Otomotiv endüstrisinde kullanılan Al2O3/SİC partikül destekli metal matriks kompozit üretimi ve mekanik davranışlarının incelenmesi

Abstract

ÖZET: Vorteks, Partikül Destek, MMK, Aşınma Direnci, Çekme Mukavemeti, Eğilme Mukavemeti, Yüzey Pürüzlülüğü, Sertlik. Metal matriksli (ana yapılı) kompozitler (MMK) metallerin süneklik ve tokluğunu, seramiklerin yüksek mukavemet ve yüksek elastik modül özelliklerini birleştirmelerinden dolayı gelişen teknolojinin ihtiyaç duyduğu yüksek elastik modüle, yüksek çekme-basma ve akma mukavemetine, yüksek servis sıcaklığına sahip, son derece önemli mühendislik malzemeleri olmuşlardır. Bu kompozitlerin karıştırma döküm, toz metalürjisi, emdirme (infîltrasyon) ve difüzyonla birleşme gibi bir çok üretim teknikleri vardır. En yaygın ve ekonomik olanı karıştırma döküm tekniğidir [1,2]. Bu nedenle endüstride de kolay uygulama alanı bulabilen karıştırma döküm tekniği ile seramik partikül destekli AMK' lerin üretimi ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmada kimyasal yöntemle Al2(S04)3(14-16)H20(342g/mol) ve (NH4)2S04(132g/mol) karıştırılarak bir sulu çözelti hazırlanmış ve bu değişik karışım mikron boyutlarında SiC seramik tozu karıştırılmıştır. Hazırlanan bu çözelti seramik pota içersinde bir fırında 1200°C de 2 saat tutulmuş, daha sonra yavaş soğumaya bırakılmıştır. SİC/a-AI2O3 partiküllerini bünyesinde bulunduran seramik karışım, vorteks yöntemi kullanılarak A3 3 2 matriks alaşımı ile değişik mikron boyutlarında karıştırılmış ve MMK' 1er elde edilmiştir. Ayrıca aynı yöntemle SiC tozu katmadan a-Al2O3 üretilmiştir. Üretilen tozun x-ışınla rı difraksiyon analizi ve üretilen kompozitlerin optik ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri incelenmiştir. Aynı şekilde kompozitlerin ayrı ayrı sertliği, çekme özellikleri, üç nokta dayanımı, aşınma direnci vet işlenebilme yeteneği gibi mekanik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca kompozitlerin yoğunluk ölçümleri ve yüzey pürüzlülüğü değerleri de bulunmuştur. Sertlik deneyi incelemelerinde elde edilen sertlik değerleri; seramik partiküllerin partikül boyutu küçüldükçe artış göstermiştir. Üretilen a-AI2O3 tozu ile kompozitte kullanılan SİC/Al2O3 karışım tozunun x- ışınlan analiz incelemelerinde karışım toz içersinde AI2O3 ve SiC tozlarının varlığı tespit edilmiştir. Çekme deneylerinde, SiC partikül boyutunun küçülmesiyle çekme mukavemeti artmıştır. Üç nokta eğme deneyinde ise, eğme dayanımının küçük partiküllü MMK' lerde daha yüksek, büyük partiküllü MMK' lerde daha düşük olduğu, Al matriks' in eğme dayanımının ise en düşük olduğu tespit edilmiştir. Aşınma deneylerinde partikül boyutu büyüdükçe aşınma azalmakta ve küçük partikül destekli numunelerde partikül kopması ile aşınma kaybının daha fazla olduğu gözlenmiştir. Aşınma sırasında sürtünme katsayısı değerleri 0.257-0.316 arasında değişmiştir. Yüzey pürüzlülüğü Ra ve Rmax değerleri ise partikül çapı büyüdükçe artmıştır.

THE FABRICATION OF Al3O3/SiC PARTICLE REINFORCED METAL MATRIX COMPOSITES USED IN AUTOMOTIVE, INDUSTRY AND INVESTIGATION OF THEIR MECHANICAL BEHAVIOURS SUMMARY KEYWORDS: Stir Casting, MMC, Particle Reinforcement, Wear Resistance, Bending Strength, Tensile Strength, Hardness, and Machining. Nowadays, composite materials gain importance. Single way materials are no longer desired. Therefore, most of the researches on the materials are dealt with improving composite properties. The main branches of composites are polymers metal and ceramic matrix. While polymer matrix composite are suitable for low temperature applications, ceramic matrix composites are used for high temperature applications. However, with CMCs, a reliable level of fracture toughness is not yet obtained. Therefore metal matrix composites (MMC) are main alternatives to conventional materials. Metal matrix composites are attractive since they have high yield strength, high modulus, high compressive strength, high wear resistance, creep, low thermal expansion coefficient and high temperature strength. The aim of this study is to produce alumina/SiC powder mix to reinforce A332 alloy by using stir-casting method and to investigate mechanical properties of resulting composite. In order to prepare ceramic preforms chemical process was used rather than using mixing of ceramic powders to obtain porous AI2O3/SİC ceramic foam. A slurry was prepared by mixing aluminium sulphate Al2(SO4)3.xH20 (x=14-16) and ammonium sulphate (NH4)2SO4, in the water, and silicon carbide powder was added into the slurry so that homogeneous mixture of Al2O3 / SiC could be produced after final reaction. The resulting product was (NH4)2S04Al2(S04)324H20 plus SiCp after dissolving chemicals in the water. This product was heated up in a ceramic crucible in the furnace. With the effect of heat it became foaming and AI2O3/SİC cake was obtained. Resulting A1203 grains were on the SiC particles proved by SEM examination. Consequently, homogeneous powder mix and porosity were provided in the cake. This powder mix was milled and stirred with liquid Al-Si alloys to produce MMCs. It has been observed that composites produced by means of stir casting do not contains macro porosity and reinforcement particles are randomly distributed within the Al matrix. Optical and SEM examination of fabricated Metal Matrix Composites show that ceramic particles are uniformly distributed, but the particles tend to accumulate inter dendrites. In tensile strength, bending strength and hardness tests maximum values were obtained for 2 \mm particle reinforced composites, on the other hand maximum wear resistance was obtained for 53 um particle reinforced composites. XV