Alumina kısa fiber takviyeli AI esaslı LM 13 alaşımında yaşlandırma ışıl işlem özellikleri ve işlenebilirlik

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Mikroyapı, Mikrosertlik, MMK, DSC, Saffil Fiber, Yaşlanma Kinetiği, Optimizasyon, İşlenebilirlik, Yüzey Pürüzlülüğü Bu çalışmada, Al alaşımlarının yaşlandırılmasında takviye fazının etkisi araştırılmış ve herbir kompozit için maksimum sertliği verecek optimum yaşlandırma ısıl işlemin tespiti ve çözeltiye alma parametrelerinin işlenebilirliğe etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla infiltrasyon yöntemi ile üretilmiş ve bünyesinde değişik oranlarda 8-Al2O3 kısa fiber (Saffil) bulunduran Al-Si-Cu-Mg esaslı LM 13 (Etial 145) piston alaşımlarına farklı ısıl işlemler uygulanmış ve herbir kompozit için en uygun yaşlanma işlemi parametreleri tespit edilmeye çalışılmıştır. Yaşlandırma işlemine maruz bırakılmış bu alaşım ve kompozit numuneleri daha sonra CNC alın freze yöntemi ile polikristalin elmas uçlar (PCD) kullanılarak işlenmiştir. Üretilen kompozit malzemelere; mikrosertlik, X-Işmlan analizi, DSC (Differential Scanning Calorimetry) analizi uygulanmıştır. Bunun yanında metalografik incelemelerde, hem optik ve hem de taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Ayrıca işlenen yüzeylerin yüzey pürüzlülükleri ölçülmüş ve bazı yüzeylerin SEM fotoğrafları ile işleme esnasında çıkan talaşların fotoğrafları çekilmiştir. Ayrıca işlenme esnasında meydana gelen plastik deformasyonun etkisini tespit edebilmek amacıyla, bazı numunelerin işlenen yüzeylerinin alt tarafından parça merkezine doğru sertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada; LM 13 matriksine ilave edilen kısa alümina fiberlerin (Saffil fiberlerin) matriksin yaşlanma kinetiğini değiştirdiği tespit edilmiştir. Bu deneylerin sonuçları, LM 13 matriksine ilave edilen fiber hacminin artması ile döküm yapısının çözeltiye alınabilmesi için gerekli olan sıcaklığın ve çözeltide bekletme süresinin arttırılmasının zorunlu olduğunu göstermektedir. Ayrıca takviyesiz matriks alaşımı için maksimum mikrosertliğin elde edildiği yaşlanma süreleri kompozitler için kullanıldığında aşın yaşlanma meydana gelmekte ve kompozitlerin sertlikleri azalmaktadır. T6 ısıl işlemi ile kıyaslandığında, bu çalışmada tavsiye edilen optimum yaşlandırma ısıl işlemleri neticesinde Saffil fiber takviyeli bütün LM 13 alaşım ve kompozit numunelerinde ölçülen sertlik değerlerinin daha iyi olduğu tespit edilmiştir. Kompozitlerin işlenme deneylerinde; 2500 dev/dk kesme hızı (v) ve 1mm kesme derinliği şartlarında ilerleme oranı arttıkça yüzey pürüzlülük değerleri (Ra, Rmax) belirgin bir azalma gösterirken takviyesiz LM 13 alaşımında çok az bir miktar artış gözlenmiştir. Artan çözeltiye alma sıcaklığı ile genelde yüzey pürüzlülük değerlerinde bir miktar artış meydana gelmiştir. Ayrıca kompozit malzemelerin işlenen yüzeylerine çok yakın bölgelerde, artan ilerleme oranına bağlı olarak dış yüzeyden yaklaşık 10-15 um derinliklerden başlayarak sertliğin giderek arttığı tespit edilmiştir.

AGING HEAT TREATMENT PROPERTIES AND MACHINABLITY OF ALUMINA SHORT FIBER REINFORCED ALUMINIUM BASED LM 13 ALLOY SUMMARY Keywords: Miccrostructure, Microhardness, MMCs, DSC, Saffil Fiber, Aging Kinetic, Optimisation, Machinability, Surface Roughness The development of the metal-matrix composite (MMC) has been one of the major innovations in materials in the past 20 years. Fiber-reinforced MMCs offer many advantages where low density, high strength, and high stiffness are of prime concern. There are today more 80.000 engineering materials represented in the market, and this figure is rapidly increasing. Advanced materials are developed to an increasing extend. The first MMCs were developed during the 1960s, but because of problems with manufacturing processes and finding fibers that could be compatible with the matrix, no real attention was paid to these materials. The costs were also very high. It is mainly during the last decade MMCs really have been developed more intensively. The space industry was the first sector interested in the usage of these materials. Another sector of even greater economic importance for the development of new MMC materials is automotive sector. According to European Aluminum Association (EAA) Chairman Bernard Legrand, cast aluminum products such as motor blocks and cylinder heads accounted for the largest share in the rising consumption of aluminum-based materials in the automotive sector. In the automotive industry, MMCs are currently used in the form of extruded and draw tubing to produce stiffer and lighter driveshafts. MMC driveshafts have higher critical rotational speeds for a given geometry and operate at reduced vibrational noise levels. The Toyota Motor Co.'s Art Metal diesel piston, introduced in 1983, represents the celebrated first commercial automotive application of MMCs. The component was developed to reduce the weight of pistons and to improve wear properties by using a composite instead of cast iron around the piston ring groove. Automotive Engineering (United Kingdom) reported in the 1990s the capacity to produce pistons reinforced with ICI Saffil Alumina fiber. Pechiney (France), Daimler Benz (Germany) and Fiat (Italy) also worked along similar lines. Several large U.S. research programs, focused on MMC development, and applications in aerospace and the military sector, have performed successfully. The accumulated data concerning actual and planned employment of these materials in aerospace and military applications are, of course, highly classified. xviii