üründe önemli bir azalma sağlar (Yılmaz et al. diğerleri, 2015). Genel olarak kompozit malzemeler yarı mamul olmayıp farklı mekanik özellikleri tanımlanmamış olup, her üretim için pratikte istenilen teknik özelliklere göre takviye elemanları ve matris seçilmektedir (Topçu vd., 1991). Diğer aday matris metalleriyle karşılaştırıldığında, saf alüminyum 660 °C'de erir ve bu da alüminyum matris kompozitlerinin toz metalurjisi veya geleneksel döküm yöntemleri gibi katı faz yöntemleriyle üretilmesine olanak tanır.
Yüksek mukavemet/ağırlık oranı, çok iyi süneklik, mükemmel kaynaklanabilirlik, iyi korozyon direnci ve deformasyon kararlılığı gibi mükemmel mekanik özelliklere sahiptir (Altuner vd., 2012). Al 6061 serisi alüminyum alaşımları, yüksek korozyon direnci ve iyi kaynaklanabilme özellikleri nedeniyle özellikle kazan üretiminde kullanılmaktadır (Arıcı vd., 2015). Ara yüzeydeki partikül dağılımının homojen olabilmesi için partikül büyüklüğünün, sıvı viskozitesinin ve katılaşma hızının yüksek olması gerekir (Yılmaz vd., 1995).
Kompozit ve hibrit kompozit üretiminde takviye malzemesi olarak kullanılan Al2O3'ün 200 büyütmeli SEM görüntüsü Şekil 1'de gösterilmektedir. Kompozit ve hibrit kompozit üretiminde kullanılan yüksek fırın cürufunun elektromikroskop görüntüsü Şekil 3'te ve Bartın Üniversitesi Şekil 4'te verilmiştir. 2000'li yıllarda daha güçlü ama daha ucuz kompozit sistemlere yönelim başladığından beri parçacıklar, kısa fiberler veya kılcal kristaller gibi süreksiz takviye içeren metal matrisli kompozitler üzerinde çalışmalar yapılmıştır (Cook ve diğerleri, 1987). .
Bu şekilde, seramik takviyeli alüminyum matrisli kompozitin ısıl genleşmesi çeliğinkine yakın olduğu için krank mili biyel başı boşluk sorunları azaltılmıştır (Benal ve diğerleri, 2007). Alüminyum matrisli kompozitler otomotiv parçalarında, pistonlarda, silindir gömleklerinde ve piston kollarında kullanılmaktadır (Hassan vd., 2015). Aşağıda, karıştırmalı döküm yönteminde takviye elemanını yarı katı, sıvı veya aşırı ısıtılmış bir matris halinde homojen bir şekilde karıştırmak için kullanılan yöntemlerden bazıları verilmiştir (Suresh ve diğerleri, 2003).
LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Mekanik alaşımlama teknolojisini kullanarak Al ve SiC tozlarından daha küçük tane yapısına sahip ve daha dayanıklı kompozit malzemelerin üretimini araştırdılar. MA tekniği, daha küçük tane yapısına, ince parçacık dağılımına ve daha fazla dayanıklılığa sahip kompozit malzemeler üretti. Geleneksel sıcak presleme yöntemini kullanarak Al/Al2O3 ve Al/Al2O3-TiC kompozitlerini yerinde reaksiyonlarla üretti.
MATERYAL VE METOT
Deney Numuneleri ve Takviye Oranları
Kullanılan Ekipmanlar
- Döküm Ünitesi
- Bilyalı Değirmen
- Sarsma Makinası
- Hassas Kesme Cihazı
- Otomatik Yüzey Hazırlama Cihazı
- Brinell Sertlik Ölçüm Cihazı
- Hassas Terazi
- Yorulma Cihazı
Çalışmamızda kullanacağımız tekli, ikili ve üçlü hibrit kompozitlerin üretim aşamaları aşağıdaki Şekil 7'de gösterilmektedir. Yüksek fırın cürufu 3 saat toz haline gelinceye kadar öğütüldü. Bilyalı değirmen ve yüksek fırın cürufu tozu Şekil 8'de gösterilmektedir. Üretilen single ve hibrit kompozitler, sertlik ölçümleri, mikroyapı incelemeleri ve gözeneklilik değerlerinin belirlenmesi amacıyla hassas kesme cihazında elmas kesici kullanılarak 10 mm kalınlığa kadar kesildi.Hassas kesme cihazı Şekil 10'da gösterilmiştir.
Hassas kesicide kesilen kompozitler ve hibrit kompozitler bakalit haline getirildikten sonra 1200 mesh zımpara kullanılarak mikroyapı incelikleri için otomatik yüzey polisaj ve numune hazırlama cihazında sırasıyla 400 rpm'de 5 dakika öğütüldü. Mikroyapı görüntüleri için 1000000 kat büyütme kullanıldı. Elektron mikroskobu Şekil 12'de görülmektedir. Yüksek fırın cürufu, SIC ve Al2O3 takviyesi ile yapılan numunelerin mikroyapıları incelendiğinde aglomerasyonların (topaklanmaların) olduğu görülmüş olup bunun yoğunluk farkından kaynaklandığı düşünülmektedir. Yapılardaki takviye elemanları arasında.
Brinell sertlik testi, sert bir cisim yardımıyla malzemenin yüzeyine belirli bir süre boyunca belirli bir yükün (F') uygulanması sonucunda yüzeyde kalıcı bir işaret (d) oluşması prensibine dayanmaktadır. belirli çaptaki malzeme topu (D). Daha sonra bu kuvvetin elde edilen pistin küresel yüzeyine bölünmesiyle Brinell sertlik değeri elde edilir. Numune daha sonra temiz su içeren kabın tabanına ve duvarlarına dokunmadan suya batırılarak tartılmıştır.
Daha sonra parçacık katkı oranları ve Al 6061 yoğunluğu ile SiC, Al2O3 ve yüksek fırın cürufu yoğunluğu dikkate alınarak kompozitlerin teorik yoğunlukları hesaplandı.
BULGULAR VE TARTIŞMA
Porozite
- Takviye Elemanlarının Kompozitin Porozitesine Etkisi
- Takviye Elemanlarının İkili Hibrit Kompozitin Porozitesine Etkisi
- Takviye Elemanlarının Üçlü Hibrit Kompozitin Porozitesine Etkisi
Üretilen bireysel kompozitlerde; Takviye malzemesi olarak yüksek fırın cürufu kullanıldığında takviye yüzdesi %1'den %5'e değişir; Gözeneklilik oranı %2,3028'den %3,4877'ye yükseldi. Takviye elemanlarının kompozitin gözenekliliğine etkisi değerlendirildiğinde gözeneklilik miktarlarının sırasıyla yüksek fırın cürufu, SiC ve Al2O3 olarak arttığı gözlemlenmiştir. Bu sıralamanın, seçtiğimiz matris ve onun donatılarının yoğunluk farkından kaynaklandığı düşünülmektedir. Takviye elemanlarının ikili hibrit kompozitin gözenekliliğine etkisi değerlendirildiğinde %3 yüksek fırın cürufu ve %1 SiC ile güçlendirilmiş numunenin gözeneklilik değeri 3.4105 olarak bulunmuştur.
3 yüksek fırın cürufu takviyeli ikili hibrit kompozitlerde %1 Al2O3 ile takviyenin, gözenekliliği %1 SiC takviyesinden daha fazla arttırdığı bulunmuştur. 3 yüksek fırın cürufu ve %5 SiC takviyeli numunelerin gözeneklilik değeri 4,8949'dur. 3 yüksek fırın cürufu takviyeli ikili hibrit kompozitlerde %5 Al2O3 ile takviyenin gözenekliliği %5 SiC takviyesinden daha fazla arttırdığı bulunmuştur.
En yüksek gözeneklilik değerine sahip numune %3 yüksek fırın cürufu ve %5 Al2O3 takviyeli hibrit kompozit, en düşük gözeneklilik değerine sahip numune ise %3 SiC ve %5 yüksek fırın cürufu takviyeli hibrit kompozit oldu. Üretilen üçlü hibrit kompozitlerde; %3 yüksek fırın cürufu, %3 SiC ve %1 Al2O3 ile güçlendirilen numunenin gözeneklilik değeri, Al2O3 güçlendirme derecesini %5'e çıkardığımızda 4.5435 ve 6.5211'e çıkmaktadır. 3 SiC, %3 Al2O3 ve %1 yüksek fırın cürufu ile takviye edilen numunenin gözeneklilik değeri 4,7965'e, yüksek fırın cürufu takviyesi oranını %5'e çıkardığımızda ise 6,2644'e çıkmaktadır.
En düşük gözeneklilik değeri %3 yüksek fırın cürufu, %3 SiC ve %1 Al2O3 takviyeli malzemede, en yüksek gözeneklilik değeri ise %3 yüksek fırın cürufu, %3 SiC ve %5 Al2O3 takviyeli malzemededir.
Sertlik
- Takviye Elemanlarının Kompozitin Sertliğine Etkisi
- Takviye Elemanlarının İkili Hibrit Kompozite Sertliğine Etkisi
- Takviye Elemanlarının Üçlü Hibrit Kompozite Sertliğine Etkisi
1 adet yüksek fırın cürufu ile güçlendirilmiş numunenin sertliği 63 HBN değerinde ölçülmüştür. %3 yüksek fırın cürufu ile takviye edilen numunenin sertliği 67 HBN olarak ölçülmüştür. %5 yüksek fırın cürufu ile takviye edilen numunenin sertliği 75 HBN değerinde ölçülmüştür. 1 SiC takviyesi sertlik değerini 70 HBN'ye, %3 SiC takviyesi sertlik değerini 79 HBN'ye, %5 SiC takviyesi sertlik değerini 84 HBN'ye çıkardı. Yüksek fırın cürufu sertliği SiC ve Al2O3 kadar artırmamasına rağmen matrise eklenen %5 yüksek fırın cürufunun sertliği %29 oranında arttırdığı tespit edilmiştir.
Hazırlanan ikili hibrit kompozitlerin sertlik değeri incelendiğinde %3 yüksek fırın cürufu ve %1 Al2O3 takviyeli numunenin sertlik değeri 80 HBN, %3 yüksek fırın cürufu takviyeli ve %5 Al2O3 takviyeli numunenin sertliği 89 olarak bulunmuştur. HBN, %3 daha yüksek Yüksek fırın cürufu ile %1 SiC ile güçlendirilmiş numunenin sertlik değerinin 86 HBN olduğu, %3 yüksek fırın cürufu ile %5 SiC ile güçlendirilmiş numunenin sertlik değerinin 86 HBN olduğu tespit edilmiştir. SiC 101 HBN idi. Yüksek fırın cürufu ile güçlendirilmiş 1 numunenin sertliği 81 HBN olarak bulunmuştur. %3 SiC takviyeli numunenin ve %5 yüksek fırın cürufu takviyeli numunenin sertliği 104 HBN olarak belirlendi. %3 Al2O3 ve %5 ile takviye edilen numunenin sertliği Numunenin yüksek fırın cürufu 91 HBN ile takviye edildiği tespit edilmiştir. Yüksek fırın cürufunun ikili hibrit kompozit malzemelerin üretiminde takviye malzemesi olarak Al2O3 ve SiC gibi takviye malzemesi olması beklenmektedir.
Hazırlanan numunelerin sertlik değerleri incelendiğinde %1 Al2O3 takviyesi numunenin sertlik değerini 106 HBN'ye, %5 Al2O3 takviyesi numunenin sertliğini 116 HBN'ye, %3 yüksek fırın cürufu takviyesi ve %3 SiC takviyesi numunelerde Al2O3 takviyeli malzemede %1 SiC takviyesi numunenin sertlik değerini 100 HBN'ye çıkarmış, %5 SiC takviyesi numunenin sertliğini 118 HBN'ye çıkarmış, %3 SiC takviyeli malzemede %1 yüksek fırın cürufundan takviye ve %3 Al2O3 takviyesi takviyeli malzeme numunemizin sertlik değerini 107 HBN'ye çıkarmış, %5 yüksek fırın cürufu ilavesi ise numunenin sertliğini 121 HBN'ye çıkarmıştır. Yüksek fırın cürufunun, üçlü hibrit kompozit malzeme üretiminde Al2O3 ve SiC takviye malzemesi gibi bir takviye malzemesi olması beklenmektedir.
Yorulma
- Yüksek Fırın Curufunun Kompozitin Yorulmasına Etkisinin Karşılaştırılması
- SiC’ün İkili Hibrit Kompozitin Yorulmasına Etkisinin Karşılaştırılması
- Al 2 O 3 ’ün İkili Hibrit Kompozitin Yorulmasına Etkisinin karşılaştırılması
- SiC ve Al2O3’in İkili Hibrit Kompozitin Yorulmasına Etkisinin karşılaştırılması
- Yüksek Fırın Curufunun İkili Hibrit Kompozitin Yorulmasına Etkisinin karşılaştırılması
- Al 2 O 3 ’ün Üçlü Hibrit Kompozitlerin Yorulmasına Etkilerinin karşılaştırılması
- SİC’ün Üçlü Hibrit Kompozitlerin Yorulmasına Etkilerinin karşılaştırılması
- Yüksek Fırın Curufu,SiC ve Al 2 O 3 ’in Üçlü Hibrit Kompozitlerin Yorulmasına Etkilerinin karşılaştırılması
- Yüksek Fırın Curufunun Üçlü Hibrit Kompozitlerin Yorulmasına Etkilerinin karşılaştırılması
1 Yüksek fırın cürufu ile güçlendirilmiş kompozit numunedeki gerilme 25MPa'dan 225MPa'ya çıkarıldığında çevrim sayısında %62,8 seviyesinde azalma meydana gelmiştir. 3 Yüksek fırın cürufu ile güçlendirilmiş kompozitte, gerilme değerinin 25 MPa'dan 225 MPa'ya yükselmesine karşılık çevrim sayısında %63'lük bir azalma gözlenmiştir. Al6061 alaşımına 100 MPa stres değeri için %1 oranında yüksek fırın cürufu eklendiğinde çevrim sayısı %73,4 arttı.
SiC ve Al2O3 takviye malzemeleri gibi yüksek fırın cürufunun Binary Hybrid kompozitlerin yorulma mukavemetini artıran bir takviye malzemesi olduğu belirlendi. Üretilen numunelerin yorulma mukavemet testleri sonucunda takviye malzemesi olarak kullandığımız %1 Al2O3, %3 takviyeli yüksek fırın cürufu ve %3 takviyeli malzemeye göre 100 MPa'daki numunenin çevrim sayısını 706441 artırmıştır. SIC. Al6061. Elde edilen değerlere göre, takviye malzemesi olarak kullandığımız Al2O3 miktarı arttıkça çevrim sayısının arttığı ve %3 yüksek fırın cürufu takviyeli ve %3 SIC takviyeli Al6061'in yorulma direncinin arttığı görülmektedir. .
Fabrikasyon numunelerin yorulma mukavemet testleri sonucunda takviye malzemesi olarak %3 yüksek fırın cürufu takviyeli ve %3 Al2O3 takviyeli Al6061 kullandık. Elde edilen değerlere göre takviye malzemesi olarak kullandığımız SIC oranı arttıkça çevrim sayısının arttığı ve %3 yüksek fırın cürufu ile güçlendirilmiş ve %3 Al2O3 ile güçlendirilmiş Al6061'in yorulma mukavemetinin arttığı görülmektedir. Yüksek fırın, SiC ve Al2O3'ün üçlü hibrit kompozitlerin yorulması üzerindeki etkilerinin karşılaştırılması. Etkilerinin karşılaştırılması.
Yüksek fırın cürufu, SiC ve Al2O3'ten oluşan üçlü hibrit kompozitlerin çevrim sayısı Tablo 29'da verilmiştir. Yüksek fırın cürufu, SiC ve Al2O3'ün üçlü hibrit kompozitlerin yorulması üzerindeki etkisi Şekil 33'te verilmiştir. cüruf, SiC ve Al2O3 üçlü hibrit kompozitlerin yorulması incelendiğinde en düşük yorulma mukavemetinin %3 Al2O3, %3 yüksek fırın cürufu ve %3 yüksek fırın cürufu olduğu görülmüştür.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER
KAYNAKLAR
Yumurta kabuğunun Al-Cu-Mg/Yumurta kabuğu parçacıklı kompozitlerinin mikroyapıları ve özellikleri üzerine etkileri. Nano boyutlu Al2O3 takviyesinin mekanik olarak bağlanmış 7075 alüminyum alaşımlı sentez kompozitlerinin mekanik davranışı üzerindeki etkisi, Malzemelerin Kimyası. Elektronik Araç Teknolojileri Dergisi, Cilt 4, Sayı 1, s. Sakarya Üniversitesi, Sakarya Meslek Yüksekokulu, Makine ve Metalurji Teknolojileri Bölümü, Metalurji Programı, Sakarya.
Composite Materials Volume I: Properties, Nondestructive Testing, and Repair, Prentice-Hall PTR Prentice-Hall, Inc., New Jersey. Savunma Bilimleri Dergisi, The Journal of Defense Sciences, Kasım/November, Cilt/Volume 14, Sayı/Issue 2, Ankara, s.
