1910

Hafif Metal Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Sisteminin Tasarım, İmalat ve Performansının İncelenmesi

Bu çalışmada, ergimiş metal karıştırma tekniği ile hafif metal matrisli parçacık takviyeli kompozit malzeme üretimine yönelik bir üretim sistemi tasarlanmış, imal edilmiş ve başarımı ile ilgili deneyler gerçekleştirilmiştir. Üretim sistemi tasarımında, benzerlerine kıyasla kullanım kolaylığı ve kullanım ergonomisinin sağlanması amaçlanmıştır. Bu hedef doğrultusunda ergitme fırını ile karıştırma sistemi ebat ve konumu belirlenmiş, takviye elemanı ilave etme yeri ile ergitme potasının fırın içine/dışına hareketleri ile ilgili mekanik-elektrik bileşenlerden oluşan kompakt bir tasarım gerçekleştirilmiş ve üretilmiştir. Üretim sisteminin başarım testlerinde, matris malzemesini ergitme kabiliyeti ve kompozit malzeme üretiminde homojen parçacık dağılımının elde edilmesiyle ilgili bazı karakteristik özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla; bir adet takviyesiz AA 6060 alüminyum alaşım malzemesi ve AA 6060/SiC parçacık takviyeli iki adet kompozit üretilmiştir. Kompozitlerin imalinde ortalama tane boyutu 200 mesh SiC parçacıkları kullanılmıştır. Takviye oranı ise hacimce %7 ve %10’dur. Üretim sisteminin başarım testleri doğrultusunda, üretilen numunelerin mikroyapı, yoğunluk ve sertlik özellikleri incelenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde kompozit numunelerde takviye elemanının kısmen homojen dağılım sergilediği görülmüştür. Yapılan sertlik ölçümleri hacimce %10 SiC içeren metal matrisli kompozitin en yüksek sertliğe sahip olduğunu göstermiştir. Yoğunluk ölçümleri, SiC takviyeli kompozitin takviye hacim oranı arttıkça, yoğunluğunun ve gözenek miktarının arttığını göstermiştir.

Investigation of Design, Manufacturing and Performance of Light Metal Matrix Composite Material Production System

n this study, a production unit for light metal based particle reinforced composite material with stir casting technique was designed, manufactured and experiments related to performance have been carried out. In production system design, it is aimed to provide ease of use and ergonomics of usage compared to similar ones. In line with this objective, the size and location of the melting furnace and the mixing system were determined, a compact design of the reinforcing element with mechanical and electrical components related to the movement of the melting pot in / out of the furnace. In the performance tests of the unit, the characteristics of melting the matrix material and obtaining homogeneous particle distribution in the production of composite material were investigated. For this purpose; one unreinforced AA 6060 aluminum alloy material and SiC particle reinforced AA 6060 matrix two composites were manufactured. Average particle size 200 mesh SiC particles were used in the production of composites. The volume of SiC reinforcing ratio of the manufactured composites is 7% and 10%. Microstructure, density and hardness properties of the produced samples were investigated in the direction of the unit's performance tests. According to the microstructure analysis, it has been observed that composite with metal matrix is homogeneous in part. According to the hardness analysis, it has been identified that metal matrix composite containing 10% SiC has the highest hardness. As a result of the density measurement, as the volume of the reinforcement ratio in the metal matrix composite with SiC reinforcement increases, the density and porosity of the material increases.

PDF

___

[1] Chaudhury, S. K., Singh, A. K., Sivaramakrishnan, C. S., and Panigrahi, S. C., "Wear and Friction Behavior of Spray Formed and Stir Cast Al–2Mg–11TiO2 Composites", Wear, 258 (5–6): 759–767 (2005).
[2] Çiftçi, İ., "Alüminyum Esaslı Kompozitlerde Takviye Oranı ve Boyutunun Mekanik Özellikler ve İşlenebilirlik Üzerine Etkisinin Araştırılması", Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2003).
[3] James, S. J., Venkatesan, K., Kuppan, P., and Ramanujam, R., "Comparative Study of Composites Reinforced With SiC and TiB2", Procedia Engineering, 97: 1012–1017 (2014).
[4] Gökmeşe, H. and Karadağ, H. B., "Toz Metal AA 2014-SiC-B4C Kompozit/Hibrit Malzemelerinin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi", Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6 (2): 385–398 (2018).
[5] Pul, M. and Şeker, U., "Vakumlu İnfiltrasyon Yöntemiyle Üretilen Al-MgO Kompozitlerin Tornalanmak Suretiyle İşlenmesinde Farklı Kesici Takımların Aşınma Davranışlarının Değerlendirilmesi", Journal of Engineering and Natural Sciences, (Sigma 28): 179–187 (2010).
[6] Kumar, A., Lal, S., and Kumar, S., "Fabrication and Characterization of A359/Al2O3 Metal Matrix Composite Using Electromagnetic Stir Casting Method", Journal of Materials Research and Technology, 2 (3): 250–254 (2013).
[7] Bains, P. S., Sidhu, S. S., and Payal, H. S., "Fabrication and Machining of Metal Matrix Composites: A Review", Materials and Manufacturing Processes, 31 (5): 553–573 (2016).
[8] Ragab, K. A., Abdel-Karim, R., Farag, S., El-Raghy, S. M., and Ahmed, H. A., "Influence of SiC, SiO2 and Graphite on Corrosive Wear of Bronze Composites Subjected to Acid Rain", Tribology International, 43 (3): 594–601 (2010).
[9] Nishida, Y., "Introduction to Metal Matrix Composites: Fabrication and Recycling", Springer Science & Business Media, 212 (2013).
[10] Kayabaşı, İ., "Metal Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Sistemi İmalatı ve Performansının Incelenmesi", Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, (2016).
[11] Suresh, S., "Fundamentals of Metal-Matrix Composites", Butterworth-Heinemann, ISBN: 9780080523712, 320–353 (2013).
[12] Sur, G., "Karma Takviyeli Alüminyum Matriksli Kompozitlerin Üretimi, Mekanik Özellikler ve İşlenebilirliklerinin İncelenmesi", Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü, Ankara, (2008).
[13] Hashim, J., Looney, L., and Hashmi, M. S. J., "Metal Matrix Composites: Production By The Stir Casting Method", Journal Of Materials Processing Technology, 92:931–937 (1999).
[14] Seo, Y.H. and Kang, C.G., "The effect Of Applied Pressure On Particle-Dispersion Characteristics and Mechanical Properties in Melt-Stirring Squeeze-Cast SiCp/Al Composites", Journal of Materials Processing Technology, 55 (3): 370–379 (1995).
[15] Yue, T. M. and Chadwick, G. A., "Squeeze Casting of Light Alloys and Their Composites", Journal of Materials Processing Technology, 58 (2): 302–307 (1996).
[16] Dhanashekar, M. and Kumar, V. S. S., "Squeeze Casting of Aluminium Metal Matrix Composites-An Overview", Procedia Engineering, 97: 412–420 (2014).
[17] Singh, M., Rana, R. S., Purohit, R., and Krishnkant, S., "Development and Analysis of Al-Matrix Nano Composites Fabricated by Ultrasonic Assisted Squeeze Casting Process", Materials Today: Proceedings, 2 (4): 3697–3703 (2015).
[18] Sahin, Y., "Preparation and Some Properties of SiC Particle Reinforced Aluminium Alloy Composites", Materials & Design, 24 (8): 671–679 (2003).
[19] Karbalaei Akbari, M., Baharvandi, H. R. and Shirvanimoghaddam, K., "Tensile and Fracture Behavior of Nano/Micro TiB2 Particle Reinforced Casting A356 Aluminum Alloy Composites", Materials & Design (1980-2015), 66 (Part A): 150–161 (2015).
[20] Mehmet Güler, "Alüminyum Alaşımlarında İnklüzyon Çeşitleri ve Önleyici Faaliyetler", Metalurji Dergisi, (184): 36–42 (2017).
[21] Bharath, V., Nagaral, M., Auradi, V., and Kori, S. A., "Preparation of 6061Al-Al2O3 MMC’s by Stir Casting and Evaluation of Mechanical and Wear Properties", Procedia Materials Science, 6: 1658–1667 (2014).
[22] Balasubramanian, I. and Maheswaran, R., "Effect of Inclusion of SiC Particulates on The Mechanical Resistance Behaviour of Stir-Cast AA6063/SiC Composites", Materials & Design (1980-2015), 65 (Supplement C): 511–520 (2015).