Atık metal talaşlarının geri dönüştürülmesiyle metal matris kompozit malzemelerin üretimi ve mekanik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu tez kapsamında GGG-40 (Küresel grafitli dökme demir) ve Bronz (CuSn10) talaşlarının çift etkili sıcak presleme yöntemiyle geri dönüştürülmesi sonucu elde edilen metal matrisli kompozit malzemenin mekanik özellikleri belirlenmiştir.Atık metal talaşlarının değerlendirilmesi ve/veya yeniden kazanımı konusunda bugüne kadar bir çok çalışma yapılmıştır. Yapılan çalışmaların büyük çoğunluğu talaşların ergitme prosesleri yardımıyla faydalı hale getirilmesi üzerinedir. Ergitme prosesinin yüksek enerjiye ihtiyaç duyması ve çevreci olmaması sebebiyle alternatif geri dönüşüm metotları üzerinde çalışmalar artmaktadır. Yapılan çalışmalar incelendiğinde çalışmaların bronz, pirinç, ve alüminyum talaşları üzerine yoğunlaştığı görülmektedir. Yapılan literatür incelemesinde dökme demir talaşlarının metal matrisli kompozit malzeme üretiminde kullanıldığını gösteren bir çalışmaya rastlanmamıştır. Dolayısıyla bu çalışmanın literatürdeki eksikliğe katkı yapması umulmaktadır.Bu tez çalışmasında belirli bir kimyasal bileşimde döktürülen ve tornada işlenen çubuklardan üretilen CuSn10 ve GGG-40 talaşları kırıldıktan ve elendikten sonra 4 farklı kompozisyonda karıştırılmıştır. Elde edilen karışımlar 3 farklı sıcaklık ve basınç değerinde silindirik ve prizmatik olarak kapalı kalıp içerisinde çift etkili pres yardımıyla preslenerek metal matrisli kompozit malzemeler üretilmiştir. Üretilen numunelere gözeneklilik, Brinell sertlik, mikro sertlik, basma ve üç noktadan eğme testleri yapılarak, sıcaklık, basınç, karışım oranı, ve ultrasonik temizlik işlemlerinin mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir ve tüm numunelerde işlem süresi, sabit tutulmuştur. Yapılan tez çalışması sonucunda, atık bronz ve dökme demir talaşlarından, döküm yöntemiyle üretilen saf CuSn10 malzemeden daha yüksek mukavemetli ve gözenekli malzeme elde edilmiştir. Bunun yanı sıra uygulanan yöntemin döküm yönteminden daha çevreci ve daha düşük maliyetli olması yöntemin önemini artırmaktadır. Bunlara ek olarak deneyde kullanılan üretim parametrelerinin mekanik özelliklere ne ölçüde etki ettiği tüm mekanik özellikler için değerlendirilmiştir. Ayrıca EDX analizi ve SEM mikroskop görüntüleri yardımıyla talaşlar içerisindeki oksit miktarı belirlenmiş ve oksijenin bağlanmaya etkisi incelenmiştir.

In this study, metal matrix composite material (MMC) consisting of spheroidal graphite cast iron (SGCI) and bronze (CuSn10), were produced by isostatic hot pressing and their mechanical properties were researched.There are a number of studies about recycling of metal chips in technical literature. Many of these studies are related to recycling of metal chips by means of melting. There is an upward trend in alternative recycling process owing to casting processes are not eco-friendly and it results in high energy consumption. Literature review revealed that, almost all studies have been concentrated on bronze, brass and aluminum. It has not been encountered a study which is relevant to production of MMC which is compose of SGCI as of this writing. In this study, bronze and cast iron chips, which are produced by spinning under constant spin parameters, were grinded in tumbling ball mill. MMC materials, which were composed of four different composition, have been produced in cylindrical and prismatic mould by the aid of isostatic hydraulic press in 3 different temperatures (350 ̊ C , 400 ̊ C , 450 ̊ C) and pressures ( 480 MPa,640MPa, 820MPa ) According to relevant ASTM standards, density tests, Brinell hardness tests, Microvickers hardness tests, compression tests and three point bending tests were carried out. Effects of temperature, pressure and mixture composition, have been scrutinized by means of mechanical tests. Also, the effect of ultrasonic cleaning upon bond quality and mechanical properties were searched. Effect of ultrasonik cleaning is search by EDX analyze and SEM microscope, which can detect the amount of O2 on metals surface.As the aforementioned points show, it has been proved that the new MMC materials, which are manufactured bronze and cast iron chips, are more resisting, tough than pure bronze, which is manufactured by casting. On the other hand, some of MMC materials has low mechanical properties when it compares to other samples. All things considered, it can be mentioned that this method is more eco-friendly, low-cost in spite of the fact that these new samples manufactured new method have high mechanical properties.