Toz Metalürjisi Yöntemiyle Üretilen Saf Al ve Al-B4C, Al-Al2O3 Kompozitlerin Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerinin Karşılaştırılması

Year 2020, Volume: 10 Issue: 3, 783 - 795, 15.07.2020

Mahmut Can Şenel

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.689359

Cited By: 7

Abstract

Bu
çalışmada, saf alüminyum, ağırlıkça farklı bor karbür (B₄C) veya
alümina (Al₂O₃) katkı oranlarında (ağırlıkça %0, 1, 3, 6,
9, 12, 15, 30) Al-B₄C ve Al-Al₂O₃ kompozitler toz
metalürjisi yöntemiyle üretilmiştir. Bor karbür veya alümina katkı oranının
kompozitlerin gözenekliliğine, yoğunluğuna, Vickers sertliğine, basma
dayanımına ve mikroyapısına olan etkisi incelenmiştir. Test sonuçlarına göre; en
yüksek deneysel yoğunluk, Vickers sertliği ve basma dayanımı Al-%30B₄C
(deneysel yoğunluk: 2.7 g/cm³, bağıl yoğunluk: %96.7, sertlik: 75
HV, basma dayanımı: 178 MPa) ve Al-%30Al₂O₃ (deneysel
yoğunluk: 2.56 g/cm³, bağıl yoğunluk: %87.7, sertlik: 52 HV, basma
dayanımı: 162 MPa) kompozit yapıda elde edilmiştir. Saf alüminyuma kıyasla Al-%30Al₂O₃
kompozitin sertliği %73.3 ve basma dayanımı %80; saf alüminyuma kıyasla Al-%30B₄C
kompozitin sertliği %150 ve basma dayanımı %98 oranında artmıştır. Sonuç olarak, Al-B₄C
kompozitlerin Al-Al₂O₃ kompozitlere göre hem
mikroyapılarının daha yoğun olduğu hem de mekanik özelliklerinin daha üstün
olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

Alümina, Alüminyum, Bor Karbür, Mekanik Özellik, Toz Metalurjisi

Comparison of Mechanical and Microstructure Properties of Al-B4C and Al-Al2O3 Composited Fabricated by Powder Metallurgy Method

Abstract

In
this study, pure Al and Al-B₄C, Al-Al₂O₃
composites with various boron carbide (B₄C) or alumina (Al₂O₃)
content (1, 3,
6, 9, 12, 15, 30wt.%) were fabricated by powder metallurgy method. The
effect of the boron carbide or alumina reinforcement ratio on the porosity,
density, Vickers hardness, compressive strength and microstructure of the
composites was investigated. According to the test results, the highest
experimental density, Vickers hardness, and compressive strength were obtained
at Al-30%B₄C (experimental density: 2.7 g/cm³, relative
density: 96.7%, hardness: 75 HV, compressive strength: 178 MPa) and Al-30%Al₂O₃
(experimental density: 2.56 g/cm³, relative density: 87.7%, hardness:
52 HV, compressive strength: 162 MPa) composite structure. The hardness and
compressive strength of Al-30%Al₂O₃ were increased by
73.3% and 80% compared to pure aluminum. On the other hand, the hardness and
compressive strength of Al-30%B₄C enhanced by 150% and 98% compared
to pure aluminum.  As a result, it has
been determined that Al-B₄C composites have a denser microstructure
and higher mechanical properties than Al-Al₂O₃
composites.

Keywords

Alumina, Aluminum, Boron Carbide, Mechanical Property, Powder Metallurgy

References

• Al-Mosawi, B.T., Wexler, D. ve Calka, A., 2017. Characterization and Mechanical Properties of α-Al2O3 Particle Reinforced Aluminium Matrix Composites, Synthesized via Uniball Magneto-Milling and Uniaxial Hot Pressing. Advanced Powder Technology, 28, 3, 1054-1064.
• Alizadeh, A., Taheri-Nassaj, E. ve Baharvandi, H.R., 2011. Preperation and Investigation of Al-4wt.%B4C Nanocomposite Powders using Mechanical Milling. Bulletin of Materials Science, 34, 1039-1048.
• Callister, W.D. ve Rethwisch, D.G., 2014. Materials Science and Engineering, John Wiley&Sons, Inc., USA, 215p.
• 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.
• Ghasali, E., Alizadeh, M., Ebadzadeh, T., Pakseresht, A.H. ve Rahbar, A., 2015. Investigation on Microstructural and Mechanical Properties of B4C-Aluminum Matrix Composites Preperade by Microwave Sintering. Journal of Materials Research and Technology, 4, 4, 411-415.
• Hu, H.M., Lavernia, E.J., Harrigan, W.C., Kajuch, J. ve Nutt, S.R., 2001. Microstructural Investigation on B4C/Al-7093 Composite. Materials Science and Engineering: A, 297, 1-2, 94-104.
• Ipekoglu, M., Nekouyan, A., Albayrak, O. ve Altintas, S., 2017. Mechanical Characterization of B4C Reinforced Aluminum Matrix Composites Produced by Squeeze Casting. Journal of Materials Research, 32, 599-605.
• Khademian, M., Alizadeh, A. ve Abdollahi, A., 2017. Fabrication and Characterization of Hot Rolled and Hot Extruded Boron Carbide (B4C) Reinforced A356 Aluminum Alloy Matrix Composites Produced by Stir Casting Method. Transactions of the Indian Institute of Metals, 70, 6, 1635-1646.
• Kok, M., 2005. Production and Mechanical Properties of Al2O3 Particle-Reinforced 2024 Aluminium Alloy Composites. Journal of Materials Processing Technology, 161, 381–387.
• Lillo, T.M., 2005. Enhancing Ductility of Al6061+10wt.%B4C through Equal-Channel Angular Extrusion Processing. Materials Science and Engineering: A, 410-411, 443-446.
• 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.
• Pang, X., Xian, Y., Wang, W. ve Zhang, P., 2018. Tensile Properties and Strengthening Effects of 6061 Al/12wt%B4C Composite Reinforced with Nano-Al2O3 Particles. Journal of Alloys and Compounds, 768, 476-484.
• Parvin, N. ve Rahimian, M., 2012. The Characteristics of Alumina Particle Reinforced Pure Al Matrix Composite. Acta Physica Polonica A, 121, 1, 108-110.
• Ravindranath, V.M., Shiva Shankar, G.S., Basavarajappa, S. ve Siddesh Kumar, N.G., 2017. Dry Sliding Wear Behavior of Hybrid Aluminum Metal Matrix Composite Reinforced with Boron Carbide and Graphite Particles. Materials Today: Proceedings, 4, 10, 11163-11167.
• Sharifi, E.M., Enayati, M.H. ve Karimzadeh, F., 2012. Fabrication and Characterization of Al-Al4C3 Nanocomposite by Mechanical Alloying. 2nd International Conference on Ultrafine Grained&Nanostructured Materials (UFGNSM) International Journal of Modern Physics: Conference Series, 5, 480–487.
• 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, 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. ve Gürbüz, M., 2020. Mikron Altı Boyutlu Alümina Katkısının ve Soğuk Deformasyon İşleminin Üretilen Alüminyum Kompozit Yapının Mekanik Özellikleri ve Mikroyapısına etkisi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10, 1, 76-85.
• Zhang, L., Shi, J., Shen, C. ve Zhou, X., 2017. B4C-Al Composites Fabricated by the Powder Metallurgy Method. Applied Sciences, 7, 1009, 1-14.