Fabrication and characterization of Al, AlMgSi, and AlSi foams
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
Sıkıştırılmış toz ergitme yöntemi (STE) ile metal köpüklerin üretimi ve üretim esnasında dikkate alınması gereken işlemlerden malzeme ve metot seçimi, tozların karıştırılması, soğuk sıkıştırma, sıcak sıkıştırma, sıcak ekstrüzyon ve köpürtme kısaca açıklanmıştır. Al2O3 seramik parçacıkları katılmasının AlMgSi matrisli köpüklerde ısıl işleme, hücre yapısına ve mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. Alüminyum alaşımı ve kompozit köpükler STE metoduyla üretilmiştir. AlMgSi (6061) alaşımını temsilen önceden hazırlanmış Al, Mg, Si ve Cu toz karışımı ile ısıl işlemden geçmiş TiH2 tozu ve Al2O3 seramik parçacıkları karıştırılmış, karışım sıcak şekilde sıkıştırılmış ve çıkan ürün 750 ile 800 °C arası sıcaklıklarda köpürtülmüştür. Kompozit köpüklerde kullanılan <20 µm Al2O3 miktarı hacmen 3, 5 yüzde 10 olarak seçilmiştir. Köpüğü farklı ısıl işlemlerden geçirmenin mikrosertlik değerlerine etkileri incelenmiştir. Tam bir ısıl işlemden geçen köpükler en yüksek basma dayanımını göstermiş ve ısıl işlemden geçmeyen köpüklere göre yüzde yüzlere kadar artan dayanım değerleri ölçülmüştür. Al2O3 parçacıkların ısıl işlemle sertleşme kabiliyetini etkilemediği görülürken, hacmen yüzde 3 ve 5 katıldığında basma rijitliği ve dayanımda artma tespit edilmiştir. Bu artış seramik hacmen yüzde 5'e kadar katıldığında köpüğün hücre yapısındaki iyileşmeye ve azalan drenaja dayandırılmaktadır. Basma testi sonuçları köpüklerin mikroyapısı ile birlikte yorumlanmış ve ölçülen elastikiyet modülleri ve basma dayanımları ile bağıl yoğunluk arasında ilişkiyi veren eşitlikler elde edilmiştir. Sonuç olarak köpüklerin genel olarak homojen olmadıkları ve elde edilen eşitliklerden köpüklerin mekanik özelliklerinin açık hücreli bir köpükten beklenen değerlere yakın olduğu bulunmuştur.Alüminyum köpük üretiminde önemli bir kavram da köpürme sırasındaki yapısal kararlılıktır. Özellikle saf alüminyumla yüksek köpürme oranlarını elde etmek çok güçtür. Bu çalışmada, Al-TiH2 toz karışımına Al2O3 ve B4C seramik parçacıklar ilave edilerek köpürmede bir iyileştirme sağlanmıştır. Karışımın sıkıştırılması sıcak ekstrüzyonla sağlanmıştır. Extrüzyondan elde edilen ara-ürünler 800 °C de köpürtülmüş ve makro ile mikro yapıları incelenmiştir. Her iki seramik katkısının da Al köpüklerin hücre sayısını ve hücre boyutlarının homojenliğini arttırdığı görülmüştür. Köpürme sırasındaki kararlılığının katı bileşenler sayesinde artıyor göründüğü tespit edilmekle birlikte bunu sağlayan mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır. Seramik parçacıklarının birçoğunun sıvı Al matris tarafından kısmi olarak ıslatıldığı ve katılaşma sonrasında metal ile gaz arasında ayrışarak hücre duvarlarında konumlandıkları gözlemlenmiştir. B4C parçacıklarının Al2O3 parçacıklarına göre Al matris tarafından daha iyi ıslatıldıkları görülmüş ve bunun sonucunda saf Al ve Al2O3 eklenmiş Al köpüklerin hücre duvarlarına göre daha düzgün bir hücre duvarı yüzeyine sahip köpükler elde edilmiştir.Son olarak STE metoduyla farklı bir matris alaşımı ötektik-üstü bir AlSi (AlSi14Cu2.5Mg0.6) kullanılarak köpük üretilmiştir. Bu yüksek Si içeren alaşımın Mg, Cu veya Zn içeren diğer Al alaşımlarına göre yüksek aşınma direnci, yaşlandırma yapılmadan elde edilebilen yüksek mekanik dayanım ve boyutsal kararlılık gibi bazı avantajları vardır. Üretilen köpükler ısıl işlemden geçirilmiş ve mikroyapı ile mekanik özellikleri incelenmiştir. Sonuçlar ısıl işlem ile ötektik Si tanelerinde küreselleşme olduğunu ve yoğunluğa bağlı olarak köpüklerin basma dayanımının yüzde 50'lere kadar arttırılabileceğini göstermektedir. Köpüklerin deformasyonu gevrek köpüklere benzer şekilde olmuş ve köpüğü sabit yük altında enerji emme uygulamalarına aday yapacak bir özellik olarak yoğunlaşma birim uzamasının sünek bir köpüğe göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Manufacturing of metal foams by using powder compact melting (PCM) method, with the most important considerations like material and method selection, powder blending, cold compaction, hot compaction and hot extrusion and foaming is explained briefly. The effects of Al2O3 particle addition on the heat treatment, cell structure and mechanical properties of AlMgSi foams were studied. Alloy and composite foams were manufactured by powder compact melting (PCM) method. A pre-blended mixture of Al, Mg, Si and Cu representing the wrought AlMgSi alloy (6061) were mixed with heat treated TiH2 and Al2O3 ceramic particles, hot compacted and foamed at temperatures between 750 and 800 °C. The amount of <20µm sized Al2O3 particles in the composite foams were 3, 5 and 10 per cent by volume. The effects of different heat treatments on the microhardness of the foams were investigated. Foams that were fully heat treated had the highest hardness values and they performed best with an increase in collapse strength up to 100 per cent over the untreated samples. It was found that the addition of Al2O3 did not affect the hardenability but the strength and the compression stiffness of the composite were increased with 3 and 5 vol. per cent Al2O3 addition. This was attributed to the improved cell structure and decreased drainage when the ceramic amount is not more than 5 per cent. The compression test results were interpreted in terms of the foam?s microstructure and correlations were made relating the unloading modulus and compression strength of the foams with the relative density. It was found that the foams were inhomogeneous and their mechanical properties were close to those expected from open cell foams.An important phenomenon in Al foam production is stabilization of the structure. Especially it is very difficult to have highly expanded foams made from pure Al. In this study, an improvement in the stabilization was achieved by Al2O3 and B4C ceramic powder addition to the Al-TiH2 mixtures. Compaction of the mixture was achieved by hot extrusion. Extruded dense semi-products (precursors) were foamed at 800 °C and the resultant foams macro and microstructures were analyzed. It was found that both of the ceramics increased the number of cells and cell size homogeneity of Al foams. The stabilization seems to be enhanced with the presence of solid constituents but the mechanism acting could not be understood clearly. Most of the ceramic particles were partially wetted and segregation between the metal and gas interface was observed. The wetting of B4C particles by the aluminum matrix was relatively better and this resulted in smoother foam cell walls when compared with the cell walls of pure and Al2O3 added Al foams.Finally, a different matrix alloy, hypereutectic AlSi (AlSi14Cu2.5Mg0.6) was used for foam manufacturing by PCM method. The alloy has some advantages over the Mg, Cu and Zn added alloys like good wear resistance, high mechanical strength without aging heat treatment and dimensional stability. Foams manufactured were heat treated, in order to analyze the changes in the microstructure and the mechanical properties. The results showed that, heat treatment caused spheroidizing of eutectic Si phases and depending on the density, the compression strength of the foams could be increased up to 50 per cent. The deformation of the foam was similar to brittle foams and densification strain was higher than ductile foams which makes it a good candidate for energy absorption applications at constant load.
Collections