Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Aşınmaya Dirençli Alüminyum Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Prosesinin Tasarımı Grup: 8 Yrd. Doç. Dr. Işıl KERTİ 15.06.2010.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Aşınmaya Dirençli Alüminyum Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Prosesinin Tasarımı Grup: 8 Yrd. Doç. Dr. Işıl KERTİ 15.06.2010."— Sunum transkripti:

1 Aşınmaya Dirençli Alüminyum Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Prosesinin Tasarımı Grup: 8 Yrd. Doç. Dr. Işıl KERTİ

2 SUNUM İÇERİĞİ Tasarımın amacı MMK’de matris ve takviye malzemeleri MMK üretim yöntemleri AMK’de matris / takviye arayüzeyi MMK’de mekanik ve fiziksel özellikler Uygulanan testler MMK kullanım alanları Fizibilite çalışması Deneysel çalışma

3 Tasarımın Amacı Al matrisli B4C takviyeli kompozitlerin üretimini incelemek ve bu kompozit malzeme için uygun üretim yöntemini seçerek aşınmaya dayanıklı kompozit malzeme üretebilmektir.

4 MMK’de matris ve takviye malzemeleri Alüminyum matris malzemesi

5 Alüminyumun üstünlükleri Yüksek ısıl iletkenlik, Yüksek mukavemet/özgül ağırlık, Yüksek elektrik iletkenliği/ özgül ağırlık, Düşük ergime derecesi, Yüzey işleme yöntemlerinin çeşitliliği, Yüksek atmosferik korozyon direnci, Kolay şekil verilebilmedir.

6 Alüminyum Döküm Alaşımları

7 Alüminyum döküm alaşımlarının element içerikleri

8 Alüminyum alaşımlarında yer alan elementler ve etkileri:

9 METAL MATRİS KOMPOZİTLERDE TAKVİYE MALZEMELERİ AMK’lerde kullanılan takviye malzemeleri Al2O3, SiC, B4C, WC ve TiC malzemelerdir. Bunların içinde en sık kullanılanlar ise SiC ve B4C’dür.

10 Çeşitli takviye malzemeleri ve özellikleri

11 Bor Karbür(B4C) ◦ Elmas ve kübik bor nitrürden sonra gelen en sert maddedir. ◦ Yüksek erime sıcaklığı, ◦ Yüksek mukavemet, ◦ Düşük yoğunluk, ◦ Kimyasal inertlik, ◦ Sıradışı termal ve elektriksel özelliklere sahiptir.

12 MMK Üretim Yöntemleri Vakum infiltrasyon yöntemi Gaz basınçlı infiltrasyon yöntemi Sıkıştırmalı döküm infiltrasyon yöntemi Basınçlı döküm infiltrasyon yöntemi Karıştırmalı (vorteks) Döküm Yöntemi Toz metalürjisi yöntemi Difüzyonla Bağlama Yöntemi İn-situ (yerinde oluşan) Yöntemi

13 MMK Üretim Yöntemleri

14 Karıştırmalı (vorteks) Döküm Yöntemi Vorteks metodu olarak da anılan, partiküllerin bir karıştırıcı vasıtasıyla oluşturulan girdap üzerinden eklendiği yöntemde, ergitilen metal matrisin içine daldırılan bir karıştırıcı yardımıyla oluşturulan girdap içine seramik takviye malzemeleri kontrollü olarak verilerek kompozit malzeme elde edilir.

15

16 Karıştırmalı (vorteks) Döküm Yöntemi Ergiyik karıştırma yönteminin çekici olmasının sebebi, tüm konvansiyonel metal imal ve işlem yöntemlerinin uygulanmasının mümkün oluşudur ve bu maliyetleri düşürmektedir.

17 Bu tekniğin şu avantajları vardır: Klasik döküm işlemleriyle daha düşük sıcaklıkta gerçekleştirilir. Islanmayan malzemelerin karıştırma hareketi ile ıslanabilirliği artar. Yarı katı durumunda daha düşük basınçla kusursuz parçalar üretilebilmekte ve katı alaşım partiküllerin varlığıyla çökelti, yüzme ve yığılma önlenebilmektedir. Büyük boyutlu çubuklar üretilebilir. Elyaf matris çifti uygun seçilirse tekrar eritilerek döküm elde edilebilmektedir

18 Bu tekniğin dezavantajları ise şöyledir; Elyaflar arasındaki boşluklar tamamen yok edilmeyebilir. Sıvı ve parçacık takviye arasındaki temas zamanı uzun olursa birbirini etkileyebilir. Aşırı arayüzey reaksiyonu oluşabilir. Mekanik hareketlilik sırasında seramik parçacıkların kırılması gibi çeşitli zorlukları olabilir.

19 Karıştırma işleminin en büyük dezavantajı; çekilmeden kaynaklanan poroziteden ayrı olarak karıştırma ile oluşturulan girdabın takviye elemanları ile birlikte hava kabarcıklarının sıvı içine girmesi ile sıvı metalin gaz içeriğinin artması ve bu nedenle de üretilen kompozit malzemelerin poroziteli olmasıdır Poroziteyi azaltmak için kullanılan yaklaşımlar şunlardır: Çevreyi kontrol etmek (vakum uygulamak v.b.) Özel karıştırıcı dizaynı ve girdap oluşumunu bozan parçaların kullanımı Karıştırıcı hızı, boyutu ve sıvı içindeki pozisyonu Partiküllere ısıl işlem uygulama gibi üretim parametrelerin düzenlenmesidir.

20 Partikül dağılımına katılaşma koşullarının etkisi (a) düşük katılaşma (hassas döküm) hızı, (b) yüksek katılaşma (basınçlı kalıba döküm) hızı

21 Proses Parametreleri Sıvı metalin bileşimi, sıcaklığı, soğutma hızı ve bileşimi Katılaşan sıvının viskozitesi Karıştırıcının boyutu Karıştırma süresi Karıştırıcının pozisyonu (derinliği ve eğimi) Karıştırma hızı Partiküllerin ve ergiyin özgül yoğunluğu İlave edilen partiküllerin boyutu ve miktarı Katılaşma süresince herhangi bir dış kuvvetin varlığı Son karıştırma işlemi ile döküm arasında geçen süre Kalıp malzemesinin özellikleri ve kalıp sıcaklığı

22 AMK’de Matris / Takviye Arayüzeyi AMK’lerde sertlik aynı zamanda matris takviye arayüzeyinin gücüyle doğru orantılıdır; yani güçlü bir arayüzey, mekanik özelliklerin iyileştirilmesinde ve dolayısıyla aşınmaya karşı yüksek direnç elde etmede oldukça etkildir. Güçlü bir arayüzey için ise; Islanabilirliğin iyi olması, Matris ve takviye arasında gerçekleşen arayüzey reaksiyonlarının kontrol altında tutulması, İstenmeyen fazların oluşumunun engellenmesi, Matris ile takviye fazı arasında kuvvetli bir bağlanma istenir.

23 Al-B 4 C Arayüzeyi Al-B 4 C kompozitlerinin üretiminde, diğer pek çok Al-MMK’lerde olduğu gibi, karşılaşılan temel sorun, özellikle ağ. %10’un üzerindeki takviye oranları ve 1100 o C ve altı gibi düşük sıcaklıklar için alüminyum metalinin takviye malzemesi olan bor karbür yüzeyini, etkili bağlanmayı sağlayabilecek ve bunun sonucunda kompozitin istenilen mekanik özelliklere sahip olmasını sağlayacak şekilde ıslatamamasıdır. Islanabilirliği arttırmanı başlıca nedenleri şöyle sayılabilir: Katının yüzey enerjisini arttırmak, Sıvı metal alaşımının yüzey gerilimini azaltmak, Parçacık-matris arayüzeyinin enerjisini azaltmak Islatabilmeyi arttırmak için takviye malzemesine çeşitli işlemler uygulanır. Takviye malzemesinin kaplanması, Matris malzemesinin modifikasyonu, Takviye malzemelerine ısıl işlem uygulamaktır.

24 Islatmayı İyileştirme Yöntemleri Matris alaşımına alaşım elementlerinin katılması Seramik parçacıklarının kaplanması Seramik parçacıklara ön ısıtma uygulanması Sıvı alaşım sıcaklığının yükseltilmesi Islatmayı Kötüleştiren Faktörler Düşük sıcaklık Ergimiş metal yüzeyinde bulunan oksit filmi Seramik parçacık yüzeyinin bir gaz tabakasıyla kaplı olması Parçacık yüzeyine absorbe olmuş kirleticiler Parçacık boyutunun azaltılması

25 Kerti ve Toptan 2005’te yaptıkları çalışmada, Al-B 4 C kompozitleri, K 2 TiF 6 flaksı kullanarak, 1100 o C ve altındaki sıcaklıklarda üretmiştir. İlerleyen çalışmalar sonucunda, ağ. %5 ve %10 takviye oranlarında, ıslatma açısından olumlu sonuçlar alındığı, ne var ki ağ. %15 takviye oranına çıkıldığında, matris/takviye arayüzeyinde ıslanmanın yeterli düzeylerde kalmadığı görülmüştür. Halbuki aşınma direncinin yüksek olması için, partikül takviye oranının yeterli derecede yüksek olması gerekmektedir.

26 50 μm B 4 C tane boyutuna sahip ve ağ. %10 B 4 C içeren Al-MMK’nin (a) SEM görüntüsü ve bu görüntüye ait (b) B ve (c) Ti elementel haritaları

27 MMK’de Mekanik ve Fiziksel Özellikleri Mukavemet Yoğunluk Tokluk Sertlik Takviye Fazı Hacim Oranı Aşınma Isıl Özellikler İşlenebilirlik

28 TESTLER Eğme Deneyi Aşınma Testleri Sertlik Testleri Mikroyapı Testleri

29 MMK’lerin Kullanım Alanları: Elektrik-elektronik Tıp Denizcilik Makine elemanları Spor malzemeleri Uzay uygulamaları Havayolu taşımacılığı Demiryolu taşımacılığı Savunma sanayi Otomotiv endüstrisi

30 FİZİBİLİTE ÇALIŞMASI 1) Neden Al Matris? 2) Neden B4C? 3) Neden fluks malzemesi kullanıyoruz? 4) Neden Vorteks? 5) Neden LM26? 6) Maliyet ve Çevre Analizi

31 DENEYSEL ÇALIŞMA Deneyde Kullanılan Cihazlar ve Malzemeler:

32

33

34

35 PROSES AKIM ŞEMASI

36 Deney Koşulları

37 Şekilde AlSi9Mg matris içinde %15 oranında B 4 C takviyesinin homojen bir şekilde dağıldığı görülmektedir. Beyaz renkli olarak görünen faz ise Al 3 Ti fazıdır. Titanyumun K 2 TiF 6 halinde katılmasının sebebi ara yüzeyden oksit tabakasının flaksta bulunan K ve F yardımıyla uzaklaştırılmasıdır. Deneysel Bulgular

38 Şekildeki grafikte Al / B 4 C kompozit numunenin sürtünme katsayısı değerlerinin zamana bağlı olarak değişimi görülmektedir. Sürtünme katsayısının bir süre sonra stabil hale gelmesinin sebebi, aşınma sırasında karşı malzemeden (çelik) kopan demir ile bir tribo layer (koruyucu tabaka) oluşturmasıdır.

39 Deney Sonuçları ve Yorum Yapılan çalışmalarda aşınmaya dirençli alüminyum matrisli kompozit malzeme üretiminde aşınmayı geliştirecek ve mevcut olan üretim sistemindeki sorunları minimize edecek yollar izlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ve yorumlar kısaca aşağıdaki gibidir:

40 1) K 2 TiF 6 flaksı kullanılarak düşük sıcaklıkta Al matrisli B 4 C takviyeli kompozit malzeme üretimi mümkündür. 2) Flaksın kullanımı hem arayüzeydeki oksit tabakasını uzaklaştırırken, hem de oluşan Al 3 Ti fazı arayüzeyde ıslanmayı arttırarak bağ mukavemetini olumlu yönde etkiler. 3) Al malzemeye ilave edilen homojen dağılımlı B 4 C parçacıları sayesinde üretilen malzemenin sertliği artmıştır. Aynı zamanda takviye elemanının miktarının artışı da sertliği olumlu yönde etkilemiştir. 4) Dökümün vakum altında gerçekleştirilmesi aşınma direncini olumlu yönde etkilemiş olup, üretilen kompozit malzemenin aşınma direnci değeri dökme demirinkinden daha fazladır.

41 5) Dökümün ardından yapılan 100 Mpa’lık pres sonucu porozite değerleri oldukça azalmıştır. 6) Vakumlu ortamda üretim oksit filmlerinin oluşumunu engellemiştir. Çalışma ortamındaki güvenlik sebebiyle 2.5 milibar gibi düşük bir basınçta bile oksit filmlerinin azaltılması sistemin doğru işlediğini göstermektedir. 7) Al-B 4 C kompozit malzemelerinden yapılan fren disklerinin dökme demirden yapılan fren disklerine karşı özellikle ağırlığı azaltıcı etkisi belirlenmiş ve aşınma direncinin daha da geliştirilmesi için çalışmalar devam etmektedir. Yöntemdeki tek dezavantaj sistemin pahalı olmasıdır. Ancak üretim pratiğe indirgendikçe bu sorun da gelecekte ortadan kaldırılabilir.

42 KAYNAKLAR [1] Yrd. Doç. Dr. Uğur SOY,’’ Metal Matris Kompozit Malzemeler’’, Metal & Makina Dergsi, Sayı: 181, Sayfa: , Ocak-Şubat, 2010 [2] [3] F. Bedir, “Alüminyum kompozitlerinin üretimi, karakteristik özellikleri ve endüstriyel uygulamaları”, Mühendis ve Makine Cilt: 47 Sayı: 554, s [4] B. Salgın, Y. Erkan, N. Göçkan, A.U. Söyler, “Al Matrisli Bor Karbür Kompozitlerin Toz Metalurjisi ile Üretiminin İncelenmesi”, Bitirme Ödevi, İTÜ,(2005). [5] Metal Matrisli Kompozitlerin İnfiltrasyon ile Üretilmesi [6] ASM Metals Handbook Volume 21: [7] R. Ekici, “Al Esaslı SiC Partikül Takviyeli MMK Malzemelerin Darbe Davranışlarının İncelenmesi“, Erciyes Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, (2004) [8] Mehmet ACILAR, Ferhat GÜL, ” Basınçlı ve Vakum İnfiltrasyon Yöntemleri ile Üretilen Al/SiCp Kompozitlerde Üretim Yönteminin Abrasiv Aşınma Özelliklerine Etkisi”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Metal Eğitimi Bölümü 06500, Teknikokullar, Ankara (2002) [9] Coşku KUMRAL, 2007, “Sıkıştırma Döküm ile Üretilmiş Al 2 O 3 Takviyeli AA6061 Kompozit Malzemesinin Mekanik Özellikleri ve Isıl İşlem Davranışlarının Karakterizasyonu” Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul [10] Fatih TOPTAN, 2006, “Alüminyum Matrisli B 4 C Takviyeli Kompozitlerin Döküm Yöntemi ile Üretimi” Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul [11] Hikmet Uğur BORAN, 2008, “Al-B 4 C Kompozitlerinin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi” Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul [12] Soner BUYTOZ, Hülya EREN, 2007, “Al Metal Matris Kompozitlerin Abrasiv Aşınma Performansına Takviye Elemanlarının Etkisi” Fırat Üniversitesi, Elazığ [13] Demir A. (2006), “Metaller Arası Bileşik Mg2Si Takviyeli AZ91/Mg2Si Kompozit Malzemenin Geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi, G.Ü. [14] Fatih TOPTAN, Filiz KUMDALI, Işıl KERTİ, “Al-B 4 C Kompozitlerinin Fren Diski Olarak Kullanılabilirliğine Genel Bir Bakış” Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul [15] Mehmet Emin DENİZ, 2005, “Kompozit Malzemelerin Üretim Yöntemleri ve Isıl İşlemle Presleme Tekniğini Kullanarak Kompozit Malzeme Üretecek Bir Düzeneğin Tasarım ve İmalatı” Harran Üniversitesi, Şanlıurfa [16] Uğur SOY, 2009, “Metal Matrisli Kompozit Malzemeler” Sakarya Üniversitesi, Sakarya [17] Özlem BİCEN, Evren ÇAM, Seçkin ORUÇ, Yiğit GÖREN, Tamar TAŞKIRAN, İrem ERTAN, 2009, “Magnezyum Matrisli Kompozit Üretim Proses Tasarımı” Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul

43 [18] Joel Hemanth, , “Tribological Behavior of Cryogenically Treated B 4 Cp/Al-12% Si Composites” Siddaganga Institute of Technology, Karnataka, Hindistan [19] [20] Shorowordi, K. M., Haseeb, A. S. M. A., Celis, J. P., Velocity effects on the wear, friction and tribochemistry of aluminum MMC sliding against phenolic brake pad, Wear 256 (2004) 1176–1181 [21] Kerti, I., Production of TiC reinforced-aluminum composites with the addition of elemental carbon, Materials Letters 59 (2005) 3795 – 3800 [22] Toptan F., Kılıçarslan A., Karaaslan A., Kerti I., Ti İlavesi ile Üretilen Al-B4C Kompozitlerinde Matris/Takviye Arayüzeyinin Mikroyapısal Karakterizasyonu, YTÜ Kimya Metalürji Fakültesi, 2009 [23] Rohatgi, P.K., Liu, Y., Ray, S., Friction and Wear of Metal-Matrix Composites, Volume 18, ASM Handbook, Edited by S.D. Henry, 1992, p [24] ASTM Handbook Vol.8 Mechanical Testing and Evaluation, [25] Prof.Dr. Kaşif Onaran, Malzeme Bilimi, , 1986,İstanbul [26] ASTM Handbook Vol. 8 Mechanical Testing and Evaluation, [27] A.Atıcı, E.Durmuşoğlu, E.Şavata, G.Mangutlu, T.Balcı, T.Çakıroğlu, C.Yaz, E.Fidan, F.Yüksel, S.C.Aydıner,T.Tunçay, Plastik ve Metal Matrisli Kompozitlerden Şekilli Parça Üretminin Tasarmı, YTÜ,2009 [28] Eti” Mine, USGS-Min, Yearbook, 2001 [29] Erman CAR, “Alüminyum Üretimi”, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, Alüminyum Komisyonu [30] EAA (European Aluminium Association), “Aluminium in the Automotive Industry”, [31] [32] Hunt, Jr., W. H., Herling, D., “Cost-Effective Composites”, JOM, April, (2003), p.6 6F.pdf?OpenElement [33] Blau, P. J., Meyer III, H. M., (2003), Characteristics of wear particles produced during friction tests of conventional and unconventional disc brake materials, Wear 255, p [34]

44 BİZİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER…


"Aşınmaya Dirençli Alüminyum Matrisli Kompozit Malzeme Üretim Prosesinin Tasarımı Grup: 8 Yrd. Doç. Dr. Işıl KERTİ 15.06.2010." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları