Uçucu kül takviyeli MMK malzemelerin üretimi ve aşınma davranışları

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler - Metal Matriks Kompozit (MMK), Partikül Destek, Uçucu Kül, Alüminyum Alaşımı, Vorteks, Mikroyapı, Sertlik, Aşınma, Aşınma Mekanizması Metal matriksli kompozitler (MMK) metallerin süneklik ve tokluğun seramiklerin yüksek mukavemet ve yüksek elastik modül özelliklerini birleştirmelerinden dolayı gelişen yüksek teknolojinin ihtiyaç duyduğu yüksek elastik modülüne, yüksek çekme-basma ve akma mukavemetine, yüksek servis sıcaklığına sahip, son derece önemli mühendislik malzemeleri olmuşlardır. Bu malzemelerin karıştırma (vorteks) döküm, toz metalürjisi, emdirme (infiltrasyon) ve difüzyonla birleşme gibi bir çok üretim teknikleri vardır. En yaygın ve ekonomik olanı vorteks döküm tekniğidir. Bu nedenle endüstride de kolay uygulama alanı bulabilen karıştırma döküm tekniği ile uçucu kül partikül destekli alüminyum matriksli kompozitlerin üretimi ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla, çalışmada kompozit üretim maliyetlerinin düşürülebilmesi ve termik santrallerin atık malzemesi olan düşük maliyetli uçucu küllerin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ETİAL 141 matriks malzemesi olarak seçilen alüminyum alaşımına %2,5, %5, %7,5, %10 ağırlık oranlarında uçucu kül takviye edilmiştir. Tunçbilek termik santralinden sağlanan uçucu kül ilavesiyle alüminyum matriksli kompozitler vorteks metodu ile üretilmiştir. Bu çalışmada konuya yönelik olarak üretilen farklı uçucu kül takviyeli kompozitlerin disk üstünde pin tipi standart aşınma düzeneğinde aşınma davranışları, farklı yük ve farklı hız koşullarında incelenmiş, sertlik ölçümü, yüzey pürüzlülüğü ölçümü testi uygulanmıştır. Bunun yanında metalografik incelemelerde hem optik, hem de taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDS kullanılmıştır. Farklı oranlarda uçucu kül takviye edilen ETİAL 141 alaşımında uçucu kül oranının artmasıyla tane boyutunun düştüğü ve mekanik özelliklerde (sertlik, aşınma direnci, mukavemet) iyileşme görülmüştür. Takviye oranının düşük olduğu durumlarda uçucu kül dağılımının homojen olmadığı, artan uçucu kül miktarı ile matriks metali içerisine daha homojen dağılımlar elde edildiği gözlenmiştir. Sertlik ve aşınma deneyleri sonucunda ise artan uçucu kül ağırlık oranı ile sertliğin arttığı ve aşınma kaybının azaldığı gözlenmiştir. Özellikle takviyesiz ETİAL 141 alaşımına %10 ağırlık oranında uçucu kül ilave edilen kompozit malzemede bu özellikler maksimum oranda artmıştır. XIII

THE PRUDUCTION AND WEAR BEHAVIOURS OF FLY ASH REINFORCED ALUMINIUM MATRIX COMPOSITE MATERIALS SUMMARY Keywords- Metal matrix composite (MMC), Particle Reinforcement, Fly Ash, Aluminium Alloy, Stir Casting, Microstructure, Hardness, Wear, Wear Mechanism Nowadays, composite materials gain importance. The materials targetted to only a single purpose are no longer desired. Therefore, most of the researches on the materials 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 atrix 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. In this study, it is aimed to decrease the cost of the composite materials and to use the low cost fly ash wastes from thermoelectric power plants. For this purpose, ETIAL 141 aluminum matrix composite materials were produced by vortex method, introducing 2.5, 5, 7.5 and 10 wt. % fly ash provided from Tunçbilek thermoelectric power plant. The produced composite materials, which containif different amount of fly ash, were subjected to a standard pin-on-disc wear test. The wear behavior of the materials was studied in different loads and sliding speed conditions. Wear tests were conducted in dry air and at 50-60 % relative humidity atmosphere. The addition of fly ash into matrix material resulted to modify matrix microstructure and resulted to decrease the amount of wear. ETİAL 141 produced with different amount of fly ash showed to decrease in grain size and increment in mechanical properties (hardness, wear resistance, strength) by increasing particle content. It is observed that, the fly ash distribution is not homogenous in the matrix that reinforced with low amount of reinforcement. The distribution of the particles are seen to be homogenous by increasing fly ash content. Increasing the amount of fly ash resulted in increase in hardness and decrease in wear loss. These properties were especially increased in the ETİAL 141 alloy that 10 wt. % fly ash added composite. XIV