Alüminyum esaslı kompozitlerde takviye oranı ve boyutunun mekanik özellikler ve işlenebilirlik üzerine etkisinin araştırılması

Abstract

ALÜMİNYUM ESASLI KOMPOZİTLERDE TAKVİYE ORANI VE BOYUTUNUN MEKANİK ÖZELLİKLER VE İŞLENEBİLİRLİK ÜZERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI (Doktora tezi) İbrahim ÇİFTÇİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ekim 2003 ÖZET Bu araştırmada; sıvı metal karıştırma-basınçlı döküm yöntemiyle ortalama 30, 45 ve 110 (im boyutlu SiC parçacıklardan ağırlıkça % 8, 16 ve 32 oranlarında içeren 2014-A1 esaslı metal matrisli kompozit (MMK) malzemeler üretilmiştir. Üretilen MMK malzemelerin mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Kaplamasız sementit karbür, kaplamalı sementit karbür, kübik bor nitrit (CBN) ve elmas kaplamalı sementit karbür kesici takımlar kullanılarak MMK malzemeler işlenebilirlik deneylerine tabi tutulmuştur. İşlenebilirlik deneyleri tornalama yöntemiyle, soğutma sıvısı kullanılmadan yapılmış ve işlenebilirlik kriterlerinden kesici takım aşınması ve iş parçası yüzey pürüzlülüğü incelenmiştir. Ayrıca, elmas kaplamalı sementit karbür kesici takımlarla işleme esnasında kesme kuvvetleri de ölçülmüştür. Deneyler farklı kesme hızları, sabit talaş derinliği ve sabit ilerleme hızında yapılmıştır. Artan parçacık oranı ve boyutu ile kullanılan bütün kesici takımlarda aşınma artmıştır. CBN kesici takımlar haricinde artan kesme hızıyla da kesici takım aşınması artmıştır. En yüksek aşınma direncini CBN kesici takımlar sergilemiştir. Elmas kaplamalı sementit karbürler diğer sementit karbürlerden daha iyi aşınma direnci gösterirken en düşük aşınma direncini de kaplamasız sementit karbürler göstermiştir. Kaplamasız ve kaplamalı sementit karbür kesici takımlarla elde edilen yüzeyler arasında bir karşılaştırma yapıldığında kaplamasız sementitkarbürlerin ortalama yüzey pürüzlülük değerine (Ra) göre özellikle düşük kesme hızlarında daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Kaplamalı sementit karbür kesici takımlarda daha kararlı bir yığıntı talaş oluştuğu ve bunun da daha yüksek Ra değerlerine sebep olduğu düşünülmüştür. Aşınmış kesici takımlar optik ve tarama elektron mikroskoplarında (SEM) incelenerek aşınma biçimleri ve mekanizmaları belirlenmeye çalışılmıştır. Bütün kesici takımlarda etkin olan aşınma biçimi yan yüzey aşınması olmuştur. Kaplamasız ve kaplamak sementit karbürlerde abrasif aşınma mekanizmasının etkili olduğu ve yüksek kesme hızlarında da ilave olarak kesici uçta kırılmalar görülmüştür. Elmas kaplamlı sementit karbürler ve CBN kesici takımlarda ise abrasif ve adhesiv aşınma mekanizmalarının birlikte etkili olduktan görülmüştür. Ayrıca, en büyük boyutlu parçacıklarla (110 um) takviyeli MMK malzemenin CBN kesici takımla işlenmesinde kesici uçta yoğun bir şekilde kırılmalar görülmüştür. Bilim Kodu : 708 Anahtar Kelimeler : Metal matrisli kompozit (MMK), sıvı metal kanştırma- basınçlı döküm yöntemi, işlenebilirlik, kesici takım aşınması, yüzey pürüzlülüğü Sayfa Adedi : 129 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Mehmet TÜRKER

Ill INVESTIGATION OF REINFORCEMENT WEIGHT FRACTION AND SIZE ON MECHANICAL PROPERTIES AND MACHINABILITY OF ALUMINIUM BASED COMPOSITES (PhD Thesis) Ibrahim ÇİFTÇİ GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY October 2003 ABSTRACT In this study; 2014-A1 based metal matrix composites (MMCs) containing three levels of SiC particles (8, 16 and 32 wt %) of different mean particle sizes (30, 45 and 110 ^m) were prepared using a melt stirring-squeeze casting route. Microstructural and mechanical properties of these composites were examined. These MMCs were subjected to machinability tests through single point continuous turning using uncoated cemented carbide, coated cemented carbide, cubic boron nitride (CBN) and diamond coated cemented carbide. The tests were performed dry and cutting tool wear and surface roughness criteria were investigated among the machinabilty criteria. In addition, cutting force measurements were also performed during machining using diamond coated cemented carbide tools. The tests were carried out at different cutting speeds while depth of cut and feed rate were kept constant. It is seen from the results that cutting tool wear increased with increasing SiC size and weight fraction for all the cutting tools used. Except for CBN cutting tools, tool wear also increased with increasing cutting speed. CBN cutting tools exhibited the highest wear resistance. Diamond coated cemented carbides showed better wear resistance than those of the other cemented carbides while uncoated carbide showed the worst wear resistance. When a comparison was made between the surfaces produced using uncoated and coated cemented carbide tools, it was seen thatIV uncoated cemented carbides produced better surface finishes in terms of Ra values, particularly at lower cutting speeds. This was explained by the presence of more stable built-up-edge (BUE), which causes poor surface finish, on the coated cemented carbides. In order to determine tool wear modes and mechanisms, worn cutting tools were investigated using optical and scanning electron microscopes (SEM). SEM investigation revealed that tool flank wear was the dominant wear mode for all the cutting tools. In addition to abrasive wear mechanism, chipping particularly at high cutting speeds was found to be effective for uncoated and coated cemented carbide tools. Both abrasive and adhesive wear mechanisms were found to be effective for CBN and diamond coated cemented carbide cutting tools. Additionally, chipping of CBN cutting tools was observed when machining the MMC material containing particles of 110 pjn in size. Science code : 708 Keywords : Metal matrix composite (MMC), melt stirring-squeeze casting method, machinability, cutting tool wear, surface roughness Page number : 129 Adviser : Prof. Dr. Mehmet TÜRKER