Yaşlandırılabilir bir Al-Al2- O3 kompozitinde aşınma dayanımı açısından optimum mekanik özelliklerin ve üretim şartlarının belirlenmesi

Abstract

Enerji ve hammadde kaynaklarının sınırlı oluşu, günümüz teknolojisinde uzun ömürlü ve düşük enerji kayıplı makina ve sistemlem- imaline yönelik çalışmaları ön planda tutmaktadır. Makine ve parçalarının çalışma ömürleri, aşınma mukavemeti yüksek malzemelerin üretilebilmesiyle önemli ölçüde arttırılabilmektedir. İzafi hareket yapan makina ve sistemlerde sürtünme katsayısının düşürülmesi ise enerji tasarrufu sağlayacaktır. Aşınma mukavemeti yüksek malzemeler içinde metal matriksli seramik partikül takviyeli kompozitler önemli bir yer tutmaktadır. Bu malzemelere klasik işlemlerle (dövme, haddeleme, ekstrüzyon v.s.) şekil verilebilmesi otomotiv, elektromekanik ve havacılık endüstrisinde kullanım alanlarını genişletmektedir. Bu tür kompozitlerde en çok kullanılan matriks malzemelerinden biri Alüminyum ve alaşımlarıdır. Bunlara Al203, SiC, Si02 gibi sert ve aşınma mukavemeti yüksek seramik partiküllerin ilave edilebilmesi için bu partiküllerin cinsi, büyüklüğü, oranı ve yapı içindeki dağılımı gibi sonucu etkileyici parametrelerin çokluğu ve önemi nedeniyle bir çok yöntem geliştirilmiş ve halen üzerinde çalışılmaktadır. Bu çalışmada, seçilen yaşalandırılabilir bir Alüminyum alaşımına, yüksek sıcaklıklarda kararlı, sert ve aşınma mukavemeti yüksek Al203 partiküllerinin ilave edilebilmesi için uygun bir üretim yöntemi kullanılarak Al/Al203 kompozitlerinin üretimi, %2-10 Al203 aralığında gerçekleştirilebilmiştir. Bunun için imal edilen bir düzenekte, katı-sıvı faz bölgesine ısıtılan alaşıma, ön ısıtmaya tabi tutulan partiküllerin inert gaz ortamında ilave edilmesi ve aynı anda mekanik olarak karıştırılması esas alınmıştır. VIIIUygun şartlarda yaşlandırıldıktan sonra üretilen kompozit malzemelerin aşınma davranışları, belirlenmiş şartları sağlayacak şekilde imal edilen aşınma deney düzeneğinde, partikül boyutu ve oranlarına bağlı olarak incelenmiş ve ayrıca partikül oranlarına bağlı olarak çekme ve çentik-darbe mukavemetleri belirlenmiştir. Ürettiğimiz kompozit malzemelerin, artan Al203 oranıyla çekme ve çentik darbe mukavemetlerinde (matriks malzemesine göre) bir azalma görülürken, aşınma dayanımlarında önemli ölçüde artış sağlanmıştır. Al203 oranının sabit tutulması halinde sertlik değerlerinde partikül boyutu ile doğrudan bir ilişki görülemezken aşınma dayanımının esas itibariyle belirli bir boyut değerine kadar (yaklaşık 80 fjm) arttığı ve daha büyük boyutların ise aşınma dayanımını negatif etkilediği gözlenmiştir.

Since energy and row material resources are limited, studies for production of machineries and systems of long life and low energy loss are very important in recent technology. Working life of machines and their components can be increased in a significant manner by producing materials with high wear resistance. Any reduction of friction coefficient in the machines and systems that makes relative motion will provide energy saving. Ceramic particle reinforced metal matrix composites have an important place among materials having high wear resistance. Forming of these materials by using classical methods (forging, rolling, extrusion, etc.) expands their area for use in automotive, electromechanic and aeronautical industry. In these types of composites, one of the most commonly used matrix materials is aluminum and its alloys. A lot of methods developed and are under development for enabling the addition of hard and high wear resistance seramic particles such as Al203, SiC, Si02 into Al and its alloys due to the severity and importance of the parameters such as type, size fraction and distribution in structure. In this study, the production of Al/Al203 composites was realised in the range of 2-10 % Al203 by using a proper production method that enables the addition of AI2Q3 particles, stable in high temperatures, hard and of high wear resistance, into selected and agable aluminum alloys. In the experimental set up established for this purpose, a method based on the addition' of preheated particles into the alloy, heated in solid-liquid phase region inert gas medium and simultaneous mechanical mixing of it, is adopted.Wear behaviour of composite materials, produced after aging in proper conditions, are investigated depending on the particle size and fractions in an experimental set up capable of fulfilling the prescribed requirements. Also tension and impact strength are determined for various particle fractions. Impact and tension strength of composite materials we produced show a decrease depending on matrix material with increasing Al203 percentage, while an important increase in wear resistance is achieved. In case of keeping constant Al203 fraction, no relation is observed in hardness with particle size, but wear resistance increased until a certain particle size (almost 80 jim) after which a negative effect of increasing size in wear resistance is shown.