Al-Si esaslı fonksiyonel derecelendirilmiş ve derecelendirilmemiş silindirik parçaların sonlu elemanlar yöntemiyle analizi

Abstract

Fonksiyonel derecelendirilmiş malzeme (FDM)'ler dereceli yapıları nedeniyle spesifik özelliklere sahiptirler. Bu malzemeler pek çok alanda kullanılmaktadır, özellikle termal bariyer uygulamalarında yaygın olarak tercih edilmektedir. FDM'lerin imalatı için pek çok farklı yöntem kullanılabilir. Silindirik parçaların fonksiyonel derecelendirilmiş bir yapıda imalatı için santrifüj döküm yöntemi oldukça uygun bir metottur. Bu çalışmada, malzeme olarak Al-Si alaşımı seçilmiştir. İç yüzeyinde %32 (hacimsel oran), dış yüzeyinde %8,5 Si içeren fonksiyonel derecelendirilmiş silindirik parçanın ve %22 Si içeren derecelendirilmemiş (homojen) silindirik parçanın sonlu elemanlar yöntemiyle analizleri yapılmıştır. Bu parçaların boyutları (iç çap 74 mm; et kalınlığı 6 mm ve boyu 165 mm), 2012-2016 yılları arasında Türkiye'de en çok satılan benzinli binek araçların silindir boyutları dikkate alınarak belirlenmiştir. Silindirik parçalar aynı ısıl yüke ve aynı aşınma koşullarına maruz bırakılmıştır. Isıl genleşme sonucu oluşan en yüksek Von Mises gerilmesi fonksiyonel derecelendirilmiş parça için 47,526 MPa, derecelendirilmemiş parça için ise 95,487 MPa olarak bulunmuştur. Aşınma analizi sonucu ise fonksiyonel derecelendirilmiş parçanın aşınma oranının derecelendirilmemiş parçanınkinden yaklaşık %14 daha az olduğu tespit edilmiştir.

Functionally graded materials (FGM) have specific properties due to their graded structures. These materials are used in many areas, especially in thermal barrier applications. Many different methods can be used for manufacturing of fuctionally graded materials. Centrifugal casting is a very convenient method for the production of cylindrical parts to gain them functionally graded structure. In this project, Al-Si alloy was chosen as material. Functionally graded cylindrical part having 32% (volume fraction) Si content on inner surface, 8,5% Si content on outer surface and ungraded (homogeneous) cylindrical part having 22% Si content was analyzed by the finite element method. The dimensions (inner diameter 74 mm; wall thickness 6 mm and lenght 165 mm) of these parts were determined by considering the cylinder dimensions of the gasoline passenger cars best-selling between 2012 and 2016 in Turkey. Cylindrical parts were exposed to the same thermal load and same wear conditions. The maximum Von Mises stress because of the thermal expansion was found to be 47,526 MPa for the funtionally graded part and 95,487 MPa for the ungraded part. As a result of the wear analysis, it was found that the wear rate of the functionally graded part is about 14% less than that of the ungraded part.