Öz: Giriþ: Dayanýklý, hafif ve sert malzemeler için duyulan ihtiyaç metal matrisli kompozitlere olan ilgiyi artýrmýþtýr. Son otuz yýldýr metal matrisli kompozitler, geliþtirilen dayanýmlarý, yüksek elastisite modülü ve geleneksel alaþýmlý malzemelere göre artan aþýnma direnci nedeniyle büyük ilgi görmüþtür. Metal matrisli kompozitlerin kullanýmý teknolojik geliþmelerle eþ zamanlý olarak artmaktadýr. Alüminyum hafifliði, düþük maliyetli olmasý, korozyon direnci ve iyi mekanik özelliklerinin olmasýndan dolayý metal matrisli kompozitlerde ana matris malzemesi olarak kullanýmý için uygun bir malzemedir. Alüminyum matrisli kompozitler, geleneksel Al alaþýmlarýna kýyasla oldukça düþük bir termal genleþme katsayýsýna ve yüksek özgül mukavemete, aþýnma direncine ve ýsý direncine sahiptir. Öne çýkan bu özellikleri ile birlikte alüminyum matrisli kompozit malzemeler geliþtirilen aþýnma direnci ile tribolojik olarak dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, bir alüminyum matris içindeki birden fazla takviyenin kullanýlmasý ile fiziksel özellikler iyileþtirilebilir. Alüminyum matrisli kompozitlere SiC partiküllerinin eklenmesiyle kompozitlerin hem mukavemeti hem de aþýnma direnci artmaktadýr. Alüminyum matrisli kompozit malzemeler, otomotiv ve havacýlýk sektörlerindeki üreticiler tarafýndan kritik önem taþýyan parçalarýn çoðunda kullanmýþtýr. Otomotiv endüstrisinde, konik makaralý rulman, valf yuvasý, baðlantý çubuklarý, kamlar, fren diskleri gibi bir çok parça alüminyum matrisli kompozitlerle üretilmektedir. Metal matrisli kompozit malzemeler, çeþitli döküm ya da toz metalurjisi teknikleriyle üretilmektedir. Toz metalurjisi yöntemi ile yüksek ergime dereceli metal ve alaþýmlarýndan ikincil imalat iþlemlerine gerek kalmadan küçük, karmaþýk ve boyutsal hassasiyeti yüksek seri üretim parçalar üretmek mümkündür. Bu avantajlardan dolayý toz metalurjisi yöntemi metal matrisli kompozit üretiminde yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Amaç: Bu çalýþmada farklý sýcaklýklarda sinterlenmiþ Al/Cu/SiC hibrit kompoziti için sinterleme sýcaklýðýnýn malzemenin sertlik ve aþýnma özelliklerini nasýl etkilediðinin incelenmesi amaçlanmýþtýr. Kapsam: Alüminyumdan imal edilmiþ otomobil parçalarý otomobillerde aðýrlýk azaltmak ve aracýn yakýt verimliliðini artýrmak için kullanýlmaktadýr. Otomobillerde eksantrik mili, yatak kapaklarý, kasnaklar, yað pompasý rotorlarý, silindir gömlekleri alüminyum alaþýmlarýnýn kullanýldýðý parçalara örnektir. Sürtünme kuvvetleri etkisi altýnda çalýþan bu parçalarda aþýnmalar görülür. Aþýnmanýn azaltýlmasý ve mekanik özelliklerin iyileþtirilmesi için alüminyum matrisli kompozit malzeme içerisine çeþitli alaþýmlar katýlýr. Sýnýrlýklar: Literatür taramasý sonucu elde edilen verilere göre yapýlan çalýþmada mekanik alaþýmlama süresi 15 saat, sinterleme süresi 20 dakika, aþýnma testinde kayma mesafesi 200 m ve kayma hýzý 0.09 m/s olarak sýnýrlandýrýlmýþtýr. Yöntem: Çalýþmada toz metalurjisi yöntemi ile kompozit malzeme üretimi için yüksek saflýktaki Al tozlarý (63µm), Cu tozlarý (20µm), SiC tozlarý (10µm) kullanýlmýþtýr. Ana matris olan alüminyumun içerisine kütlece %4 Cu ve %5 SiC tozlarý katýlarak karýþtýrma cihazýnda Ni bilyeler kullanarak 15 saat tozlara mekanik alaþýmlama yapýlmýþtýr. Mekanik alaþýmlama yapýlarak homojen daðýlýmlý toz karýþýmý elde edilmiþtir. Grafit kalýplara konulan toz karýþýmý sýcak pres cihazýnda vakum ortamýnda, 45 MPa basýnç altýnda, üç farklý sýcaklýkta (520°C, 560°C, 600°C) 20 dakika sinterlenmiþtir. Tozlarýn sinterlenmesiyle 20 mm çapýnda 6 mm yüksekliðinde numuneler üretilmiþtir. Üretilen numunelere 2.5 mm çapýnda çelik bilye ile 31,25 kgf yük altýnda Brinell sertlik ölçümü yapýldýktan sonra numuneler parlatýlarak yüzeyleri aþýnma testi için hazýrlanmýþtýr. Aþýnma testi pin-on disk test cihazýnda 10N yük altýnda, 200 m kayma mesafesi ve 0.09 m/s kayma hýzýnda 6 mm çapýnda çelik bilye kullanýlarak yapýlmýþtýr. Aþýnma testinden sonra numunelerin aþýnma yüzeylerine SEM analizi yapýlmýþtýr. Bulgular: Sinterlemeden sonra yapýlan sertlik ölçümlerinde 520°C’de sinterlenen numunenin sertliðinin 49.7 HB, 560°C’de sinterlenen numunenin sertliðinin 69.1 HB, 600°C’de sinterlenen numunenin sertliðinin 79.6 HB olduðu görülmüþtür. Aþýnma testi sonucunda aðýrlýk kaybýnýn en fazla olduðu numune 6,5 mg aðýrlýk kaybý ile 520°C’de sinterlenen numune olduðu, aðýrlýk kaybýnýn en az olduðu numune 2,6 mg aðýrlýk kaybý ile 600°C’de sinterlenen numune olduðu tespit edilmiþtir. 600°C’de sinterlenen numunenin aðýrlýk kaybýnýn 520°C’de ve 560°C’de sinterlenen numunelere göre daha az olduðu görülmüþtür. Yapýlan yoðunluk ölçümleri sonuçlarýna göre sinterleme sýcaklýðý arttýkça teorik yoðunluða yakýn bir yoðunluk elde edilmektedir. Yapýlan SEM analizlerinde 520°C’de sinterlenen numunede delaminasyonlara baðlý olarak aþýnmanýn fazla olduðu, 560°C’de sinterlenen numunede daha az delaminasyon olduðu, 600°C’de sinterlenen numunede ise delaminasyonlarýn azaldýðý yerini abrazif aþýnmanýn aldýðý görülmüþtür. Sonuç: Çalýþmalar sonucunda sinterleme sýcaklýðý arttýkça malzemelerin yoðunluðunun arttýðý, malzemede sertlik artýþý saðlandýðý ve aþýnma sonucu aðýrlýk kaybýnýn azaldýðý tespit edilmiþtir. Ayrýca aþýnma tipinin deðiþtiði görülmüþtür.
Anahtar Kelimeler: Kompozit malzeme, Toz metalurjisi, Sinterleme, Aþýnma
|
