Mikron Altı Boyutlu Alümina Katkısının ve Soğuk Deformasyon İşleminin Üretilen Alüminyum Kompozit Yapının Mekanik Özellikleri ve Mikroyapısına Etkisi

Year 2020, Volume: 10 Issue: 1, 76 - 85, 15.01.2020

Mahmut Can Şenel , Mevlüt Gürbüz

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.528780

Cited By: 3

Abstract

Bu çalışma kapsamında, toz metalurjisi yöntemiyle
ağırlıkça farklı alümina (Al₂O₃) katkı oranlarında (ağırlıkça
%0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5) mikron altı boyutlu alümina takviyeli alüminyum
matrisli kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelere uygulanan
mekanik testler sonucunda, en iyi mekanik özellikler Al-%2Al₂O₃
kompozit yapıda ulaşılmıştır. Üretilen Al-%2Al₂O₃
kompozitlerin mekanik özelliklerini artırmak amacıyla farklı soğuk şekil
değişim oranlarında soğuk işlem uygulanmıştır. Soğuk işlemin Al-%2Al₂O₃
kompozitlerin gözenekliliğine, yoğunluğuna, sertliğine, çekme dayanımına ve
mikroyapısına olan etkisi incelenmiştir. Malzemelerin kristal yapısı ve
mikroyapısı sırasıyla, X-ışını kırınımı (XRD) cihazı ve taramalı elektron
mikroskobuyla (SEM) analiz edilmiştir. Test sonuçlarına göre; %11.8 soğuk şekil
değişim oranına kadar Al-%2Al₂O₃
kompozitin mekanik
özelliklerinin iyileştiği tespit edilmiştir. Al-%2Al₂O₃ kompozit yapıda %11.8
soğuk şekil değişimi için, Vickers sertliğinin 43HV’den 68 HV’ye (%53 oranında),
çekme dayanımının ise 71 MPa’dan 92 MPa’a kadar arttığı (%30 oranında) tespit
edilmiştir.

Keywords

Alüminyum, Alümina, Mekanik özellik, Soğuk işlem, Toz metalurjisi

Effect of Submicron-Sized Alumina Addition and Cold Working Process on Mechanical Properties and Microstructure of Aluminum Based Composite Structure

Abstract

In this study, submicron-sized alumina reinforced
aluminum matrix composites with various alumina (Al₂O₃)
content (0, 0.5, 1,
1.5, 2, 2.5wt.%) were fabricated by the powder metallurgy method. As a
result of the mechanical tests performed to the composite materials, the best
mechanical properties were obtained at       the Al-2%Al₂O₃
composite structure. Cold working at the different cold work strain ratios was
performed to increase the mechanical properties of Al-2%Al₂O₃
composites. The effect of cold working on the porosity, apparent density, tensile
strength, and Vickers hardness of Al-2%Al₂O₃ composites
was investigated. The microstructure and crystal structure of materials were
analyzed with X-ray diffraction (XRD) device and scanning electron microscopy
(SEM), respectively. According to the test results, the mechanical properties
of Al-2%Al₂O₃ composite were enhanced up to 11.8.% cold
working rate. It was determined that the Vickers hardness increased from 43 HV
to 68 HV (+53%) and the compressive strength improved from 71 MPa to 92 MPa
(+30%) for 11.8% cold working rate in Al-2%Al₂O₃
composite structure.

Keywords

Aluminum, Alumina, Mechanical property, Cold working, Powder metallurgy

References

• Ashtiani, H.R.Z. ve Karami, P., 2015. Prediction of the microstructural variations of cold-worked pure aluminum during annealing process. Modeling and Numerical Simulation of Material Science, 5, 1-14.
• Bastwros, M., Kim, G.Y., Zhang, C.Z.K., Wang, S. ve Tang, X., 2014. Effect of ball milling on graphene reinforced Al6061 composite fabricated by semi-solid sintering. Composites Part B-Engineering, 60, 111-118.
• Burlat, M., Julien, D., Levesque, M., Bui-Quoc, T. ve Bernard, M., 2008. Effect of local cold working on the fatigue life of 7475-T7351 aluminium alloy hole specimens. Engineering Fracture Mechanics, 75, 2042–2061.
• Callister, W.D. ve Rethwisch, D.G., 2014. Materials Science and Engineering, John Wiley&Sons, Inc., USA, 215p.
• Çapan, L., 2003. Metallere Plastik Şekil Verme, Çağlayan Kitabevi, İstanbul, 106s.
• Ezatpour, H.R., Torabi Parizi, M., Sajjai, S.A., Ebrahimi, G.R. ve Chaichi, A., 2016. Microstructure, mechanical analysis and optimal selection of 7075 aluminum alloy based composite reinforced with alumina nanoparticles. Materials Chemistry and Physics, 178, 119-127. German, R.M. 2007. Toz Metalurjisi ve Parçacıklı Malzeme İşlemleri (Çev. Türk Toz Metalurjisi Derneği), Türk Toz Metalurjisi Derneği Yayınları, ISBN: 975-924-632-5, Ankara, 574s. Gökmeşe, H. ve Bostan, B., 2013. AA 2014 alaşımında presleme ve sinterlemenin gözenek morfolojisi ve mikroyapısal özelliklere etkileri. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part:C, 1, 1, 1-8.
• Gürbüz, M., Şenel, M.C., Koç, E., 2018a. The effect of sintering temperature, time and graphene addition on the mechanical properties and microstructure of aluminum composites. Journal of Composite Materials, 52, 4, 553-563.
• Gürbüz, M., 2018b. Atık içecek kutularından üretilmiş alüminyumun mekanik özelliklerine soğuk işlemin. Etkisi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 20, 58, 28-35.
• Hou, M.J.P., Wang, Q., Yang, H.J., Wu, X.M., Li, C.H., Li, X.W. ve Zhang, Z.F., 2015. Microstructure evolution and strengthening mechanisms of cold-drawn commercially pure aluminum wire. Materials Science& Engineering A, 639, 103–106.
• Kaczmar, J.W., Pietrzak, K. ve Wlonsinski, W., 2000. The production and application of metal matrix composite materials. Journal of Materials Processing Technology, 106, 58-67.
• Kok, M., 2005. Production and mechanical properties of Al2O3 particle-reinforced 2024 aluminium alloy composites. Journal of Materials Processing Technology, 161, 381–387.
• Kurşun, T., 2011. Alüminyum esaslı SiC takviyeli metal matrisli kompozitlerin birleştirilmesinde Al4C3 oluşumunun önlenmesi ve sinerjik kontrollü darbeli MIG (GMAW-P) kaynak yöntemi. Selçuk Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu Teknik-Online Dergi, 10, 1, 86-98.
• Lianggang, G,, Shuang, Y., He, Y. ve Jun, Z., 2015. Processing map of as-cast 7075 aluminum alloy for hot working. Chinese Journal of Aeronautics, 28, 6, 1774-1783.
• Mansourinejad, M. ve Mirzakhani, B., 2012. Influence of sequence of cold working and aging treatment on mechanical behaviour of 6061 aluminum alloy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22, 2072-2079.
• Martinez, V.P, Torres, J.T. ve Valdes, A.F., 2017. Recycling of aluminum beverage cans for metallic foams manufacturing. Journal of Porous Materials. 24, 707–712.
• Öztop, B. ve Gürbüz, M., 2018. Investigation of properties of composites produced from waste aluminum with Si3N4 reinforcement. Technological Applied Sciences, 13, 1, 57-66.
• Rahimian, M., Parvin, N ve Ehsani, N., 2011. The effect of production parameters on microstructure and wear resistance of powder metallurgy Al–Al2O3 composite. Materials and Design, 32, 1031-1038.
• Sajjadi, S.A., Ezatpour, H.R. ve Beygi, H., 2011. Microstructure and mechanical properties of Al–Al2O3 micro and nano composites fabricated by stir casting. Materials Science and Engineering A, 528, 8765– 8771.
• Sharma, P., Sharma, S. ve Khanduja, D. 2015. Production and some properties of Si3N4 reinforced aluminium alloy composites. Journal of Asian Ceramic Societies, 3, 352-359.
• Srivastava, N. ve Chaudhari, G.P., 2018. Microstructural evolution and mechanical behavior of ultrasonically synthesized Al6061-nano alumina composites. Materials Science&Engineering A, 724, 199-207.
• Şahin, İ., 2014. Alüminyum matrisli kompozit malzemelerin matkap ile delinmesi konusunda yapılan çalışmaların incelenmesi. Mühendis ve Makina Dergisi, 55, 649, 9-16.
• Şahin, Y., 2006. Kompozit Malzemelere Giriş, Seçkin Yayınevi, Ankara, 436s.
• Şenel, M.C., Gürbüz, M. ve Koç, E., 2015. Grafen takviyeli alüminyum matrisli yeni nesil kompozitler. Mühendis ve Makina Dergisi, 56, 669, 36-47.
• Şenel, M.C, Gürbüz, M. ve Koç, E. 2017. Grafen takviyeli alüminyum esaslı kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23, 8, 974-978.
• Şenel, M.C., Gürbüz, M. ve Koç, E., 2018. The Fabrication and characterization of synergistic Al-SiC-GNPs hybrid composites. Composites Part B-Engineering, 154, 1-9.
• Torralba, J.M., Costa, C.E. ve Velasco, F., 2003. P/M aluminum matrix composites: an overview. Journal of Materials Processing Technology, 133, 1, 203-206.