Al 2 O 3 PARTİKÜL TAKVİYELİ 2024 ALÜMİNYUM METAL MATRİKSLİ KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ. Metin KÖK KSÜ Kahramanmaraş MYO, Makine Bölümü, Kahramanmaraş



Benzer belgeler
TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

ERGİMİŞ METAL KARIŞTIRMA VE BASINÇLI DÖKÜM YÖNTEMİ İLE ALÜMİNYUM ESASLI TANECİK TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ

KROM KATKILI ALUMİNANIN ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ŞEKİLLENDİRİLMESİ

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

T/M YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Cu-C-Al 2 SiO 5 KOMPOZİTİNİN ABRASİV AŞINMA DAYANIMI Ç. ÖZAY & A. HASÇALIK

1 st INTERNATIONAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY SYMPOSIUM (1 st IETS) May, 2018 BATMAN UNIVERSITY

Uğur Aybarç, Hakan Yavuz, Derya Dışpınar, Mehmet Özgür Seydibeyoğlu (CMS Jant, İstanbul Üniversitesi, İzmir Katip Çelebi Üniversitesi)

Al-Cu Alaşımlarında Porozite ve Mikroyapının Yaşlandırma Üzerine Etkisi

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

BASINÇLI İNFİLTRASYON YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN Al- SiCp KOMPOZİTLERDE PARTİKÜL BOYUTUNUN ABRASİV AŞINMA DAVRANIŞINA ETKİSİ

ÖZGEÇMİŞ VE YAYINLAR

Al Metal Matris Kompozitlerin Abrasiv Aşınma Performansına Takviye Elemanlarının Etkisi

Al-7Si-0,3Mg Alaşımında Soğuma Hızının Poroziteye Etkisi

THE EFFECT OF SINTERING PERIOD ON THE WEAR RESISTANCE OF AlMgSi-SiC P COMPOSITES PRODUCED BY POWDER METALLURGY METHOD

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri

ASC (ANDALUZİT, SİLİSYUM KARBÜR) VE AZS (ANDALUZİT, ZİRKON, SİLİSYUM KARBÜR) MALZEMELERİN ALKALİ VE AŞINMA DİRENÇLERİNİN İNCELENMESİ

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

METAL MATRİS KOMPOZİTLERİN VAKUM İNFİLTRASYONLA DERECELİ HASSAS DÖKÜM KALIPLARINDA ÜRETİMİ

Kaybolan Köpük Yöntemi Kullanılarak Al-Si Alaşımlarının Akışkanlığının İncelenmesi

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Al-7Si-0,3Mg Alaşımında Sr Modifikasyonunun Si morfolojisine ve porozite Üzerine Etkisi

B 4 C /Al KOMPOZİTLERİN TAKVİYE HACİM ORANINA BAĞLI OLARAK ABRASİF AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

SiO 2 Takviyeli Etial 21 Esaslı Kompozit Malzemelerin Basınçlı İnfiltrasyon Yöntemi İle Üretimi Ve Özelliklerinin İncelenmesi

Halil Karakoç a, Hanifi Çinici b,ramazan Çıtak c

AA 2014 Al Matrisli B 4 C Parçacık Takviyeli Kompozitlerin Mikro Yapı ve Aşınma Davranışının Đncelenmesi

AlCu4Ti Alaşımın Farklı Döküm Sıcaklıklarında Döküm Kalitesi ile Yaşlandırma Arasındaki İlişkinin İncelenmesi

Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri

A356 Alaşımında Katılaşma Hızı ve Sıvı Durumda Bekletme süresinin Mekanik Özellikler Üzerine Etkisi

THE PRODUCTION OF AA5049 ALLOY SHEETS BY TWIN ROLL CASTING

DÜŞÜK KARBONLU ÇELİK TEL TAKVİYELİ KIR DÖKME DEMİR KOMPOZİTLERİN SERTLİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ. Ahmet AKDEMİR a Recai KUŞ b.

DENEYİN ADI: Kum ve Metal Kalıba Döküm Deneyi. AMACI: Döküm yoluyla şekillendirme işleminin öğrenilmesi.

Bartın Üniversitesi Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi

Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Araş. Gör. Taha Yasin EKEN

MEKANİK ALAŞIMLAMA/ÖĞÜTME YÖNTEMİYLE ZrO 2 TAKVİYELİ TİTANYUM BAZLI (EX-SİTU) METAL MATRİS KOMPOZİT MALZEMELERİN ÜRETİLMESİ VE KARAKTERİZASYONU

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

Kompozit Malzemeler Metal Matrisli Kompozitler

Çinko-Alüminyum esaslı ZA-12 alaşımının mikroyapı ve darbe dayanımına bor elementinin etkisi

% 60 SiC-Al kompozitlerin aşınma davranışına SiC partikül boyutunun etkisi

«Tane İnceltme İşleminin İyileştirilmesi ve Alçak Basınçlı Döküm Sistemiyle AlSi5Mg0.3 Alaşımlı Jant Üretimi»

Düşük Takviyeli MgO-Al Kompozitlerin Vakumlu İnfiltrasyonunda Takviye Oranının İnfiltrasyon Davranışına Etkisi

TiC-Co Esaslı Çizici Kalem Karakterizasyonu

Al-SiCp MMK LERDE PARTİKÜL TAKVİYE ORANININ MEKANİK ÖZELLİKLERE VE İŞLENEBİLİRLİĞİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

UNİFORM SICAKLIK UYGULANMIŞ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT DİSKİN ISIL GERİLME ANALİZİ

AŞINDIRICI PARTİKÜL KARIŞIMLARININ CAM KEÇE TAKVİYELİ POLİFENİLEN SULFİD MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN KATI PARTİKÜL EROZYON DAVRANIŞLARINA ETKİLERİ

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT ÜRETİMİ İÇİN SiC İÇERİKLİ ÖN ŞEKİL ÜRETİMİ

ÖZGEÇMİŞ VE YAYINLAR

TOZ METALURJİSİ. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Karma Takviyeli Kompozitin CBN Kesici Takımlarla İşlenmesinde Kesici Takım Özelliklerinin Kesme Kuvvetleri Üzerindeki Etkileri

Emre Yalçın (Odöksan ELBA) 7.Oturum: Süreçler ve Kontrol 7th Session: Process and Control

Kalıp ve maça yapımında kullanılan döküm kumlarının yaş basma ve yaş kesme mukavemetlerinin ve nem miktarlarının tayin edilmesi.

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 4 Sayı: 2 sh Mayıs (WEAR RESISTANCE OF POLIESTER- Al 2 O 3 COMPOSITES)

Prof.Dr.Muzaffer ZEREN SU ATOMİZASYONU

AŞINDIRICI PARTİKÜL KARIŞIMLARININ Ti6Al4V ALAŞIMININ KATI PARTİKÜL EROZYON DAVRANIŞINA ETKİLERİ

SiC ile Güçlendirilmiş Al2014 Matrisli Kompozitin Isıl İletkenliği Üzerine Matrise İlave Edilen Mg un Etkisi

TUĞLA MASSESİ ÖĞÜTME DURUMUNUN ÜRÜN TEKNİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

6XXX EKSTRÜZYON ALAŞIMLARININ ÜRETİMİNDE DÖKÜM FİLTRELERİNDE ALIKONAN KALINTILARIN ANALİZİ

Kompozit Malzemeler. Tanım:

KOMPOZİTLER Sakarya Üniversitesi İnşaat Mühendisliği

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

ALÜMİNYUM DÖKÜMDE MEKANİK ÖZELLİKLERİ ETKİLEYEN PARAMETRELER İÇİN DENEY TASARIMI

Kompozit Malzemeler. Tanım:

MEKANOKİMYASAL YÖNTEMLE BOR KARBÜR SENTEZİ VE ALÜMİNYUM MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMEDE KULLANILABİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ

AlSi7Mg DÖKÜM ALAŞIMINDA T6 ISIL İŞLEM DEĞERLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ. Onur GÜVEN, Doğan ALPDORUK, Şükrü IRMAK

Yrd. Doç. Dr. SELDA KAYRAL

ÖZGEÇMİŞ VE ESERLER LİSTESİ. Yabancı Dil: 67,50 (YDS-2014) Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl Döküm Eğitimi Doktora/S.

METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

Süleyman ÖZKAN tarafından hazırlanan ALÜMİNYUM MATRİSLİ SiC PARÇACIK TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ALAŞIMLAMA YÖNTEMİYLE ÜRETİMİ VE KURU AŞINMA DAVR

DENEY Kum ve Metal Kalıba Döküm ve Döküm Simülasyonu 4 Doç.Dr. Ahmet ÖZEL, Yrd.Doç.Dr. Mustafa AKÇİL, Yrd.Doç.Dr. Serdar ASLAN

ÜRETİM ŞARTLARININ YERÇEKİMİNE TERS DÖKÜM YÖNTEMİYLE ÜRETİLEN PARÇALARIN YAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİ

Farklı Metalografik İşlem Yazılımlarının Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Küresellik Boyut ve Oran Tayininde Kullanımı

ÖZGEÇMİŞ. Öğrenim Durumu :

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

PÜSKÜRTME ŞEKİLLENDİRME (SPRAY FORMING / SPRAY DEPOSITION)

Gaz Tungsten Ark Kaynak Yöntemiyle AISI 304 Paslanmaz Çelik Yüzeyinde Üretilen M 7 C 3 Takviyeli Kompozit Kaplamaların Mikroyapısı

Monolitik Refrakter Malzemelerde Temel Özelliklerin Detaylandırılması

SÜRTÜNME KARIŞTIRMA VE ELEKTRİK ARK KAYNAK TEKNİKLERİ İLE BİRLEŞTİRİLEN CuZn30 LEVHALARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

SIMA PROSESİYLE YARI-KATI HALDE KÜRESEL MİKROYAPI OLUŞUMU. İ.Etem SAKLAKOĞLU

TOZ METALURJİSİ. Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Al MATRİSLİ MgO TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN FARKLI KESİCİ UÇLARLA TORNALANMASINDA KESME HIZININ AŞINMA DAVRANIŞINA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Yahya TAŞGIN ve Mehmet KAPLAN Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümü, Elazığ

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DERGİSİ

İNTERMETALİK MALZEMELER. Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR (DERS NOTLARI-4)

DENEYİN ADI: Jominy uçtan su verme ile sertleşebilirlik. AMACI: Çeliklerin sertleşme kabiliyetinin belirlenmesi.

Alüminyum Köpük Üretiminde Ön Sinterleme ve Köpürtme Sıcaklığının Etkisi

CP 50 KOMPOZİT PANEL. MİMARİ KATALOG Alüminyum Pencere, Kapı ve Giydirme Cephe Sistemleri

makale tane sınırlarında karbür çökelmesi meydana gelmektedir. Tane sınırlarında karbür oluşumu Şekil 4'te verilmiştir.

NANO KURġUN ÜRETĠMĠ VE KARAKTERĠZASYONU

Kaynak yöntemleri ile birleştirilen bir malzemenin kaynak bölgesinin mikroyapısı incelendiğinde iki ana bölgenin var olduğu görülecektir:

ÖZGEÇM. Mustafa Güle,en, Termoplastik kompozit malzeme üretimi, mekanik özelliklerin tespiti, Dumlup0nar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (2005).

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

Sıcak Presleme Yöntemi Kullanılarak Kompozit Malzemelerin Üretilebilirliği Üzerine Bir Değerlendirme

formülü zamanı da içerdiği zaman alttaki gibi değişecektir.

Dumlupınar Gaz Atomizasyonu Ünitesi

THE EXAMINATION OF METALLURGICAL PROPERTIES OF WELDED 6351 ALUMINUM ALLOYS WITH INERT GAS METHODS

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Al-Si/B 4 C Kompozit Malzemenin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

Transkript:

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 131 Al 2 O 3 PARTİKÜL TAKVİYELİ 2024 ALÜMİNYUM METAL MATRİKSLİ KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ Metin KÖK KSÜ Kahramanmaraş MYO, Makine Bölümü, Kahramanmaraş ÖZET Bu çalışmada, Vorteks metodu ve basınç ile üç farklı boyut ve hacim oranlarında α-al 2 O 3 partikülleri ile takviye edilmiş 2024Al esaslı Metal Matriksli Kompozitler (MMK) başarılı bir şekilde üretilmiştir. Yoğunluk ölçümleri, porozitenin çok düşük olduğunu; partikül oranının artması ve boyutunun düşmesi ile porozite oranının arttığını göstermiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile yapılan mikroyapı incelemeleri, partikül boyutunun artmasıyla homojen bir dağılım sağlandığını göstermiş; düşük boyutlu partiküllerin, partikül topaklanmasına ve porozite oluşumuna neden olduklarını ortaya çıkarmıştır. FABRICATION OF 2024 ALUMINIUM ALLOY METAL MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH Al 2 O 3 PARTICLES ABSTRACT In the present work, 2024Al alloy Metal Matrix Composites (MMCs) reinforced with three different sizes and volume ratios of α- Al 2 O 3 particles have been successfully produced by using a vortex method and subsequently applied pressure. The density measurements showed that the samples contained little porosity, and the amount of porosity in the composites increased with increasing volume ratio and decreasing size of particles. Scanning Electron Microscopic (SEM) observations of the microstructures revealed that the dispersion of the coarser sizes of particles was more uniform while finer particles led to agglomeration of the particles and porosity. GİRİŞ Günümüzde hızla gelişen modern teknolojinin ihtiyaçlarını karşılayacak, konvansiyonel malzemelere oranla daha üstün özelliklere sahip yeni malzemelerin arayışı içinde MMK malzemeler yoğun ilgi görmekte ve özel uygulama alanlarında kullanımları hızla artmaktadır (1). MMK lerin konvansiyonel malzemelere olan üstünlükleri; sahip oldukları yüksek mukavemet, elastik modül, tokluk, mükemmel sürünme, yorulma ve aşınma mukavemetleri ve düşük termal genleşme özellikleridir (2,3). Metallerin süneklik ve tokluğu, seramiklerin yüksek mukavemet ve yüksek elastik modül özellikleri ile birleştirmeleri neticesinde son derece önemli mühendislik malzemeleri ortaya çıkmıştır (2). Son yıllarda geliştirilen kaliteli ve ucuz partikül ve kısa fiberler sayesinde, MMK ler ekonomik olarak üretilmeye başlanmıştır. Kullanımları başta otomobil

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 132 endüstrisi olmak üzere birçok endüstriyel alanda yaygınlık kazanmaktadır (1,4,5). Bu nedenle partikül takviyeli MMK malzemelerin üretimi ve özelliklerinin geliştirilmesi çalışmaları büyük önem arz etmektedir (6). MMK üretiminde Al ve alaşımları, kolay temin edilebilen SiC, Al 2 O 3, SiO 2 ve Grafit gibi takviye malzemeleriyle kimyasal ve fiziksel olarak uygunluk gösterdiklerinden dolayı matriks olarak daha çok tercih edilmektedirler (7). Bu alaşımların tercih nedeni, düşük yoğunluk ve ergime sıcaklığına sahip olmaları ve birçok seramik takviye malzemesini kolay ıslatabilmelerinden dolayıdır (8). MMK ler arasında en çok çalışılan seramik partikül takviyeli kompozitlerdir. Bu tür kompozitler gerek kullanım alanının genişlemesi ve yüksek üretim potansiyeli ve gerekse üretim ekonomisi açısından tercih edilmektedir. Ancak üretimde karşılaşılan problemler nedeniyle, özellik ve yöntem geliştirme çalışmaları devam etmektedir (9). Partikül takviyeli MMK üretimi için çok değişik metotlar olmasına rağmen, bu metotlardan en kolay ve en ucuz olanı seramik partiküllerin ergimiş sıvı metal içerisinde karıştırılması şeklinde olan Vorteks (sıvı metalürji) metodudur. Bu metot MMK çalışmalarında yaygın olarak kullanılan metotlardan biridir (1). Vortex metoduyla iyi nitelikli MMK malzeme elde edebilmek için karıştırma hızı, karıştırıcı kabiliyeti, karıştırma sıcaklığı, takviye hızı gibi işlem parametrelerinin hassas olarak kontrol edilmesi gerekmektedir. Kontrolün sağlanamadığı sistemlerde, düşük partikül boyutu ve yüksek hacim oranlarında, özellikle partiküller etrafında porozite oluşmakta ve partikül yığılması görülmektedir. Öyle ki, porozite oranı %25-30 a kadar çıkabilmektedir (1,10). Bu metotta iki önemli problem görülmektedir: Birincisi, seramik partiküller genellikle sıvı metal tarafından ıslatılamamaktadır (11). İkincisi, partiküller sıvı metalin yoğunluğuna bağlı olarak sıvı metal içerisinde metalin yüzeyinde yüzme ya da dibe çökme eğilimi göstermektedirler (7). Islatmanın geliştirilmesi için: a) Katı yüzey enerjisinin arttırılması, b) Sıvı metal yüzey geriliminin azaltılması, c) Katı-sıvı arayüzey enerjisinin azaltılması gibi tedbirler alınmaktadır. Bu tedbirlerden; örneğin sıvı metalin sıcaklığının artırılması, partikül yüzeyinin kaplanması ya da partiküllerin ısıl işlemle oksitlendirilmesi, matriks sıvı yüzey geriliminin azaltılması için bileşim ayarlaması gibi yöntemler uygulanmaktadır (9). Bu çalışmada, 16µm, 32µm ve 66µm boyutlu Al 2 O 3 (alüminyum oksit) partikülleri ile hacimce %7, 15 ve 23 oranlarında takviye edilen 2024 Al alaşım matriksli MMK lerin Vorteks metodu ve basınç ile üretilmesi; elde edilen bu MMK lerin yoğunluklarının, porozitelerinin belirlenmesi; kompozitlerin mikroyapılarının taramalı elektron mikroskop (SEM) fotoğraflarının çekilmesi amaçlanmıştır. MATERYAL VE METOT Matriks Alaşımı ve Takviye Malzemeleri Matriks olarak yoğunluğu 2.8 gr/cm 3 olan 2024 (ETIAL-24) alüminyum alaşımı kullanılmıştır. Bu alaşımın taramalı elektron mikroskobunda (SEM) yapılmış olan

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 133 elementsel (EDX) spektroskobi analiz sonuçlarına göre, ağırlıkça içermiş olduğu elementler Tablo1 de görülmektedir. Tablo 1. 2024 Al Matriks Alaşımının Kimyasal Analizi (% Ağırlıkça) Al Cu Mg Si Mn Zn Zr Fe Ti Cr 94.33 3.23 0.81 0.74 0.54 0.13 0.09 0.06 0.05 0.02 Takviye elemanı olarak 66 µm, 32 µm ve 16 µm tane boyutlarında ve 3.95 gr/cm 3 yoğunluğundaki beyaz renkli α-al 2 O 3 (α-alümina) parçacıkları kullanılmıştır. Alüminyum oksidin kimyasal bileşenleri Tablo 2 de verilmiştir. Alümina (alüminyum oksit) parçacıklar matriks içerisine hacimce % 7, % 15 ve % 23 oranlarında ilâve edilmiş ve kompozit malzemeler Sıvı Metal Karıştırma (Vortex) metoduyla birlikte basınç uygulanarak üretilmişlerdir. Tablo 2. Takviye Malzemesi Alüminyum Oksidin Kimyasal Bileşenleri (%) Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO Diğerleri Min 93 max 0.8 min 1.8 max 1.1 max 0.2 Kompozit Malzemelerin Üretilmesi Kompozitlerin üretiminde laboratuarda imal edilmiş olan 2kW gücünde, 1100 o C sıcaklığa kadar çıkabilen, ergitme hızı ve argon gazlı koruyucu atmosfer kontrollü Şekil 1 de şematik olarak gösterilen devrilebilir elektrikli fırın ile takviye elemanı ünitesi kullanılmıştır. Ergitme işlemi grafit pota içerisinde gerçekleştirilirken, karıştırma işlemi için özel olarak laboratuarda yapılmış, dört kanada sahip ve bir çelik mil üzerine monte edilmiş olan 55 mm çaplı grafit karıştırıcı kullanılmıştır. Argon gazı iki kola ayrılarak birisi ergimiş metalin atmosferle temasını önlemek için pota üzerine verilirken, diğeri de takviye elemanının akış hızını kontrol etmek için takviye elemanı ünitesine bağlanmıştır. Matriks alaşımı, elektrikli fırındaki (Şekil 1) üst çapı 102 mm ve alt çapı 70 mm olan grafit potada ergitildikten sonra sıcaklığı 700 o C ye çıkarılmıştır. Ergimiş metalin sıcaklığı ile fırının sıcaklığı arasında bir fark olduğundan, ergimiş metalin gerçek sıcaklığı kontrol ünitesindeki aynı termostata bağlı diğer bir termokapılın potaya daldırılmasıyla ölçülerek 700 o C ye ayarlanmıştır. Ön ısıtılmış ve 900 dev/dk hızla döndürülmüş 55 mm çaplı grafit karıştırıcı sıvıya daldırıldıktan sonra, nemini almak ve ıslanabilirliğini geliştirmek için diğer bir fırında 400 o C de 10 dk bekletilerek havada soğumaya bırakılmış olan alüminyum oksit parçacıkları oda sıcaklığında (25 o C de) 5 gr/dk hızla takviye elemanı ünitesindeki bakır boru vasıtasıyla kontrollü bir şekilde karıştırıcı ucun ergimiş metal içerisinde oluşturduğu girdabın (vorteks) ortasına verilmeye başlanmıştır. Ergitme ve ilâvelerin tümü % 99.99 saflıktaki Argon gazı atmosferinde yapılmıştır. Argon gazının basıncı 0.5 MPa ve debisi 4 lt/dk olacak şekilde sabit tutulmuştur. Argon gazı sürekli fırının içerisine verilerek potanın yüzeyinde koruyucu bir atmosfer oluşturulduğundan, içerde oluşan gazların dışarıya atılması için

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 134 karıştırıcı ucun daldırıldığı fırının üzerindeki kapak sürekli olarak açık bırakılmıştır. Parçacık ilâvesi tamamlandıktan sonra, parçacıkların pota dibine çökmeden sıvı metal içerisinde homojen olarak dağılmasını sağlamak için karıştırma işlemine 5 dakika daha devam edilmiştir. Daha sonra karıştırıcı uç hızlı bir şekilde dışarıya çıkarılmış ve sıvı karışım, fırın devrilerek 550 o C ye ön ısıtılmış 40 mm çapında ve 200 mm uzunluğundaki silindirik dökme demir kokil kalıba dökülmüştür. Porozitenin en az seviyede tutulabilmesi için, hemen akabinde kalıp hidrolik pres altına götürülmüş ve sıvı karışıma yaklaşık 6 MPa lık bir basınç uygulanmıştır. Kalıp 5 dakika sonra açılmış ve numuneler havada soğumaya terk edilmişlerdir. Bu şekilde 40x140mm ölçülerinde silindirik kompozit numuneler elde edilmiştir. Ayrıca üretilen kompozitlerin özelliklerinin, matriks alaşımın özellikleri ile kıyaslanabilmesi için takviyesiz matriks alaşım da aynı üretim şartları altında hazırlanmıştır. Şekil 1. Ergitme ve Parçacık İlâvelerinin Yapıldığı Kompozit Üretim Ünitesinin Şematik Görünüşü. Yoğunlukların ve Porozite Oranlarının Belirlenmesi Üretilen kompozitlerin yoğunluk ölçümleri Arşimed prensibine göre,

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 135 ağırlıklarının ve su içinde hacimlerinin belirlenmesi ile yapılmıştır. Kompozit malzemelerle aynı şartlarda üretilen takviyesiz 2024Al alaşımının ölçülen yoğunluğu esas alınarak ve üretilen kompozitlerin içerdikleri Al 2 O 3 parçacık hacim oranına bağlı olarak karışım kuralına göre, kompozitlerin hesaplanan teorik ve ölçülen deneysel yoğunluk farklarından içerdikleri porozite oranları ρ teorik ρ deneysel % porozite = ---------------------- x 100 ρ teorik formülü ile hesaplanmıştır. Mikroyapı İncelemelerine Ait Çalışmalar Elde edilen kompozit malzemelerin mikroyapı incelemeleri için, malzemelerden alınan numuneler sırasıyla 120-400-600 mesh lik zımpara kademelerinden sonra 6µm ve 1µm lik elmas pasta ile parlatılmış; mikroyapı fotoğrafları LEO 440 taramalı elektron mikroskobunda (SEM) çekilmiştir. BULGULAR VE TARTIŞMA Kompozitlerin Üretimi İle İlgili Sonuçlar Kompozitlerin üretimi için yapılan değişik denemeler sonucunda optimum sonuçlar; 700 o C ergimiş metal sıcaklığı, 900 dev/dk karıştırma hızı, 550 o C kalıp sıcaklığı, 5 gr/dk takviye elemanı ilâve hızı, 6 MPa basınç ve 5 dk takviye bittikten sonraki karıştırma süresi şartlarında elde edilmiştir. Daha önce yapılan bazı çalışmalarda da bu değerlere yakın optimum sonuçların elde edildiği belirtilmiştir (7,9,12,13,14). Bu çalışma esnasında, daha yüksek ergimiş metal sıcaklığında Al 2 O 3 parçacıkları dibe çökelmiş, daha düşük sıcaklıkta ise parçacıklar metalin içerisine girememiş ve metalin yüzeyinde topaklanmışlardır. Daha yüksek karıştırma hızlarında, Al 2 O 3 parçacıkları karıştırıcının meydana getirdiği rüzgârla savrularak bir kısmı potanın dışına gitmiş ve bir kısmı da potanın yan yüzeylerine sıvanarak orada birikmiştir. Daha düşük karıştırma hızlarında ise; karıştırıcı uç, parçacıkları metalin içerisine itememiş ve parçacıklar metalin yüzeyinde topaklanarak birikip kalmıştır. Kalıp sıcaklığı daha düşük olduğunda, karışım kalıba dökülür dökülmez katılaşmış ve uygulanması gereken basınç uygulanamamış, dolayısıyla malzemedeki porozite miktarı artmıştır. Daha yüksek kalıp sıcaklığında ise, katılaşma hızı düşük olduğundan Al 2 O 3 parçacıkları kalıbın alt tarafına doğru çökelmiş ve homojen bir dağılım sağlanamamıştır. Yine daha yüksek takviye elemanı hızlarında, parçacıkların bir kısmı metalin içerisine karışmayarak yüzeyde topaklanmış ve karışım homojen olmamıştır.

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 136 Yoğunluk Ölçüm ve Porozite Oran Sonuçları Kompozitlerin hesaplanan teorik ve ölçülen deneysel yoğunlukları Tablo 3 de verilmiştir. Her bir kompozit için teorik ve deneysel yoğunluk farklarından hesaplanan, içerdikleri porozite oranları da yine bu tabloda gösterilmiştir. Ayrıca malzemelerin yoğunluklarının ve içerdikleri porozite miktarlarının Al 2 O 3 partikül oranı ile değişimi sırasıyla Şekil 2 ve Şekil 3 te verilmiştir. Şekil 2 de, malzemelerin teorik yoğunluk değerlerinin karışım kuralından bekleneceği gibi ideal bir şekilde doğrusal olarak arttığı görülmektedir. Ölçülen deneysel yoğunluklarda da doğrusal bir artış görülmesine rağmen, artış hızı teorik artışın hızından düşüktür. Burada görüldüğü gibi, takviye elemanı Al 2 O 3 partiküllerinin boyutunun ve hacim oranının artmasıyla malzemelerin yoğunlukları da artmaktadır. Şekil 3 te, Al 2 O 3 parçacıklarının hacim oranının artması ve tane boyutunun azalmasıyla MMK malzemelerdeki porozite oranlarının arttığı görülmektedir. Bu sonuç daha önceki çalışmalarda da gözlenmiştir (1,14). Partikül hacim oranının artışı ile MMK malzemelerin üretimleri esnasında partikül ilâve süresinin uzun olması ve partikül boyutunun düşmesi ile hava ile temas eden yüzey alanı arttığından dolayı porozitenin artması doğaldır ve bu durum birçok araştırmacı tarafından da ifade edilmektedir (10,14). Buna rağmen, bu çalışmada dökümden sonra basınç uygulanması porozite oranlarını azaltmış ve üretilen MMK malzemelerin porozite oranları oldukça düşük olmuştur. Tablo 3. Numunelerin Teorik ve Ölçülen Yoğunlukları ve Porozite Miktarları Teorik Deneysel Al Malzeme 2 O 3 (%) Yoğunluk Yoğunluk (Hacimce) (gr/cm 3 ) (gr/cm 3 ) Porozite (%) 2024Al matriks 0 2.800 2.766 1.2 66µm Al 2 O 3-2024Al 7 2.884 2.819 2.2 66µm Al 2 O 3-2024Al 15 2.973 2.895 2.6 66µm Al 2 O 3-2024Al 23 3.068 2.967 3.2 32µm Al 2 O 3-2024Al 7 2.884 2.808 2.6 32µm Al 2 O 3-2024Al 15 2.973 2.886 2.9 32µm Al 2 O 3-2024Al 23 3.068 2.925 4.6 16µm Al 2 O 3-2024Al 7 2.884 2.806 2.7 16µm Al 2 O 3-2024Al 15 2.973 2.868 3.5 16µm Al 2 O 3-2024Al 23 3.068 2.911 5.1

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 137 Yoğunluk (gr/cm 3 ) 3.100 3.050 3.000 2.950 2.900 2.850 2.800 Teorik 66µm 32µm 16µm 2.750 0 5 10 15 20 25 Al 2 O 3 Hacim Oranı (%) Şekil 2. Kompozitlerin Teorik ve Deneysel Yoğunluklarının Al 2 O 3 Hacim Oranı ile Değişimi. Mikroyapılar Elde edilen kompozitlerden alınan numunelerin metalografik olarak hazırlanmasından sonra çekilen SEM mikroyapı fotoğrafları Şekil 4-9 da görülmektedir. 6 5 Porozite (%) 4 3 2 1 0 66µm 32µm 16µm 0 5 10 15 20 25 Al 2 O 3 Hacim Oranı (%) Şekil 3. Kompozitlerin İçerdikleri Porozite Miktarının Al 2 O 3 Hacim Oranı ile Değişimi. Bu fotoğraflar incelendiğinde, 66 µm boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin homojen dağıldığı; 32 µm ve 16 µm partiküllerinin dağılımının ise homojen olmadığı ve bu partiküllerin bir araya toplandığı gözlenmektedir. En çok partikül topaklanmasının ve porozitelerin 16 µm boyutlu Al 2 O 3 takviyeli kompozitlerde olduğu bu fotoğraflardan

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 138 açıkça anlaşılmaktadır. Ayrıca Şekil 9 daki fotoğrafta partiküller arasındaki koyu siyah renkli bölgenin porozite olduğu çok net bir şekilde görülmektedir. MMK lerin üretiminde en önemli faktör, takviye elemanlarının homojen dağılımıdır. Pratikte vorteks metodu ile MMK üretiminde homojen bir partikül dağılımı elde etmek çok güçtür ve işlem parametrelerinin çok iyi kontrol edilmesi gerekir (10). Kompozitin katılaşması sırasında katı partiküller, büyüyen dendritlerden katı-sıvı ara yüzeyine doğru itilirler. Ötektik altı Al-Si alaşımlarında ilk katılaşan dendritler takviye elemanı partiküllerini ötektiğe itip, bu bölgeleri takviyece zenginleştirirler. Bu olay düşük partikül boyutlu metal-seramik sistemlerinde daha da fazla olur ve partiküller dendritler arasına sıkışarak bir araya toplanmalar meydana getirirler (1,8). Bu durumun bu çalışmadaki 16 µm ve 32 µm boyutlu Al 2 O 3 partikül takviyeli kompozitlerde de olduğu görülmüştür. Sonuç olarak bu çalışmada elde edilen kompozitlerde, büyük boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin homojen olarak dağıldığı, buna karşın küçük boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin homojen dağılmadığı ve bu partiküllerle takviyeli kompozitlerde partikül yığılmasının olduğu gözlenmiştir (Şekil 4-9). Bu partikül yığılmasının nedeninin de, kompozitin katılaşması sırasında partiküllerin büyüyen dendritler tarafından katı-sıvı arayüzeyine doğru itilmeleri ve partiküllerin dendritler arasına sıkışarak bir araya toplanmalarının olduğu sanılmaktadır. Ayrıca basınç uygulanmasına rağmen, küçük boyutlu Al 2 O 3 takviyeli kompozitlerde büyük boyutlu Al 2 O 3 takviyeli kompozitlere göre porozite oranı daha fazla olmuştur. Şekil 4. Hacimce %23 16µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı.

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 139 Şekil 5. Hacimce %23 32µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı. Şekil 6. Hacimce %23 66µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı.

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 140 Şekil 7. Hacimce %7 66µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı. Şekil 8. Hacimce %23 32µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı. Şekil 9. Hacimce %23 16µm Al 2 O 3 Takviyeli Kompozitlerin SEM Mikroyapı Fotoğrafı.

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 141 SONUÇLAR Vorteks metodu ve basınç altında 2024Al alaşımına, hacimce %7, 15 ve 23 oranlarında 16 µm, 32 µm ve 66 µm boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin takviye edilmesiyle MMK malzemelerin üretimi için yapılan bu çalışmada, aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: MMK malzemeler vorteks metodu ve basınçla başarılı bir şekilde üretilmiştir. Optimum sonuçlar; 700 o C ergimiş metal sıcaklığı, 900 dev/dk karıştırma hızı, 550 o C kalıp sıcaklığı, 5 gr/dk takviye elemanı ilâve hızı, 6 MPa basınç ve 5 dk takviye bittikten sonraki karıştırma süresi şartlarında elde edilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılan mikroyapı incelemeleri sonucunda, 66 µm boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin matrikste homojen olarak dağıldığı gözlenirken, 16 µm ve 32 µm boyutlu Al 2 O 3 partiküllerinin homojen olarak dağılmadığı; bu partiküllerin topaklanmalara ve porozite oluşumuna neden oldukları gözlenmiştir. Kompozitlerin; partikül hacim oranının ve boyutunun artmasıyla yoğunlukları; partikül hacim oranının artması ve partikül boyutunun azalmasıyla porozite oranı artmıştır. Bu çalışmada üretilen MMK malzemelerde porozite oldukça düşük olmuştur. Dökümden sonra basınç uygulanması; porozite miktarının azalmasına, Al alaşımı ile Al 2 O 3 partikülleri arasındaki bağ kuvvetinin ve ıslanabilirliğin iyileşmesine neden olmuştur. KAYNAKLAR 1. AKBULUT, H., DURMAN, M., YILMAZ, F. 1993. SiC Seramik Partikül Takviyeli Alüminyum-Silisyum Metal Esaslı Kompozitlerin Üretimi ve Özelliklerinin İncelenmesi. 7. Uluslararası Metalürji ve Malzeme Kongresi, Ankara, 1183-1194. 2. IBRAHIM, I.A., MOHAMMED, F.A., LAVERNIA, E.J. 1991. Particulate Reinforced Metal Matrix Composites a Review. J. Mater. Sci., 26, 1137-1156. 3. TAYA, M., ARSENAULT, R.J. 1989. Metal Matrix Composites, Thermomechanical Behavior. Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 209-221. 4. ROHATGI, P.K. 1991. Cast Aluminum Matrix Composites for Automotive Applications. Journal of Metals, 43, 4, 10-15. 5. ŞAHIN, Y., MURPHY, S. 1996. The Effect of Fibre Orientation of the Dry Sliding Wear of Borsic-Reinforced 2014 Aluminium Alloy. Journal of Materials Science, 34, 5399-5407. 6. SUKUMARAN, K., PILLAI, S.G.K., PILLAI, R.M., KELUKUTY, V.S., PAI, B.C., SATYARAYANA, K.G., RAVIKUMAR, K.K. 1995. The Effect of Magnesium Additions on the Structure and Properties of Al-7Si-10sic p Composites. Journal of Materials Science, 30, 1469-1472. 7. HANUMANTH, G.S., IRONS, G.A. 1993. Particle Incorporation by Melt Stirring for the Production of Metal-Matrix Composites. Journal of Materials Science, 28, 2459-2465.

Fen ve Mühendislik Dergisi 2001, Cilt 4, Sayı 2 142 8. MORTENSEN, A., CORNIE, J.A., FLEMINGS, M.C. 1988. Solidification Processing of Metal-Matrix Composites. JOM, 40, 2, 12-19. 9. GÜL, F., İNEM, B. 1997. Döküm Yoluyla SiC Takviyeli Kompozitlerin Geliştirilmesi. Savunma Sanayindeki Teknolojik Gelişmeler Sempozyumu, 5-6 Haziran, Kara Harp Okulu, Ankara. 10. GHOST, P.K., RAY, S. 1988. Influence of Process Parameters on the Porosity Content in Al(Mg)-Alumina Cast Particulate Composite Produced by Vortex Method. AFS Trans., 775-782, 88-214. 11. LLOYD, D.J. 1994. Particle Reinforced Aluminum and Magnesium Matrix Composites. International Materials Reviews, 39, 1, 1-23. 12. MILLIERE, C., SUERY, M. 1988. Fabrication and Properties of Metal Matrix Composites Based on SiC Fibre Reinforced Aluminium Alloys. Materials Science and Technology, vol. 4, 41-51. 13. SEO, Y.H., KANG, C.G. 1995. The Effect of Applied Pressure on Particle- Dispersion Characteristics and Mechanical Properties in Melt-Stirring Squeeze- Cast SiC p /Al Composites. Journal of Materials Proccessing Technology, 55, 370-379. 14. LUT, H., DURMAN, M., YILMAZ, F. 1995. 8.Uluslararası Metalürji ve Malzeme Kongresi, 6-9 Haziran, İstanbul, 1329-1334.