T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ALÜMİNYUM VE ÇELİK TESTERE TALAŞLARINDAN SİNTERLEME İLE ÜRETİLEN METAL MATRİKS KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ VE KIRILMA DAVRANIŞLARI REŞAD GÜLÜZADE DOKTORA TEZİ Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Haziran-2011 KONYA Her Hakkı Saklıdır

2 TEZ KABUL VE ONAYI Reşad GÜLÜZADE tarafından hazırlanan "Alüminyum ve çelik testere talaşlarından sinterleme ile üretilen metal matriks kompozitlerin mekanik özellikleri ve kırılma davranışları" adlı tez çalışması 09/09/2011 tarihinde aşağıdaki jüri üyeleri tarafından oy çokluğu ile Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı'nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof. Dr. Bayram SADE FBE Müdürü

3 iii TEZ BİLDİRİMİ Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. DECLARATION PAGE I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all materials and results that are not original to this work. İmza Reşad GÜLÜZADE Tarih:

4 iv ÖZET DOKTORA TEZİ ALÜMİNYUM VE ÇELİK TESTERE TALAŞLARINDAN SİNTERLEME İLE ÜRETİLEN METAL MATRİKS KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ VE KIRILMA DAVRANIŞLARI Reşad GULUZADE Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof.Dr. Ahmet AVCI 2011, 101 Sayfa Jüri Prof.Dr. Hacı SAĞLAM Doç.Dr. Mehmet ŞİMŞİR Doç.Dr. Hüseyin İMREK Doç.Dr. Behçet DAĞHAN Son zamanlarda toz metalurji teknolojisi hızla büyümektedir. Bu ilerlemelerden biri ise atık malzemelerin toz metalurjisinde kullanılabilir olmasıdır. Metal ürünleri üretilirken, üretilen ürünlerden dikkate değer bir oranda metal talaş oluşmaktadır. Bu metal atıklar, ergitme yöntemi ile tekrar kullanılabilir hale getirilmektedir. Bu geri döşüşüm sürecinde oksidasyondan dolayı metal kayıpları, enerji ve iş maliyetleri ve bunlara ilaveten çevre koruma harcamaları geri döşüm maliyetlerini arttırmaktadır. Bu çalışmada AlMg1SiCu aluminyum ve AISI 1040 çelik talaş kompozisyonlarının toz metalurji metodu ile üretimi yapılmıştır. Talaşların boyutları 1 mm olarak belirlenmiştir. Çelik talaşları takviye malzemesi olarak kullanılmış olup, aluminyum ise matriks malzeme olarak kullanılmıştır. AISI 1040 çelik, %20, %30 ve %40 oranlarında takviye edilmiştir. Kompozit malzemeler, talaşların granülüzasyonu, soğuk presleme (200MPa basınç altında), kalıp duvarını yağlamak için çinko sterat, önlemek için geliştirilen yeni sinterleme metodu prosesleri ile üretilmiştir. 650 o C de koruma gazı ve vakum olmadan oksidasyon Keywords: Metal matrisli kompozit malzemeler, Mikroyapı, Sertlik, Kırılma Davranışları, Eğilme, Basma

5 v ABSTRACT Ph.D THESIS FRACTURE BEHAVIOURS AND MECHANICAL PROPERTIES OF METAL MATRIX COMPOSITES PRODUCED BY SINTERING FROM ALUMINUM AND STEEL SAW CHIPS RASHAD GULUZADE THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE / DOCTOR OF PHILOSOPHY IN MECHANICAL ENGINEERING Advisor: Prof.Dr. Ahmet AVCI 2011, 101 Pages Jury Prof.Dr. Hacı SAĞLAM Doç.Dr. Mehmet ŞİMŞİR Doç.Dr. Hüseyin İMREK Doç.Dr. Behçet DAĞHAN There has been rapid growth in the powder technology in recent. One of these advances is using of waste materials.when metal products are manufactured, considerable amounts of waste in the form of chips and discards are produced. These waste and scraps are returned to smelters, whereby some of the metal is recovered and reutilized in production processes. During the recycling of the waste a lot of the metal is lost as a result of oxidation and the costs of labour and energy as well as the expenditure on environmental protection raise the general cost of such processes. In this paper, recycling aluminum (AlMg1SiCu) and AISI 1040 steel chip composition were produced with powder method. Aluminum and steel chip size were determined as 1000 µm. Steel chips were used as reinforcement into aluminum chip matrix. AISI 1040 steel was reinforced at the ratios of %20, %30, %40 respectively. The process was performed in following steps; granulation of chips (1 mm screening apparatus used ), using zinc stearate as lubricating for press molding, hot press molding (under 200MPa pressure), sintering process at 650 o C which contain new method for oxidation without vacuum and shielding gas. Compression test, hardness measurement, tri point flexural test were applied to ascertain mechanical properties of composites. Keywords : Recycling method, aluminum and steel chips, cold press molding, sintering

6 vi ÖNSÖZ İmalat endüstrisinin ihtiyaçları doğrultusunda bilim adamları tarafından geliştirilen yeni malzemeler, sunmuş oldukları üstün özellikler sayesinde araştırmacıların ve sanayinin dikkatini çekmişlerdir. Metal matrisli kompozit malzemeler bu kapsamda ortaya çıkan önemli bir malzeme grubudur. Günümüzde; malzemelerin mekanik davranışlarının kullanımda önemli bir faktör olduğu bilinmekte, ürünlerin tasarım ve imalat süreçlerinde ve kullanım aşamasında oluşabilecek mekanik sorunlar ciddi şekilde dikkate alınmaktadır. Malzemelerin büyük bir bölümü için önem taşıyan mekanik özellikler, metal matrisli kompozit malzemeler içinde üzerinde durulması gereken bir konudur. Çalışmalarım boyunca yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren, destek olan hiçbir maddi ve manevi desteğini esirgemeyen, bilgilerini benimle paylaşan değerli hocalarım Prof. Dr. Ahmet AVCI ya, Doç.Dr. Mehmet ŞİMŞİR e, değerli arkadaşlarım Arş. Gör. Turan DEMİRCİ ye, ve Arş. Gör. Hakan Burak Karadağa, deney numunelerinin hazırlanmasında makine parkını kullanmaya izin veren ÖNALLAR Tarım LTD.ŞTİ nin Genel Müdürü Şenol ÖNAL a ve deneylerin yapılmasında bana destek olan değerli hocam Yrd. Doç. Dr.Ahmet SAMANCI ya, teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca her zaman yanımda olan ve bugünlere gelmemde çok büyük emeği olan, beni daima sabır ve anlayışla karşılayan eşime ve aileme teşekkür ederim. Reşad GÜLÜZADE KONYA-2011

7 vii İÇİNDEKİLER TEZ BİLDİRİMİ. iii ÖZET... ABSTRACT... v ÖN SÖZ... vi İÇİNDEKİLER... SİMGELER VE KISALTMALAR GİRİŞ KAYNAK ARAŞTIRMASI TALAŞ KALDIRMA VE TALAŞ ŞEKİLLERİ Talaş Kaldırma Talaş Şekilleri Sürekli talaş tipi Yığma talaş(yapışık kararlı talaş) tipi Segment tipi talaş Süreksiz talaş(kesintili talaş) tipi Dalgalı talaş... 8 iv vii x 4.KOMPOZİT MALZEMELER Kompozit Malzeme Elemanları Matris elemanı Takviye elemanı Bağlayıcı elemanlar Kompozit malzemelerin avantajları Kompozit malzemelerin dezavantajları Metal matrisli kompozirler (MMK) MMK Malzemelerde Kullanılan Matris Malzemeleri Alüminyum ve Alaşımları Alüminyum Matrisli Kompozit Malzemeler TOZ METALURJİSİ Toz metalürjisi nedir Toz Metalurjisi Yönteminin Temel Basamakları Metal Tozların Üretimi Mekanik Yöntemler Talaş Kaldırma Yöntemi Değirmende Öğütme Metal Tozlarının Karakterizasyonu Fiziksel Özellikler Toz Tane Boyutu Toz Tane Şekli Görünür Ve Teorik Yoğunluk... 23

8 viii 5.3. Toz metal parça üretimi Metal Tozlarının Karıştırılması Kuru toz karıştırma Sıvı bağlayıcılarla karıştırma Metal Tozlarının Sıkıştırılması Sıkıştırma Teorisi Sıkıştırma Yöntemleri Kalıpta Sıkıştırma Metal Tozların Sinterlenmesi Sinterlemenin tanımı ve esasları Sıvı faz sinterleme Toz Metalurjisi Uygulama Alanları KIRILMA MEKANİĞİ Lineer Elastik Kırılma Mekaniği Kırılma Tokluğu Test Yöntemleri Başlangıç Çentik Derinliği Metodu ALÜMİNYUM/ÇELİK TAKVİYELİ KOMPOZİTİN ÜRETİMİ Numune üretiminde kullanılan alüminyum ve çelik talaşlar Talaşların elenmesi ve yıkanması Talaşların karıştırılması Karışımın Homojenlik Kontrolü Talaşların kalıplanması ve sıkıştırılması Kalıbının tasarımı ve hazırlanması Numune üretimi Gözeneklik hesabı Numunenin sinterlenmesi Uygun sinterleme sıcaklığının bulunması Numunelerin uygun sinterleme sıcaklığında sinterlenmesi Sinterleme tüpünün tasarlanması Numunelerin sinterlenmesi Numunelerin deney ölçülerine getirilmesi Basma ve eğilme numunelerin yoğunluk hesabı Deneylerin yapılışı Brinell Sertlik Deneyinin tanımı Numunenin Deneye Hazırlanması Deneyin Yapılışı Yük Uygunluğunun Kontrolü Basma Deneyi Deneyin tanımı Deneyin Yapılışı Üç nokta eğilme mukavemet testi Deneyin tanımı Deneyin Yapılışı Kritik gerilme şiddet faktörünün bulunması BÇD Metoduyla K ıc hesaplanması... 58

9 ix 8. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Yoğunluk Hesabı Brinel sertlik testi sonuçları Basma deneyi sonuçları Üç nokta eğilme deneyi sonuçları Kırılma tokluğu deneyi sonuçları DEĞERLENDİRME VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ

10 x SİMGELER VE KISALTMALAR Simgeler N 0 d ρ G ρ A H 0 H ρ karışım (%W) n ρ n P C D σ a ƒ (a/w) W P S B : Dönme hızı (m/s) : Silindrik haznenin çapı (m) : Ham yoğunluk : Görünür yoğunluk : Doldurma yüksekliği : Basılacak numunenin yüksekliği : Toz karışımının teorik yoğunluğu : Her bir bileşenin karışım içerisindeki ağırlıkça yüzdesi : Her bir bileşenin yoğunluğu : Uygulanan basınç : Numunenin malzemesine göre değişen katsayı : Bilya çapı : Net gerilme : Başlangıç çentik derinliği : Geometri faktörü : Malzeme genişliği : Kritik yük : Mesnetler arası mesafe (üç nokta eğilme testi için) : Malzeme kalınlığı Kısaltmalar ASTM AMMK GŞF MMK TM : American Society for Testing and Materials. : Alüminyum metal matrisli kompozit : Gerilme şiddet faktörü : Metal matris kompozit : Toz metalurjisi