TOZ METALURJĠSĠ YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLMĠġ METAL …cdn.hitit.edu.tr/fbe/files/70932_1609061220927.pdf · Kaymalı yatak malzemelerinde beklentileri karĢılayan en yaygın kullanılan

T.C.

HĠTĠT ÜNĠVERSĠTESĠ

FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

TOZ METALURJĠSĠ YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLMĠġ

METAL MATRĠSLĠ KOMPOZĠTLERĠN

MĠKROYAPISAL VE FĠZĠKSEL

KARAKTERĠZASYONU

HÜSEYĠN CĠHAN ÖZAK

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI

DANIġMAN

Yrd. Doç. Dr. ALĠ KURġUN

HAZĠRAN 2016

ÇORUM

i

TOZ METALURJĠSĠ YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLMĠġ METAL MATRĠSLĠ

KOMPOZĠTLERĠN MĠKROYAPISAL VE FĠZĠKSEL

KARAKTERĠZASYONU

Hüseyin Cihan ÖZAK

HĠTĠT ÜNĠVERSĠTESĠ

FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Haziran 2016

ÖZET

Bu çalıĢmada; Fe-Cu temelli metal matrisli kompozitler farklı hacim oranlarında toz

metalürjisi yöntemi ile üretilmiĢtir. Farklı orandaki katkı maddelerinin üretilen

kompozit malzemenin mekanik özelliklerine ve malzeme sertliğine olan etkileri

belirlenmiĢtir. Üretilen kompozitler, optik, taramalı elektro mikroskop ve enerji

dağılım stereoskopik yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiĢlerdir. Yapılan

araĢtırma sonucunda, daha pahalı kompozisyondan oluĢan yatak ve burç

malzemelerine alternatif kompozit malzeme üretilmiĢ ve karakterize edilmiĢtir.

Yapılan çalıĢma sonucunda; elde edilen kompozisyonlardan, orijinal üründen

istenilen özellikleri sağlayacak kompozisyon bulunmuĢtur. Yeni elde edilen

kompozisyon orijinal kompozisyona göre % 43 daha az maliyete elde edilmiĢtir.

Anahtar kelimeler: Metal matrisli kompozit, toz metalürjisi, taramalı elektro

mikroskop, yatak malzemesi.

ii

MĠCROSTRUCTURAL AND PHĠSĠCALL CHARACTERĠZETĠON OF

METAL MATRĠX COMPOSĠTES, PRODUCED BY POWDER

METALURGY.

Hüseyin Cihan ÖZAK

HITIT UNIVERSITY

GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES

June 2016

ABSTRACT

In this study, Fe-Cu based metal matrix composites in different volume fractions

were manufactured by powder metallurgy. The effect of iron contents on mechanical

properties and hardness were acquired. The investigation of microstructure

characterization by using light microscope, scanning electron microscope (SEM) and

energy dispersive spectroscopy (EDS) was reported. In the research result, the more

expensive the bearing and ring material composition consisting of alternate

composite materials have been produced and characterized. As a result of studies;

obtained from the composition to provide desired characteristics of the original

product was found. The composition were newly obtained is less than % 43

compared to the original composition.

Keywords: Metal Matrix Composites, Powder Metalurgy, scanning electron

microscope, bearing materials

iii

TEġEKKÜR

Bu çalıĢma süresince tüm bilgilerini benimle paylaĢmaktan kaçınmayan, her türlü

konuda desteğini benden esirgemeyen ve tezimde büyük emeği olan, aynı zamanda

kiĢilik olarak da bana çok Ģey katan Hitit Üniversitesi öğretim üyelerinden danıĢman

hocam, sayın Yrd. Dç. Dr. Ali KurĢun ´a sonsuz minnet ve teĢekkürlerimi sunarım.

ÇalıĢma süresince beni hep destekleyen ve güvenen çok sevdiğim biricik annem

Nilgün Özak ve tüm aileme sonsuz teĢekkürlerimi sunarım.

iv

Toz Metalurjisi Yöntemi Ġle ÜretilmiĢ Metal Matrisli Kompozitlerin

Mikroyapısal ve Fiziksel Karakterizasyonu konulu tez çalıĢmasına,

MUH19004.13.005 no’lu proje kapsamında vermiĢ oldukları destekten dolayı,

Hitit Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Koordinatörlüğü’ne teĢekkür

ederiz.

v

ĠÇĠNDEKĠLER

Sayfa

ÖZET............................................................................................................................. i

ABSTRACT ................................................................................................................. ii

TEġEKKÜR ................................................................................................................ iii

ĠÇĠNDEKĠLER ............................................................................................................ v

ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ .............................................................................................. vii

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ................................................................................................... viii

SĠMGELER VE KISALTMALAR .............................................................................. x

1. GĠRĠġ ....................................................................................................................... 1

2. GENEL BĠLGĠLER ................................................................................................. 2

3. KOMPOZĠT MALZEMELER ................................................................................. 5

3.1. Metal Matrisli Kompozitler ............................................................................... 7

4. PARTĠKÜL TAKVĠYELĠ METAL MATRĠSLĠ KOMPOZĠTLERĠN

ÜRETĠMĠ ................................................................................................................... 14

4.1. Toz Metalurjisi ................................................................................................ 15

4.1.1. Toz üretimi ........................................................................................... 16

4.1.2. KarıĢtırma ............................................................................................. 17

4.1.3. Presleme ............................................................................................... 18

4.1.4. Sinterleme ............................................................................................. 21

5.MALZEME VE METOD ....................................................................................... 22

5.1. Numune Üretimi .............................................................................................. 22

5.2. Deneysel ÇalıĢma ............................................................................................ 30

6. BULGULAR VE TARTIġMA .............................................................................. 50

7. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ............................................................................... 53

vi

KAYNAKLAR .......................................................................................................... 54

ÖZGEÇMĠġ ............................................................................................................... 57

vii

ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ

Çizelge Sayfa

Çizelge 3.1. Bazı metal matrisli kompozit malzemelerin mekanik özellikleri .......... 10

Çizelge 5.1. Üretilen Fe-C partikül takviyeli metal matrisli kompozitlerin

yüzde ağırlık toz karıĢımını belirten kodlama ...................................... 28

Çizelge 5.2. 100ASC kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri ........................ 30

Çizelge 5.3. 10Cu90ASC kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri .................. 32







Çizelge 5.10. 80Cu20ASC kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri ................ 46

Çizelge 5.11. 100Cu kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri.......................... 48

viii

ġEKĠLLER DĠZĠNĠ

ġekil Sayfa

ġekil 3.1. Kompozit malzemelerin formuna göre sınıflandırılması elyaflı

kompozit b) parçacıklı kompozitler c) tabakalı kompozitler

d) karma kompozitler................................................................................... 6

ġekil 3.2. Metal matrisli kompozit malzeme örneği .................................................... 8

ġekil 3.3. a) Partikül takviyeli b) kısa fiber takviyeli c) sürekli fiber

takviyeli kompozit malzemeler ................................................................... 8

ġekil 4.1. Toz metalürjisi yöntemi üretim akıĢ Ģeması .............................................. 16

ġekil 4.2. KarıĢtırıcı örneği ........................................................................................ 18

ġekil 4.3. Presleme iĢleminin basamakları ................................................................. 19 ġekil 4.4. Presleme prosesi ........................................................................................ 20

ġekil 4.5. Çift küre sinterleme modeli ....................................................................... 21

ġekil 5.1. Laboratuvar v tipi toz karıĢtırıcı ................................................................ 22

ġekil 5.2. Çekme deney numune ölçüleri .................................................................. 23

ġekil 5.3. Kalıp üst erkek ........................................................................................... 24

ġekil 5.4. Kalıp alt erkek ............................................................................................ 25

ġekil 5.5. Kalıp basma diĢisi. ..................................................................................... 26

ġekil 5.6. Çekme numuneleri için hazırlanan toz karıĢımları. ................................... 27

ġekil 5.7. Sinterleme sonrası standartlara uygun olarak elde edilen numuneler ........ 28

ġekil 5.8. Sinterleme fırını Ģematik görünümü .......................................................... 29

ġekil 5.9. 100ASC tozundan elde edilen kompozite ait a) çekme deneyi

sonuçları,faz b) analizi sonuçları, c) 1000x elektromikroskop

görüntüsü,d) EDX analiz sonucu ............................................................... 31

ġekil 5.10. 10Cu90ASC tozundan elde edilen kompozite ait

a) çekme deneyi sonuçları, b) faz analizi sonuçları,

c) 1000x elektromikroskop görüntüsü, d) EDX analiz sonucu ............. 33

ix

ġekil Sayfa






















ġekil 5.18. 100Cu tozundan elde edilen kompozite ait



ġekil 6.1. Elastik modülü ........................................................................................... 51

ġekil 6.2. Çekme dayanımı ........................................................................................ 51

ġekil 6.3. Brinel sertlik değerleri ............................................................................... 52

ġekil 6.4. Numunelerdeki gözenek oranları ............................................................... 52

x

SĠMGELER VE KISALTMALAR

Bu çalıĢmada kullanılmıĢ bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte

aĢağıda sunulmuĢtur.

Simgeler

Ni Nikel

Al Alüminyum

Al2O3 Alüminyum oksit

Cu Bakır

SiC Silisyum karbür

C Karbon

O Oksijen

Fe Demir

K Potasyum

P Fosfor

Sn Kalay

Zn Çinko

Kısaltmalar

FTMMK Fiber takviyeli metal matrisli kompozit

MMK Metal matrisli kompozit

MA Mekanik alaĢımlama

1

1. GĠRĠġ

Yapılan deneysel çalıĢmanın amacı % 100 bakır malzemeden yapılan yatak ve

burçların yerine aynı performansı gösterecek alternatif malzeme üretmektedir. Bunun

için ise % 100 bakır malzeme içerisine ASC demir tozu eklenerek 11 adet numune

üretilecektir.

Bu üretilen kompozit malzemelerin mikroyapısal ve fiziksel karakterizasyonu

incelenip maliyet olarak da karĢılaĢtırılıp en uygun olan malzemenin tespiti

yapılacaktır. Bu yapılan çalıĢma endüstride kullanılmak üzere aynı performansta

daha ucuz bir kompozit malzeme üretmemizi sağlayacaktır. Yapılacak olan bu

deneysel çalıĢma ile de ileride yapılacak çalıĢmalara katkı sağlayabilmek istiyoruz.

2

2. GENEL BĠLGĠLER

Modern insanın gereksinimlerini karĢılamak amacıyla daha ekonomik olmasının

yanında, daha üstün özelliklere sahip malzemeleri üretmek için araĢtırmacılar yeni

arayıĢ ve çalıĢmalar yapmaktadır. Bu kapsamda, özellikle malzeme alanında, insan

ihtiyaçlarının yanında tüm mühendislik dallarının da ihtiyaçlarına cevap verecek yeni

malzeme geliĢtirme çalıĢmaları büyük önem taĢımaktadır. Söz konusu çalıĢmalar

kapsamındaki en büyük geliĢmelerden biri de Metal Matrisli Kompozit (MMK)

malzemelerdir (GüneĢ, 2010). Günümüz modern teknolojilerinin çoğu geleneksel

metal alaĢımları, seramik veya polimerik malzemeler ile karĢılanamayacak pek çok

özelliği bir arada istemektedirler. Özel uygulamalar için yeni malzeme türlerinin

üretimi konusunda eğilim her geçen gün artmaktadır. Çünkü hiçbir basit malzeme

türü son 20 yılda artan gereksinimleri karĢılayamamaktadır (Song ve ark., 2003).

MMK malzemeler, istenen ve gerekli özellikleri sağlamak üzere en az biri metal olan

iki veya daha fazla farklı malzemenin sistematik bileĢimiyle elde edilen yeni

malzemelerdir. Metal matrisli kompozit malzemeler tek bileĢenli alaĢımlarla elde

edilemeyen özellikleri sağlamak üzere, bir metal matris içinde sürekli, kısa fiber,

whisker veya partikül Ģeklinde takviye fazı içerir. MMK malzemeler, karıĢtırma,

mekanik alaĢımlama, döküm, infiltrasyon, vb. birçok yöntemle üretilebilmektedir.

Her ne kadar döküm yöntemi ucuz olması sebebiyle tercih edilse de, bu yöntemde

takviye elemanlarının matris içerisinde homojen dağıtılması zordur. Fakat bir katı hal

iĢlem tekniği olan toz metalurjisi tekniklerinden karıĢtırma ve mekanik alaĢımlama

yöntemlerinde bu problemlerin ortadan kaldırılması mümkün olmaktadır (Karabulut,

2011). Kompozit malzemeler önemli mühendislik malzemeleri haline gelmiĢ,

özellikle denizcilik, otomotiv ve uzay endüstrisinde kullanılmak üzere tasarlanmıĢ ve

üretilmiĢtir. Yüksek dayanımları, rijitlik-yoğunluk oranları ve mükemmel fiziksel

özellikleri ile tercih edilmektedirler. Sonuç olarak bu endüstri alanlarında kompozit

malzemelerin kullanımı teknolojik ilerlemeye önderlik etmektedir (Ahlatçı, 2003).

Kompozit malzemeler çoğunlukla tercih edilen çelik malzemelerin yerini almakta ve

ağırlık olarak % 60-70 avantaj sağlamaktadır (Akbulut, 2000). Kompozit

malzemelerin sınıflandırılması matris fazı içeriklerine göre değiĢik guruplara

ayrılabilirler bu gruplandırma metal matris kompozitler, seramik matrisli

3

kompozitler, polimer matrisli kompozitlerdir. Kompozit malzemeler ayrıca

kullanılan takviye elemanlarına göre de sınıflandırılabilir. Partikül takviyeli

kompozitler, fiber takviyeli kompozitlerdir. Bu sınıflandırmanın en doğru Ģekli ise

hem matris hem takviye elemanını belirten sınıflandırmadır. Örnek verecek olursak

fiber takviyeli metal matrisli kompozit malzeme (FTMMK) buna bir örnektir

(Schwartz, 1984).

Metal matrisli kompozit malzemeler, metal ana malzemesi ve takviye elamanını tek

bir malzemeye dönüĢtüren sistemlerdir. Bu tip kompozitler genellikle seramik gibi

metal olmayan bir takviye elemanı içerirler. Seramik takviyesinin metallere katkısı

genel olarak yüksek sertlik ve aĢınma direnci kazandırmasıdır. Bunun yanı sıra

MMK’lerin mekanik özellikleri matris malzemenin ve takviye elemanının tipine ve

hacimsel oranına bağlıdırlar (Stjernstoft, 2004).

Matris sistemleri arasından (Al) alaĢımları belirgin bir Ģekilde ağırlık kazancı

sağlarlar. Yüksek dayanım, ağırlık olarak hafif malzeme uygulamalarında, üretim

kolaylığı ve fiyat uygunluğu gibi özelliklerinden dolayı özellikle son yıllarda matris

malzemesi olarak tercih edilmeye baĢlanılmıĢtır (Muscat, 1993). Alüminyum matris

kompozitler (AMK) sahip olduğu özelliklerin bir arada bulunması geleneksel bir

malzemede mümkün değildir ve AMK’lerin kullanımı yüksek maliyetleri dolayısı ile

özellikle uzay çalıĢmaları ve askeri silah sanayinde kullanılmaktadır. Kullanım alanı

olarak firen diskleri, motor pistonları ve silindir göbeklerini de sayabiliriz.

Mekanik alaĢımlama (MA), katı hal toz iĢleme metodudur. MA, oksit dispersi-

yonuyla sertleĢtirilen malzemeler ile Ni- esaslı süper alaĢımları üretebilmek amacı ile

geliĢtirilmiĢ bir yöntemdir. MA diğer yöntemler ile elde edilemeyen MMK özellik-

lerinin elde edilmesi için geliĢtirilmiĢtir. MA takviye partiküllerini aglomerasyondan

kurtararak, matris içerisinde homojen dağılmasını sağlar ve sürekli çarpıĢmalar ile de

takviyenin içerebileceği hataları yok eder (Ruiz-Navas ve ark., 2006). MA

uygulamasında yüksek enerjili bir top öğütücüsünde iki veya daha fazla elementsel

toz karıĢtırılır. Öğütülen tozlar arasındaki sentezleme MA veya sinterleme sırasında

gerçekleĢtirilir. Ortaya çıkan oksit veya nitriller normal Ģartlara göre daha kısa sürede

4

veya daha düĢük sıcaklıkta oluĢabilirler (Arık, 2003). Toz partikülleri top ve kap

arasında sıkıĢarak mikro yapısal gerinim seviyeleri yükselir ve böylece mekanik

özellikleri artar.

Metal matrisli kompozit teknolojisi hızlı geliĢmektedir. Cam fiber takviyeli plastikler

ile kıyaslandığı zaman metal matris kompozit malzemeler yüksek sıcaklıklardaki

performansları açısından çok daha üstündür. Metal matrislerin mukavemeti ve elastik

modülü geniĢ bir sıcaklık aralığında reçine matrisli malzemelerden daha yüksektir

(Gül, 1999).

Bakır esaslı alaĢımlar yüksek termal ve elektirik iletkenliği, iyi korozyon direnci ve

iyi aĢınma direnci gibi birçok özelliğinden dolayı özellikle toz metalürjisi üretimleri

kendi kendine yağlama yapabildikleri için uzun zamandan beri yatak malzemesi

olarak kullanılmaktadır. Bakır alaĢımlarında kalay aĢınma dayanımında etkilidir ve

bu yüzden yatak malzemesi olarak kullanıla gelmiĢtir. Yatak malzemesi olarak kalay

bronzu, büyük ve darbeli yerlerde yüklerde ve aynı zamanda korozyon tehlikesi olan

yüksek sıcaklıklarda uygundur. Kaymalı yatak malzemelerinde beklentileri

karĢılayan en yaygın kullanılan %90 Cu ve % 10 Sn içeren kalay bronzudur (Ünlü ve

ark., 2005).

Bakır alaĢımlarından bir tanesi olan pirinç malzemeler yüksek ısı, iyi elektirik

iletkenliği, kolay Ģekillendirilme, yüksek korozyon direnci, yüksek mukavemet ve

güzel görünüm nedeniyle endüstride en çok kullanılan malzemelerdendir. Ayrıca

alüminyum ve silisyum içerenleri de yatak malzemesi olarak kullanılmaktadır

(Meran, 1999).

5

3. KOMPOZĠT MALZEMELER

Kompozit malzeme matris ve takviye olmak üzere birbirinden farklı en az iki

malzemenin en iyi özelliklerin karıĢtırılarak bir araya getirildiği yeni bir malzemedir

Matris malzemesi takviye malzemesini çevreler ve izafi pozisyonlarından

ayrılmamaları için onları destekler. Yükün takviyelere iletimini sağlar, sünek

kompozitler de tokluk değeri kazandırır ve çatlakların ilerlemesini engeller. Takviye

elemanı ise mekanik ve fiziksel özelliklerini matris özelliklerini geliĢtirmek için

ortaya çıkartır. Bu durumda tek baĢlarına birer malzeme iken bulunmayan

özelliklerin tek bir malzemede ortaya çıkmasını sağlar (Baron, 1988).

Kompozit malzemeler türlerine göre üç sınıfa ayrılırlar bunlar;

1. Polimer kompozitler

2. Seramik kompozitler

3. Metal kompozitler

Polimer kompozitler endüstride çok yaygın kullanım alanına sahiptirler. PekiĢtirici

olarak cam, karbon ve boron lifleri bulunur. Polimer kompozitler de kullanılan

bağlayıcılardan en önemlisi polyester ve epoksidir. PekiĢtirici liflerin artması

kompozitin mukavemetinin artması demektir. Bu kompozitlerin en dikkat çeken

özellikleri yüksek özgül mukavemet ve özgül elastisite modülüdür. Bu özelliklerin-

den dolayı yoğun olarak kullanım alanı uçak ve uzay endüstrisinde alüminyum

alaĢımlarında tercih edilir.

Seramik kompozitlerin kullanım alanı ise sandviç zırhlar, çeĢitli askeri amaçlı

parçaların imalatıdır.

Metal kompozitlerin kullanım alanı ise uzay teleskopu, platform taĢıyıcı parçalar,

uzay haberleĢme cihazlarının reflektörleridir.

6

(a)

(b)

(c)

(d)

ġekil 3.1. Kompozit malzemelerin formuna göre sınıflandırılması a) Elyaflı

kompozit b) Parçacıklı kompozitler c) Tabakalı kompozitler d) Karma

kompozitler (Anonim, 2015a)

Kompozit malzeme üretimi ile bazı avantajlar sağlanabilir. Yüksek yorulma

dayanımı, mükemmel aĢınma direnci, yüksek sıcaklık kapasitesi, iyi termal ve ısı

iletkenliği, düĢük ağırlık, yüksek korozyon direnci, estetik görünüm vb. fakat bu

özellikler tüm kompozit malzemelerde oluĢmaz ve oluĢmasına gerek yoktur. Ġhtiyaç

doğrultusunda doğru malzemeler seçilir ve doğru bir Ģekilde üretimi yapılırsa

istenilen özellikler elde edilmiĢ olur (ġahin ve ark., 2002).

Kompozit malzemelerin avantajları olduğu gibi dezavantajları da bulunmaktadır.

Dezavantajları iĢleme maliyeti, geri dönüĢümünün olmaması, düĢük tokluk,

birleĢtirmede oluĢabilecek zorluklar ve analiz yapımındaki zorluklar (Büyükuncu,

2000).

Kompozit malzemenin yaygın olan kullanım alanları cam elyafı, cam, keçe ve cam

dokuma ile polyester reçineden yapılan çeĢitli ürünlerdir. Cam elyaf oranı % 30– 40

arasıdır. Çay tepsisi, masa, sandalye, depo, küvet, tekne, bot ve otomotiv sanayi bu

kompozitlerin uygulama örnekleridir. Ayrıca formika, baskılı devre plakası,

elektrikçi fiberleri, spor malzemeleri, araç Ģarjı, atlama sırıkları, kaynak takımı, tenis

raketi, yarıĢ kanoları değiĢik birleĢik malzemelerden yapılan ürünlerdir (Anonim,

2015b).

Roket üretiminde birleĢik malzemelerin rolü oldukça büyüktür. Örnek olarak apilasta

ve diğer tanksavar roketlerde gövde kısmen kevlar ve epoksiden, M77 MLRS de lüle

(nozzle) karbon birleĢik malzemesinden yapılmaktadır (Anonim, 2015b). KurĢun

7

geçirmez yeleklerde günümüzde bitiĢli kevlardan, balistik testler için zırh levhaları

cam ve fenolik reçineler imal edilmektedir ve tasarım alternatiflerinin bulunmasıyla

gitgide artacak ve birçok avantajlarıyla insanlığın hizmetine verilmiĢ olacaktır

(Anonim, 2015b).

3.1. Metal Matrisli Kompozitler

Son 30 yılda MMK’da ki geliĢmeler malzeme bilimindeki büyük geliĢmelerden

birisidir (Lloyd, 1993; Yılmaz, 1997).

Kompozitler değiĢik fazların ana özelliklerinin birleĢimidir ve günümüzde bu

geliĢme sayesinde bir elementin istenilen avantajlı özelliklerinin alınıp baĢka bir

elementin istenilen özelliklerine ekleyebilmek ve istenilmeyen özelliklerini dahil

etmemek mümkündür.

Günümüz Ģartlarında üretilebilen metal matrisli kompozit malzemeler üç gruba

ayrılmaktadır.

a) Elastiklik modülünün, belli oranda da mukavemetin artmasıyla sonuçlanan,

bağlayıcı matris içine partikül Ģeklindeki takviye malzemelerinin ilavesi ile

oluĢturulan partikül takviyeli metal matrisli kompozitler.

b) Partikül takviyeli metal matrisli kompozitlere göre daha büyük yük iletimi

yeteneğine sahip,yüksek dayanımlı whisker veya kısa fiber takviye metal matrisli

kompozitler.

c) Fiberin yüksek performanslı tüm özelliklerini taĢıyan sürekli fiber esaslı metal

matrisli kompozitler (SubaĢı, 2005).

8

ġekil 3.2. Metal matrisli kompozit malzeme örneği (Anonim, 2015c)

a- Partikül takviyeli, b- Kısa fiber takviyeli, c- Sürekli fiber takviyeli

ġekil 3.3. a) Partikül takviyeli. b) Kısa fiber takviyeli c) Sürekli fiber takviyeli

kompozit malzemeler (Anonim, 2015d)

Kompozit malzemenin yapısı ikiye ayrılmaktadır. Birincisi kullanılan ana malzeme

ikincisi takviye malzemesidir.

Kullanılan ana malzemelerinde iki ana görevi vardır. Bunlardan birincisi takviye

fazını içerisinde hareketine olanak vermeyecek Ģekilde tutmak ve kompozite

uygulanan herhangi bir kuvveti kendi yüzeyinde tahribata neden olmayacak Ģekilde

takviye fazına iletmektir. Diğer ana görevi ise kompozitin imalatı için seçilmiĢ olan

ana fazın çalıĢtığı ortamda kendisinden istenilen özellikleri yerine getirmesidir.

Örneğin; su altında çalıĢan bir kompozitin oksidasyon veya korozyona karĢı dirençli

olması istenilmektedir. Bu görevi ana malzeme yani (matris) yerine getirmektedir

(Sur, 2008).

9

Takviye malzemeleri istenilen özel dayanım özelliklerini taĢıyacak Ģekilde farklı tip

ve formlarda tasarıma göre seçilmektedir. Özellikle polimer endüstrisinin geliĢmesi

ile birlikte cam fiberler kullanılmaya baĢlanmıĢtır ve bu durumda kompozit

malzemeye olan ilgili arttırmıĢtır (Seydibeyoğlu, 2012).

Genel olarak bakıldığında metal matrisli kompozitlerin, metallere göre üstün olan

özellikleri;

Yüksek mukavemet / yoğunluk oranı, baĢka bir deyiĢle spesifik mukavemet:

kompozit malzemelerin çekme, darbe, basınç dayanımı gibi bir çok özelliği

metalik malzemelere göre çok daha iyi ve yüksektir. Kalıplama

özelliklerinden dolayı da istenilen yöne ve bölgeye mukavemet verilebilir.

Hafiflik: Kompozitler birim alan ağırlığında hem takviyesiz plastiklere hem

de metallere oranla daha yüksek mukavemet değeri sunmaktadırlar. Üründe

sağlanılan yüksek mukavemet/ hafiflik özelliğinin kullanılmasında en önemli

nedenlerden birisidir.

Tasarım esnekliği: kompozit malzeme sayesinde küçük, büyük, basit,

fonskiyonel vs. Ģekle sokulabilirler. Tasarım aĢamasında maliyet düĢürme

konusunda da faydalıdır.

Kolay Ģekillendirebilme: Büyük ve karmaĢık parçalar dahi kalıplanma

sayesinde iĢçilikten tasarruf sağlanarak üretilebilmektedir.

Elektiriksel özellikler: Uygun malzemelerin seçilmesi ile istenilen ölçüde

yalıtkanlık ve iletkenlik sağlanabilir.

Boyutsal stabilite: Çevresel baskılar altında termoset kompozit malzemeler

iĢlevlerini ve Ģekillerini korumaktadır. Isıl genleĢme katsayıları da çok

düĢüktür.

Yüksek dielektirik direnimi: Elektirik yalıtım özelliği kompozit malzeme

tercih edilmesinin en önemli nedenlerinden birisidir.

Korozyona ve kimyasal etkilere karĢı mukavemet: Genellikle kompozit

malzemeler korozyon, hava etkisi ve kimyasallardan zarar görmezler. Bundan

dolayı kompozit malzemeler kimyevi madde tankları, deniz araçları

yapımında güvenle kullanılmaktadır.

10

Kalıcı renklendirme: Kompozit üretiminin çoğunda renk kalıplama esnasında

ürüne katılabilmektedir.

Isıya ve ateĢe dayanıklılık: Kompozite katılan bazı özel katkı malzemeleri ile

kompozitin ısıya dayanımı arttırılabilmektedir.

TitreĢim sönümlendirme: Kompozit malzemeler sünekliklerinden dolayı

titreĢim sönümleme özellikleri vardır. Bu yüzden çatlak yürüme olayı da pek

fazla görülmez (Bulut, 2014).

DüĢük araç/ gereç maliyeti: Polimer kompozit üretiminde genel olarak seçilen

kalıplama yöntemi ne olursa olsun kompozit malzeme üretimi için seçilen

alüminyum, çelik ve metal alaĢımlı malzemelere göre daha ucuzdur. Hala da

geliĢtirmeleri devam etmektedir (Arıcaysoy, 2006).

Çizelge 3.1. Bazı metal matrisli kompozit malzemelerin mekanik özellikleri

(Anonim, 2015d)

METAL

MATRĠSLĠ

KOMPOZĠT

MALZEME

ÇEKME

DAYANIMI(MPA)

ELASTĠK

MODULÜ (GPA)

KOPMADAKĠ

UZAMA

MĠKTARI (%)

Sürekli fiberli

AL 2024-T6 (%45

BOR) 1458 220 0,81

AL 6061-T6 (%51

BOR) 1417 231 0,735

AL 6061-T6 (%47

SiC) 1462 204 0,89

Süreksiz fiberli

AL 2124-T6 (%20

SiC) 650 127 2,40

AL 6061-T6 (%20

SiC) 480 115 5

Partikül takviyeli

AL 2124-F (%20

SiC) 552 103 7

AL 6061-F (%20

SiC) 496 103 5,5

GüçlendirilmemiĢ

AL 2124-F 455 71 9

AL 6061-F 310 68,9 12

11

Partükül takviyeli metal matris kompozit malzemeler özellikle düĢük fiyat, iyi Ģekil

alabilirlik ve iĢlenebilirlik gibi özelliklerinden dolayı ilgi odağı haline gelmiĢtir.

MMK malzemeler ile ilgili olarak yapılan daha önceki çalıĢmalar sürekli fiber

takviyeli yüksek performans hibrid malzemelerin araĢtırılması üzerine olmuĢtur fakat

takviye fiberin üretim maliyetinin yüksek olması çalıĢmaları daha ucuz takviyelerin

ulaĢılabilirliği ve çeĢitli proseslerin geliĢtirilmesine itmiĢtir (Ġbrahim ve ark., 1991).

Kompozitlerin yapısında değiĢik morfolojiye sahip kısa ve uzun elyaflar, kılcal

kristaller, kırpılmıĢ seramikler kullanılmaktadır. Bunların temel fonksiyonu

matrisinin dayanımı arttırmak ve gelen yükü taĢıyabilmektir. Buradaki takviye edici,

kompozitin mekanik dayanımından sorumludur ve dayanıklılığı arttırıcı etkisi çoğu

kez kompozit içerisindeki hacmi % 10’unu geçtiği zaman gözlenmeye baĢlar. Bu

nedenle takviye amacıyla kullanılan lifin mekanik dayanımı matristen daha belirgin

ve yüksek olmalıdır (Demirel, 2007).

Partikül takviyeli kompozit malzemeler, büyük partikül ve dispersiyonla

sertleĢtirilmiĢ kompozit malzemelerdir. Bunların arasındaki ayrım ise sertleĢme ve

takviyeye bağlıdır. Takviye partikülleri genellikle matristen serttir ve her birisi

partikülün etrafındaki matris fazı engellemeye çalıĢır. Genel olarak yükün bir

miktarını taĢıyan matris, uygulanan gerilimin bir miktarını partiküllere transfer eder.

Matris ile partikül arasındaki bağ kuvveti takviyenin derecesine bağlıdır (ġahin ve

ark., 2002).

Büyük partiküllü kompozitler metal, seramik ve polimer malzemeler ile

kullanılabilmektedir. Bunlardan en çok kullanılan ise metal ve seramik malzemenin

karıĢımından oluĢan sermenttir. Kesme takımlarında kullanılan sertleĢtirilmiĢ

çeliklerde kullanım alanlarındadır (Schwartz, 1984).

Matris malzemesi olarak bakır ve alaĢımlarının kullanımı özellikle elektronik

sistemlerde uygulanmaktadır. Genellikle bakır matris içerisine grafit partiküller ilave

edilir ve düĢük termal genleĢme katsayısına sahip elektrik iletkenliği yüksek,

sürtünme, aĢınma özellikleri iyi malzemeler elde edilir. Bu durumun en büyük

12

dezavantajı diğer bir iletken malzeme olan alüminyum malzemeye göre maliyetinin

çok daha yüksek olmasıdır. Ayrıca Japon Hitachı firması titreĢimi sönümleyebilen

alaĢımlardan çok daha iyi titreĢimi sönümleme yapabilecek gradia adında Al- grafit

veya Cu- grafit metal matrisli kompozit malzeme üretmiĢtir (ġahin ve ark., 2002).

Metal matrisli kompozitlerde mekanik özellikler faydalı olacak Ģekilde

kıyaslanmalıdır. Bu Ģekilde bazı mekanik özellikler yani tokluk, uzama, süneklik vb.

bunun zıddını etkilemektedir (Turhan ve ark., 2007).

Metal matrisli kompozit malzemeler üretileceği zaman takviye elemanının seçimi,

üretim tekniği, üretim esnasında takviye elemanının matris tarafından ıslatılabilmesi,

takviye elemanlarının yapısal özellikleri, kompozit malzemenin fiziksel ve mekanik

özelliklerini belirler. Bu nedenle takviye elemanının doğru seçilmesi ve özelliklerinin

iyi bilinmesi gerekir. Kullanım yerine bağlı olmakla birlikte metal matrisli bir

kompozitte, genel olarak takviye elemanından beklenen temel özellikler Ģunlardır:

•Yüksek modül ve dayanım,

•DüĢük yoğunluk,

•Matris ile kimyasal uyumluluk,

•Üretim kolaylığı,

•Yüksek sıcaklıkta dayanımını muhafaza etmesi,

•Ekonomik olması.

Üretilecek kompozitin yapısal bir uygulamada kullanımı durumunda düĢük

yoğunluğa, yüksek modül ve mukavemete sahip takviye elemanına gereksinimi

vardır.

Metal matrisli kompozit malzemelerde en çok kullanılan takviye elemanları SiC,

Bor, SiC, Bor, TiC ve karbondur (ġahin, 2000).

Bir kompozit ürünün özelliklerini belirleyen unsurlar ;

•Takviye elemanının (fiber) özellikleri,

•Matris malzemenin özellikleri,

13

•Fiber-matris ara yüzeyindeki yapıĢma kabiliyeti,�

•Fiber/matris oranı (Hacimsel Yoğunluk, Fibre Volume Fraction),�

•Takviye elemanının geometrisi ve matris içindeki yönlenmesi (oryantasyonu).

Bir kompozit yapıda takviye malzemesinin temel fonksiyonları;

•Yük taĢımak.

•Kompozit bir yapıda yük % 70-90 oranında takviye malzemesi tarafından taĢınır.

•Direngenlik, mukavemet, termal stabilite sağlamak.

•Kullanılan takviyeye (fiber) bağlı olarak elektrik iletkenliği veya yalıtımı

sağlamaktır

Bir kompozit yapıda matris malzemenin temel fonksiyonları;

•Matris fiberleri bir arada tutarak fiberlere yük aktarımında köprü görevi görür.

•Yapıya rijitlik ve Ģekil verir.

•Matris fiberleri birbirinden izole eder. Böylece fiberler birbirlerinden bir yönü ile

bağımsız davranırlar. Bu durum, örneğin, çatlak ilerlemesini durdurur ve yavaĢlatır.

•Matris iyi yüzey kalitesi sağlar

•Matris, aĢınma gibi mekanik hasarlara ve çeĢitli kimyasal etkilere karĢı fiberleri

korur.

•Seçilen matris malzemenin özelliklerine bağlı olarak, kompozitin süneklik, darbe

direnci gibi performans karakteristikleri de etkilenir. Daha sünek bir matris yapının

kırılma tokluğunu arttırabilir. Ör; yüksek tokluk için termoplastik esaslı kompozit

malzemeler seçilir.

•Kullanılan matrisin özellikleri ve fiberle uygunluğu, meydana gelen hasar modlarını

(mekanizmaları) önemli ölçüde etkiler (Anonim, 2015b).

14

4. PARTĠKÜL TAKVĠYELĠ METAL MATRĠSLĠ KOMPOZĠT

MALZEMELERĠN ÜRETĠMĠ

Metal matrisli kompozit malzemelerin, geleneksel malzemeler karĢısında üstün

mekanik özellikler sergilemesi, son yıllarda bu malzemelerin üretim teknikleri

üzerinde daha yoğun çalıĢmalar yapılmasına yol açmıĢtır. Buna rağmen, bu

malzemelerin üretim maliyetleri hala yüksek değerlerdedir.

Metal matrisli bir kompozit malzemenin üretim tekniği;

• Üretilecek parçanın Ģekline,

• Ġstenilen mekanik ve fiziksel özelliklere,

• Matrise,

• Takviye elemanı Ģekli ve türüne göre belirlenir.

Her üretim yönteminin kendine özgü avantajları ve dezavantajları mevcuttur. Ancak

tüm kompozit üretim yöntemleri, geleneksel malzeme üretim yöntemleri ile

karĢılaĢtırıldığında, matris ve takviye fazı arasındaki etkileĢimler nedeniyle

karmaĢıklığıyla dikkat çekmektedir.

Lockheed-California tarafından üretilen L-1011 yolcu uçaklarında kanatçık yapısı

alüminyum alaĢımı yerine kompozit malzemeden üretilerek %26,3 bir ağırlık kazancı

sağlanmıĢtır. Maliyette ise önemli bir artıĢ kaydedilmemiĢtir (Ġbrahim ve ark., 1991).

MMK’ler üzerindeki ilk çalıĢmalar sürekli fiberle takviye edilen alüminyum matrisli

kompozitler üzerinde olmuĢtur. ÇeĢitli sürekli fiber takviyeli metal matrisli

kompozitler askeri uçak ve havacılık uygulamalarında kullanılmak istenilmiĢtir fakat

yüksek maliyet, iĢleme zorluğu, süneklik ve tokluktaki kısıtlamalar gibi nedenlerden

dolayı malzemelerin kullanımı kısıtlı tutulmak zorunda kalmıĢtır (Mutlu, 1996;

Clyne, 2001).

15

4.1. Toz Metalurjisi

Toz metalürjisi üretim yöntemi metal tozların üretimi ve üretilmiĢ olan tozların

iĢlenmesi sonucunda istenilen parçaların Ģekline dönüĢtürülmesi iĢlemidir (ġekil 4.1).

Bu yöntem;

1- Toz üretimi

2- Tozların karıĢtırılması

3- Tozların preslenmesi

4- Sinterlenmesi

5- Ġstenilen durumlarda (infiltrasyon, yağ emdirme, çapak alma, vb.)

Toz metalürjisinin avantajları;

1- Yüksek malzeme kullanım ve düĢük malzeme kayıpları,

2- DüĢük maliyetlere sahip olması,

3- Üretim hızlarının yüksek olması,

4- Yüzey düzgünlüğü,

5- KarmaĢık Ģekilli parçaların daha kolay imalatı,

6- Yüksek yoğunluklarda parça üretilmesi,

7- Üstün mikro yapısal özelliklere sahip parça üretimi,

8- Belirli derecelerde gözeneklilik ve geçirgenliktir (Kayyser ve ark., 1990).

Toz metalürji yönteminin uygulama alanları: kendinden yağlamalı yataklar, elektrik

kontakları, iĢ makinesi parçaları, jet motoru parçalarının üretimi, ortapedik protezler,

yüksek sıcaklık filtreleri, katalizörlerde ve düĢük yoğunlukta parçalara gereksinim

olan otomotiv sektöründeki hafif parçaların üretiminde kullanılmaktadır (Turan,

1993).

16

ġekil 4.1. Toz metalürjisi yöntemi üretim akıĢ Ģeması (Anonim, 2015e)

4.1.1. Toz üretimi

Toz üretim yöntemi prosesin baĢarılı olabilmesi için çok kritiktir. Toz üretim

yöntemi özellikle üretilen tozun boyutu, saflığı, Ģekli, mikroyapısı ve birçok diğer

özelliklerini belirler.

Toz üretim yöntemleri

1- Mekanik üretim yöntemi

2- Kimyasal üretim yöntemi

3- Elektrolizle üretim yöntemi

4- BuharlaĢtırma yöntemi

5- Atomizasyon yöntemi

6- Mikron-altı ve nano- ölçekli üretim yöntemi

7- Özel tozların üretim yöntemi

Gibi çeĢitleri mevcuttur.

17

Partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler dikkate alındığı zaman

kimyasal kararlılığı, termal uyumsuzluğu, mekanik davranıĢı ve maliyeti istenilen

son ürünün elde edilmesinde belirgin rol oynamaktadır (Liu ve ark., 1999).

4.1.2. KarıĢtırma

Uygun malzeme seçimini tamamladıktan sonraki aĢama malzemeleri karıĢtırmaktır.

Bu iĢlemin amacı sinterleme esnasında yeni alaĢımları oluĢturmak için tozları

birleĢtirmeyi, sıkıĢtırma iĢlemi için yağların eklenmesini ve Ģekillendirme için toz-

bağlayıcı karıĢımı hazırlamayı sağlamaktır. Bu basamakta toz metalürjisi nihai

ürünlerinin mekanik özelliklerini oldukça önemli biçimde etkiler.

Tozları harmanlamanın ana sebebi ise taĢıma esnasında titreĢimle oluĢan

ayrıĢmaların engellenmesidir. Farklı büyüklükteki partiküllerin segregasyon

davranıĢlarına bakıldığında büyük parçacıkların üst tarafa çıktığı görülmektedir.

Ayrıca aynı boyuttaki partiküller ve metal tozları arasındaki farklı yoğunluklarında

etkisi oldukça önemlidir. Ağır olan partiküller dibe çöker ve hafif olan partiküller

yukarıda kalır. Parçacık boyutlarında meydana gelen bu ayrıĢma, SıkıĢtırma ve

sinterlemede düzensizliklere neden olur. Yukarıda anlatılan bu ayrıĢmanın en büyük

nedeni ise partiküllerdeki boyut farklılıklarıdır. Bu durumun üstesinden gelmenin

yöntemi mekanik alaĢımlamadır.

KarıĢtırma iĢlemi parça üretiminde büyük bir problemdir. Harmanlama ve

karıĢtırmadaki değiĢkenler çoktur. Bunlar; malzeme, karıĢtırma tipi, parçacık boyutu,

karıĢtırıcının tipi, karıĢtırıcının boyutu, karıĢtırıcıdaki tozun hacmi, karıĢtırma hızı,

kesme zamanı, nemlilik ve çevresel etkiler.

Bu problemi aĢmanın birkaç basit yolu vardır.

1- TaĢıma sonrası kuru tozların yeniden harmanlanması.

2- Kuru tozların titreĢtirilmemesi.

3- Boyut ayrıĢmasının gerçekleĢeceği durumlarda kuru tozun serbest düĢüĢle

gerçekleĢmemesi.

18

4- Toz- bağlayıcı karıĢımı için gereksiz kesmenin giderilmesi (Liu ve ark.,

1999).

Tozların karıĢtırılması V veya Y tipi karıĢtırıcılar ile gerçekleĢtirilir. KarıĢtırma

iĢlemi mümkün olduğunca uzun tutulur. Bunun nedeni de tanecikler kırılarak

küreselleĢir, plastik deformasyona uğrar. KarıĢtırma iĢleminin yeterli sürede yapılıp

yapılmadığını anlamak için sinterleme de dahil tüm iĢlemlerin bitmesini beklemek

gerekmektedir.

ġekil 4.2. KarıĢtırıcı örneği (Anonim, 2015f)

4.1.3. Presleme

Kalıpta sıkıĢtırma iĢlemi bir tozu istenilen Ģekilde preslemek için alt ve üst zımbalar

vasıtasıyla basınç uygular. SıkıĢtırma iĢleminden sonra parça elle tutulabilir bir

mukavemete sahip olur fakat istenilen mukavemete sahip olabilmesi için sinterleme

iĢleminden geçirilmesi gerekmektedir. SıkıĢtırma kalıpları tasarlanırken toz, pres ve

istenilen parçanın Ģekli dikkate alınır.

SıkıĢtırmalar çoğunlukla tozun bir kalıp içerisinde tek eksende preslemesi ile yapılır.

SıkıĢtırma basıncına duyarlılığı malzeme ve tozun özellikleri etkilemektedir. Örneğin

19

küçük ve sert malzemelerin preslenmesi oldukça zordur veya büyük ve karmaĢık

malzemelerin preslenmesinde soğuk izostatik presleme oldukça kullanıĢlıdır.

Tozlar basınç uygulandığında baĢlangıçta birbirleri üzerinde kayarak daha sonra da

yüksek basınçlarda parçacığın Ģekil değiĢtirmesi ile yoğunlaĢırlar. DüĢük basınçlarda

yoğunluk artması hızlıdır fakat basınç artmaya devam ettikçe gözeneklerde kapanma

olacağından toz yoğunlaĢmaya karĢı artarak direnç gösterecektir.

ġekil 4.3. Presleme iĢleminin basamakları; 1. ĠĢlem baĢlangıcı, 2. Toz doldurma, 3.

Presleme baĢlangıcı, 4. Preslemenin bitiĢi, 5. PreslenmiĢ parçanın

çıkarılması (Anonim, 2015f)

Kalıpta sıkıĢtırma çevriminde kalıptaki üst zımba yukarı çekilmiĢ durumdadır. Toz

doldurma boĢluğun belirlendiği miktar kadar doldurma pabucu vasıtası ile

doldurulur. Doldurma esnasında toza homojen bir doldurma yaptırabilmek için alt

zımbaya hareket verilerek bir miktar daha alt kısma çekilir. Üst zımba aĢağıya iner

ve toz sıkıĢtırmıĢ olur devamında ise üst zımba geri çekilir, alt zımba vasıtası ile

parça yukarıya çıkartılıp alınır.

Bu presleme yönteminde alt zımba ve üst zımba birlikte hareket ederek presleme

yaparsa daha homojen bir ham parça elde edilir ve bu presleme yöntemine verilen

isim çift hareketli preslemedir. Eğer alt zımba hareket etmez ise daha az homojenlik

sağlanır bu iĢleme ise tek hareketli presleme denilir.

20

Kalıptan malzemeyi çıkartma iĢleminde yağlamanın önemi kalıp deformasyonunu

azaltmaktadır. Bu parçayı çıkartmak için uygulanan kuvvete ise çıkartma kuvveti

denilmektedir.

SıkıĢtırılmıĢ tozların kalitesini daha iyi kontrol edebilmek için soğuk, ılık ve sıcak

olmak üzere üç çeĢit izostatik pesleme tekniği vardır.

Presleme iĢleminde genellikle hidrolik ve pnomatik presler kullanılmaktadır. Pratikte

kullanılan basınç değerleri 145 – 450 MPa arasındadır (German, 2007). Presleme

iĢleminden önce tozlar genellikle 400-800 °C aralığında ısıtılır. Isıtılmasının birçok

avantajı vardır. Örneğin; ısıl iĢlem sonrasında tozların sertlikleri azaltılmıĢ olur ve

presleme iĢlemi daha kolay gerçekleĢir. Rutubet, karbon, kükürt mümkün olduğunca

ortamdan uzaklaĢtırılmıĢ olur (German, 2007).

ġekil 4.4. Presleme prosesi (Anonim, 2015g)

21

4.1.4. Sinterleme

Sinterleme, partiküller arası birleĢmeyi oluĢturan ısıl prosestir. BaĢka bir değiĢle

yüksek sıcaklıklarda partiküllerin birbirine bağlanmasını sağlayan ısıl iĢlemidir. Bu

iĢlem ergime noktası altındaki sıcaklıklarda katı hal atom taĢınım olaylarıyla

gerçekleĢtirilebilir, ancak çoğu zaman sıvı faz oluĢumunu da içerebilir. Toz

partikülleri, toz konumundan kaynaklanan yüksek yüzey enerjisini ortadan kaldıran

atom hareketleri sayesinde sinterlenir. Birim hacim baĢına yüzey enerjisi, partikül

çapı ile ters orantılıdır. Yüzey enerjisi tipik olarak yüzey alanı üzerinden

değerlendirilir. Bu nedenle yüksek özgül yüzey alanına sahip daha küçük olan

partiküllerin daha fazla enerjisi vardır ve daha hızlı sinterlenirler. SıkıĢtırılmıĢ toz

parçalar arasındaki bağlantılar mekanik kitlenme, yapıĢma gibi zayıf bağlar kristal

kafes içerisindeki bağ dayanımına kıyasla çok zayıftır. Bu sebepten dolayı

sıkıĢtırılmıĢ ham yoğunluktaki parçalar ergime noktası altındaki sıcaklıklara kadar

ısıtılarak parçalara mukavemet ve yüksek yoğunluk kazandırılır. Sinterlemenin

baĢlaması noktasal olarak temas halinde bulunan toz parçaları katı-hal bağına

dönüĢür (German, 2007). Sinterleme iĢlemi sırasında, nokta teması ile baĢlayan, ara

parçacık bağının geliĢmesi ile devam eden mekanizmaya çift-küre sinterleme modeli

denilmektedir (ġekil 4.5).

ġekil 4.5. Çift küre sinterleme modeli (Anonim, 2015h)

22

5. MALZEME VE METOD

5.1. Numune Üretimi

Deney numunelerini yapmakta kullanılan kalıp boĢluğunun boyutları ġekil 5.2’deki

gibi olmalıdır. Kalıp, öncelikle sert metalden yapılmalıdır ve yüzeyi normal

koĢullarda deney numunesinin basılmasına olanak sağlayacak Ģekilde olmalıdır.

Öncelikle numune üretimi için kalıp tasarlanmıĢtır. Numunelerin üretiminde

kullanılacak yöntem toz metalurjisi olduğu için kalıp malzemesi son derece

önemlidir. Üretilen çeki numunesi kalıbı DIN ISO 2740 standartlarına uygun

olmalıdır. Üretilen kalıba ait teknik resimler ġekil 5.3 kalıp üst erkek, ġekil 5.4 kalıp

alt erkek ve ġekil 5.5 basma kalıp diĢisi olarak verilmiĢtir.

Deneysel çalıĢmasının amacı % 100 bakır malzemeden yapılan yatak ve burçların

yerine daha ucuz ve aynı performansı sağlayacak alternatif malzeme içeriği

sunmaktır. Bu sebeple çeki deney numunesi kalıbı DIN ISO 2740 standartlarına

uygun olarak üretilmiĢtir. Kalıp, sert metalden yapılmıĢ ve yüzeyi normal koĢullarda

deney numunesinin basılmasına olanak sağlayacak Ģekilde ayarlanmıĢtır.

ġekil 5.1. Laboratuvar V tipi toz karıĢtırıcı

23

ġekil 5.2. Çekme deney numune ölçüleri

24

ġekil 5.3. Kalıp üst erkek

25

ġekil 5.4. Kalıp alt erkek

26

ġekil 5.5. Kalıp basma diĢisi

27

Deneylerde MBC firmasında üretilen % 99,99 saflıkta ortalama büyüklüğü 45 µm

çapında olan bakır tozu kullanılmıĢtır. Numene üretimi için TOZ METAL A.ġ.

tarafından kullanılan höganos firmasının tarafından üretilen ASC 100.29.509 ticari

isimli demir tozu kullanılmıĢtır. Bu tozların ortalama çapı 45 µm olup, yapılan elek

analizlerinde toz çapları 0–212 µm arasında dağılım göstermektedir (Höganos

A.ġ.1994). Bu demir tozunda % 0,54–0,66 P ve % 0,05 C olduğu, tozun görünür

yoğunluğu 3,08–3,22 g/cm3, akıcılık 28 s/50 g, yaĢ yoğunluk 600 MPa’da 7.08 g/cm3

olduğu bilinmektedir (Tozmetal A.ġ. 2004). ÇalıĢmada kullanılan tozlar Toz Metal

Ticaret ve Sanayi A.ġ. tarafından temin edilmiĢtir.

Laboratuvar V tipi karıĢtırıcı kullanarak, 1500 gr’lık her bir toz bileĢimi 30 dakika

boyunca karıĢtırılmıĢtır. Homojenize edilen tozların resimleri ġekil 5.6’da

verilmiĢtir.

ġekil 5.6. Çekme numuneleri için hazırlanan toz karıĢımları

Hazırlanan toz karıĢımları üretilen numune kalıbı kullanılarak 100 tonluk preste

preslenmiĢtir. Numune yoğunlukları 6,8-7 g/cm3 arasında tutulmuĢtur ve bu aralık

standartlarla uygundur. Preslenen tozlar bronz sinterleme Ģartlarında 700 C’de 90

28

dakika sinterlenmiĢtir. ġekil 5.7’de değiĢik malzeme bileĢimlerine sahip numuneler

gösterilmektedir.

ġekil 5.7. Sinterleme sonrası standartlara uygun olarak elde edilen numuneler

Çizelge 5.1. Üretilen Fe-C partikül takviyeli metal matrisli kompozitlerin yüzde

ağırlık toz karıĢımını belirten kodlama

Numune Adı Bakır (% ağırlık) ASC 100,29 (% ağırlık)

1 100ASC 0 100

2 10Cu90ASC 10 90

3 20Cu80ASC 20 80

4 30Cu70ASC 30 70

5 40Cu60ASC 40 60

6 50Cu50ASC 50 50

7 60Cu40ASC 60 40

8 70Cu30ASC 70 30

9 80Cu20ASC 80 20

10 90Cu10ASC 90 10

11 100Cu 100 0

DIN ISO 2740 standartlarına uygun olarak üretilen çeki numune kalıbı kullanılarak,

hazırlanan toz karıĢımları 100 tonluk preste preslenmiĢtir. Numune yoğunlukları 6,8-

7 g/cm3 arasında tutulmuĢtur ve bu aralıklar standartlarla uygundur. Üretilen

numuneler, ġekil 5.8’de Ģematik gösterimi bulunan sinterleme fırınında, 700°C

sıcaklıkta, 90 dakika sinterlenmiĢtir.

29

ġekil 5.8. Sinterleme fırını Ģematik görünümü

ġekil 5.8’de görülen sinterleme fırını üç ana bölgeden oluĢur. Bunlar; Ön ısıtma,

sinterleme ve soğutma bölgesinden oluĢmaktadır. Ön ısıtma bölgesinde toza ilave

edilen yağlayıcı ve bağlayıcı katkıların tamamı parçadan uzaklaĢtırılır, birbirinden

bağımsız olan toz partikülleri arasında tane sınırı oluĢur. Sinterleme bölgesinde ise

sinterleĢmenin gerçekleĢtiği bölge olup en yüksek sıcaklığa ulaĢılan bölgedir. Bu

bölgede malzeme içerisindeki gözenek miktarı azalır, yeni bir mikro yapı oluĢumuna

izin veren tane büyümesi gerçekleĢir. Boyutsal küçülmenin en fazla olduğu bölgedir.

Sinterleme bölgesinde, malzeme içerisindeki özelliklerin homojen dağılımı için

sıcaklık dağılımı homojen olmalıdır. Soğutma bölgesinde ise özellikle 600-500 ºC

sıcaklıklar arasındaki soğutma hızı malzeme içerisindeki faz dönüĢümlerinden dolayı

mekanik özellikleri önemli ölçüde etkiler. Sinterleme sonrasında parçaların

yoğunluğu artmıĢ olur. Sinterleme sonrası, DIN ISO 2740 standartlarına uygun

çekme numuneleri üretilmiĢtir.

30

5.2. Deneysel ÇalıĢmalar

Bu projede, elde edilen 11 adet numuneye ait detaylı malzeme iç yapıları, EDX,

SEM ve çekme deneyi sonuçları ġekil 5.9-5.18 arasında ve Çizelge 5.2-5.11 arasında

da EDX analizinden elde edilen malzeme bileĢimleri gösterilmiĢtir.

Çizelege 5.2’de %100 ASC 69.02.509 numunesinde genel yapı birleĢimi verilmiĢtir.

Çizelge 5.2. 100 ASC kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri

ELEMENT AĞIRLIK % % NET INT HATA %

C K 15,32 43,64 50,81 14,65

O K 2,88 6,15 29,6 17,1

K K 0,41 0,36 12,09 62,27

FeK 81,39 49,85 956,09 2,7

Çizelge 5.2’de görüleceği üzere 100 ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça % 81,39

demir ve % 15,32 karbon olduğu gözlemlenmektedir. Sonuç olarak Kompozit

içerisinde yoğunluk olarak demir ve karbon elementleri bulunmaktadır.

ġekil 5.9’da 100 ASC numunesine ait çekme deneyi, optik mikroskop görüntüleri,

oluĢan fazların yüzdeleri, SEM görüntüsü ve EDX sonucu görülmektedir. Numune

içerisinde toplam kesit alanı % 20,15 oranını gözenekli yapının oluĢturduğu ġekil

5.9b’de görülmektedir. ġekil 5.9c’de 1000x büyütmede çekilmiĢ SEM fotoğrafı

görülmektedir. ġekil 5.9b ve 5.9c’de de görüleceği üzere malzeme içerisinde

gözenekli yapının oluĢtuğu ve bu gözenekli yapının da malzeme içerisinde homojen

bir Ģekilde dağıldığı görülmektedir. Malzeme içerisinde yaklaĢık olarak %6 oranında

gözenek dağılımı istenmektedir. Ġstenilen bu gözenekli yapı yataklarda ve burçlarda

malzemeye kendiliğinden yağlanma özelliği kattığı bilinmektedir. Fakat elde edilen

numunedeki gözeneklilik oranı istenilen orandan çok fazla çıkmıĢtır. Gözeneklilik

oranı % 20 civarındadır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı diğer numunelere

göre nispeten yüksektir.

31

(a)

(b)

(c) (d)

ġekil 5.9. 100 ASC tozundan elde edilen kompozite ait a)çekme deneyi sonuçları,

b)faz analizi sonuçları, c)1000x elektromikroskop görüntüsü, d)EDX

analiz sonucu

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10 12

Ger

ilm

e [

MP

a]

ġekil değiĢtirme [%]

DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

32

Çizelege 5.3’de % 90 69.02.509 + % 10 Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.

Çizelge 5.3. 10Cu90ASC kompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri

ELEMENT AĞIRLIK% % NET INT HATA %

C K 2,23 9,39 6,87 37,46

O K 1,22 3,85 17,33 25,49

P K 0,27 0,44 6,96 72,17

SnL 1,02 0,43 15,48 60,63

FeK 91,18 82,57 1148,51 2,85

NiK 1,34 1,15 11,38 65,24

CuK 1,65 1,32 11,47 65,02

ZnK 1,09 0,84 6,36 69,06

Çizelge 5.3’de görüleceği üzere 10Cu90ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça %

91,18 demir ve % 2,23 karbon olduğu gözlemlenmektedir. Sonuç olarak Kompozit


ġekil 5.10’de 10Cu90ASC numunesine ait çekme deneyi, optik mikroskop

görüntüleri, oluĢa fazların yüzdeleri, SEM görüntüsü ve EDX sonucu görülmektedir.

Numune içerisinde toplam kesit alanı %16,66 oranını gözenekli yapının oluĢturduğu

ġekil 5.10b’de görülmektedir. ġekil 5.10c’de 1000x büyütmede çekilmiĢ SEM

fotoğrafı görülmektedir. ġekil 5.10b ve 5.10c’den de görüleceği üzere malzeme

içerisinde gözenekli yapının oluĢtuğu ve bu gözenekli yapının da malzeme içerisinde

homojen bir Ģekilde dağıldığı görülmektedir. Malzeme içerisinde yaklaĢık olarak %6

oranında gözenek dağılımı istenmektedir. Ġstenilen bu gözenekli yapı yataklarda ve

burçlarda malzemeye kendiliğinden yağlanma özelliği kattığı bilinmektedir. Fakat

elde edilen numunedeki gözeneklilik oranı istenilen orandan çok fazla çıkmıĢtır.

Gözeneklilik oranı % 16 civarındadır.. Elde edilen numunenin çekme dayanımında

ilk numunemiz olan 100 ASC’ ye ani bir düĢüĢ gözlenmiĢtir.

33

(a)

(b)

(c) (d)

ġekil 5.10. 10Cu90ASC tozundan elde edilen kompozite ait a)çekme deneyi

sonuçları, b)faz analizi sonuçları, c)1000x elektromikroskop

görüntüsü, d)EDX analiz sonucu

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4

Ger

ilm

e [M

Pa]

ġekil değiĢtirme[%]

DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

34

Çizelge 5.4’de % 80 69.02.509 + % 20 Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.


ELEMENT AĞIRLIK % % NET HATA %

C K 6,65 22,78 68,8 10,45

O K 1,92 5,43 88,64 9,07

P K 0,03 0,04 2,34 62,92

SnL 1,94 0,74 103,16 8,72

FeK 70,41 56,99 3333,49 1,57

NiK 1,11 0,86 35,76 13,36

CuK 17,36 12,35 450,12 3,05

ZnK 1,18 0,82 25,36 15,16

Çizelge 5.4’de görüleceği üzere 20Cu80ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça %

70,41 demir ve % 17,36 bakır olduğu gözlemlenmektedir. Sonuç olarak Kompozit

içerisinde yoğunluk olarak demir ve bakır elementleri bulunmaktadır.





fotoğrafı görülmektedir. ġekil 5.11b ve 5.11c’de de görüleceği üzere malzeme






Gözeneklilik oranı % 19 civarındadır.. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 100

ASC numunesine oranla çok daha düĢük ve 100 ASC numunesinin dıĢındaki

numunelere yakındır.

35

(a)

(b)

(c) (d)

ġekil 5.11. 20Cu80ASCtozundan elde edilen kompozite ait a)çekme deneyi



0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

36

Çizelge 5.5’de % %70 69.02.509 + % 30 Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.



C K 6,08 22,95 74,35 10,46

O K 2,27 6,44 112,05 9,06

P K 0,02 0,03 1,98 63,98

SnL 2,33 0,89 132,52 7,64

FeK 60,21 48,88 3186,02 1,6

NiK 1,16 0,89 41,38 13,12

CuK 26,84 19,15 771,04 2,73

ZnK 1,09 0,76 26,05 15,06

Çizelge 5.5’den görüleceği üzere 30Cu70ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça %













Gözeneklilik oranı % 14 civarındadır.. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 100



37

(a)

(b)

(c) (d)




0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

38

Çizelege 5.6’da %60 69.02.509 + % 40Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.



C K 5,46 21,69 68,9 10,56

O K 1,41 4,21 72,1 9,47

P K 0,02 0,03 1,67 64,65

SnL 3,35 1,35 197,25 5,42

FeK 50,29 43,01 2895,25 1,65

NiK 1,5 1,22 58,02 8,45

CuK 36,33 27,3 1121,66 2,52

ZnK 1,65 1,2 42,16 12,23

Çizelge 5.6’da görüleceği üzere 40Cu60ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça %













Gözeneklilik oranı % 20,5 civarındadır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 100



39

(a)

(b)

(c) (d)




0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

40

Çizelge 5.7’de %50 69.02.509 + % 50Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.



C K 2,18 9,12 6,16 99,99

O K 1,3 4,1 16,95 25,06

KK 0,43 0,55 12,09 63,95

FeK 92,85 83,69 1071,62 2,83

CuK 1,75 1,39 11,1 64,28

ZnK 1,49 1,14 7,93 66,51


92,85 demir ve % 2,18 karbon olduğu gözlemlenmektedir. Sonuç olarak Kompozit




Numune içerisinde toplam kesit alanı % 5,93 oranını gözenekli yapının oluĢturduğu






burçlarda malzemeye kendiliğinden yağlanma özelliği kattığı bilinmektedir ve elde

edilen numunedeki gözeneklilik oranı istenilen oranda çıkmıĢtır. Gözeneklilik oranı

% 6 dır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 100 ASC numunesine oranla çok

daha düĢük ve 100 ASC numunesinin dıĢındaki numunelere yakındır.

41

(a)

(b)

(c) (d)




0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

42


verilmiĢtir.


ELEMENT AĞIRLIK% % NET HATA %

C K 5,46 21,96 65,49 10,91

O K 1,75 5,28 83,85 9,51

P K 0,02 0,03 1,92 64,13

SnL 4,34 1,77 240,61 4,47

FeK 34,88 30,18 2039,47 1,76

NiK 1,48 1,22 57,72 10,09

CuK 50,55 38,44 1544,49 2,28

ZnK 1,52 1,12 38,31 13,16










homojen bir Ģekilde dağıldığı görülmektedir. Malzeme içerisinde yaklaĢık olarak % 6


burçlarda malzemeye kendiliğinden yağlanma özelliği kattığı bilinmektedir ve

Gözeneklilik oranı % 6 dır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 50Cu50ASC

numunesinden sonra 100Cu numunesine kadar sürekli arttığı gözlemlenmiĢtir.

43

(a)

(b)

(c) (d)


sonuçları, b)faz analizi sonuçları, c)1000x elektromikroskop görüntüsü,

d)EDX analiz sonucu

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

44


verilmiĢtir.



C K 4,37 18,48 43,81 11,34

O K 1,62 5,14 65,75 9,68

P K 0,03 0,06 2,73 62,72

SnL 5,58 2,39 258,39 4,13

FeK 29,09 26,46 1466,07 1,84

NiK 1,48 1,28 49,43 11,69

CuK 56,17 44,91 1463,39 2,24

ZnK 1,66 1,29 35,69 13,15




ġekil 5.16’da 70Cu30ASC numunesine ait çekme deneyi, optik mikroskop









elde edilen numunedeki gözeneklilik oranı istenilen orandan fazla çıkmıĢtır.

Gözeneklilik oranı % 9,5 civarındadır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı

50Cu50ASC numunesinden sonra 100Cu numunesine kadar sürekli arttığı

gözlemlenmiĢtir.

45

(a)

(b)

(c) (d)

ġekil 5.16. 70Cu30ASCtozundan elde edilen kompozite ait a)çekme deneyi



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

46

Çizelge 5.10’da %20 69.02.509 + % 80Cu numunesinde genel yapı birleĢimi

verilmiĢtir.


ELEMENT WEĠGHT % % NET INT EROR %

C K 1,44 6,19 4,35 33,25

O K 1,36 4,37 18,96 16,23

KK 0,69 0,9 20,53 22,4

FeK 92,95 85,68 1145,28 2,24

CuK 2,35 1,9 15,91 25,2

ZnK 1,21 0,95 6,89 62,42

Çizelge 5.10’dan görüleceği üzere 80Cu20ASC numunesinin içerisinde ağırlıkça %


içerisinde yoğunluk olarak demir elementi bulunmaktadır.











Gözeneklilik oranı % 10 civarındadır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı

50Cu50ASC numunesinden sonra 100Cu numunesine kadar sürekli arttığı

gözlemlenmiĢtir.

47

(a)

(b)

(c) (d)


sonuçları, b)faz analizi sonuçları, c)1000x elektromikroskop görüntüsü,

d)EDX analiz sonucu

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

48

Çizelge 5.11’de % 100 saf bronz numunesinde genel yapı birleĢimi verilmiĢtir.

Çizelge 5.11. 100Cukompozitine ait EDX analiz sonucu değerleri

ELEMENT WEĠGHT % % NET INT EROR %

C K 1,44 6,19 4,35 33,25

O K 1,36 4,37 18,96 16,23

KK 0,69 0,9 20,53 22,4

FeK 92,95 85,68 1145,28 2,24

CuK 2,35 1,9 15,91 25,2

ZnK 1,21 0,95 6,89 62,42

Çizelge 5.11’den görüleceği üzere 100Cu saf bronz numunesinin içerisinde ağırlıkça

% 92,95 demir ve % 2,35 bakır olduğu gözlemlenmektedir. Sonuç olarak Kompozit

içerisinde yoğunluk olarak demir elementi bulunmaktadır.

ġekil 5.18’de 100Cu numunesine ait çekme deneyi, optik mikroskop görüntüleri,

oluĢa fazların yüzdeleri, SEM görüntüsü ve EDX sonucu görülmektedir. Numune

içerisinde toplam kesit alanı % 4,57 oranını gözenekli yapının oluĢturduğu ġekil

5.18b’de görülmektedir. ġekil 5.18c’de 1000x büyütmede çekilmiĢ SEM fotoğrafı

görülmektedir. ġekil 5.18b ve 5.18c’den de görüleceği üzere malzeme içerisinde

gözenekli yapının oluĢtuğu ve bu gözenekli yapının da malzeme içerisinde homojen

bir Ģekilde dağıldığı görülmektedir. Malzeme içerisinde yaklaĢık olarak % 6 oranında

gözenek dağılımı istenmektedir. Ġstenilen bu gözenekli yapı yataklarda ve burçlarda

malzemeye kendiliğinden yağlanma özelliği kattığı bilinmektedir. Fakat elde edilen

numunedeki gözeneklilik oranı istenilen orandan az çıkmıĢtır. Gözeneklilik oranı %

4.5 civarındadır. Elde edilen numunenin çekme dayanımı 50Cu50ASC

numunesinden sonra 100Cu numunesine kadar sürekli arttığı gözlemlenmiĢtir.

49

(a)

(b)

(c) (d)

ġekil 5.18. 100Cu tozundan elde edilen kompozite ait a)çekme deneyi sonuçları,

b)faz analizi sonuçları, c)1000x elektromikroskop görüntüsü, d)EDX

analiz sonucu

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10

Ger

ilm

e [M

Pa]


DENEY 1

DENEY 2

DENEY 3

50

6. BULGULAR VE TARTIġMA

ġekil 6.1, 6.2, 6.3’de numunelere ait elastisite modülü, çekme dayanımı ve Brinell

sertlik değerlerindeki değiĢim gösterilmiĢtir. Elastisite modülü ve çekme dayanımı

için deneyler üç kez tekrarlanmıĢ ve ortalaması alınmıĢtır. Brinell sertlik değerlerinin

ölçümü ise üç aynı özelliğe sahip numunenin beĢ farklı bölgesinden yapılmıĢ ve

ortalaması alınarak numunenin Brinell sertlik değeri belirlenmiĢtir. Yapılan

deneylerden elde edilen sonuçlara bakıldığında grafik üzerindeki hata çizgilerinden

de anlaĢılacağı üzere deneylerin kendi içerisinde oldukça tutarlı olduğu

gözlemlenmiĢtir. ġekilde de görüldüğü gibi ASC 100.29.509 ticari isimli demir

tozunun içerisine az miktarda bakır tozu katıldığında malzemenin elastisite modülü

gerek çekme dayanımı gerekse Brinell sertlik değerlerinde önemli ölçüde bir düĢüĢ

gözlemlenmektedir. Mekanik özelliklerdeki ani düĢüĢün sebeplerinden birisi

malzeme içerisindeki gözenekli yapının artmasıdır. Nihai olarak, ASC 100.29.509

ticari isimli demir tozunun içerisine %50 oranında bakır tozu katılmasından sonra

bakır tozu oranının artırılmasının mekanik özelliklerde herhangi bir değiĢime sebep

olmadığı tespit edilmiĢtir.

51

ġekil 6.1. Elastik modülü

ġekil 6.1 incelendiğinde 100ASC’ye göre içerisindeki bakır toz miktarını

arttırdığımız zaman 300Cu70ASC’a kadar düĢüĢ olmuĢtur ve 300Cu70ASC’den

50Cu50ASC‘ye kadar elastik modülde yükselme meydana gelmiĢtir.

50Cu50ASC’den 100ASC’ye kadar da çok ciddi bir artıĢ görülmemiĢtir.

ġekil 6.2. Çekme dayanımı

ġekil 6.2 incelendiğinde 100ASC’ye numunede bakır oranı artırıldığında çekme

mukavemetinde ani bir düĢme görülmüĢtür. Daha sonra 10Cu90ASC’ den 100Cu’ya

kadar çekme mukavemetinde hafif dalgalanmalar olmasına rağmen 100Cu’a kadar

artıĢ gözlemlenmiĢtir.

52

ġekil 6.3. Brinell sertlik değerleri

ġekil 6.3 Ġncelendiğinde 100ASC’ye numunede bakır oranı artırıldığında brinell

sertlik değerinde ani bir düĢme görülmüĢtür. Daha sonra 10Cu90ASC’ den 100Cu’ya

kadar brinell sertlik değerinde düĢüĢler gözlemlenmiĢtir.

ġekil 6.4. Numunelerdeki gözenek oranları

ġekil 5.4’de Takviye fazının matris fazı içerisinde homojen olarak dağıldığı

gözlemlenmiĢtir. Numune 100Cu ‘dan itibaren ASC toz miktarı arttıkça gözenek

oranında artıĢ olduğu gözlemlenmiĢtir. Bu durum elektromikroskop görüntülerinde

daha net görülecektir.

53

7. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER

ġekil 6.1’de Elastiside modülü grafiği incelendiği zaman 50Cu50ASC numunesinden

sonra diğer numunelerde bakır miktarını arttırdığımız zaman elastiside modülünde

ciddi bir artıĢ olmadığı görülmüĢtür. Elastiside modülünde artıĢ olmadığına göre

bakır miktarının arttırılıp maliyeti yükseltmenin faydası olmayacağını gördük.

ġekil 6.2’de Çekme dayanım grafiği incelendiği zaman 100 ASC numunesinden

sonraki numunlerde 10Cu90ASC numunesindeki gibi içerisine bakır eklendiği

zaman çekme dayanımında ani bir düĢüĢ meydana gelmektedir ve bakır miktarınını

arttırmamızın çekme dayanımına çok fazla katkısı olmadığını söyleyebiliriz.

ġekil 6.3’de Brinell serttlik grafiği incelendiği zaman 100 ASC numunesinden

sonraki numunlerde 10Cu90ASC numunesindeki gibi içerisine bakır eklendiği

zaman brinell sertlik değerinde ani bir düĢüĢ meydana gelmektedir ve bakır

miktarınını arttırmamızın birinell sertlik değerine çok fazla katkısı olmadığını

söyleyebiliriz.

ġekil 6.4’de ise numuneler içerisinde % gözenek oranları verilmiĢtir. Endüstrinin

istediği ve kullandığı kompozisyon 100Cu kodlu numunedir. % 100 Cu

numunesindeki gözeneklilik oranı %4 ile % 6 arasındadır. Grafiktede görüldüğü gibi

50Cu50ASC numunesi ve 60Cu40ASC numunesi içerisindeki gözenek oranının

istenilen orana çok yakın olduğu tespit edilmiĢtir. gözeklilik oranı % 6’dır. Bu

durumda aynı numunenin mekanik özelliklerine de bakacak olursak, elde edilen

ürünün endüstriyel ürünün yerine kullanılabileceği anlaĢılmaktadır.

Yapılacak olan çalıĢmalara katkı sayabileceğini düĢündüğüm bir konuda basma ve

aĢınma deneylerinin yapılmasıdır.

54

KAYNAKLAR

Ahlatçı, H., 2003. Alüminyum-Silisyum Karbür Kompozitlerin Mekanik

Özelliklerine ve AĢınma DavranıĢına Takviye Botutunun ve Matriks

BileĢiminin Etkisi. Doktora Tezi, Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, Ġstanbul.

Akbulut, H., 2000. Alümina Fiber Takviyeli Al-Si Metal Matrisli Kompozitlerin

Üretimi ve Mikroyapı Özellik ĠliĢkilerinin Ġncelenmesi. Doktora Tezi,

Ġstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul.

Anonim, 2015a. Kompozit malzemeler http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/composite%

20materials/2-Genel_bilgiler.pdf (10.10.2015)

Anonim, 2015b. Kompozit malzemeler http://teknolojikarastirmalar.com/e-

egitim/yapi_malzemesi/icerik/kompozit.htm# (10.10.2015)

Anonim, 2015c. Kompozit malzemeler http://www.bilgiustam.com/kompozit-

malzemeler-hakkinda-hersey/ (10.10.2015)

Anonim, 2015d. Kompozit malzemeler http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/

imalattakompozit/MMK_son (10.10.2015)

Anonim, 2015e. Toz metalurjisi http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/powdermet.

html (10.10.2015)

Anonim, 2015f. Toz metalurjisi http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/sekillendirme/

shaping.html (10.10.2015)

Anonim, 2015g. Toz metalurjisi http://www.sintek.net/Sayfa/sinter-teknolojisi/76

(10.10.2015)

Anonim, 2015h. Toz metalurjisi https://polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/9244/1/

1778.pdf (10.10.2015)

Arıcaysoy, O., 2006. Kompozit Sektör Raporu. ITO-0017049, Ġstanbul Ticaret Odası

Yayınları, Ġstanbul, 25-29.

Arık, H., Bağcı, C., 2003. Investigation of influences of pressing pressure and

sintering temperature on the mechanical properties of Al-Al4C3 composite

metarials. Turkısh Journal of Engineering and Environmental Science, 27, 53-

58.

Baron, R.P., 1988. The processing and characterization of sintered metal reinforced-

aluminum matrix composites. Journal of Mathematical Sciences, 32, 6435-

6445.

http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/composite%25%2020materials/2-

http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor/composite%25%2020materials/2-

http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/%20imalatta

http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/%20imalatta

http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/powdermet.%20html

http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/powdermet.%20html

http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/sekillendirme/%20shaping.html

http://mf.dumlupinar.edu.tr/~runal/toz/sekillendirme/%20shaping.html

http://www.sintek.net/Sayfa/sinter-teknolojisi/76

https://polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/9244/1/%201778.pdf

https://polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/9244/1/%201778.pdf

55

Bulut, M., 2014. Türkiye’de Kompozit Malzeme Üretimi ve Kompozit Malzeme

Sektörünün Genel Değerlendirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Büyükuncu, G., 2000. Kompozitlerin Üretimi. Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul Teknik

Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul.

Clyne, T.W., 2001. Metal matrix composites: matrices and processing, encyclopedia

of materials: science and technology, composites: MMC, CMC, PMC. 12-26,

Elsevier.

Demirel, A., 2007. Karbon Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit Malzemelerin

Karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü, Ankara.

German, R.M., 2007. Toz Metalurjisi ve Parçacıklı Malzeme ĠĢlemleri. Toz

Metalurjisi Derneği, Ankara, 195.

Gül, F., 1999. Döküm Yoluyla Alüminyum Temelli Parçacık Takviyeli Kompozit

GeliĢtirme. Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,

Ġstanbul.

GüneĢ, D., 2010. Al Matrisli SiC Takviyeli Kompozit Ġle Ç1030 Çeliğinin Sürtünme

Kaynak Yöntemiyle Kaynak Edilebilirliğinin AraĢtırılması. Yüksek Lisans

Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir.

Ġbrahim, I.A., Mohamed, F.A., Javernica, E.J., 1991. Particulate reinforced metal

matrix composites-a review. Journal of Materials Science, 26, 1137-1156.

Karabulut, H., Çıtak, R., 2011. Al matrisli ve Al2O3 parçacık takviyeli kompozitler

için üretim yönteminin kompozit özelliklerine etkisi. 6. Uluslararası Ġleri

Teknolojiler Sempozyumu 16-16 Mayıs, Elazığ, 527.

Kaysser, W.A., Rzesnitzek, K., 1990. Principles of Atomization. Science of

Sintering. Ed. D.P. Uskokovic, Plenum Press, 157 – 174.

Liu, Y.B., Lim, S.C., Lu, L., Lai, M.O., 1994. Recent development in the fabrication

of metal matrix parti culate composite using powder metallurgy techniques.

Journal of Materials Science, 29, 1248-1280

Lloyd, D.J., 1993. Particle reinforced aluminium and magnesium matrix

composites. International Materials Science, 28, 5397-5413.

Mutlu, Ġ., 1996. Alüminyum Matrisli Metal Matrisli Kompozitlerin Üretilmesi.

Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,

Kütahya.

56

Muscat, D., 1993. Titanium Carbide Aluminum Composites By Melt Infiltration.

Doctor of Philosophy Thesis, Mc Gillunıversty, Montreal, Canada.

Ruiz-Navas, E.M., Fogagnola, J.B., Velasco, J.M., Froyen, L., 2006. One step

production of aluminium matrix composite powders by mechanical alloying.

Materials Science and Engineering, 37, 2114-2120.

Schwartz, M.M., 1984. Compozite Metarials Handbook, McGraw-Hill, Newyork,

USA.

Seydibeyoğlu, M.Ö., 2012. Karbon elyaf kompozit malzemelerin hazırlanmasında

yeni teknolojiler. 3. Uluslararası Polimerik Kompozitler Sempozyumu, 9

Kası, Ġzmir.

Song, G.M., Zhou, Y., Wang, Y.J., 2003. Effect of carbide articles on the ablation

properties of tungsten composites, meterials characteriazation. Journal of

Materials Research and Technology, 50, 293-303.

Stjernstoft , T., 2004. Machining Of Some Difficult -To-Cut Meterials With Rotary

Cutting Tools. Doctor of Philosophy Thesis, Stockholm.

SubaĢı, E., 2005. Mekanik AlaĢımlama Yöntemi Ġle W Esaslı Toz Malzemelerin

Sentezlenmesi ve Sinterleme DavranıĢları. Yüksek Lisans Tezi, Ġstanbul

Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ġstanbul.

Sur, G., 2008. Karma Takviyeli Alüminyum Kompozitlerin Üretimi, Mekanik

Özellikler ve ĠĢlenebilirliğinin Ġncelenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

ġahin, Y., 2000. Kompozit Malzemelere GiriĢ. Gazi Kitabevi, Ankara, 16-282.

ġahin, Ġ., Akdoğan A., 2002. Silisyum karbür takviyeli AI-Si kompozit malzemelerin

bazı özelliklerinin incelenmesi. 4. Mühendislik ve Mimarlık Sempozyumu.

11-13 Eylül, Ġstanbul.

Turan, H., 1993. Gaz Atomizasyonu Ġle Metal Tozu Üretimi. Yüksek Lisans Tezi,

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Turhan, H., Yıldız, T., Gülenç, B., 2007. Toz metalürjisi ile üretilen Cu/ FeMn ve

Cu/ FeCr metal matrisli kompozitlerin mikroyapı ve mekanik özellikleri. Fırat

Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 19, (4), 569-574.

Ünlü, B.S., Köksal S., Atik E., Meriç C., 2005. CuSn10 yatak malzemesinin

tribolojik özelliklerinin incelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik

Bilimler Dergisi, 11, (1), 41-45.

http://www.sciencedirect.com/science/journal/22387854

http://www.sciencedirect.com/science/journal/22387854

57

Ünlü, B.S., Köksal N.S., Atik E., 2003. Bakır esaslı bronz ve pirinç yatakların

tribolojik özelliklerinin karĢılaĢtırılması. Dokuz Eylül Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 5, (2), 104-108.

Yılmaz, M., 1997. Production and Mechanical Behavior of Particulate Reinforced

Aluminium Matrix Composites. Doctor of Philosophy Thesis, Bogazici

University Institute of Science and Technology, Ġstanbul.

58

ÖZGEÇMĠġ

KiĢisel Bilgiler

Soyadı, Adı : ÖZAK, Hüseyin Cihan

Uyruğu : T.C.

Doğum tarihi ve yeri : 22.03.1988 - ÇORUM

Medeni hali : Bekar

Telefon : 0 (554) 589 29 62

e-mail : [email protected]

Eğitim

Derece Eğitim Birimi Mezuniyet tarihi

Lisans Mustafa Kemal Üniversitesi/

Makine Müh. Bölümü 2012

Lise Çorum Eti Lisesi 2005

ĠĢ Deneyimi

Yıl Yer Görev

2011- Armor Isı Transfer Üretim Yöneticisi

Yabancı Dil

Ġngilizce

mailto:[email protected]

Documents

TOZ METALURJĠSĠ YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLMĠġ METAL …cdn.hitit.edu.tr/fbe/files/70932_1609061220927.pdf · Kaymalı yatak malzemelerinde beklentileri karĢılayan en yaygın kullanılan