An investigation of microstructure and mechanical properties of aluminum matrix composite reinforced with b4c particulates manufactured by powder metallurgy method

Abstract

Son zamanlarda partikül takviyeli alüminyum metal matris kompozitler yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve yüksek aşınma direncinden dolayı önemli araştırma konu başlıklarının arasına katılmıştır. Bundan dolayı, bu kompozitlerin mekanik özelliklerinin ve mikro yapılarının testlerle araştırılmasına gerek duyulmaktadır.Bu çalışmada 550 ºC'de sinterlenmiş, bor-karbür (B4C) takviyeli 63-?m çaplı alüminyum toz matrisinden elde edilmiş olan alüminyum bor-karbür kompozitlerin (Al-B4C) mikro yapıları ve mekanik özellikleri çalışılmıştır. Takviye partikül büyüklüğü ve takviye yüzdesinin yüzey sertlik, basma dayanımı, ve mikro yapı üzerindeki etkileri incelenmiştir.Değişik partikül boyutlarında (22, 77, and 120-µm) ve değişik kütle yüzdelerinde (3, 6, and 9) B4C aliminyum matrise eklenip, 550ºC argon atmosferinde sinterlenmiştir. Bunların sonucunda elde edilen mikro yapılar, yoğunluk, ve basma testi davranışları çalışılmıştırTakviye parça büyüklüklerinin ve yüzdelerinin basma dayanımını ve sertlik değerleri üzerinde önemli oranda etkili olduğu gözlenmiştir. SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri kompozitlerin mikro yapılarının da bu parametreler tarafından etkilendiğini göstermiştir. Ayrıca, kimyasal kompozisyonun güvenilir bir biçimde belirlenmesi amacıyla EDS (Enerji Dağılım Spektroskopisi) ve X-Işını kırınımı analizleri de yapılmıştır.

Currently some composite materials, especially aluminum metal matrix composites with particulate reinforcement and related manufacturing methods are among important research topics because of their low density, high specific stiffness and specific strength, and, high wear resistance. Therefore, there exists a need for investigation of their mechanical properties and microstructures.In this study, microstructure and physic mechanical properties of Al-B4C composites, boron carbide (B4C) particulate reinforcements in 63-µm diameter aluminum matrix, sintered at 550 ºC, are studied. The effects of parameters such as reinforcement particulate size and reinforcement percentage on hardness, compression strength, and microstructure are investigated.Different sizes (22, 77, and 120-µm) and different amounts (3, 6, and 9 wt%) of B4C were added to the base material, and pressureless sintering was conducted at 550 ºC under argon atmosphere. Resulting microstructures, densities, and compression test behaviors are studied.It is observed that particle sizes and percentages of the reinforcement significantly influence the compression strength and hardness values. Visual inspection using SEM (Scanning Electron Microscope) analyses indicates that the microstructure of the composite is also greatly effected by these parameters. In addition, EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) and X-Ray Diffraction analyses were performed for reliable determination of the chemical composition.