Karma takviyeli (Al/B4C–Ni(K)GR) alüminyum matrisli kompozitlerin sıcak presleme yöntemi ile üretimi mekanik özellikleri ve işlenebilirliği

Abstract

Bu çalışmada, endüstriyel alanda gittikçe yaygınlaşan karma takviyeli metal matrisli kompozit (MMK) malzemelerin üretilmesinde karşılaşılan sorunları enaza indirmek, üretimi gerçekleştirilen karma takviyeli MMK malzemelerin içerisinde ağırlıkça farklı oranlarda bulunan nikel kaplı grafitin mekanik özellikleri (sertlik, üç nokta eğme ve aşınma) ve işlenebilirlik üzerine etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmada, matris elemanı olarak ikincil metalurji işlemler (yaşlandırma) ile dayanım özellikleri geliştirilen alüminyum alaşımı Alumix 13, takviye elemanları olarak ise bor karbür (B4C) ve üzeri nikel kaplı grafit (Ni(K)Gr) kullanılmıştır. Takviye elemanı olan B4C ağırlıkça % 8 oranda sabit tutulup yapı içerisine ağırlıkça % 0, % 3, % 5 ve % 7 oranında ilave edilen diğer bir takviye elemanı üzeri Ni(K)Gr kullanılarak dört farklı karma takviyeli MMK malzeme üretimi gerçekleştirilmiştir. Tornalama deneyleri dört farklı kesme hızı (100, 140, 180 ve 220 m/dak), üç farklı ilerleme miktarında (0,1, 0,15 ve 0,20 mm/dev), sabit kesme derinliği (0,5 mm) ve kuru işleme şartlarında gerçekleştirilmiştir. Üretilen karma takviyeli MMK malzemelerin aşınma deneyleri ASTM: G99'a göre kuru kayma şartları altında, sabit kayma hızında (0,8 m/s), dört farklı yük ile (10, 20, 30 ve 40 N) ve dört farklı yol (300, 600, 900 ve 1200 m) kat edilerek Pin–on disk aşınma cihazında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ortalama yüzey pürüzlülüğü ve yığıntı talaş oluşumlarına göre bütün karma takviyeli MMK malzemelerde kesme hızı arttıkça ortalama yüzey pürüzlülük değerinin ve yığıntı talaş oluşumunun azaldığı, ilerleme miktarının artması ile ortalama yüzey pürüzlülük değerinin ve yığıntı talaş oluşumunun arttığı tespit edilmiştir. En iyi ortalama yüzey pürüzlülük değeri olan 1,03 µm 0,1 mm/dev ilerleme miktarında ve 220 m/dak kesme hızında K4 kodlu karma takviyeli MMK malzemede, en yüksek ortalama yüzey pürüzlülük değeri olan 2,67 µm ise 0,2 mm/ dev ilerleme miktarında 100 m/dak kesme hızında K1 kodlu karma takviyeli MMK malzemede elde edilmiştir. En düşük yığıntı talaş değeri 0,1 mm/dev ilerleme miktarında ve 220 m/dak kesme hızında K4 kodlu karma takviyeli MMK malzemede 0,065 mm, en yüksek yığıntı talaş değeri 100 m/dak kesme hızında K1 kodlu karma takviyeli MMK malzemede 0,279 mm olarak elde edilmiştir. Aşınma deneylerinde en düşük aşınma değeri K1 kodlu karma takviyeli MMK malzemede 10 N yük altında 300 m kayma mesafesinde 0,0010 g, en yüksek aşınma kaybı ise 40 N yük altında 1200 m kayma mesafesinde 0,0152 g elde edilmiştir.

In this study, to be able to decrease the problems encountered while producing the hybrid reinforced composite materials which are widely used in industrial area, we investigated the mechanical features (hardness, three-point bending and wearing) of nickel coated graphite (Ni(K)Gr) included in of hybrid reinforced composite materials in different ratios and its effects on the machinability. In the experimental study, alumix 13, aluminum alloy whose strength has been improved via secondary metallurgical processes (aging), was used as a matrix material. In addition, boron carbide (B4C) and Ni(K)Gr were used as reinforcing materials. Four different types of hybrid reinforced composite materials were produced by keeping B4C, the reinforcing material, at a constant 8% by weight and with the addition of 0 %, 3 %, 5 % and 7 % Ni(K)Gr (by wt) into the structure. Turning experiments were carried out at four different cutting speeds (100, 140, 180, 220 m/min), three different feed rates (0,1, 0,15, 0,20 mm/rev), fixed cutting depth (0,5 mm) and under dry cutting conditions. The wearing experiments of the hybrid reinforced composite materials, which had been produced, were carried out at a fixed dry sliding speed (0,8 m/s), with four different loads (10, 20, 30 and 40 N), under dry sliding conditions and by getting over four different ways (300, 600, 900 and 1200 m) on a pin-on disc testing machine according to ASTM:G99. According to obtained average surface roughness and built-up edge (BUE) formations, it was seen that with all the hybrid reinforced composite materials, while the cutting speed increases, the surface roughness value and the amount of BUE formation decrease, and while the feed rate increases, the surface roughness value and the amount of BUE formation increase. The lowest surface roughness value was 1,03 µm with the hybrid reinforced composite material coded as K4 at 0,1 mm/rev feed rate and 220 mm/min cutting speed. The highest surface roughness value was 2,37 µm with the hybrid reinforced composite material coded as K1 at 0,2 mm/rev feed rate and 100 mm/min cutting speed. The lowest BUE value was 0,065 mm with the hybrid reinforced composite material coded as K4 at 0,1 mm/rev feed rate and 220 mm/min cutting speed. The highest BUE value was 0,279 mm with the hybrid reinforced composite material coded as K1 at 100 mm/min cutting speed. In the wearing experiment, the lowest wearing loss was 0,0010 g with the hybrid reinforced composite material coded as K1 under 10 N load and in 300 m sliding distance and the highest wearing loss was 0,0152 g under 40 N load and in 1200 m sliding distance.