Development of cast aluminum metal matrix composites by additional processes

Abstract

Günümüz şartlarında geleneksel olarak kullanılan malzemelerin piyasa beklentilerini karşılamada yetersiz kaldığı görülmektedir. Bu nedenle özellikle kompozit malzemelere olan ilgili günden güne artış göstermektedir. Özellikle otomotiv ve havacılık sanayileri gibi nihai ürün ağırlığının büyük bir önem taşıdığı sektörlerde kompozit malzemelerin rolü önem taşımaya başlamıştır. Gerçekleştirilen bu çalışma dört bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde alüminyum metal matriks kompozitler üzerine ayrıntılı bir literatür incelemesi yapılmıştır. İkinci bölümde, alüminyum metal matrisli kompozitlerin üretimi için uygun karıştırma yöntemi belirlenmeye çalışılmıştır. Bu nedenle mekanik karıştırma, ultrasonik karıştırma ve mekanik karıştırma işlemine ek olarak ultrasonik karıştırma işlemi (hibrit karıştırma) uygulanmıştır. Bu bölümde hem simülasyon çalışmaları hem de döküm uygulamaları gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlarla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. En iyi homojen karışma durumu hibrit karıştırma işlemi ile elde edildiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca aynı bölümde, metal matrisli kompozit üretimi için uygun döküm kalıbının belirlenmesi çalışmaları gerçekleştirildi. Bunun için standartlarda verilen alttan dolum döküm kalıbı ile bir jantı simüle etmesi amacıyla geliştirilen feder döküm kalıbı döküm simülasyonların yardımıyla incelendi. Feder kalıbının kalıp ve döküm sıcaklığından daha az etkilendiği belirlendi. Üçüncü bölümde belirlenen karıştırma yöntemi ve uygun kalıp kullanılarak alüminyum metal matrisli kompozitlerin üretiminde farklı katkıların (silisyum karbür-SiC, mikron ve nano boyutta alümina- Al2O3 ve grafen) mekanik özellikler üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Katkılar grafen için ağırlıkça %0.075, 0.15 ve 0.25 olarak diğer katkılar için %0.5, 1.0 ve 1.5 olarak kullanılmıştır. Elde edilen tüm numunelere T6 ısıl işlemi uygulanmış ve mekanik testlere tabi tutulmuştur. Son bölümde, en iyi mekanik dayanım özelliklerini veren %1.0 SiC, %0.5 nano boyutta Al2O3 ve %0.25 grafen katkıları ile yeni numuneler üretilmiş ve bu numunelere sıcak isostatik pres (HIP) işlemi ve sonrasında T6 ısıl işlemi uygulanmıştır. Bu uygulamalar sonrasında numuneler mekanik testlere tabi tutulmuştur. En yüksek mekanik özellikler %0.5 nano boyutlu Al2O3 ilavesi ile elde edilmiştir.

expectations. For this reason, the interest on composite material increases day by day. The role of composite materials has become important in sectors, such as especially in automotive and aerospace industries, where a final product weight is of importance.This thesis consists of four application parts. In the first part, a detailed literature review on aluminum metal matrix composites was discussed. In the second part, the appropriate stirring method was searched for the production of aluminum metal matrix composites. Therefore, mechanical stirring, ultrasonic stirring and ultrasonic added mechanical stirring (named: hybrid stirring) processes were applied. In this part, both simulation studies and casting applications were performed and the obtained results were compared. It was concluded that the best homogeneous stirring was achieved by hybrid mixing. Additionally in this part, studies were carried out to determine the casting mold suitable for the production of metal matrix composites. To determine the appropriate mold, spoke mold that was developed to simulate a wheel and the bottom filling casting mold given in the standards were examined with the help of casting simulations. It was concluded that spoke mold was affected less than mold and casting temperature. In the third part, it was tried to determine the effect of different additives (silicon carbide-SiC, micron and nano-sized alumina-Al2O3 and graphene) on the mechanical properties in the production of aluminum metal matrix composites using the appropriate stirring method and appropriate mold. The amount of additives were used as 0.075 wt%, 0.15 wt% and 0.25 wt% for graphene, 0.5 wt%, 1.0 wt% and 1.5 wt% for the others. All samples were heat treated with T6 thereafter mechanical tests were applied. In the last part, new samples were produced with 1.0 wt% SiC, 0.5 wt% nano-size Al2O3 and 0.25 wt% graphene additives, which had the highest mechanical properties in the third step, and these samples were heat treated with T6 and then hot isostatic press (HIP) process was applied. After these applications, mechanical tests were applied to whole samples. The highest mechanical properties were obtained with the addition of 0.5% nano-sized Al2O3.