T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ SİVİL HAVACILIK YÜKSEKOKULU ALÜMİNYUM ESASLI SiCp PARTİKÜL TAKVİYELİ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER Hazırlayan Harun YILMAZ Danışman Uzm. Veysel ERTURUN
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
T.C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
SİVİL HAVACILIK YÜKSEKOKULU
ALÜMİNYUM ESASLI SiCp PARTİKÜL TAKVİYELİ METAL
MATRİSLİ
KOMPOZİT MALZEMELER
Hazırlayan
Harun YILMAZ
Danışman
Uzm. Veysel ERTURUN
Uçak Gövde-Motor Bölümü Bitirme Ödevi
Haziran 2007 KAYSERİ
T.C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
SİVİL HAVACILIK YÜKSEKOKULU
ALÜMİNYUM ESASLI SiCp PARTİKÜL TAKVİYELİ METAL
MATRİSLİ
KOMPOZİT MALZEMELER
Hazırlayan
Harun YILMAZ
Danışman
Uzm. Veysel ERTURUN
Uçak Gövde-Motor Bölümü Bitirme Ödevi
Haziran 2007 KAYSERİ
Bu çalışma jürimiz tarafından Uçak Gövde-Motor Bölümü’nde Bitirme Ödevi olarak kabul
edilmiştir.
... / ... / 2007
Danışman :
Üye :
Üye :
ONAY:
Yukarıdaki imzaların, adı geçen öğretim elemanlarına ait olduğunu onaylarım.
... / ... / 2007
Uçak Gövde-Motor Bölüm Başkanı
i
TEŞEKKÜR
ii
ÖZET
iii
ABSTRACT
iv
İÇİNDEKİLER
TEŞEKKÜR.........................................................................................................................................................II
ÖZET................................................................................................................................................................III
ABSTRACT......................................................................................................................................................IV
İÇİNDEKİLER..................................................................................................................................................V
ŞEKİLLER DİZİNİ........................................................................................................................................VII
TABLOLAR DİZİNİ.........................................................................................................................................X
1. ALÜMİNYUM ESASLI SİC PARTİKÜL TAKVİYELİ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER.................................................................................................................................................1
1.1 KOMPOZIT MALZEMELERIN TANIMI..........................................................................................................21.2 KOMPOZIT MALZEMELERIN SINIFLANDIRILMASI.......................................................................................4
1.2.1 Polimer Matrisli Kompozit Malzemeler............................................................................................51.2.2 Seramik Matrisli Kompozit Malzemeler............................................................................................51.2.3a Metal Matrisli Kompozit Malzemeler..............................................................................................61.2.3b Metal Matrisli Kompozit Malzemeler..............................................................................................7
1.3 METAL MATRISLI KOMPOZIT MALZEMELERIN KULLANIM ALANLARI.....................................................81.4 MATRIS MALZEMELERI............................................................................................................................101.5 METAL MATRISLER VE ALAŞIMLARI.......................................................................................................12
1.5.1 Magnezyum Alaşımları....................................................................................................................121.5.2 Çinko Alaşımları..............................................................................................................................141.5.3 Titanyum Alaşımları........................................................................................................................151.5.4 Döküm Alaşımları............................................................................................................................161.5.5 Alüminyum ve Alüminyum Alaşımları..............................................................................................181.5.5a Alüminyum Ve Alaşımlarının Sınıflandırılması.............................................................................19
1.6 TAKVIYE ELEMANLARI.............................................................................................................................251.6.1 Cam..................................................................................................................................................281.6.2 Karbon.............................................................................................................................................311.6.3 Boron...............................................................................................................................................371.6.4 Alüminyum Oksit..............................................................................................................................401.6.5 Organik Moleküller..........................................................................................................................431.6.6 Metalik Camlar................................................................................................................................451.6.7 Silisyum Karbür...............................................................................................................................48
2. MMK MALZEMELERİN ÜRETİM YÖNTEMLERİ............................................................................54
2.1 SIVI HAL ÜRETIM YÖNTEMLERI..............................................................................................................542.1.1 Sıkıştırma (Squeeze) Döküm............................................................................................................552.1.2 Compocasting (Yarı Katı Karıştırma).............................................................................................572.1.3 Gaz Enjeksiyonu..............................................................................................................................572.1.4 Sıvı Metal Emdirmesi (İnfiltrasyon)................................................................................................572.1.5 Basınçlı İnfiltrasyon.........................................................................................................................58
v
2.1.6 Basınçsız İnfiltrasyon (Lanxide Prosesi).........................................................................................592.1.7 Vorteks (Karıştırma) Döküm...........................................................................................................602.1.8 Plazma Püskürtme...........................................................................................................................61
2.2 KATI HAL ÜRETIM YÖNTEMLERI..............................................................................................................622.2.1 Reaksiyon(in situ) üretim yöntemleri...............................................................................................65
3. ALÜMİNYUM ESASLI SİCP TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİ............................66
3.1 ALÜMİNYUM ESASLI SİCP TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ...........................................................................................................72
3.1.1 Çekme Deneyleri..............................................................................................................................723.1.2 Yorulma Deneyleri...........................................................................................................................753.1.3 Sertlik Deneyleri..............................................................................................................................763.1.4 Kırılma Yüzeyi ve Metalografik İncelemeler...................................................................................77
4. BULGULAR.................................................................................................................................................78
4.1 ÇEKME DENEYI SONUÇLARI....................................................................................................................784.1.1 MMK Malzemelerin Farklı Al Alaşımlarının Çekme Deneyi Sonuçlarına......................................78Etkisi.........................................................................................................................................................78
4.2 YORULMA DENEYI SONUÇLARI...............................................................................................................924.3 SERTLIK DENEYI SONUÇLARI................................................................................................................100
KAYNAKÇA:.................................................................................................................................................106
ÖZGEÇMİŞ:.....................................................................................................................................................110
vi
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 1–1: Kompozit Malzemelerin Üretildikleri Malzeme Sınıfları [2]...............................3Şekil 1–2: SiC / Al 6061 Kompozit Malzemenin Sıcaklığının Çekme Dayanımı Üzerine Etkisi [6]................................................................................................................................11Şekil 1–3: Alüminyum-Silisyum faz diyagramı [16]............................................................23Şekil 1–4: Al-Cu faz diyagramı [11].....................................................................................24Şekil 1–5: Çökeltme sertleşmesi veya yaslandırma işleminde yapı değişikliği [15]............25Şekil 1–6: Sodyum silikat camı yapısının iki kat gösterilmesi [11].....................................29Şekil 1–7: Cam elyafın üretimi için ergitme işlemi [11]......................................................30Şekil 1–8: Cam elyafın üretim sonrası aşaması [11].............................................................31Şekil 1–9: Grafit katman düzleminde karbon atomlarının düzenlenmesi [11].....................32Şekil 1–10: PAN precursor karbon esaslı elyafların üretimi [20].........................................33Şekil 1–11: PAN precursor karbon elyaf1arin işlem basamağı [20]....................................34Şekil 1–12: Karbon elyafların temel yapısal özellikleri [20]................................................35Şekil 1–13: Çekme dayanımı ve elastik modülü üzerine sıcaklığın etkisi [11]....................36Şekil 1–14: Boron elyafın elde edilişi [13]...........................................................................38Şekil 1–15: 30 µm çekirdek çaplı veya 15µm tungsten bor çekirdekli boron elyaf. a- elyaf ekseni, b- kristal ölçüsü [21].................................................................................................39Şekil 1–16: Saffil alümina elyaflarda boy uzunlukları ve çapların değişiminin dağılımı [11]...............................................................................................................................................42Şekil 1–17: Alümina elyaf için tipik kristal ölçüleri. a-boşluklar, b-elyaf ekseni, c- alüminanın ilk aşaması, d-α-alümina [11]............................................................................42Şekil 1–18: Aromatik poliamid elyafların zayıf (sapro) molekülsel yapısının şematik gösterimi (Kevlar-49) [11]...................................................................................................44Şekil 1–19: Bazı elyafların tipik çekme gerilmesine karşı uzama miktarları [11]................46Şekil 1–20: Yapısal malzemeler için özgül dayanım ve özgül rijitlik değerleri [23]...........47Şekil 1–21: SiC elyaf için işlem basamağı [11]....................................................................52Şekil 1–22: SiC Whisker Üretimi [27]..................................................................................53Şekil 2–1: Sıkıştırma (Squeeze) döküm yöntemi [34]..........................................................56Şekil 2–2: Basınçlı infiltrasyon yöntemi [11].......................................................................58Şekil 2–3: Basınçsız infiltrasyon yöntemi [11].....................................................................59Şekil 2–4: Tipik bir vorteks (karıştırma) üretim tekniğinin temel aşamaları [33]................60Şekil 2–5: Osprey yönteminin şematik gösterimi [30].........................................................62Şekil 2–6: SiCp takviyeli Al matrisli kompozitlerin toz metalurjisi ile üretiminin temel aşamaları [34]........................................................................................................................63Şekil 2–7: Difüzyon bağlama yöntemi ile üretilmiş bir Ti/SiCf kompozitin mikroyapısı [29]...............................................................................................................................................64Şekil 3–1: Vorteks döküm yönteminin şematik gösterimi [35]............................................67Şekil 3–2: Döküm işlemlerinde kullanılan metal kalıpların boyutları [35]..........................68Şekil 3–3: Ekstrüzyon işleminin şematik görünümü [35]....................................................69Şekil 3–4: 6063 Al alaşımını döküm işlemlerinde kullanılan metal kalıbın boyutları [35]..69
vii
Şekil 3–5: Çekme deneylerinde kullanılan ASTM B557 Standardına göre hazırlanan numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi [36,37,38]........................................73Şekil 3–6: 2121,5083 ve 6063 Al matrisli deney numunelerinin 12,25 ve 50 ekstrüzyon. .74oranlarındaki makro görüntüleri [35]....................................................................................74Şekil 3. 7. Yorulma deneylerinde kullanılan ASTM E 466 Standardına göre hazırlanan numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi [38,39].............................................76Şekil 3–8: Yorulma deney cihazının şematik gösterimi [35]................................................76Şekil 3–9: Komozitteki Partikül Bölgeleri ile SiC Partiküllerinin Şekli ve Dağılımı [40]...77Şekil 4–1. Al 2124 kompozitlerinin max. çekme mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].........................................................................................................................79Şekil 4-2. Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin max. Çekme mukavemetinin ısıl işleme bağlı değişimi [35].....................................................................................................80Şekil 4–3. Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35]...................................................................................................81Şekil 4–4: Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ısıl işleme bağlı değişimi [35]................................................................................................................81Şekil 4–5: Kümeleşmenin oluştuğu bir Al 2124+SiC (167 µm)-T1 kompozitin kopma yüzeylerinin ve SEM görüntüsü [35]....................................................................................82Şekil 4–6: Al 5083 kompozitlerinin maximum çekme mukavemeti ve akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].................................................................................84Şekil 4–7: Al 5083 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35]...................................................................................................84Şekil 4-8: Al 5083 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35]...................................................................................................85Şekil 4–9: Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin makro görüntüleri [35]..................85Şekil 4–10: Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35]........................86Şekil 4-11: Al 5083+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].86Şekil 4–12 Al 5083+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin partiküller etrafında çatlak veya boşluk oluşumunun olmadığı SEM görüntüsü [35]...........................................87Şekil 4–13: Al 6063 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin max. çekme mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].................................................................................89Şekil 4–14: Al 6063 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].................................................................................89Şekil 4–15: Al 6063+ SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin makro görüntüleri[35]......................................................................................................................90Şekil 4–16: Al 6063+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35]................................................................................................................................................91Şekil 4–17: Al 2124 alaşımının ve kompozitlerinin yük tekrar sayısının gerilmeye göre değişimi [35].........................................................................................................................93Şekil 4–18. Al 2124–0 T1 alaşımının kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35]....................93Şekil 4–19: Al 2124-0 T1 alaşımının kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].....................94Şekil 4–20: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].......................................................................................................................95Şekil 4–21: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].......................................................................................................................96
viii
Şekil 4–22: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].......................................................................................................................96Şekil 4–23: Al 2124+ SiC (167 µm)-T6 yorulma numunesinin kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].......................................................................................................................97Şekil 4–24: Al 2124+ SiC (167 µm)-T6 yorulma numunesinin kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].......................................................................................................................98Şekil 4–25:Yorulma numunelerinin kopma yüzeyinin makro görüntüleri [35]...................99Şekil 4–26: 124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesinin kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].....................................................................................................................100Şekil 4–27: T1 ve T6 ısıl işlem yapılmış takviyesiz alaşım ve kompozitlerin sertlik değerlerini değerlerinin malzemelere göre değişimi [35]...................................................101Şekil 4–28: 2124 ve 5083 kompozitlerinin 12,25,50 ekstrüzyon oranlarındaki sertlik değerlerinin değişimi [35]...................................................................................................102Şekil 4–29: 2124 ve 6063 Al alaşımlarının ısıl işleme bağlı sertlik değerleri [35]............103Şekil 4–30: 6063 Al alaşımının farklı partikül değerlerindeki sertlik değerlerinin değişimi [35]......................................................................................................................................104
ix
TABLOLAR DİZİNİ
Tablo 1–1 ‘de Metal matrisli kompozit malzemelerin otomotiv endüstrisindeki çeşitli uygulamaları ve elde edilen avantajlar gösterilmiştir...........................................................10Tablo 1–1. Otomotiv endüstrisinde Metal Matrisli Kompozit Malzeme kullanımına bazı. .10Örnekler [1]...........................................................................................................................10Tablo1–2: Mg alaşımlarının bileşimi ve bazı mekanik özellikleri [10]................................14Tablo 1–3: Çinko alaşımının bazı özellikleri [11]................................................................15Tablo 1–4: Bazı metal alaşımlarının özellikleri [11]............................................................16Tablo 1–5: Alüminyum döküm alaşımlarının tipik özellikleri [13]......................................17Tablo 1–6: Arı alüminyumun önemli fiziksel özellikleri [12]..............................................19Tablo 1–7: Alüminyum ve alaşımlarında sertleşmenin etkisi [15].......................................20Tablo 1–8: Alüminyum alaşımlarının gösterilmesi [11].......................................................20Tablo 1–9: Haddeden çekilmiş alüminyum alaşımlarının tipik özellikleri [15]...................22Tablo 1–10: Kompozitlerde kullanılan bazı seramik elyafların mekanik ve fiziksel özellikleri [18].......................................................................................................................28Tablo 1–11: Cam türleri ve özellikleri [19]..........................................................................29Tablo 1–12: Nicalon elyafın bazı mekanik özellikleri [26]..................................................52Tablo 3–1: Kompozit çubukların ekstrüzyon oranları ve ürün kesit çapları.........................71Tablo 3–2: Isıl işlem uygulanmış numuneler ve özellikleri..................................................72Tablo 3-3 Çekme deneyinde kullanılan numunelerin ekstrüzyon oranına göre değişen boyutları [35].........................................................................................................................73Tablo 3–4: Yorulma deneyinde kullanılan numunelerin üretim özellikleri [35]..................75Tablo 4–1. 2124 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35].....79Tablo 4-2 5083 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35].......83Tablo 4–3: 6063 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35].....88Tablo 4–4: MMK ve takviyesiz alaşımların sertlik deneyi sonuçları (BSD) [35]..............101
x
BÖLÜM 1
1. ALÜMİNYUM ESASLI SİC PARTİKÜL TAKVİYELİ METAL MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELERSon yıllarda özel havacılık, uzay ve otomotiv uygulamaları için yüksek mukavemete ve
elastik modüle sahip sürekli fiberlerle takviye edilmiş alüminyum matrisli kompozitler
üzerinde çok miktarda araştırma yapılmıştır. Bu kompozitler çok iyi özellikler
göstermelerine rağmen takviye fazlarının pahalı, üretim yöntemlerinin zor ve masraflı
olmasından dolayı ticari uygulama alanlarında pek fazla kullanılamamaktadır. Bu nedenle,
partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzemelerin üretimi ve özelliklerinin
geliştirilmesi çalışmaları büyük önem kazanmaktadır [1].
Bu malzemeler, genel matris malzemesi ile karşılaştırıldığında daha yüksek mukavemete,
elastisite modülüne, sertliğe ve aşınmaya karşı dayanım özelliklerine sahiptir. Yine bu
malzemeler, matris malzemelerine göre de daha iyi mukavemete, tokluğa, ısıl iletkenliğe,
abrazyon ve sürtünme direnci ile boyutsal stabiliteye sahiptirler. Metal matrisli
kompozitlerde yaygın olarak kullanılan matris malzemeleri; alüminyum, magnezyum,
titanyum, bakır ve intermetalik bileşiklerdir. Alüminyum düşük yoğunluk, yüksek
mukavemet, tokluk ve korozyon direncinden dolayı en yaygın olarak kullanılan matris
malzemesidir. Metal matrisli kompozitlerin üretiminde yaygın olarak kullanılan takviye
malzemeleri ise silisyum karbür (SiC), bor karbür (B4C) ve alüminadır (Al2O3) [2] .
Kompozitler, matris malzemesine göre seramik, polimer ve metal matrisli kompozitler
olarak gruplandırılmaktadır. Seramik matrisli kompozitlerin düşük tokluk değerleri,
polimer matrisli kompozitlerin ise yüksek sıcaklıklardaki mukavemetsizliği, metal matrisli
kompozitlere gösterilen ilgiyi arttırmaktadır [3].
Başlangıçta polimer matrisler ile uygulanan kompozit üretim çalışmaları, son yıllarda
metal matris kompozit üzerinde ve sürekli takviye kullanımı ile başlamış, daha sonra
süreksiz takviyeli kompozit üretimi oldukça yaygın bir hale gelmiştir. Kullanılan farklı
üretim prosesleri elde edilen ürün özelliklerine yansıdığından, kullanılan üretim prosesinin
neden olduğu sınırlamalar geliştirilen üretim teknikleri ile birçok metal matris kompozit
sistemini endüstriyel boyutta üretilebilir hale getirmiştir [4].
Ticari olarak elde edilebilecek ve kullanılacak metal matrisli kompozit malzemelerin
özelliklerinin ve üretim proseslerinin geliştirilmesi üzerinde büyük ilerlemeler olmaktadır.
Metal matrisli kompozit malzemelerin üretimi ve uygulamaya aktarılmasındaki ana
engelin maliyet olduğu kaydedilmektedir. Maliyetin yüksek olmasının ana sebebinin
sadece hammaddelerin elde edilebilirliğindeki güçlüklerden değil, aynı zamanda ikincil
işlemler olarak adlandırılan kompozit üretim tekniklerinin pahalılığı ve aynı zamanda
üretim proseslerinin halen yeterli bilgi donanımı ile gerçekleştirilemediğinden dolayı
oluştuğu rapor edilmektedir. Ancak metal matrisli kompozit malzemelerin yerlerine
kullanımlarının amaçlandığı malzemelere göre çok üstün özellikler sergilemeleri, bu
malzemelerin üretimlerinin ileride belirli standartlara bağlanacağı ve geleneksel hafif ve
düşük mukavemetli alaşımların yerini alacaklarına kesin gözüyle bakılmaktadır [5].
1.1 Kompozit Malzemelerin TanımıKompozit malzeme, iki ya da daha fazla sayıdaki aynı veya farklı gruptaki malzemelerin
en iyi özelliklerini, yeni ve tek bir malzemede toplamak amacıyla, makro düzeyde
birleştirilmesiyle oluşturulan malzemeler olarak adlandırılır. Bir kompozit malzeme
genelde düşük modül ve dayanıma sahip reçine veya metalik matris ana fazı ile bunun
içinde dağılmış daha az oranda kullanılan tali fazı olan takviye elemanından oluşmaktadır.
Ancak molekülsel ve atomsal düzeyde birleştirilen malzemeler, alaşımlar mikroskobik
olarak homojen olduklarından kompozit malzeme olarak adlandırılmazlar. Kompozit
malzemeler genellikle kendi başlarına elde edilemeyen, bileşenlerin en iyi malzemelerinin
en iyi özelliklerinin bir malzemede toplanması ile önemli bir avantaj meydana getirir[6].
2
Kompozitleri meydana getiren malzeme sınıfları çok değişik malzemelerden
olabilmektedir. Şekil 1–1 kompozitlerin üretildiği malzeme sınıflarını göstermektedir.
Kompozitlerin üretim şartları ve uygulamaları göz önüne alındığında Şekil 1-1’deki beş
sınıf malzemenin yanında daha birçok malzemenin de sayılabilmesi mümkündür.
Kompozit sistemlerine bağlı olarak değişik sınıftaki malzemelerden en az iki grup bir
araya getirilerek üstün özelliklere sahip malzemeler elde edilmektedir [4].
Hangi malzemelerin kompozit olarak kabul edilip edilmediği yapı seviyelerine bağlıdır:
Atomik Seviye: Tek moleküllerin ve kristal hücrelerinin dikkate alındığı bu seviyenin tüm
malzemeler iki veya daha fazla sayıdaki farklı atomların bir arada bulunması durumunda
kompozit olarak ifade edilir. Bu tanıma göre iki farklı atomun bir araya gelmesi, kompozit
bir malzeme olması için yeterlidir. İki farklı element atomunun bir katı eriyik oluşturması
halinde bile meydana gelen bileşik, kompozit olarak tanımlanabilmektedir. Bu malzemeler
saf elementler haricinde bileşikler, alaşımlar, polimerler ve seramiklerden oluşabilir.
Şekil 1–1: Kompozit Malzemelerin Üretildikleri Malzeme Sınıfları [2]
3
Mikroyapısal Seviye: Kristal, faz molekül ve bileşiklerin, iki ya da daha fazla sayıdaki
kristal, moleküller ve faz yapılarından meydana gelmesiyle oluşan malzemeler kompozit
olarak tanımlanabilir. Bu tanımlama ile geleneksel olarak homojen ve monolitik olarak
değerlendirilen çok sayıda malzeme kompozit olarak sınıflanabilir. Yine bu tanımlama ile
tüm metalik malzemeler içinde pirinç ve bronz gibi tek fazlı alaşımlar monolitik olarak
değerlendirilebilir. Çok fazlı bir karbon alaşımlı çelikler ve dökme demirler kompozit
sınıfına girmektedir.
Makroyapısal Seviye: Genel tanım olarak iki bileşenin oluşturduğu yapılardır. Bu yapılar
matrisler, partiküller ve fiberleri kapsamaktadır. Kompozit olarak adlandırılan bu
malzemeler makro bileşenlerden oluşmaktadır. Mikro yapısal seviye tanımı birçok
kompoziti içermesine rağmen genel olarak kompozit olarak bilinen bazı malzemeleri
kapsamamaktadır. Daha kapsayıcı bir tanım aşağıdaki gibi yapılmaktadır: Bir kompozit
malzeme temel olarak biri biri içinde çözülmeyen biri birinden farklı şekil ve/veya
malzeme kompozisyonuna sahip iki veya daha fazla mikro bileşenin karışımından veya
birleşmesinden meydana gelen malzeme sistemidir [7].
Genel olarak kompozit malzemelerin avantajı, mukavemet/yoğunluk oranının
arttırılmasıdır. Buna ilave olarak üretimlerindeki esneklik, iyi korozyon ve aşınma
dirençleri, uzun yorulma ömürleri düşük ısı iletkenlikleri ile birçok uygulama alanında
konvansiyonel malzemelere oranla üstünlük sağlamaktadır[1].
1.2 Kompozit Malzemelerin SınıflandırılmasıKompozit malzemelerin doğaları ve yapılarının açıklanmasıyla bu malzemeler üzerinde
işlerliğini koruyan sınıflandırmalar yapılmaktadır. Malzeme kombinasyonları (örneğin
metal–organik veya metal–inorganik), bileşen fazların karakteristikleri (örneğin sürekli,
süreksiz), fonksiyonları (örneğin elektriksel veya yapısal) ve özellikleri göz önüne
alınarak kompozit malzemelerin çok değişik sınıflandırmaları yapılmıştır. Yapısal
bileşenlerin şekline göre yapılan bir sınıflandırma işlemi aşağıdaki gibidir:
4
• Fiber kompozitler; fiberler + matris
• Levhasal kompozitler; düz plakalar + matris
• Partikül kompozitler; partiküller + matris
• Doldurulmuş (iskelet) kompozitler; sürekli bir iskelet matrisin ikinci bir malzemeyle
doldurulmasından oluşan kompozitler
• Tabakalı kompozitler; farklı bileşen tabakalarından oluşan kompozitler .
Kompozit malzemeler kullanılan matris malzemesine göre üç ana sınıfa ayrılmaktadır. Bu
sınıflar; Polimer matrisli kompozit malzemeler (PMK), seramik matrisli kompozit
malzemeler (SMK), metal matrisli kompozit malzemelerdir (MMK) [1].
1.2.1 Polimer Matrisli Kompozit Malzemeler Polimerler, metal ve seramiklere göre çok daha fazla komplekstir. Matris olarak
kullanılan polimerler ucuz ve kolaylıkla ulaşılabilir malzemelerdir. Diğer taraftan düşük
elastik modülüne ve düşük kullanım sıcaklığına sahiptirler. Termoset ve termoplastikler
olarak iki gruba ayrılan polimer matrisler genelde sürekli fiberle kullanılır. Bunlardan en
önemli olanları sürekli fiberlerle takviye edilen polyester ve epoksi reçine matrislerdir.
Epoksi reçine matrisli kompozitlerin en önemli uygulamalarından biri havacılıktır.
Polimer matrisli kompozitlerin üretilmesinde kullanılan metodlardan bazıları; elle sıvama,
telle sarma, kese kalıplama işlemi, pultrüzyon metodu, sıvı akış tekniği, takviyeli
reaksiyon enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ve terme oluşum metotlarıdır [1,5,7].
Polimerlerde kullanılan takviye malzemelerinden en önemli olanları; cam fiber, kevlar,
boron fiber ve karbon fiberleridir [1,5].
1.2.2 Seramik Matrisli Kompozit Malzemeler Seramik malzemeler çok sert ve kırılgandır. Bunun yanında yüksek sıcaklıklarda bile
yüksek elastik özellikler gösterirken kimyasal olarak inerttirler ve yoğunlukları düşüktür.
Seramik malzemelerin termal şok direnci ve tokluğu düşüktür. Dolayısıyla kullanım
5
sırasında ani hasarlar meydana geldiğinden çeşitli tehlikelere yol açabilirler. Seramik
matrisli kompozitlerin üretimleri iki aşamalı prosestir.
Birinci aşamada takviye malzemeleri matris içine verilir ve ikincisinde, matris
yoğunlaştırılır. Üretim metodlarının bazıları; viskoz inflitrasyon, sıcak presleme, sıvı
inflitrasyon, toz metalurjisi içinde sayılabilen tüm metotlar, kimyasal reaksiyon, sol –jel
ve polimer piroliz metotlarıdır [1,7].
1.2.3a Metal Matrisli Kompozit Malzemeler Toz metalurjisine alternatif olarak geliştirilen döküm ve reaksiyonla metal matrisli
kompozit üretim tekniklerinin ucuz ve pratik olmasından dolayı bu malzemelerin
kullanımı artmaktadır. Seramiklerin yüksek elastik modül ve metallerin yüksek süneklik
özelliklerini birleştiren bu malzemeler, havacılık ve savunma sanayi yanında otomotiv
endüstrisinde de kullanılmaya başlanmıştır [5,7].
Metal matrisli kompozit malzemeler, yerlerine kullanıldıkları metal ve diğer bazı
malzemelere göre daha iyi mekanik ve ısıl özelliklere sahiptirler. Metal matrisli
kompozitler genellikle, bir metal alaşımı olan metal matris ve metaller arası bileşik, oksit,
karbür veya nitrikten oluşan bir takviye elemanından meydana gelirler [6].
Metal matrisli kompozit teknolojisi hızlı gelişmektedir. Cam fiber takviyeli plastikler ile
kıyaslandığı zaman metal matris kompozit malzemeler yüksek sıcaklıklardaki
performansları açısından çok daha üstündür. Metal matrislerin mukavemeti ve elastik
modülü geniş bir sıcaklık aralığında reçine matrisli malzemelerden daha yüksektir [4].
6
1.2.3b Metal Matrisli Kompozit MalzemelerMetal matrisli kompozit malzemeler üzerine ilk çalışmalar sürekli fiber takviyeli
kompozitler üzerinde olmuştur. Sürekli fiber takviyeli kompozit malzemelerin üretim
kademesinin kompleks ve yüksek maliyetli olması, bu tür kompozitlerin fabrikasyonunu
zorlaştırmış, istenen maksimum performansın alınmasını önlemiştir. Sürekli fiberlerin bu
tip problemleri olması sebebiyle alternatif olarak süreksiz fiberler ve whiskerler ticari
olarak kullanım alanı bulmuşlardır [7].
Partikül takviyeli metal matrisli kompozit malzemeler; yüksek elastik modülü ve
mukavemeti, yüksek aşınma direnci, üretimleri kolay, çok çeşitli ve düşük maliyetli olarak
üretilmeleri sonucu bu konu üzerinde çalışmalarda önemli hale gelmişlerdir. Partikül
takviye çeşidinin fazla olması ve üretim yöntemlerinin çok çeşitli olması geniş çalışma
alanları sağlamaktadır [8].
Kompozit malzeme üretilmesinde matris ve takviye malzemesi beraber karıştırılır. Bir
kompoziti elde etmek için başlangıçta farklı bileşenler seçilir. Matris bir metaldir. Ancak
matris olarak saf metalin kullanılmasına çok seyrek rastlanır. Her tip metal matris
kompozit malzeme aşağıdaki gibi tanımlanır:
Dispersiyonla Sertleştirilmiş Kompozit: Bir kompozit malzeme, seçilen bir matris
içerisinde çok ince partiküllerin dağıldığı yapı olarak karakterize edilir. Partikül boyutu
0,01 mm den 0,1 mm ye kadar değişebilir ve matris içindeki partikül hacim oranı % 1–15
arasındadır.
Partikül Takviyeli Kompozit: Bu tür kompozitlerde ilave edilen takviye malzemesinin
boyutu 1 mm.’den büyüktür ve ilave matris-partikül hacim oranları % 5- 40 arasındadır.
Fiber veya Whisker Takviyeli Kompozitler: Fiber takviyeli kompozit malzemelerde fiber
uzunlukları 0.1 mm. ve 250 mm. aralığında olabilmektedir. Sürekli fiberlerle takviye
edilmiş metal matris kompozit malzemelerde takviye malzemesinin matrise hacim oranı %
70’lere kadar artabilmektedir [1,7]. Metal matrisli kompozit malzemeler, kompozit
7
malzemeyi oluşturan ve belirleyici olan matris, takviye ve ara yüzey olmak üzere üç
kısımda incelenecektir.
1.3 Metal Matrisli Kompozit Malzemelerin Kullanım AlanlarıKompozit malzemelerin çok farklı malzemelerin kombinasyonundan elde edilebilmeleri
uygulama alanlarının da genişlemesine sebep olmaktadır. Daha önceleri üretim
maliyetinin yüksek olması sebebiyle bazı kompozit malzeme türleri uzay ve havacılık gibi
maliyetin ikinci planda olduğu uygulamalarla sınırlı kalmıştır. Fakat günümüzde üretim
tekniklerindeki gelişmeler ve yapı bileşenlerinin mekanik özelliklerinin daha iyi analiz
edilmesi uygulama alanlarının da genişlemesine yol açmıştır.
Kompozit malzeme uygulamasının geçerli olduğu endüstriler, bu malzemelerden en
yüksek performansı beklemektedirler. Ancak tüm uygulamalar için bu beklentiler
gerçekleştirilmesi mümkün olmadığından bazı özelliklerden ödün verilerek de optimum
verim alınabilmektedir. Örneğin, yüksek performanslı ve güvenliğin birinci planda olduğu
roket parçaları, uçak gövde ve kanatları gibi uygulamalarda optimum yaklaşım, üretim
maliyetinin düşük tutulmayacak şekilde olması gerekir. Daha düşük performanslı
uygulamalar söz konusu olduğunda örneğin, otomobil sanayi, tekstil sanayi ve spor
malzemeleri üretiminde ise yaklaşım, üretim hızı ve üretim maliyeti dikkate alınarak
yapılmaktadır [3].
Teknolojik uygulamalardaki çalışma ve yakıt masraflarını düşürmek için otomotiv ve
havacılık uygulamalarında malzeme ağırlığının düşürülmesi ve bu yolla
mukavemet/yoğunluk (özgül mukavemet) oranlarının artırılması önemlidir. Bu oran,
mühendislik malzemelerinin elastik modül, mukavemet, korozyon, oksidasyon, termal
kararlılık, sürünme, aşınma ve yorulma uygulamalarında en önemli parametrelerden
biridir. Bunlarla beraber, seramiklerde olduğu gibi metal matrisli kompozit malzemelerin
uygulamaya aktarılmasındaki en önemli dezavantaj ise düşük kırılma toklukları ve
matris/takviye elemanı arasındaki termal genleşme farklılıklarıdır. Metal matrisli
8
kompozitler çok sayıdaki yapısal uygulamalarda kullanılmaları için iyi bir potansiyele
sahiptirler. Ancak monolitik metal ve alaşımları ile karıştırıldıklarında, mukavemet ve
elastik modül kazanımının yüksek maliyete üstün geldiği uygulamalar dışında metal
matrisli kompozitlerin kullanımları yüksek maliyetten dolayı sınırlandırılmıştır. Metal
matris kompozit üretiminin ana amacı matris alaşımının mukavemet ve elastik modülünü
artırmaktır. Bununla beraber matris alaşımları farklılığından dolayı değişik elastik modül,
mukavemet ve termal genleşme katsayılı malzemeler üretilebilmektedir. En önemli
özelliklerinden biri ise aşınma dirençlerinin çok iyi olmasından dolayı aşınma
uygulamalarında yaygın olarak kullanılabilmeleridir. Metal matrisli kompozit malzemeler
alaşımlarından çok daha pahalı olduklarından dolayı yalnızca malzeme özelliklerinin
birinci derecede önemli olduğu alanlarda kullanılırlar. Kompozit performansın
geliştirilmesi için en önemli anahtar parametreler mukavemet/ ağırlık oranı veya spesifik
mukavemettir [5]. Parçacık metal matrisli kompozitlerde mekanik özellikler, sürekli fiber
takviyeli kompozitlerde olduğu kadar önemli derecede değişmemektedir. Ancak aşınma,
sürtünme ve sürtünme sonucu oluşan çürümüş yüzey oluşumu gibi tribolojik özelliklerde
önemli gelişmeler sağlanmaktadır. SiC , Al2O3, TiC , zirkon, silika , bor karbür gibi sert
parçacıklar alüminyum alaşımlarının abrasive aşınma direncini önemli derecede
geliştirirken, grafit ve mika gibi yumuşak katı yağlayıcı parçacıklar alüminyum
alaşımlarının yapışma direncini geliştirmektedir [6].
9
Tablo 1–1 ‘de Metal matrisli kompozit malzemelerin otomotiv endüstrisindeki çeşitli
uygulamaları ve elde edilen avantajlar gösterilmiştir.
Tablo 1–1. Otomotiv endüstrisinde Metal Matrisli Kompozit Malzeme kullanımına bazı
Örnekler [1].
Bileşen Malzeme Avantaj
Fren Pedalı Al – SiCp Hafiflik ve Uzun Ömür
Piston Kolu Al – A12O3f Hafiflik,Yüksek Mukavemet ve Modül
Segman Al – SiCp Yüksek Aşınma Dayanımı
Pistonlar Al – SiCp Yüksek Aşınma Dayanımı
Pistonlar Al – A12O3f Yüksek Sıcaklık Mukavemeti
Kasnaklar Al – SiCp Yüksek Aşınma Dayanımı ve Hafiflik
Selektör Çatalları Al – SiCp Yüksek Aşınma Dayanımı ve Hafiflik
1.4 Matris Malzemeleri
Matris malzemesi, elyaflara yükü transfer eden tok, sünek ve fibere göre daha yumuşak
bununla beraber kafi derecede kuvvetli ve yüksek ergime noktasına sahip olmalıdır. Metal
matrisi kompozit malzemeler daha yüksek kullanma sıcaklığına sahiptir. Sıcaklığın elyaf
takviyeli kompozitin dayanımı üzerine etkisi Şekil 1–2 ’de gösterilmiştir. Bu kompozit
SiC takviyeli Al 6061 alaşımlı kompozit olup 6061-T6 matris alaşımı kullanılmıştır. Bu
malzeme %15 SiCw takviye elemanı içermekte olup basınçlı emdirme (infiltrasyon)
tekniği ile üretilmiştir. SiC yüksek ergime noktasına sahip olduğundan bu sıcaklıktan fazla
etkilenmediği görülmektedir.
10
Kompozitin çekme dayanımındaki azalma ise matris alaşımı dayanımındaki azalmadan
kaynaklanmaktadır. Matris 300ºC sıcaklıkta 40 MPa çekme dayanımına, kompozit ise
aynı sıcaklıkta yaklaşık 220 MPa çekme dayanımına sahip bulunmaktadır. Elyaf takviyeli
metal matrisli ve plastik matrisli kompozitlerin yüksek sıcaklıkların özgül dayanımları
üzerine etkisi Şekil 1–2 ’de gösterilmiştir. Bu şekilde görülebileceği
Şekil 1–2: SiC / Al 6061 Kompozit Malzemenin Sıcaklığının Çekme Dayanımı Üzerine Etkisi [6]
gibi, matris malzemelerinin mekanik özellikleri hızla azaldığında, gerek polimer matrisli
kompozit gerekse metal matrisli kompozit malzemeler daha kararlı davranış
göstermektedirler [6].
11
Matris malzemesi olarak genelde basit bir alaşım kullanılırken kompleks bir alaşım da
olabilmektedir. Al, Cu, Fe, Mg,Ti ve Pb gibi çok değişik özellikteki metaller matris
alaşımı olarak seçilebilir [7] .
Metal matrisli kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılan matris malzemeleri
alüminyum alaşımlarıdır. Ancak bunun dışında geniş kullanım alanı bulmuş matris
malzemeleri de bulunmaktadır. 6061 (Al Mg1 Si Cu), 2014 (Al Cu Si Mn), Al- Zn, Al–Li
dövme alaşımları ile Al- Si, Al- Cu ve Mg-Al-Zn döküm alaşımları yaygın olarak
kullanılmaktadır [4].
1.5 Metal Matrisler ve AlaşımlarıHafif metaller, kompozitler için matris malzemesi olarak çok cazip olmaktadır. Bunlar
plastiklerden daha yüksek elastik modül, dayanım ve tokluğa sahip olup yüksek
sıcaklıklarda özellikleri de daha iyidir. Ancak metal matrisli kompozit üretimi daha
zordur. Bunlar her elyafla iyi ara yüzey bağı oluşturmazlar. Metallerle en kolay bağ
oluşturan silisyum karbür ile kaplanmış boron elyaftır. Fakat bunlar pahalıdır [9]. MMK'
ler de çok yaygın olarak kullanılan matris malzemesi, düşük yoğunluklu, iyi tokluk ve
mekanik özelliklere sahip olan hafif metaller ve alaşımlarıdır. Bu hafif metal alaşımları
dayanım ve özgül ağırlık oranlarının iyi olması nedeniyle hafif yapı konstrüksiyonlarda
tercih edilirler. Atmosfere karsı korozyon dayanımının da çok yüksek olması diğer
karakteristik özelliklerinden biridir. Genellikle Al, Ti, Mg, Ni, Cu, ve Zn matris
malzemesi olarak kullanılır fakat Al ve alaşımları, Ti ve Mg yaygın olarak
kullanılmaktadır. Burada bu alaşımların özellikleri ve sınıflandırılması açıklanmıştır.
1.5.1 Magnezyum AlaşımlarıMagnezyum metali alüminyum’dan daha düşük özgül ağırlığa (1.74glcm³) sahip iken Al
kadar mukavemetli değil fakat özgül dayanımı, yani dayanım/ağırlık oranı, daha iyidir. Bu
12
nedenle uzay araçlarında, yüksek hızlı makine ve nakliye araçlarında kullanılır. Ancak
döküm ve talaşlı imalatta;
a) Oksijene karşı ilgisinin fazla olması,
b) Düşük elastik modülü ve yorulma direncine sahip olması,
c) Yüksek sıcaklıkta sünme ve aşınma özelliklerinin düşük olması
vb. nedenlerle daha az tercih edilirler.
Ari magnezyumun dayanımı düşük, örneğin, döküm halinde çekme dayanımı iyi 110 MPa
ve ekstrüzyon halinde 200 MPa olduğundan dolayı, bunlar genellikle hadde ve döküm
alaşımları halinde kullanılır. En önemli alaşım elementleri alüminyum ve çinko olup,
yaklaşık % 2,5–8 arasında alüminyum ve % 0,5–4 civarında çinko ilave edilir. Bunlar
aracılığıyla Mg'un dayanımı 300 MPa 'a kadar artırılabilmektedir. Magnezyum alaşımları
iyi dökülebilir. Bunlar ya kum kalıp ya da kokil dökümle üretilebilir fakat sertleşebilen ve
sertleşmeyen türleri mevcuttur. Magnezyum, hegzagonal kafes yapısından dolayı kötü
sekilenme özelliğine sahiptir. Ancak talaşlı imalatla şekillendirme diğer metallerden daha
iyidir. Sertleşme işlemi, katı eriyik, tane boyutu kontrolü, çökelme ve yaslanma ile
gerçekleştirilir. Alüminyumda olduğu gibi magnezyumda da alaşım elementlerinin
çözülebilirliği oldukça düşük olduğundan katı eriyik sertleşmesi sinirlidir. Mg
alaşımlarının gösteriminde 3–5 karakterlik sayısal kod kullanılır. İlk karakter harfler olup
temel alaşım elementlerini gösterir. Bu harfleri 2 dijital sayı takip eder. Bunlarda sırası ile
alaşım elementlerinin içeriğini gösterir. Son sembol ise yine bir harf olup ticari
bulunabilirliği için kronolojik sıradaki standardı veya bileşimindeki bazı değişmeleri
gösterir. Mg alaşımları da yukarıda da açıklandığı gibi Al alaşımları gibi ısıl-işlemi
gerektirir. Bazı Mg alaşımlarının gösterimi, tipik bileşimi ve bunların çekme dayanımı ve
süneklik değerleri Tablo 1–2 da gösterilmiştir.
13
Tablo1–2: Mg alaşımlarının bileşimi ve bazı mekanik özellikleri [10]
Kodu Tipik bileşim yüzdesi Çekme day.(MPa)
Uzama mik.(%)
Mg Al Mn Zn Diğerleri
AZlOA 98 1,3 0,2 0,4 -- Hadde 10
AZ80A 91 8,5 -- 0,5 -- Dövme 11
HM31A 96 -- 1,2 -- 3,14 Hadde 10
AZ63A 91 6,0 -- 3,0 -- Döküm 6
AM60 92,8 6,0 0,1 0,2 0,3 CuDöküm 6
ZK21A 97,1 -- -- 2,3 0,6Zr Çekme 4
1.5.2 Çinko AlaşımlarıÇinko ve alaşımlarının düşük ergime derecesine sahip olması (419°C) döküm malzemesi
olarak bunu cazip hale getirmektedir. Keza döküm ve çelik üzerine kaplandığı zaman çok
iyi korozyon direnci sağlar. Galvanize edilmiş çelik demek çeliğin çinko ile kaplanmış
hali demektir. Bu işlemlerde Zn anot’u ve çelik ise katot’u oluşturur. Fakat çinko'nun
özgül ağırlığı da oldukça yüksek olup 7.13 gr/cm³,dür. Çinko alaşımlarının da döküm
kabiliyeti çok iyi olması nedeni ile 0,5 mm kalınlığında ince cidarlı, karışık şekilli ve çok
küçük çaplı delikler kolaylıkla elde edilebilir. Düşük ergime sıcaklığı nedeniyle kalıpların
bozulması çok az olduğundan, çok sayıda parça üretildiğinde daha ekonomik olabilir. Pres
dökümle üretilen çinko alaşımları Zamak olarak adlandırılmakta olup, Zamak-3, Zamak-5,
Zamak-8, Zamak-15 ve Zamak-27 olarak alaşım türleri mevcuttur. Bu alaşımlar başka bir
koda göre de Z33520, Z35540 vb. şekilde gösterilmektedir. Bu alaşımların bileşimi ve
bazı özellikleri Tablo 1–3 de gösterilmiştir. Bu alaşımların, özellikle düşük devirlerde ve
ağır yükleme şartlarında aşınma dirençlerinin mükemmel olduğu, son yapılan
araştırmalardan anlaşılmaktadır. Çinko ve alaşımları oda sıcaklığında yorulma dayanımı
iyi fakat düşük sıcaklıklarda çok kırılgandırlar. Bu alaşımların uzun süre kullanımında
sünekliği biraz artar ve dayanımı azalır. Çinko pres döküm parçalar, genellikle, ev mutfak
eşyalarında, taşıtlarda ve hassas mekanik parça üretiminde kullanılır [11].
14
Tablo 1–3: Çinko alaşımının bazı özellikleri [11]
Kodu Tipik bileşim yüzdesi Çekme
day. (MPa)
Uygulanan
metodZn Al Cu
Z33520 95,6 4 0,25 283 Basınçlıdöküm
Z35635 91 8 1,0 384 Basınçlıdöküm
Z35840 71 27 2,0 425 Dökümalaşımı
1.5.3 Titanyum AlaşımlarıKompozitlerde, titanyum ve alaşımları da yaygın olarak kullanılmaktadır. Metaller
arasında titanyumun ısıl genleşme katsayısı oldukça düşüktür. Titanyum metali Al'dan
daha rijit ve dayanıklıdır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için titanyum alaşımları, özellikle
kompresör pervanesi ve diskler için çok güven vericidir [12]. Saf titanyum reaktiftir,
özellikle ergimiş durumda işlem esnasında problemler oluşturabilir. Ancak oda
sıcaklığında titanyum, ince yapışan bir TiO2 oksit katmanı oluşturan mükemmel bir
korozyon direnci sağlar. Bu özellikler de titanyuma iki temel uygulama alanı sağlar. Saf
halde iken Ti; denizcilik vb. yerlerde korozyona dirençli yerlerde ve 550°C sıcaklıklara
dayanabilen elemanlarda Ti alaşımları olarak kullanılabilir. Özellikle de mükemmel
dayanım/ağırlık oranına sahip olduğundan dolayı uçak ve uzay sanayinde faydalanılır.
Ayrıca, Ti yayınım yoluyla matriks elyaf ara yüzey bağı sağlanmaktadır. Titanyum ile
kullanılan bazı alaşım elementleri AI, Mn, Si ve V'dur. Tablo 1-4'de bazı metal
alaşımlarının özellikleri gösterilmiş ve titanyum ile karsılaştırılması yapılmıştır. Elbette
herhangi bir alaşımın plastik matriks ile karşılaştırıldığında dezavantajı yoğunluğunun
yüksek olmasıdır ki pek çok uygulamalarda yoğunluğun çok önemli bir özellik olduğu
bilinmektedir.
15
Tablo 1–4: Bazı metal alaşımlarının özellikleri [11]
Malzeme cinsi AI-L165 Ti-6/4 Mg-L125 Zn-27
Yoğunluğu(kg/dm³) 2770 4430 1800 5010
Çekme modülü (GPa) 73 110 41 120
Çekme dayanımı (Mpa) 460 1000 182 42–440
Özgül modülü (E/p) 2,70 2,70 2,3 15,1
Özgül dayanım (δ/p) 7 3 0,3 1,5
Kırılma tokluğu 33 64 16 --
Titanyum alaşımları R50250, R56400, R56620 vb. şekilde gösterilir. Örneğin, R50250
alaşımının çekme dayanımı yaklaşık 240 MPa iken kırılma uzaması da % 24 civarındadır.
Ancak alaşım elementi içeriği (% 4 V, % 6 Cu) artınca çekme dayanımı yaklaşık
1000MPa yükselmekte ve uzaması ise % 12'ye düşebilmektedir. Ergime derecesi de
yüksek olup yaklaşık 1660 °C'dir.
1.5.4 Döküm Alaşımları Genel olarak kullanılan Al döküm alaşımları Tablo 1–5 de gösterildiği gibi iyi akıcılık ve
dökülebilirlik, düşük ergime noktası sağlayan ötektik reaksiyona sebep olan kafi miktarda
Si içerir. Akıcılık, kalıp içerisinde katılaşma sırasında büzülme veya kısalma olmadan sıvı
metalin kolayca akma yeteneği göstermesi önemli bir özelliktir. Bunlar; kum döküm, kokil
döküm ve basınçlı döküm yöntemleri ile yapılır. Al-Si alaşımlarının özellikleri;
a) α-AI matrisinin katı ergiyik sertleşmesi,
b) β-fazı ile çökeltme sertleşmesi,
c) Katılaşma ile ötektik kimya yapısı ile birlikte tane boyutu ve şeklinin kontrol
edilmesine bağlıdır.
16
Kum dökümde, kalıptaki yavaş soğuma nedeniyle iri taneli yapı oluşur. Pürüzlü yüzey
meydana gelir ve talaş kaldırma işlemini gerekli kılar. Kokil veya basınçlı dökümde hızlı
soğutma sağlamak için ötektik içerik ve tane boyutu inceltilerek normal olarak dayanım
arttırılır. Bunun sonucu olarak da yüzey kalitesi daha iyi olur. Bununla beraber, ötektik
yapıyı değiştirmek ve silisyumu inceltmek için boron, titanyum ilave edilerek sodyum ve
stronyum kullanılarak veya fosforla sertleştirilerek belirli alaşımlama yapılabilir. Keza bu
alaşımların çoğu Cu, Mg içermekte olup bunlar CuAl2 veya Mg2Si inter-metalik bağı ile
yaşlanma sertleşmesine müsaade eder. Bu alaşımlar β silisyum fazı ile dağılma sertleşmesi
ve α içinde de çökelme ile yaşlanarak sertleşebilirler. Tablo 1–5 de AI döküm
alaşımlarının bazı özellikleri gösterilmiştir [13].
Tablo 1–5: Alüminyum döküm alaşımlarının tipik özellikleri [13]
Alaşım elementinin Yüzdesi %
Çekme dayanımı (MPa)
Akma dayanımı (MPa)
Uzama miktarı %
Uygulanan döküm tek.
295-T4.5Cu, 0.8 Si 248 166 5 Kum
319-F6Si, 3.5Cu 186 124 2 Kum
356-F 7 Si,O.3Mg 234 131 2,5 Kokil
226 166 3,5 Kum
38O-F,85 Si, 35 Cu 317 157 3,5 Kokil
384-F 11Si,45 Cu, 0.6Mg
331 166 2,5 Basınçlı
300F 17Si,4.5Cu,0.6Mg
200 241 1 Döküm
443-F52 Si 159 110 9 Basınçlı
413-F 12Si 297 145 2,5 Döküm
518-F8Mg 293 193 7 Kokil
713-T5 75 Zn, 0.7 Cu, 0.35 Mg
207 152 4 Kum
17
Al-Si döküm alaşımlarına Mg, Cu ve Ni'de ilave edilerek sertleşebilir hale getirilirler ve
dizel motorlarında piston üretiminde kullanılır. Pres döküm işlemi ile büyük parçalarda
katılaşma hızı düşük olmayacak şekilde sağlandığında Al-Si ötektiginde Al ana yapısı
içinde kubik forumda ve iğne seklinde yönlendirilmiş katılaşma sağlanabilir. Bunun için
döküm öncesi ergiyik içerisine metalik Na veya bunun tuzları katılır. Dizel AI-Si-Cu
alaşımlarında çökelme sertleşmesi yapılabilir fakat Cu oranı düşük Si oranı yüksek
alaşımlarda döküm özelliği daha iyi olur. Bundan başka, ötektik üstü Al piston alaşımları
dizel motorlarında kullanılır. Bu Al-Si ötektigin ısıl genleşme katsayısı yaklaşık olarak
20.10 1\˚K olup döküm silindirin genleşme katsayısı ise 10.100–6 1\˚K kadardır. Fakat ısıl
genleşme katsayısı oranı artırılarak % 27'e kadar ısıl genleşme katsayısı 15–18.10–6 1\˚K 'a
düşebilmektedir. Bu alaşımların yüksek sıcaklık özelliğini iyileştirmek için Cu ve Ni'de
ilave edilir. Bu pistonlar kokil döküm olarak üretilirler. Ancak metal kalıpta soğuma hızlı
olduğundan parçalarda iç gerilme ve aşırı doymuş katı eriyikler oluşabileceğinden ısıl-
işlem uygulanarak iç gerilmeler giderilmeli ve denge sağlanmalıdır [14].
1.5.5 Alüminyum ve Alüminyum AlaşımlarıDemir içerikli malzemeler dışında Al ve alaşımları, gerek arı gerekse alaşım olarak en sık
ve yaygın olarak kullanılan malzeme gurubunu teşkil etmektedir. Bunların etkin
kullanılma sebebi;
a) Dayanım/özgül ağırlık oranının yüksek olması,
b) Elektrik iletkenliği/özgül ağırlığının yüksek olması,
c) Atmosfere ve diğer ortamlara karşı yüksek korozyon direncine sahip bulunmasından
kaynaklanmaktadır.
Bunlara ilaveten, şekillendirme ve ince levha haline getirilmesi diğer bir özelliğidir.
Ancak arı Al'nin oksijence olan yüksek affinitesinden dolayı döküm kabiliyetinin kötü
oluşu, daha düşük mekanik özellikler göstermesi ve talaşlı imalatta işlenebilirliğin iyi
olmaması ve kaynakla birleştirmenin güçlülüğü gibi problemler oluşturmaktadır.
18
Tablo1–6 de arı alüminyumun bazı fiziksel özellikleri gösterilmiştir [12]. Ancak,
alaşımlama yapılarak bu özelliklerde gelişmeler sağlanabilmektedir. Diğer taraftan
alüminyum belli bir yorulma sınırı göstermediği için kırılma oldukça düşük gerilmelerde
bile gerçekleşir. Düşük ergime noktası dolayısı ile yüksek sıcaklık özelliği de iyi değildir.
Ancak arî alüminyum düşük mekanik dayanımlarına karşılık iyi korozyon dayanımından
dolayı kullanılır.
Tablo 1–6: Arı alüminyumun önemli fiziksel özellikleri [12]
Özgül ağırlığı (gr/cm³) 2,78
Ergime sıcaklığı (ºC) 660
Ergime ısısı (Kj/kg) -390
Elastik modülü (GPa) 66
lsıl genleşme katsayısı (I/K) 24*10-6
Isı iletim katsayısı (W/mK) 230
Elektrik iletim katsayısı (m/Ώmm2) 40
1.5.5a Alüminyum Ve Alaşımlarının SınıflandırılmasıAlüminyum alaşımları, üretim yöntemlerine göre işlem alaşımları ve döküm alaşımları
olarak iki ana guruba ayrılırlar. Bu iki gurup içinde sertleşebilen ve sertleşmeyen alaşım
olarak da gruplandırılabilirler. Al esaslı malzemelerde başlıca alaşım elementleri Mg, Mn,
Si, Cu ve Zn olup, bunlar tek tek veya bir kaçı birlikte belirli özellikleri sağlamak için
ilave edilmektedir. Bunlardan Al-Mg ve Al-Mn alaşımları sertleşmeyen alaşım
oluştururken AI-Cu-Mg, AI-Mg-Si ve AI-Zn-Mg alaşımları çökelme ile sertleşebilen
alaşım meydana getirirler. AI ve alaşımlarında uygulanan sertleşme mekanizmalarının
etkisi Tablo 1–7 de gösterilmiştir. Ayrıca, AI alaşımları sayı sistemine göre 4 dijital sayı
ile gösterilmekte olup bunlardan ilk sayı temel alaşım elementlerini ve diğer sayı ise
19
alaşımın belirli bir bileşimini gösterir. Her iki AI alaşım türüne ait gösterim ve içerikleri
Tablo 1–8 de gösterilmiştir [15].
Tablo 1–7: Alüminyum ve alaşımlarında sertleşmenin etkisi [15]
Malzeme Cinsi Çekme dayanımı ve akma day.
Uzama Miktarı (%)
Saf tavlanmış alüminyum % 99,99 45-17 60
Ticari saf Al. tav. % 99 Al 90-34 45
Katı çözeltiyle sertleştirilmiş %12 Mn 110-40 35
%75 soğuk çekilmiş saf alüminyum 166-152 103
Çökelme serleşmesi %5Mg-Al 290-152 37
Yaşla. Sertleştirmesi %5,6Zn, %2,5Mg
572-503 11
Tablo 1–8: Alüminyum alaşımlarının gösterilmesi [11]
Alaşım türü İşlem alaşımları Döküm alaşımları
İşlem alaşımları Lxxx Arı Al (%99) Yaşlanmaz2xxx Al-Cu Yaşlanır3xxx Al-Mg Yaşlanmaz 4xxx AI-Si-Cu ve AI-Mg-Si Mg eklenirse yaşlanır 5xxx Al-Mg Yaşlanmaz6xxx Al-Mg-Si Yaşlanır7xxx AI-Mg-Zn Yaşlanır Döküm alaşımlarılxx.x Arı alüminyum Yaşlanmaz2xx.x Al-Cu Yaşlanır3xx.x AI-Si-Cu veya AI-Mg-Si Bazıları yaşlanır 4xx.x Al-Si Yaşlanmaz5xx.x Al-Mg Yaşlanmaz7xx.x AI-Mg-Zn Yaşlanır8xx.x AI-Sn-Li Yaşlanır
20
Bu alaşımlara uygulanan ısıl işlem derecesi ise imal edildiği, işlendiği, yumuşak tavlandığı
ve soğuk biçimlendirme sertleşmesi ve kimsi tavlanmasına bağlı olarak aşağıda belirtilen
harflerle gösterilir. Hafif metal alaşımlarında uygulanan ısıl işlemler de söyle
gösterilebilir.
F - Döküldüğü şekilde
M - İmal edildiği şekilde
O - Yumuşak tavlanmış
H - Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş
HI - Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş
H2 - Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş ve kısmi tavlanmış
H3 - Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş ve stabilize olmuş
T -M, F, O ve H' den başka ısıl işlem görmüş, ancak T harfinden sonra daima işlemlerin
belirli sırasını gösteren ikinci bir harf de kullanılır.
Tl - Yüksek sıcaklıkta biçimlendirmeden sonra soğutulmuş ve tabi yaşlandırılmış
T4 - Katı çözülme işlemi uygulanmış ve doğal yaslandırılmış, yani; eriyiğe sıkça
ısıl işlem uygulanmış
T6 -Katı çözülme ısıl işlemi ve katı çözülme işlemi uygulanmış veya eriyiğe sıkça ısıl
işlem uygulanmış ve tabi yaşlanmış
T10 - Yüksek sıcaklıkta biçimlendirme sonrası, soğutulmuş, soğuk biçimlendirilmiş ve
suni yaşlandırılmış
Hadde alaşımları 1xxx, 3xxx, 5xxx ve çoğu 4xxx alaşımları yaşlandırma ısıl işlemi
uygulanarak sertleştirilemez. Bunların bileşimleri ve tipik özellikleri Tablo 1–9 de
gösterilmiştir. Alaşım elementlerinin AI özellikleri üzerine etkisi faz diyagramları ile daha
iyi açıklanabilir. Matris seçimi sadece yukarıda istenilen özelliklere göre değil kompozit
üretimi için en uygun malzeme olmasını gerektirir. Örneğin, uzay uygulamalarında 2xxx
21
AI alaşımından ziyade 7xxx AI alaşımları en iyi dayanım ve tokluk özelliği
göstermektedir. Bununla beraber 2xxx AI alaşımlı kompozitlerde bu yerlerde yaygın
olarak kullanılır. 7xxx AI alaşımı, takviye elemanı ve matris arasında ara yüzeyi
iyileştirdiği için tercih edilmektedir. 2xxx, 6xxx ve 7xxx AI alaşımları kompozit
yapımında yaygın olup son zamanlarda ise 8xxx AI-Li alaşımları ise iyi ıslanabilirliği
nedeniyle dikkat çekmektedir.
Tablo 1–9: Haddeden çekilmiş alüminyum alaşımlarının tipik özellikleri [15]
Alaşım türü, %oranı ve işlem türü
Çekme ve akma day. Miktar (MPa)
Uzama miktar (%) Uygulama alanı
Isıl İşl. uygulanmayan1100-99 Al1100-H18
90-35
166-152
40
10
Elektrik parçaları, foil,korozyon dirençli yerler
3003-1.2Mn+96.5AI3003-H18
110-40200-186
357
Meşrubat Mimarlıktakutuları,
4043-H18 5.2Si%93.5AI5056-1.5 Mg+0.7Fe5056-H 18
145-70283-269290-152414
2213515
Kaynak için metalDoldurucu Kapı ve deniz parçaları
2024-04.4 Cu2024-T44032-T6 12 Si-1
186-76469-324380-317
20209
Uçak,uzay ve diğer yüksekday malzemeler
6061-1 Mg-0.6Si6061-T6
124-55310-275
2715
7075-0 5.6 Zn-2.5 103Mg7075-T6
262-103
572-503
17
11
Sonuç olarak, kompozit malzemede iyi ara yüzey bağı ve dayanımı için arı metal veya
alaşımları matris malzemesi olarak kullanılmaktadır. 1xxx ve 3xxx alaşımları az miktarda
intermetalik dışında tek fazlı alaşımlardır. Bu alaşımların özellikleri, sertleşme, katı eriyik
ve tane boyutu ile kontrol edilir. Ancak Al içinde alaşım elementlerinin çözünebilirliği az
olduğu için katı çözelti ile sertleştirilmesi sinirlidir. 5xxx alaşımları oda sıcaklığında iki
faza sahip (α,β) olup, dayanım artışı Al içinde magnezyum katı eriyik oluşumu ile
22
gerçekleşir. Fakat bu sert ve gevrek olan Mg2Al3 intermetalik bileşimi korozyon
dayanımını azaltır.
Al-Mg alaşımları bu Mg2Al3 ağının çökelme sertleşmesi ile tane boyutu, homojenleştirme
işlemi ile dağıtılarak sertleştirilir. Ancak Mg2Al3 dağılımı uyumlu olmadığı için yaslanma
sertleşmesi olası değildir. α alanında katılaşmayı gerçekleştirmek için genellikle %2–12
arasında Mg ilavesi tercih edilir. Sekil 1–3 de Al-Si faz diyagramı gösterilmiştir.
Şekil 1–3: Alüminyum-Silisyum faz diyagramı [16]
Al-Cu faz diyagramında Sekil 1–4 de gösterildiği gibi, Al2Cu intermetalik bileşik mevcut
olup bu malzemenin gevrekleşmesine sebep olduğundan döküm tekniği bakımından
ötektik bileşime yakin olması gereken Al-Cu alaşımlarının pratikte kullanılmasını
engeller. Diğer yandan, yapısal aşırı soğumadan dolayı katılaşma aralığı genişliği nedeni
ile Al-Cu alaşımının bileşimindeki Cu miktarı ötektik yatayının başladığı % 5,6 değerinin
daha da altında kalacak şekilde yaklaşık % 4,5 ile sınırlanır. Şekil 1–4 de Al-Cu faz
diyagramı gösterilmiş olup bakir'in Al kafesindeki çözünürlülüğü ötektik sıcaklığın altında
azaldığı için çökelme sertleşmesi koşullarından biri yerine gelmiş olur. İlk defa çökelme
sertleşmesi ile dayanım artısı bu alaşımlarla sağlanmıştır. Burada kısaca çökelme
sertleşmesi ve gerekli aşamalarının açıklanmasında fayda vardır
23
Şekil 1–4: Al-Cu faz diyagramı [11]
Çökelme sertleşmesi için, ana metal içerisinde bulunan alaşım elemanlarının düşen
sıcaklıkla çözünebilirliklerinin azaltılması gerekir.
Çökelme sertleşmesinin aşamaları şunlardır:
Çözme tavlaması: Eriyiğe sokma ısıl-işlemi veya homojenleştirme olarak da anılır. Al
alaşımlarında 500 °C civarında bir kaç saatlik ısıtma esnasında çökelme sertleşmesine
iştirak edebilen alaşım elementleri katı çözelti içerisinde çözülür. Yavaş soğuma
sonrasında oda sıcaklığında Al2Cu, Mg2Si ve MgZn gibi inter-metalik fazlar meydana
gelir.
Hızlı soğutma: Homojen katı çözelti alanından yapılan soğutma, alaşım elementlerinin
aşırı doymuş çözeltide kalabileceği şekilde hızlı yapılır. Bu durumda yapı aşırı doymuş
homojen katı çözelti seklinde bulunur ve alaşımlar henüz yumuşak olup iyi sekil alabilir
Çökeltme (yaşlandırma): Oda veya yüksek sıcaklıkta yapılır. Oda sıcaklığında yapılan
doğal yaslandırmada tek fazlı yarı-kararlı faz teşekkül eder. Çökeltiler matris içerisinde
küçük boyuttaki atom yığılması olarak görülürler ve uyumludurlar. Daha yüksek
sıcaklıkta yapılan yapay yaslandırmada Al alaşımları için yaklaşık 200 °C sıcaklığa kadar
24
matrisle yarı uyumlu sınır yüzeyine sahip ana etaplı yarı-kararlı faz olarak büyük atom
yığılması meydana gelir (AI-Cu-Mg alaşımlarında v fazı). Soğuk ya da sıcak
sertleştirilmiş halde matris içerisinde çok ince dağılmış yarı-kararlı faz partikülleri plastik
sekil vermede dislokasyonlarin hareketini zorlaştırır ve plastisite kaybı sertlik ve dayanım
artmasını sağlar. Daha yüksek sıcaklıklarda ya da sıcak sertleştirmede süre çok uzun
tutulursa partiküllerde aşırı kabalaşma olur ve sertlikle birlikte dayanım değeri tekrar
düşmeye baslar (Sekil 1–5).
Şekil 1–5: Çökeltme sertleşmesi veya yaslandırma işleminde yapı değişikliği [15]
1.6 Takviye elemanları Mühendislikte kullanılan takviye elemanlarının pek çoğu elyaf seklinde üretildiklerinden
dayanım ve dijitlikleri katı haldeki konumlarından yaklaşık 30–50 kat daha dayanıklı ve 3
kat daha rijit olduklarından kütle halindeki gösterdikleri özelliklerinden daha üstün
performans gösterirler. Örneğin, karbon elyaf kütle halindeki grafitten yaklaşık 50 kat
daha fazla mukavemete sahip bulunmakta ama bu özellik bilhassa whiskerlerde daha
belirgindir. Çapları genellikle 5–20 µm olan elyafların kompozitlerin mühendislik
25
performansını etkileyen en önemli faktörler arasında elyafların şekli, boyu ve
yönlendirilmeleri ile matrisin mekaniksel özellikleri ile yeterli elyaf/matris ara yüzey
bağına sahip olmaları gelmektedir. Takviye elemanı kompoziti oluşturan en önemli
elemanlardan biri olup kompozit üzerine gelen yükün büyük bir kısmını taşımaktadır.
Yükün elyaflara iletilebilmesi için fazlar arasında fiziksel ve kimyasal uyumun iyi olması,
ara yüzey bağının güçlü olması gerekir. Takviye elamanı ile matrisin ısıl genleşme
katsayıları arasındaki uyum, kalıcı yapısal gerilmelerin oluşması yönünden önemlidir [17].
Kompozit üretilirken takviye elemanı seçimi, üretim tekniği, üretim esnasında elyafların
matris tarafından ıslatılabilmesi, yönlendirilmeleri ve elyaf içeriği kompozitin fiziksel ve
mekanik özelliklerini belirler. Bu nedenle takviye elemanı seçimi ve özelliklerinin iyi
bilinmesi gerekir.
Elyaflardan aranan temel özellikler;
a) Yüksek modül ve dayanım,
b) Düşük yoğunluk,
c) Kimyasal uyumluluk,
d) Üretim kolaylığı,
e) Isıl direnç gibi kriterlere göre incelenip seçilmektedir.
Bununla beraber, metal ve seramik matrisli kompozitlerde elyafların yüksek sıcaklıklarda
dayanımlarını muhafaza etmeleri, takviye elemanın kimyası, morfolojisi, mikro yapısı ve
fiziksel özellikleri yanında maliyet gibi diger önemli faktörlerin de dikkate alınması
gerekmektedir.
Bu istenen özelliklerin kaynağının anlaşılması için önce mevcut atomik yapıların tetkik
edilmesini gerektirir. Bir malzemenin yoğunluğu, onu meydana getiren atomların, atomik
ağırlıklarını takip etme eğiliminde olduğu için bunun da H, B, C, N, Si, Al gibi hafif
26
atomların araştırılmasına odaklanmayı gerektirmektedir. İkinci olarak, dayanım ve
rijitligin esası, atomlar arasındaki bağda yatar. Maksimum özellikler, bağların sadece
uygulanan yük doğrultusunda uzandığı zaman elde edilebilir. Bütün bağlar uniform
şekilde yüke maruz kaldığında birlikte kırılır. Pratikte bunu elde etmek mümkün değil
fakat bu düşünülmesi gereken bir prensiptir. Son yıllarda elyaflarda elde edilen bu fikre
nasıl yaklaşıldığına bakalım. Atom yapısı ile ilgili olarak 4 temel bağ türü mevcuttur.
Bunlar da; iyonik bağ, kovalent bağ, metalik bağ, hidrojen ve Van der Waals bağdır ki bağ
enerjisinin azalması ile düzenlenirler. Birbirine göre enerjileri sırasıyla 2–10, 1-5, 03-05,
Ol' dir. En dayanımlı ve en rijit elyafların temel gerilme doğrultularında düzenlenmiş olan
bu atomik veya kovalent bağları ile olacağı açıktır. Moleküler yapı tek boyutlu lineer (1
B), rasgele düzlemsel (2 B) veya izotropik (3 B) olabilir. Örneğin, polietilen, naylon,
aramid gibi organik polimerler tek boyutlu (1 B), karbon elyaflar (2 B) grafit yapısı ve
SiC, SiC2 gibi camlarda (3 B)'dur.
Elyaf üretim işlemi 3 guruba ayrılabilir. Bunlar; (a) Ergiterek liflendirme sadece alümina
silis esaslı camlar için pratiktir. (b) Katı hal transformasyonu, karbon,' silisyum karbür,
alümina silisli camlar ve zirkonyum elyaflar için hem sürekli hem de kırpılmış olarak elde
edilebilir. Bu işlemde, ergitilebilen veya çözünebilen precursör fiberleştirildikten sonra
yüksek sıcaklıkta ısıtma çevriminden önce çapraz bağ oluşturularak elde edilir. (c)
Kimyasal buhar birikimi yolu ile tungsten veya karbon çekirdek üzerine kaplama
yapılarak silisyum karbür ya whisker veya tek filamentli olarak üretilirken boran elyaflar
ise sadece tek filarnentli olarak üretilir. Bu teknikle ince bir katman oluşturmak nispeten
kolay bir işlemdir. Son zamanlarda takviye elemanı olarak kullanılan seramiklerin
başlıcaları; cam, karbon, boron, alümina ve silisyum karbüre ilaveten metalik camlar
sayılabilir. Bu seramik elyafların tipik özellikleri Tablo 1–10 de gösterilmiştir
27
Tablo 1–10: Kompozitlerde kullanılan bazı seramik elyafların mekanik ve fiziksel özellikleri [18]
Malzeme Cinsi Yoğunluk kg/m³
Elyaf çapı (µm)
Elastik modülü
(GPa)
Çekeme dayanımı (GPa)
E-camı
S-camı
2500
2600
12
10
70
90
1,5-2,0
4,6
Karbon (PAN)
Karbon (YD)
Karbon (Mesa-faz)
1800
1700
1900
7-10
7-10
7-10
400
200
220
2,0-2,8
3,0-3,5
3,2
Boron 2600 140-160 400 3,4
Al2O3 (FB)
Al2O3
Al2O3/SiC
3950
3300
3100
20
3,0
10
380
300
206
1,4-2,1
2,0
1,7
Silisy. Karbür
SiC (Nicalon)
3200
2250
1-50
12
480
200
7,0
2,25
1.6.1 Cam
Cam elyafın esasini silis-kum (SiO2) meydana getirmekle beraber belirli oranlarda
sodyum, kalsiyum, alüminyum, bor ve demir gibi elementlerin oksitlerinden oluşur.
Polimer esaslı kompozitIerde yaygın olarak kullanılan ve en ucuz olan takviye elemanıdır.
Silis atomları üç boyutlu rasgele bağlanmış polihedra ağını oluşturmak için oksijen
atomlarına kovalent bağla bağlanır. Değişik valansın katyonları oksijen atomlarına bazıları
ile iyoniksel olarak bağlanır. Bu nedenle dengeyi daha küçük birimlere ayırır. Farklı
kimyasal bileşimlerinden oluşan cam elyafların tipleri ve özellikleri aşağıda gösterilmiştir.
Sekil 1–6 'de sodyum silikat camin yapısı iki boyutlu olarak gösterilmiştir.
28
Şekil 1–6: Sodyum silikat camı yapısının iki kat gösterilmesi [11]
Tablo 1–11: Cam türleri ve özellikleri [19]
Malzeme cinsi Formülü E-camı S-camı C-camı
Kum SiO2 52.4 64.4 64.6
Al ve demir oksit Al2O3.Fe2O314.4 25 4.1
Kalsiyum oksit CaO 17.2 -- 14.3
Magnezyum oksit MgO 4.6 10.3 3.3
Sodyum vePotasyum oksit
Na2O.K2O 0.8 0.3 9.6
Baryum iki oksit B2O3 10.6 -- 4.7
Baryum oksit BaO -- -- 0.9
Plastik esaslı kompozitierde kullanılan genel tipi E-Cami alkali olmayan boran silikat olup
iyi elektrik yalıtım özellilikleri için geliştirilirken S-cami daha pahalı fakat daha yüksek
modüle sahip magnezyum ve alüminyum silikat ihtiva eder. C-cami ise oldukça iyi
korozyon direncine sahip ancak mekanik özellikleri düşüktür. Camların dayanımı,
özellikle, yüzey üzerinde kusurlar ve mikro-çatlaklarla birlikte kaçınılmaz dahili hatalara
bağlıdır. Yüksek kaliteli elyafları üretmek için yüksek saflıktaki malzemelerin homojen
şekilde ergimiş olması, yüksek sıcaklıkta çekilmesi ve hemen koruyucu kaplama
uygulanmış olması gerekmektedir. Cam elyaflar, camların elektrik fırınında yaklaşık
29
1200–1500°C de ergitilmesi ve ergiyen camların bir platin alaşımlı olan potanin
tabanındaki binlerce delikten hızlı şekilde aşağı doğru demetler halinde çekilerek ve
soğutma bölgesinden geçirilerek üretilir. Daha sonra kaplama uygulanması ve demetler
halinde makaralara sarılarak yaklaşık 3 kg'lik halinde depolara gönderilir. Kaplama
forinülasyonu karışık fakat bu elyafları hasardan korur. Kaplama maddesi genellikle
Silane ihtiva eder. Bu molekülün bir kısmı Si-O bağları aracılığıyla cam ile reaksiyona
girerken, silane üzerindeki organik gruplar reçine ile uyumluluk sağlarlar. Bu elyaflar
karbon kadar hafif ve rijit olmamasına rağmen oldukça ucuzdur. Tipik bazı özellikleri
Tablo 1–11 de gösterilmiştir. Bu elyafların ergitilmesi için fırın dahil diğer aşamalar Şekil
1–7 de gösterilirken üretim sonrası aşamalar ise Şekil 1–8 de gösterilmiştir.
Şekil 1–7: Cam elyafın üretimi için ergitme işlemi [11]
30
Şekil 1–8: Cam elyafın üretim sonrası aşaması [11]
1.6.2 Karbon
Bu elyaflar takviye elemanı olarak kullanılan yüksek çekme dayanımı ve yüksek elastik
modülüne sahip olan karbon elyaflar turbostratik grafitin küçük kristallerinden oluşan
karbonun allotropik formundan biridir. Grafit karbon atomlarının hegzogonal düzlem
katmanında ABABAB sırasıyla düzenli olarak dizilmesiyle oluşur. Tabakalar içinde
atomlar arasında kuvvetli kovalent bağlar mevcut iken katmanlar arasında çok zayıf bağlar
meydana gelir. Grafit düzlem tabakasında karbon atomlarının moleküler düzeni örümcek
ağı oluşturması ile yağlayıcı özelliklere sahip olur. Şekil 1–9 de hegzagonal grafit yapısı
gösterilmiştir.
Karbon elyaflarda elyaf eksenine normal yönelim edilmiş C-doğrultusu mevcut olup
düzlem katmanı kötü olarak yığılmış ve pek çok kusurlarla katlanmış yanlış düzenlenmiş
veya noksan karbon atomları ile mükemmel olmayan yapıya sahip olabilir. Bu nedenle bu
doğrultuda modül değeri çok düşmektedir [11].
31
Şekil 1–9: Grafit katman düzleminde karbon atomlarının düzenlenmesi [11]
Karbon ve grafit elyaflar organik maddelerden üretildikleri için organik fiber olarak da
adlandırılırlar. Ham madde olarak poli-akro-nitril (PAN), Selüloz (Rayon) ve Zift (Pitch)
olarak kullanılır. Dolayısı ile de üretildikleri maddelere göre isim alırlar. Günümüzde
rayon sadece çok düşük modüllü elyaflar için kullanılır. Precursor polimer ya ıslak ip
seklinde liflendirme ya da ergimiş liflendirilmiş halde ekstrüzyon işlemi ile elyaf (fiber)
sekline dönüşür. PAN esaslı karbon elyaflar %93–95 arasında karbon içerirken üretim
işleminin farklı oluşu nedeniyle grafitlerde %99'in üzerindedir [20]. Karbon elyafın gerçek
özellikleri üretim metoduna bağlıdır. Endüstriyel olarak karbon elyaf üretim metotları
termal oksidasyon ve organik precursor kullanılarak grafitleme işlemleridir, Bu işlemler
üç aşamada gerçekleşir.
Bunlar:
a) Havada düşük oksitleme sıcaklığı (200–400°C),
b) Soy gaz atmosferi altında karbonlama aşaması (1000–1500°C),
c) Soy gaz atmosferi altında grafitleme aşaması (2000-2500°C)'dır.
32
Daha yüksek elastik modülü veya kristalliği elde etmek için 2000°C nin üzerinde bazen
3000°C de son ısıl işlem uygulanır. Poliakronitril precursor (PAN) karbon esaslı elyafların
fabrikasyonu şematik olarak Sekil 1–10 de gösterilmiştir. Rayon precursor içinde benzer
akış diyagramı çizilebilir fakat burada oksitlenme aşaması yaklaşık 400°C sıcaklık altında
yapılır.
Şekil 1–10: PAN precursor karbon esaslı elyafların üretimi [20]
İlk basamakta elyaf oksijeni emerek kısalma önlenir ve polimer stabilize oluşarak çapraz
bağ sağlanırken ikinci aşamada ise elyaf, azot, hidrojen, CO atomları serbest kalarak
atomlarından ayrılır, katranlar ve gazların uçması ile kütlenin yarısı kaybolarak filament
kristalleri karbonlaşır. Son aşamada ise kristalimsi bölge 2000°C de büyür. Elastik
modülü; son işlem sıcaklığına ve precursor tipine, kristalin mükemmelliğine ve boyut
etkisine bağlıdır. Genelde PAN precursor daha basit termal çevriminin daha iyi kalite
kontrolü ve bu nedenle de daha iyi özellikleri vermektedir. PAN ve Zift esaslı karbon
33
elyafların işlem sırası Şekil 1–11 da verilmiştir. PAN işleminde karbonlama öncesi
polimer zincirlerinin sıcak olarak çekilmesiyle oldukça yönlenmiş karbon halkalar
sağlanırken zift prosesinde mesafazin doğal bir sonucu olarak yüksek derecede yönlenme
gerçekleşebilmektedir.
Şekil 1–11: PAN precursor karbon elyaf1arin işlem basamağı [20]
Karbon elyaf1arda yönelim yüksek veya düşük olabilir. Katmanların elyaf eksenine
paralel veya düz olup olmadığına göre değişir. Diğer önemli bir parametre de
kristalliğidir. Mükemmel kristal bölgelerin lineer boyutları büyükse yapının yüksek
dereceli kristalliğe sahip olduğu söylenebilir. Bu gibi bölgeler mükemmel grafit kristaline
benzer davranış sergileme eğilimindedir. Son olarak da özellikle elyaf dayanımına bağlı
olarak kusur ihtiva etmesi çok önemli özelliktir. Şekilde görüldüğü gibi, grafit katmanları
mükemmel grafit kristali tabakalı düzlem yönünde olduğu için elastik modülü 1020 GPa'
dır. Tabakalar mükemmel değilse çapraz bağ mevcutsa bu değer 4,1 GPa’ a kadar
düşebilmektedir (Şekil 1–12) [20].
Mesafazli pitch precursor' dan oluşan elyaf1arda ergitme ve iplik veya lif seklindeki
malzemelerinin aşağı doğru akmasıyla gerekli düzenleme sağlanır. Karbon
elyaf1ar,ölçülen özelliklerinde hayli değişkenlik gösterirler. Örneğin, bir elyaf demetinin
dayanımı 0,5 GPa dan 4,3 GPa' ya, elastik modülü de 270–580 GPa arasında değişiklik
34
gösterir. Keza ölçülmüş özellikler kullanılan ölçme uzunluğu ile değişmektedir. Küçük
ölçme uzunlukları gözle görülebilir derecede daha iyi özellikler verir. Çünkü dayanım
yüzeydeki kusurların azalması ile azalır. Daha uzun ölçme uzunluğu ise daha yüksek
olasılıklı yüzey kusurunun mevcut olduğunu ve bundan dolayı da erken kırılmaya yol
açtığını gösterir.
Şekil 1–12: Karbon elyafların temel yapısal özellikleri [20]
Kompozit malzemelerde karbon ve grafit elyaflar, çeşitli şekilde, örneğin, sürekli lifler ve
demetler, kırpılmış elyaflar, örgü ve dokunmuş elyaflar, öğütülmüş elyaflar olarak,
kullanılmaktadır. Sürekli elyafların çapları genellikle 8–10 µm ve iplik demeti şeklinde
yaklaşık 12–120 000 sayıdan oluşabilmektedir. Örgü seklindeki elyaflar kompleks şekilli
parçaların kalıplanarak üretilmesine daha uygundurlar. Sekil 1–13 de tipik bir grafitleme
çevirimi ve sıcaklığın çekme dayanımı ve modülü üzerine etkisi gösterilmiştir. Ticari
olarak PAN karbon elyafın iki tipi mevcut olup bunlar yüksek elastik modüllü (Tip 1)
yüksek dayanım (Tip 2)' olanıdır. En yüksek modül 2500–3000°C de üretilir. Ancak,
dayanım ince yapı ve çatlakların dağılımı ile ilgilidir. Organik matrislerle en iyi yapışma
sağlaması ve elyaf özelliklerini muhafaza etmesi için bir kaplama uygulanmalı veya bitmiş
elyaf yüzeyi oksidasyon işlemine tabi tutulmalıdır. Yüksek sıcaklık matrislerinde
kullanmak için elyaflar, metal veya seramik koruyucu filmleri ile de kaplanabilir. Azot
35
atmosferinde kararlı olmasına rağmen 400°C üzerinde havada artan oranda oksitlenir.
Ancak uçak frenlerinde olduğu gibi yüksek sıcaklıklarda 1000 °C'nin üzerinde karbon
elyaflı karbon kompozitler dayanıklı olduklarından karbon elyafların kullanımı hızla
artmaktadır.
Şekil 1–13: Çekme dayanımı ve elastik modülü üzerine sıcaklığın etkisi [11]
Yukarıda açıklandığı gibi karbon elyafın yapısal özellikleri şu faktörlere bağlı olarak
değişmektedir. Bunlar;
a) Elyaf doğrultusu,
b) Kristalliği,
c) Kusurların etkisi olarak özetlenebilir.
Bunlardan; (a) Doğrultu iyileştiği zaman, boyuna çekme dayanımı ve modülü, elektrik ve
ısıl iletkenliği, boyuna negatif ısıl genleşme katsayısı artarken enine çekme dayanımı ve
modülü azalır. (b) Kristalliği iyileştiği zaman, ısıl ve elektrik iletkenliği boyuna negatif ısıl
genleşme katsayısı ve oksidasyon direnci artar. Fakat boyuna çekme ve basma dayanımı,
enine çekme dayanımı ve çekme modülü yanında boyuna kayma modülü de azalır. c)
36
Kristal hatası olmadığı zaman, çekme dayanımı, ısıl iletkenlik ve elektik iletkenliği ve
oksidasyon direnci artar [12].
Özet olarak karbon elyafın yapısını kontrol etmek için; (a) elyaf doğrultusu elyaf çekilerek
iyileştirilir. Böylece ısıl işlem esnasında kısalma olmaz. Precursör tipi de karbon elyaf
doğrultusunu belirlemeğe yardımcı olur, Isıl işlemle bu daha da iyileştirilebilir. (b)
Kristallik, precursörün kimyası ile zamanla büyük oranda belirlenir, Bu keza ısıl işlemle
de yani son sıcaklığa da şiddetle bağlıdır. (c) Kusur içermesi, ham maddelerin saflığı ile
ve elyaf ellenmesi, mekanik temas ile kontrol edilebilir.
Karbon elyafın önemli bir özelliği de Hook'un elastik davranışlarına uymayan özelliğidir.
Tek bir elyaf veya düzenlenmiş kompozit çekildiğinde bunun modülü uzama miktarı ile
artar. Ampirik ilişki aşağıdaki gibidir.
Es =Eo (1+fs)
Bu eşitlikte, Es: s uzamasındaki çekme modülü, Eo: O uzama miktarındaki modülü ve f
ise elyaf türüne göre belirlenen faktördür. Bunun tipik değeri 15–30 arasında değişir ki
bunun anlamı da; bir kompozitin rijitligi kırılma noktasına yaklaştığı zaman % 20 kadar
artabilir demektir. Kritik yapılar tasarlandığı zaman verilen modülde ölçülen uzama
miktarını bilmenin önemi açıktır.
1.6.3 Boron
Boron elyaf, oda sıcaklığında katı durumda olan hafif elementlerden biri olup çok seyrek
olduğundan klasik tekniklerle üretmek mümkün değildir. Bu nedenle; bor, hidrojen ile bor
triklorürün reaksiyonuyla elektriksel olarak yaklaşık 1300°C sıcaklığa kadar, ısıtılmış
tungsten (w) teli veya son zamanlarda karbon (c) üzerine çökeltilmesiyle elde edilir.
Boron elyafın üretimi Şekil 1–12 da gösterilmiştir.
BCl3 + 3 H2---------2 B + 6 HCL
37
Kaplama yapılmadan önce hidrojenle ısıtılarak tungstenin dikkatlice temizlenmesi gerekir.
Elyafın dayanımını azaltabilecek aşırı kristal büyümesini önlemek için sıcaklık dikkatlice
kontrol edilmelidir. Tungsten tel yaklaşık 15 µm çapında iken bu çökeltme işlemiyle elyaf
çapı 100–200 µm civarında gerçekleşir, özellikle yüksek basma kuvvetinin gerekli olduğu
yerlerde faydalıdır (Sekil 1–15).
Boronun yapısı 2-3 nm çaplı oldukça küçük kristallerden oluştuğu için genellikle şekilsiz
olarak adlandırılırlar. Ancak elementin üç yapı değişimi mevcuttur. Sıcaklık 800–
1100°Cde hazırlandığında α-rombohedral sıcaklık 1250°Cnin üzerinde ise β- rombohedral
son olarak ,1300°C de hidrojenle indirgenmesiyle tetrogonal formları oluşur. Fakat sadece
α ve tetragonal formları uygulanmaktadır. Bundan dolayı bu elyaflarda yüksek modül,
dayanım ve ergime noktası elde edilmektedir. Bu elyaflar genellikle de yüksek elastik
modüllü ve çekme dayanımlı kompozit malzemelerin üretiminde tercih edilmektedir [13].
Şekil 1–14: Boron elyafın elde edilişi [13]
38
Yukarıdaki açıklanan avantajlarına rağmen boron elyaf içindeki tungsten tel nedeniyle
yoğunluğu yüksek olup yaklaşık 19,3 gr/cm³'dir. Bu nedenle son yıllarda tungsten
çekirdek yerine karbon çekirdek kullanılmaktadır. Karbon çekirdek kullanılmasının
avantajı ise düşük yoğunluğa sahip olmasıdır (1.8 gr/cm³). Fakat tungsten çekirdek boron
ile reaksiyona girebilir ve tungsten bor oluşturur ki çok kristalli boron ile kaplanır. Karbon
çekirdek ise boron ile reaksiyona girmez. Özgül özellikleri normal olup izotropik
olduğundan enine özellikler iyi ve özellikle de basma dayanımı mükemmeldir. Yukarıda
avantajlarına rağmen kompozit üretimi sırasında boron elyafların Al ve Ti gibi metallerle
hızla reaksiyona girmesi, tungsten telle boron kaplama sırasında reaksiyon oluşması,
difüzyonla tungsten borideye dönüşmesi ve dolayısıyla boronun dış yüzeyine yakin yerde
eksenine dik şekilde basma oluşur ki bu mekanik davranışlara karsı bunu daha hassas
yapar. Bunu önlemek için boron üzerine kimyasal buharlaştırma metoduyla silisyum
karbür (SiC) veya bor karbür (B4C) kaplanır ve kaplama kalınlığı yaklaşık 25 µm
kadardır. Havada elyaf 400°C üzerinde oksitlenir ve 1000°C de bütün dayanımını
kaybeder fakat SiC ile yüzey kaplanırsa veya boron karbür oluşturulursa bu sıcaklıkta
dayanımın %50'sini muhafaza eder. Bundan dolayı bu elyaflar metalik matrisler için
uygundur. Yüksek dayanımlı metallerle birleştirilmesi kolay olduğundan ilk MMK'ler
boron takviyeli alüminyum esaslı borular uzay araçlarında konstrüksiyon malzemesi
olarak kullanılmıştır. Ayrıca bu kalın elyafları fiziki olarak sarmak çok zordur. Bunlar düz
paralel filamentler 'seklinde üretilir ve ince titanyum tellerle birlikte bağlanarak epoksiler
arasında muhafaza edilir [21].
Şekil 1–15: 30 µm çekirdek çaplı veya 15µm tungsten bor çekirdekli boron elyaf. a- elyaf ekseni, b- kristal ölçüsü [21]
39
Bu elyaflar pahalı olmasına rağmen uzay sanayinde kullanılır ve ABD' de elyaf üretimi
yılda 50 bin ton'u aşmaktadır. Bunlar pazara girdiklerinden dolayı dayanımları 2,6
GPa'dan 3,9 GPa yükselmiştir. Dayanımdaki dağılma veya sapma %30 iken şimdilerde
%5-10'e düşebilmektedir. Hazırlanışı pahalı fakat böyle de olsa maliyet yine de 2700 euro\
kg' dan 270 euro/kg'a düşebilmektedir. Bu da tamamen çok tüketime bağlı bir olaydır.
1.6.4 Alüminyum Oksit
Alüminyum oksit "alümina" elyaflar; prensip olarak metal matrisli kompozit malzemeler
için kullanılır. Farklı allotropik yapılarına bağlı olarak iki tipi mevcuttur. Bunlar α-
alümina olup Du Pont tarafından üretilen ve ticari ismi FP olan bu elyaflar ortalama 20
µm çapında sürekli olarak elde edilir. Yoğunluğu 3950 kg/m3 ve elastik modülü 380 GPa'
dir. Bu çok kristalli elyaf1ar % 99 saf alüminyum oksit' den oluşur. Yaklaşık 900-
1000°C'e kadar dayanımını korur. FP elyaf ince 10 µm kalınlığında silis ile kaplanarak
epoksi, polimid gibi polimer matris kullanıldığı zaman dayanımı artırır. Fakat Al, Mg gibi
metaller kullanıldığında silis kaplama maddesi kaybolarak metalle reaksiyona
girebilmektedir. Alüminyum oksidin son şekli ise whisker' dir. Bu da α-alümina’nın çok
küçük uzatılmış kristalimsi şekli olup düzgün bir düzeye sahiptir. Yaklaşık 1650°C
sıcaklığa iki saat süreyle dayanabilmektedir. Bu şartlar seramik sinterIeme ve metal
dökümü sağlamak için yeterlidir. Vista kimyasal A.S. tarafından çapı 0,5 µm' den 30
µm'ye kadar boy/çap oranı 3–10 olan whisker üretilmiştir [19,13].
İkinci türü olan "Safimax" veya "Saffil' olarak bilinir ve ticari ismi Imperyal Kimya
Endüstrisi (ICI)' dir. Çok kristalli yapıya sahip olup temel faz ise δ-alümina’dır ve RF ile
temsil edilir. Bu elyaf1ar kesilmiş, kırpılmış formda üretilir. Tipik boy/çap oranı 100–200
arasındadır. Kompozit üretiminin çoğunda bu malzeme dolgu veya keçe preformu
seklinde bir bağlayıcı içine konulur. Uzun elyaf1ar da ayni firma tarafından geliştirme
aşamasındadır. Bu elyaf1ar % 95 alümina’yla birlikte % 5 silis’ten oluşan çok kristalli
malzeme olup ortalama tane boyutu 0.05 µm mikro kristalli formdadır.
40
Bu silis; alüminyum alaşımları, matrisleri ve elyaf1ar arasında bağlama kabiliyetini
iyileştirir ve 2. faz tane büyümesini önler. Fakat daha yüksek silis miktarı yüksek
sıcaklıkta sünme ile sonuçlanır. Ayni zamanda bu silis; δ fazının her tarafına dağılır veya
tane sınırlarında veya elyafın serbest yüzeyinde 1–5 nm kalınlıkta silisçe zengin bir
katman meydana getirir. Termal kararlılığı ise yaklaşık 1500 °K olup mükemmeldir. Fakat
bazı araştırmalarda ergimiş Al ile Al203 arasında zayıf ıslanabilirlik meydana
gelebilmektedir. Temas açılarının 1800 °K de ergime noktasına yakın yerde temas açıları
II'den II/3'e kadar değiştiği rapor edilmektedir [22].
Islanabilirliği iyileştirmek için etkili yolardan birisi de elyaf üzerine kaplama
uygulanması veya alaşımlı malzeme kullanmaktır. Alaşım elementleri, elyaf ve ergimiş
metal arasında kimyasal reaksiyona uğrayabilir veya kimyasal bağ oluşturabilir. Örneğin,
Al203, MgO.Al203 oluşturmak için reaksiyona girebilir. Bu ise hem matris hem de elyaf
arasında kuvvetli iç etkileşimli atom bağları da oluşturabilir. Matris alaşımlarında
lityumun kullanımı da ara yüzey bağını iyileştirdiği için son yıllarda artış göstermektedir.
BH Saffil esaslı takviye elemanlarında; elyaf çapı 3 µm, ortalama uzunluk. 500 µm ve
yoğunluğu 3950 kg/m³'dür. Metal matrisli malzemelerde kullanılan bu Saffil takviye
elemanlarının boy uzunlukları ve çaplardaki değişmelerin dağılımı Şekil 1–16 de
gösterilmiştir. Yine benzer şekilde Alümina elyaf için tipik kristal ölçüleri de Şekil 1–17
de gösterilmiştir. Ancak bunlar izotropik olup mükemmel basma ve çekme dayanımları
yanında yüksek elastik modülüne sahiptirler. Bununla birlikte seramik olarak yüksek
sıcaklık özelliğine sahip olduğu için sürekli alümina elyaflardan daha yüksek çekme
dayanımına sahiptir. MMK'ler için elyaf boyutlandırılır ve kağıt-yapma tekniğiyle sıvı
metallerle emdirilmesi için preform şekil oluşturulur. Bu preformlar 0.15–1,0 g/cm³
yoğunluğunda üretilebilir. Bunlar yaklaşık % 30 elyafa kadar kompozit oluşturmak için
sıvı metalle infiltre edilir. Elyafları kırmaksızın ellemek ve infiltre edilmesinde preformun
yeterli dayanımda olması için bir bağlayıcı gerekir. Hem organik hem de inorganik
bağlayıcılar basarîli şekilde kullanılmaktadır. Fakat genellikle, silis (kolloid silikan)
bağlayıcılar tatminkâr sonuçlar vermektedir.
41
Şekil 1–16: Saffil alümina elyaflarda boy uzunlukları ve çapların değişiminin dağılımı [11]
Şekil 1–17: Alümina elyaf için tipik kristal ölçüleri. a-boşluklar, b-elyaf ekseni, c- alüminanın ilk aşaması, d-α-alümina [11]
42
1.6.5 Organik MoleküllerOrganik moleküllerden olan bu tip kevlar gibi aramid elyaf1ar takviye elemanı olarak
pazara şok etkisi yapmıştır. Aramidler, -Co-NH grupları ile aromatik karbon halkaları
zincirlerinden oluşur. Polimeri elyaf haline dönüştürmek için kuvvetli mineral asit, oleum
yağı veya klor sülfonik gibi, ile konsantre olmuş ergiyik hazırlanır. Bunlar süzgeçten
geçirilir ve nötrolüze edilmiş banyo içinden iplik olarak çıkar. Hem meme sekli hem de
uygulanan çekme derecesi başarılı elyaf üretimi için çok önemlidir.
Çekildikten sonra elyaflar yıkanır, durulanır ve çekme altında 550°C sıcaklıklarda azot
içinde ısıtılır. Son mamul kahverengi renkte olup yaklaşık 12 µm çapında olup bunlar
yaklaşık 3,1 GPa çekme dayanımına 50–130 GPa arasında da elastik modülüne sahiptir.
Daha düşük modül versiyonu keza lastik ve halat üretiminde kullanılır. Molekül zincirleri
zayıf hidrojen bağlarla birlikte tutulduğu için bu da düşük enine çekme ve basma dayanımı
lifli veya ince iplik karakterli elyafı verir. Ancak bu keza yüksek enerji emme kapasitesi
sağlayarak aramid elyafı kompozit için darbeye dirençli uygulamalarda en iyi yapar.
Takviye elemanı olarak tam dizilmiş polimerler önemli bir yer işgal ederler. Çok iyi
eksensel özellikler vermesi için çekilerek uzatılmasıyla halkalı zincirli dizilme meydana
getirilirken radyal özellikleri zayıftır.
Yukarıda da bahsedildiği gibi, kevlar bunlara en iyi örnek teşkil eder. Kevların iki
versiyonu mevcuttur bunlar; kevlar 29 ve 49'dur. Kevlar 29, esas olarak örme veya
dokuma veya çaprazlanmış tipiyle kursun geçirmez koruyucu yelek ve sürtünen
malzemelerde de halat ve kablolarla otomobil araba lastiğinde kullanılır. Kevlar 49 ise
yüksek modüle sahip olduğundan takviye elemanı olarak yorulma ve kimyasal etkilere
karşı özelliği de iyi olup özellikleri daha iyileştirmek için cam ve karbon elyaflarla birlikte
kullanılabilir. Kevların son versiyonu aromatik poliarnid, paraphenylene telephthalamide
diye adlandırılır. Aromatik halkalar zincir üzerindeki rijitliği sağlar. Bir eritken içindeki
polimerin eriyiği çözücü buharlaşarak sıcak bölümde son elyaf kalıptan çekilerek,
uzatılarak düzenlenir. Moleküler zayıf bağlı levhalarla birlikte eksensel olarak katlanmış
43
levhanın radyan olarak düzenlenmesiyle Şekil 1–18 de gösterildiği gibi oluşur. Bu
aromatik poliamid elyafların zayıf (sapro) molekülsel yapısı şematik olarak (Kevlar-49)
gösterilmiştir [11].
Şekil 1–18: Aromatik poliamid elyafların zayıf (sapro) molekülsel yapısının şematik gösterimi (Kevlar-49) [11]
Tipik kullanım yeri kursun geçirmez yelekler ve diğer askeri uygulama alanlarıdır.
Elyaflar düşük yoğunluklu olduğundan yüksek spesifik özeliklere sahip olup bu onları
uzay sanayi alanlarında kullanılmasını sağlar. Dezavantajları ise suya olan ilgisidir ki
bunların normal atmosferde %3 nem veya su olması bu onları kimyasal ortamda ve yüksek
vakumda uygunsuz yapar. Korunmadıkça UV ışığına maruz kaldıktan sonra özellikleri
azalır. Diğer çoğu elyaflar gibi bunların termal uzamaları da anistropiktir. Polietilen de
normal olarak dayanıklı malzemeler haline gelebilir. Ancak polietilenin düzenlenmesi
ayni prensipler uygulanırsa çelik kadar dayanıklı yapılabilir. Çeliğin yaklaşık 1/2'si kadar
rijit ancak yoğunluğu yaklaşık 1/8 kadar düşük olur. Polimerin molekül ağırlığı dikkatle
seçilmeli ve düzenlenme ya ergiyikten tane kristallerin büyümesi ile veya yüksek kayma
şartları altında ergitilmesiyle veya daha endüstriyel olarak yaklaşık 100°C kalıp içinden
ekstrüzyon veya pultüzyon tekniği ile yönlendirme yapılarak elde edilebilir. Bu elyafların
molekülleri 100°C üzerinde kendilerini hızlı şekilde yeniden düzenledikleri için düşük
44
sıcaklık uygulamalarında uygundur. Düşük özelliklere sahip endüstriyel elyaflar, beton
takviye ve filtreler gibi kimyasal kararlılığın gerekli olduğu uygulamalar için tercih edilir.
Poli proplen'den de keza kuvvetli elyaflar çekilebilir fakat bunlar polietilen'den daha
düşük modüle sahip olup yaklaşık 22 GPa'dir. Bu mikro yapılar, basmaya karşı zayıf olup
çünkü çekmede kuvvetli kovelant bağların yükü taşımasına rağmen basmada sadece zayıf
hidrojen bağlar ve Wander Waals kuvvetler yükü taşımak zorundadır [11].
1.6.6 Metalik CamlarDeğişik kimyasal bileşimden oluşan belli alaşımlar ergimiş halde ötektik içinde çok hızlı
olarak soğuduğu zaman camla veya mikro kristalli malzemeler gibi katılaşabilirler.
Soğutma süratlerinin on üzeri altı CIS üzerinde olması gerekli olup bu genelde
genişlik/kalınlık oranı büyük olan ince tel şeritler ergitme-iplik çekme (fitil) metoduyla
elde edilir. Karbon, bor ve fosfor ile demir, nikel, silisyum ve kromun değişik oranda
birleştirilmesiyle metalik cam1ar üretilmektedir. Elastik modülü normal kristalli
malzemelerin sadece %70–80 kadardır. Ancak bu değer normal camin 2 katı kadar daha
sert ve sağlamdır. Bu camlarda izotropik davranış gösterirler. Bunlar oldukça fazla
bölgesel kayma ile plastik deformasyon mümkün olduğundan normal cam gibi olmayıp
yumuşak ve tokturlar. Korozyon direnci, ısıl ve elektriksel iletkenlikleri de yüksektir.
Büyük potansiyeline rağmen şimdiye kadar takviye elemanı olarak metalik şeritlerin
yapılmasında az kullanılmıştır. Bu muhtemelen yakin gelecekte hızlı bir şekilde
değişecektir. Takviye elemanı olarak kullanılan bazı seramik elyafların çekme yükleri ile
ilgili doğrusal gerilme-uzama ilişkisi Şekil 1–19 de gösterilmiştir [11].
45
Şekil 1–19: Bazı elyafların tipik çekme gerilmesine karşı uzama miktarları [11]
Şekilde görüldüğü gibi çok yüksek modüle sahip olan elyafların uzamaları % 1 veya daha
az olarak sınırlandırılmaktadır. Cam ve kevlar elyaf yaklaşık % 3-4'e kadar
uzayabilmektedir. Fakat kompozit malzemelerde elyafın tek başına olduğu gibi aynı
doğrusal ilişkisi matris malzemesinin doğrusal olmayan davranışı nedeniyle elde
edilmeyebilir. Özetlemek gerekirse, uçak ve uzay sanayi uygulamalarında kullanılan bazı
elyafların özellikleri kısaca söyle özetlenebilir.
E camı: Düşük maliyetle yüksek elastiklik ve yorulma dayanımı gerektiren parçalar
S camı: İstatiksel olarak fazla yüklenen hafif parçalar
Karbon: Minimum ağırlık
Yüksek dayanımlı karbon: Yüksek dayanım ve orta rijitlik
Yüksek modüllü karbon: Çok yüksek rijitlik ve orta dayanım
Kevlar: Yüksek çekme dayanımı, orta rijitlik ve iyi şok direnci, çok düşük basma
dayanımı
Boron: En yüksek spesifik ağırlık, yüksek dayanım, rijitlik ve yüksek basma dayanımı
Silisyum karbür: Yüksek sıcaklık dayanımı ve ekonomik
Alüminyum oksit: Yüksek çekme basma dayanımı ve yüksek elastik modülü
46
Kompozit malzemeler, normal olarak düşük elastik modül ve nispeten düşük çekme
dayanıma sahip matris ile düşük özgül ağırlıkta, yüksek elastik modül ve yüksek
dayanıma sahip olan elyaf veya parçacık formunda takviye elemanlarının birleştirilmesiyle
oluşmaktadır. Pratik uygulamalar için elbette sadece elyaf özellikleri değil keza
kompozitlerin özellikleri önemlidir. Uzay sanayi için çok önemli olan malzeme
özelliklerinin, özgül (spesifik) dayanıma ve özgül modül değerlerinin yüksek olmasıdır.
Bazı mühendislik malzemeleri ile elyaf1arin özgül dayanım ve spesifik modül özellikleri
Şekil 1–20 da gösterilmiştir.
Şekil 1–20: Yapısal malzemeler için özgül dayanım ve özgül rijitlik değerleri [23]
Bu şekilde, bütün geleneksel metallerin özelliklerinin birbirine çok yakın olduğunu
gösterirken kompozitler ise çok geniş aralıklı özellikleri göstermektedir. Bu da seçilecek
bir uygulama için optimum özelliklerin elde edilmesini sağlayacaktır. Gerçek dayanıma
47
karşı gerçek rijitlik şeklinde çizilirse bu eğri tamamen farklı olacaktır. Bunun anlamı,
özgül ağırlık ihmal edilirse böyle bir karsılaştırma CFRP'i yüksek dayanımlı çeliğe
yaklaştıracaktır. Ancak uzay malzemeleri ağırlığa karşı çok hassas olduğundan dolayı
kompozitler de bu sanayide çok etkili olmaktadır.
1.6.7 Silisyum Karbür1960'lı yıllarda plastik ve metal matrisli kompozitler için takviye fazı olarak yüksek özgül
dayanım ve elastik modülüne sahip malzemeler üzerinde oldukça yoğun çalışmalar
yapılmıştır. Yukarıda açıklandığı gibi bunlar arasında boran, SiC ve boran karbür gibi
malzemelerde geniş olarak yer almış ve deneysel araştırmaların çoğu boran üzerine
odaklanılmıştır. Ancak General Teknoloji Şirketi (GTŞ) de deneysel çalışmalarını SiC
üzerine yoğunlaştırmıştır. GTS 1966 yılında SiC filamentlerin ortalama çekme dayanımını
2756–3445 MPa arasında değiştirebilmiştir. Aynı zaman periyodu içinde iki alkali silane
karışımı kullanılarak (metil hatri klor ve silane) yani; metil hidrojen diklor silane ile
ortalama çekme dayanımı 3000 MPa ve altı olan SiC filamentleri geliştirmişlerdir.
Bu çekme dayanımı özelliklerinin iyi olduğu Birleşik Uçak Sanayi tarafından da rapor
edilmiştir. 1966 yılından sonra da Avco Şirketi tungsten ana malzemesi üzerine SiC
fIlamentleri daha ekonomik olarak yapmak için bir işlem geliştirmiştir. Bu işlemde ise
silanelerin geri çevrimi kullanılmış ve ortalama çekme dayanımı 3000 MPa ve daha yukarı
değerler elde edilmiştir. Daha sonra ise karbon ana malzemesi kullanılarak ortalama
çekme dayanımı 3445 MPa a ulaşılmıştır [24].
Yüksek dayanım, yüksek modül ve düşük yoğunluğa sahip olan boran elyafın kimyasal
buharlaştırma yöntemi ile üretilerek yüksek performanslı kompozitler için geliştiği
bilinmektedir. Boron elyaf1arin keza reçineli kompozitlerde de takviye elemanı olarak
kullanılması daha iyi bilinmesine rağmen bu takviye elemanı da MMK 'lerin kullanımında
da oldukça ilgi uyandırmıştır. Boron/Alüminyum kompozitlerden uzay mekiği dış
yörüngesinde tüp seklinde parçaların yapımı yanında turbo uçaklarda pervane yapımında
da yoğun olarak araştırılmıştır. Ancak her hangi bir metal matrisle boron elyafın kullanımı
48
halinde bazı dezavantajları ortaya çıkmaktadır. Örneğin, boron elyaf ergimiş alüminyum
metali ile hızla reaksiyona girer ve 480°C'den daha büyük sıcaklıklarda mekanik
özelliklerini azaltır. Bunun sonucu olarak da boron elyaf1ar; ya yüksek sıcaklık
uygulamalarında ya da döküm gibi üretim metotlarında kullanılmaz veya düşük basınç ve
yüksek presleme daha ekonomik olabilir. Bu dezavantajlar SiC elyafın da geliştirilmesine
yol açmıştır.
SiC'ün üretimine bakılacak olursa, bu filamentler ana malzemesi tek filamentli olan
karbonun ısıtılması ile iki aşamalı olarak CVD işlemi ile içi bos bir cam reaktör içinde
üretilir. Diğerlerinin yani sıra Avco Şirketi de SiC filamentleri üretmektedir. İlk aşamada
yaklaşık 1 µm kalınlığında porlitik grafit (PG) ana malzeme üzerine düzgün şekilde
kaplanır ve elektrik iletkenliğini artırır. 2. aşamada, PG kaplanmış ana malzeme silane ve
hidrojen gazlarına maruz kalır. İlk hal olarak ana malzeme üzerine de sürekli β-SiC
oluşturmak için ayrıştırır. SiC filamentlerin ortalama mekanik ve fiziksel özelliklerinin,
örneğin, çekme dayanımının 3450 MPa ve çekme modülünün de 400 GPa, çapın da 140
µm ve ısıl genleşme katsayısı ise yaklaşık 1.5* 10-6 olarak özetlenebilir.
Tungsten veya karbon ana malzemesi üzerine kaplanmış SiC kristalin ölçüsü boron'dan
daha büyük olup β şekilli çok kristaldir. SiC'ün yüzey yapısı çok düzgündür. SiC karbon
filamentlerin ekstra avantajı, maruz kaldıkları yüksek sıcaklık şartları altında bunların
özellikleri ile ilgilidir. Çünkü karbon ana malzemesi kimyasal olarak soy gaz olduğu için
SiC ile reaksiyona girmez. Dolayısı ile filamentin çekme dayanımı özellikleri yüksek
sıcaklık şartları altında 1000°C de çok daha uzun süre özelliğini muhafaza eder. Bu da,
özellikle, metal matrisli kompozit malzemelerin uygulamaları için önemlidir.
Bu elyaf1arin oksidasyon direnci, yüksek sıcaklıkta rijitlik ve mukavemet özelliğini
koruması ve ergimiş alüminyum içindeki etkisi bakımından boron elyaf1ardan daha iyidir.
Bundan dolayıdır ki alüminyum esaslı kompozitlerin takviyelendirilmesinde boron
49
elyaf1ar SiC ile kaplama yapılır. Diğer bir avantajı ise çekme dayanımı yanında ekonomik
bakımdan belki de en uygun olan elyaf türüdür [25].
Takviye elemanı olarak son zamanlarda SiC’e ilgi öncelikle ekonomikliği nedeniyle
artmaktadır. Ancak bunlar daha yüksek sıcaklıklarda MMK uygulamalarında alternatif
olanak sağlamaktadır. Çünkü boron elyaf alüminyum ile hızla kimyasal reaksiyona
uğrayarak mekanik özelliği düşmektedir. SiC elyafların daha düşük maliyette olmasının
temel sebepleri şöyle özetlenebilir.
a) 1 kg boron için yaklaşık 15 kg BCl3 gerekli iken 1 kg SiC için 8 kg silanenin gerekli
olması.
b) Silanenin maliyetinin BCl3 ün maliyetinden kg başına yaklaşık 1,5 kat daha düşük
olması
c) Son yıllarda SiC elyaflar tungsten ana malzemesinden ziyade karbon ana malzemesi ile
üretildiğinden boran elyafların aksine daha düşük ana malzemesi maliyeti ile reaktördeki
işletme hızının artması dolayısı ile daha ekonomik avantaj sağlanabilmesi,
d) Saat başına kg' daki üretim miktarı SiC kaplama reaktörü boran kaplama reaktöründen
2 kat daha büyük olduğu için her birim üretim için daha az sermaye ve para ile
neticelenmesi,
e) Silaneler BCl3'den daha az buharlaştığı için SiC filamentlerin üretimi için daha düşük
soğutmanın gerekli olmasıdır.
Yukarıda açıklandığı gibi ilk maliyeti azaltıcı faktör; silane molekülü içindeki bileşik
silisyum+karbon ağırlığının toplam ağırlığa oranının, boron triklorürün içindeki boronun
ağırlık oranından daha yüksek olmasıdır. Silaneden SiC için teorik ağırlık oranı yaklaşık
3,5 iken, kullanılan gerçek silane bileşiğinin fonksiyonu olarak bundan daha az olarak
değişmektedir. Fakat BCl3 'de boron'un teorik ağırlık oranı 10.84 'dür. Ancak her birim
SiC için ihtiyaç olunan silane miktarı teorik değerden daha yüksektir.
50
Çünkü silane polimerleri sentezlenir, bazıları işlemden atılır ve bazı silaneler de yeni
çevrim esnasında kaybolur. Benzer şekilde boron elyaf yapmak için BCl3 miktarı teorik
değerden daha büyüktür.
Çünkü yoğunlaşma kaybı ve işlem içindeki küçük miktardaki di borine'nin sentezi oluşur
ki tekrar çevrim aşamasında bunun bazısı kaybolur. Silaneler boron tri klorürden daha
ucuzdur çünkü silaneler büyük silisyum pazarlarında 2. olan boran filament precursör
olarak daha çok kullanılır.
Son yıllarda SiC'ün 2 türü üretilmektedir. Birisi 100–150 µm çapında SiC tek filamet olup
çekirdek olarak karbon elyaf CVD metodu ile üretilir. Bu SiC filament. 140 µm çapında
Avco sistemleri tarafından üretimi gerçekleştirilir. Diğer türü ise çekirdeksiz olup sürekli
SiC çok filament seklinde polikarbon silane'nin ergitilerek çekilmesi ile üretilir. Daha
sonra ise ısıtılır. İlk önce son tip SiC elyaf yaklaşık 600 mm uzunluğunda elde edilmiştir.
Son zamanlarda 300–500 m uzunluğunda sürekli SiC fiber Nippon Carbon Co. Şirketi
tarafından üretilmiş olup."Nicalon" olarak adlandırılır. Bu SiC elyaf yüksek sıcaklıklara
kadar dayanımını korur ve metallerle iyi uyumluluk gösterir. Nicalon SiC'ün üretim
işlemi Şekil 1-21 de gösterilmiştir. Düzgün zincirli polidimetil silano sentezlenir. Bu poli
dimetil silane daha sonra termal olarak ayrışmış olur ve ortalama molekül ağırlığı 1000–
2000 olan polikarbon silane elde etmek için polimerize edilir. Poli karbon silane elyaf çok
delikler kullanılarak polikarbon silanenin ergitilip çekilmesi ile elde edilir. Bu precusör
elyaf çekme dayanımı bakımından çok zayıf olup yaklaşık 4,9 MPa'dir. Ergitilip
çekildikten sonra elyaf 1200–1400 °C de ısıl işleme tabi tutulur ve SiC elyafa dönüşür.
Elde edilen SiC çok esnek ve ısıya dirençlidir. Bu elyafın çekme dayanımı ve elastik
modülü çok yüksektir.
51
Şekil 1–21: SiC elyaf için işlem basamağı [11]
Polikarbon silane elyaftan SiC elyafa yapı dönüşümü x-ışını metodu ile gözlenebilir.
Precursör fiber 900–1500°C ısıtılır. SiC fiber yüzeyi ile düzgün çekme gerilimi
yoğunlaşmasını güç olduğu içinde gerilim küçük parçacık sınırları boyunca yayılır. Bu
elyaf büyük özgül alanı, yüzey gerilmesi ve parçacıkların toplanma kapasitesi nedeniyle
yüksek dayanıma sahiptir. Bu tür SiC elyaf oldukça tanelidir. İnce karbon taneleri SiC
elyaf içinde üniform olarak dağıtılan β -SiC ile çevrelenir Nicalon elyafın bazı mekanik
özellikleri Tablo 1–12 de gösterilmiştir [26].
Tablo 1–12: Nicalon elyafın bazı mekanik özellikleri [26]
Çekme dayanımı 2450 MPa
Çekme modülü 196 GPa
Uzama miktarı %1.2
Yoğunluğu 2.55 gr/cm³
Filament çapı 13 µm
Filament veyabükülmüş iplik sayısı
500
52
Bu SiC parçacık elyaf1arin yanında SiC' in whisker türleri de üretilmektedir. Bu whiskerle
üretilen kompozitlerde ikinci bir operasyon ekstrüzyon, haddeleme, kalıpta dövme ve
presleme gibi plastik sekil verme tekniklerinin whiskerlerde mekaniksel bir hasar
oluşturmaksızın uygulanabilmesi önemli bir avantajını teşkil etmektedir. Toz metallurji
tekniği yardımıyla da metalik matrisler içerisine SiCw ile takviyelendirme
yapılabilmektedir. Ancak kompleks şekilli parçalar sıcak izostatik presleme tekniği ile
üretimi daha ekonomik olarak gerçekleştirilmektedir çünkü preslenen parçalarda bitirme
operasyonu için az zaman sarf edilir. SiCw güçlendirilen alüminyum kompozitlerin
islenebilirliği diğer takviye elemanlı kompozitlere göre daha iyidir. Bu whiskerlerin elastik
modülleri ve yüksek sıcaklık özellikleri çok iyi fakat pahalı olup metaller, oksitler,
karbürler ve organik bileşiklerin whiskerleri'de üretilmektedir.
SiC takviye üretimi
- Buhar çökeltme (karbon veya volfram flaman üzerine)
- PCS elyaftan başlayarak (NICALON)
- Kılcal kristal (Whisker)
- Parçacık
Şekil 1–22: SiC Whisker Üretimi [27]
53
BÖLÜM 2
2. MMK MALZEMELERİN ÜRETİM YÖNTEMLERİ MMK malzemelerin üretimi için değişik yöntemler geliştirilmiş olmakla birlikte
araştırmalar halen devam etmektedir. Genel olarak bu yöntemler, yapıyı oluşturan
malzemelerin üretimi ve şekillendirme işlemleri olarak ayrılabilir. Bu nedenle her üretim
tekniğinin bileşen yapısı, büyüklüğü ve buna bağlı içyapı özellikleri ile ilgili kendine özgü
sınırlamaları vardır [28]. MMK malzemelerin üretim yöntemleri genel olarak üç grupta
sınıflandırılabilir.
• Sıvı hal üretim yöntemleri
• Katı hal üretim yöntemleri
• Reaksiyon(in situ) üretim yöntemleri [29].
Sıvı ve katı hal üretim yöntemleri konusunda bu güne kadar birçok üretim tekniği
geliştirilmiştir. Reaksiyonla MMK üretim tekniği aslında sıvı ve katı faz üretim
yöntemlerinin bir kombinasyonudur.
Kompozit üretim yöntemleri uygulamaya alındığı ilk yıllarda sıvı ve katı faz teknikleri
olarak belirlenmiş, daha sonra geliştirilen reaksiyonla MMK malzeme üretimi birçok
araştırmacı tarafından ayrı bir sınıf olarak verilmiştir [30].
2.1 Sıvı Hal Üretim Yöntemleri Sıvı faz üretim yöntemleri geleneksel döküm yöntemlerinin kompozit malzemeler üzerine
uygulanması ile geliştirilen yöntemlerdir. Değişik metotların uygulandığı bu yöntemde
matris, seramik takviye ile temas sağladığında, kısmen veya tamamen eriyik durumdadır.
54
Bu durumda, matris ile takviye malzemesi arasında iyi bir temas sağladığından ara yüzey
bağları kuvvetli olur, ancak sıcaklık, basınç, temas süresi gibi değişkenlerin kontrol
edilememesi halinde, ara yüzey reaksiyonları oluşabileceğinden dolayı kırılgan bir yapı ile
karşılaşılabilir. Buna rağmen yöntemin; basit ve ucuz olması, kompleks ve şekilli
parçaların mekanik işlemeye tabi tutulmadan elde edilmesi, çeşitli metal matris ve fiberler
için uygun olması, sık ihtiyaç duyulan kompleks parçaların üretim kolaylığı gibi
avantajlara sahip olması ticari uygulamalarda tercih edilmesine neden olmaktadır [30].
Sıvı faz üretim yöntemlerinde seramik partiküller, sıvı metalik matris ile çeşitli
yöntemlerle birleştirilirler. Bu işlem, karıştırmayı takip eden ya kompozite son şeklini
kazandıran ya da ikinci bir işleme tabi tutulacak kompozitin billet şeklinde dökümü ile son
bulan bir süreçtir. İşlem, matris malzemesine bağlı olarak takviye elemanın iyi seçilmesini
gerektirir [31].
MMK malzemelerin dökümü sırasında meydana gelen temel olaylar sıvı metalle seramik
partikülün teması ve bağların oluşmasıdır. Bu olaylar seramik fazın sıvı metale
karıştırılmasıyla ya da basınçlı dökümle yapılmaktadır. Seramik fazın birçok metal
tarafından düşük ıslatma kabiliyeti döküm sırasında temel sorunu oluşturur. Bu sorun
ıslanabilirliğin suni olarak arttırılması veya yüzey enerjisinin dışarıdan uygulanacak
kuvvetle yenilmesiyle aşılabilir [32].
Genel olarak MMK malzemelerin üretiminde kullanılan döküm yöntemleri aşağıda
belirtilmektedir.
2.1.1 Sıkıştırma (Squeeze) Döküm Grafit, silisyum karbür, alümina, bor karbür ve paslanmaz çelik fiberler gibi birçok
takviye malzemesi, sıvı metal içerisinde gerektiği kadar ıslanmaz ve bunun sonucunda
infiltrasyon ile kompozit üretimini zorlaştırır. Bunun aksine, sıkıştırma döküm tekniğinde
55
sıvı metal, absorbe olmuş ve birikmiş gazlar uzaklaştırılarak, ön hazırlanmış takviye
preformlara inflitre edilmeye zorlanır.
Sıkıştırma döküm, bir metal kalıp içerisine yerleştirilmiş olan ön ısıtılmış seramik bir
fibere veya herhangi bir preform (ön şekil)’a sıvı metali zorlayarak infiltre etme olarak
tanımlanabilir. Sıvı metal daha sonra katılaşma tamamlanana kadar yüksek basınca maruz
bırakılır [33]. Basınç altında katılaşmada takviye malzemesi ile matris ara yüzey bağ
mukavemeti oldukça artmaktadır. En önemli üretim yöntemlerinden biri olan sıkıştırma
döküm tekniği otomotiv ve havacılık uygulamalarında geniş kullanım alanı bulmaktadır.
Şekil 2-1’de sıkıştırma döküm yöntemi görülmektedir [33].
Şekil 2–1: Sıkıştırma (Squeeze) döküm yöntemi [34]
Bu yöntemde, konvansiyonel dökümlere nazaran daha fazla basınç gerekmektedir. Metal
matrisler ve seramik takviyeler için bu basınç 70–100 MPa arasındadır. Katılaşma
sürecince uygulanan basınç, ince taneli mikro yapıya, pürüzsüz yüzeye ve yüksek
dayanıma sahip ayrıca porozitesiz malzeme üretimini sağlamaktadır. Genellikle bütün
takviye elemanı çeşitlerini kullanarak kompozit üretimi mümkündür. Al2O3/Al, C/Mg,
SiCw(SiC whisker) kompozitler bu metotla kolaylıkla üretilebilir. Yüksek basınç
ihtiyacından dolayı istenilen parçanın boyutu sınırlayıcı faktördür. Diğer bir dezavantaj ise
takviye malzemesinin basınç esnasında kırılma ihtimalinin daha yüksek olmasıdır [28].
56
2.1.2 Compocasting (Yarı Katı Karıştırma) Compocasting, partikül, whisker ve süreksiz fiberlerle takviye edilen kompozitlerin
üretimindeki en ekonomik metottur [33]. Bu yöntemde seramik partiküller veya fiberler,
sıvı alaşım çamuru şeklinde olan ve katı-sıvı sıcaklığı arasında tutulan matris malzemesi
içine mekanik olarak kısmen ilave edilmekte ve karıştırma yapılmaktadır. Karıştırmadan
sonra elde edilen malzeme önceden ısıtılmış kalıba dökülmekte ve basınç altında
katılaştırılmaktadır. Bu proses esnasında deformasyon direnci oldukça düşük olduğundan
son şekle yakın parça, ekstrüzyon ve şekil verme metotları kullanılarak üretilebilir. Bu
yöntemde ortaya çıkan en önemli problem, karıştırma sırasında sürtünme etkisiyle
fiberlerde hasar meydana gelmesidir [32].
2.1.3 Gaz Enjeksiyonu Bir enjeksiyon tabancası kullanılarak seramik tozların azot gazı yardımıyla sıvı matris
alaşımı içine dağıtılması esasına dayanır. Potada bulunan sıvı metal, potanın tabanı
açıldığında aşağı doğru akmakta ve partiküller ile karıştırılmaktadır. Bu sırada sisteme
azot gazı uygulandığı için sıvı matris alaşımı ince damlacıklar halinde gelmekte ve
homojenizasyon sağlanmaktadır. Bu sistem partikül takviyeli MMK üretiminde
kullanılmaktadır [30].
2.1.4 Sıvı Metal Emdirmesi (İnfiltrasyon) Bu prosese preform-infiltrasyon da denilebilir. Bu metot da ilk önce fiberler, whiskerler ve
hatta partiküllerden istenen şekilde uygun bağlayıcı kullanarak preform (önşekil )
hazırlanır. Kompozitte tasarlanan elyaf hacim içeriği ve doğrultuları bu aşamada yapılır.
Hazırlanan preform, sıvı metal banyosundan geçirilerek infiltre edilebilir veya sıvı metal
basınç ya da vakum altında preforma emdirilebilir. Emdirme işlemi, basınç altında
gerçekleştirildiğinde elyaflar arasına matrisin girmesi ile açığa çıkacak atıl gazlarda yapı
içerisinde sıkışıp kalmayıp dışarı atılabilecektir. Emdirilme işlemi vakum altında
gerçekleştirildiğinde elyaf yüzeyi aktivitesi yüksek olduğundan daha iyi ıslanabilirlik
sağlanabilmektedir [30,11].
57
2.1.5 Basınçlı İnfiltrasyon Basınçlı infiltrasyon tekniğinin sıkıştırma dökümden farkı, sıvının preform veya kalıp
içerisine bir zımba ile değil de basınçlı soygaz ile itilmesidir. Bu şekildeki bir sistem Şekil
2–2’ da şematik olarak gösterilmektedir [11]. Fiber takviyeli MMK üretiminde kullanılan
infiltrasyon yöntemi, kalıp içerisine yerleştirilmiş preforma metalin azot (N2) gazı basıncı
yardımıyla emdirilmesini içermektedir. Kimyasal reaksiyonları minimuma indirmek ve
malzemeyi hatasız üretmek için preform belli bir sıcaklığa ısıtılmaktadır [30]. Basınçlı
infiltrasyondaki proses değişkenleri, sıkıştırmalı dökümünki ile aynıdır. Şayet kalıp
içerisine basınç uygulanmaz ve bir vakum hattına bağlanırsa sıvı metal vakumdan dolayı
infiltre edilecek ve proses, vakumlu döküm ismini alacaktır.
Basınçlı infiltrasyon yönteminde kullanılan basınç miktarı, sıkıştırma dökümde kullanılan
basınçtan daha düşüktür. İnfiltrasyonun, diğer anlamda sıvı metalin fiberler arasına
sokulmasının, mümkün olabilecek en kısa sürede tamamlanması gerekmektedir. Bu da
ancak dışarıda uygulanacak basıncın, seramik preformdaki fiberler arasındaki kılcal
basıncı yenebilecek derecede yüksek olarak seçilmesiyle sağlanabilmektedir[34].
.
Şekil 2–2: Basınçlı infiltrasyon yöntemi [11]
58
Basınçlı infiltrasyon yönteminin, yüksek hacim oranına sahip takviye elemanı ile
kompozit üretimi, artık sıvı metalin boşaltılması ve üretilen kompozitin çok az poroziteye
sahip olması gibi avantajları vardır.
2.1.6 Basınçsız İnfiltrasyon (Lanxide Prosesi) Lanxide prosesinde sıvı metalin takviye partikül içerisine kendi kendine infiltrasyonu
sağlanır. Şekil 2-3’de görüldüğü gibi paketlenmiş bir seramik toz yatak üzerine Al-Mg
alaşımı koyulduktan sonra, azot gibi kontrollü bir atmosfer altında seramik-alaşım
sisteminin sıcaklığı 800–1000°C’ e sıcaklığa kadar çıkarılır. Böylece, basınç
uygulanmaksızın seramik toza alaşımın infiltrasyonu sağlanır. Bu yöntemin
kullanılabilmesi için takviye malzemesinin matris malzemesi tarafından ıslatılabilirliğin
iyi olması ve herhangi bir basınç olmadan infiltre olması gerekmektedir. Bu prosesle
preforma istenen şekil verilerek son veya son şekle yakın parça üretilebilir. Bu proseste
işlem değişkenleri, infiltrasyon sıcaklığı ve partikül boyutudur. Buna karşın infiltrasyon
kendi kendine olduğundan, takviye malzemesinin alaşım tarafından ıslatılması son derece
önemli ve sınırlayıcı bir faktördür [34].
Şekil 2–3: Basınçsız infiltrasyon yöntemi [11]
59
2.1.7 Vorteks (Karıştırma) Döküm Genellikle partikül takviyeli MMK üretiminde kullanılmasına rağmen kısa fiber veya
whisker takviyeli kompozit üretiminde de kullanılabilen bir yöntemdir. Vorteks yöntemi,
eriyik metal içinde bir karıştırıcı vasıtasıyla vorteks oluşturulması ve takviye partiküllerin
bu vortekse ilave edilmesi esasına dayanır [30]. Şekil 2-4’de tipik bir vorteks (karıştırma)
üretim tekniğinin aşamaları gösterilmiştir.
SiC ve Al2O3 gibi seramik partikülleri sıvı Al içerisine bu yöntemle başarılı bir şekilde
ilave edilmektedir. Ancak bu yöntemin en büyük dezavantajları yüksek miktardaki takviye
partiküllerin matris içerisinde homojen dağıtılma güçlükleri, takviyelerin yeterince iyi
ıslatılamaması, arayüzey mukavemetinin çok düşük seviyelerde olma ihtimali ve porozite
miktarının fazla oluşu gibi kompozit malzeme için çok önemli mekanik özelliklerin
olumsuzluğudur. Bu nedenle bu yöntemle üretilen malzemeler ekstrüzyon ve haddeleme
gibi son şekil verme işleminden geçirilmeli ya da basınçlı döküm için hammadde olarak
kullanılmalıdır.
Şekil 2–4: Tipik bir vorteks (karıştırma) üretim tekniğinin temel aşamaları [33]
60
Vorteks yönteminde oluşan poroziteler vorteks oluşturulması sırasında oluşan hava
kabarcıklarının sıvı metale girip burada çözünmesiyle meydana gelir. Gazlar aynı
zamanda partiküllerin sıvıya ilave edilmesi sırasında, partiküllerle beraber de sıvı matrise
geçebilir. Yapılan çalışmalar, ilave edilen partikül hacim oranının artması ile porozitenin
arttığını göstermiştir. Porozite aynı zamanda karıştırma parametrelerine de bağımlıdır.
Dökümhane teknikleri ile kompozitlerin üretilmesi esnasında sıvıda çözünen gazları
minimuma indirmek için çok çaba sarf edilmiştir. Bunlardan birisi, vorteks metodunun
vakum veya inert bir gaz atmosferinde gerçekleştirilmesi, bir diğeri ise klor veya azot
gazları gibi maddelerle sıvıda çözünen gazı giderilmesi veya partikülleri sıvıya ilave
etmeden önce ısıl işleme tabi tutarak gazların giderilmesi şeklinde olmuştur. Ancak bu
çabalardan hiç biri tek başına sorunlara çözüm getirememiştir. İşlemin karmaşıklığı ve
sıvıda seramik partiküllerin tutulması gerekliliği başlıca sorunları oluşturmaktadır [1].
Son ürünün başarılı bir şekilde üretilmesi için birçok parametre mevcuttur ve bunların iyi
kontrol edilmesi gerekir. Bu parametreler; karıştırma hızı, karıştırıcının pozisyonu,
karıştırıcının boyutu, bekletme sıcaklığıdır. Çok düşük karıştırma hızlarında döküm
içerisinde poroziteler oluşmaktadır. Ayrıca porozite oluşumunu engellemek için
karıştırıcının sıvı metale belli bir açıda daldırılması gerekmektedir. Dikey açıda daldırma
ile potanın her tarafında homojen bir karıştırma sağlanamadığından ve vorteks atmosfere
doğrudan açık olduğundan porozite oluşmaktadır. Karıştırma yapılan potanın hacmine
göre karıştırıcı çapının da belli bir değerde olması lazımdır. Porozite oluşumunda
bekletme sıcaklığı da büyük rol oynamaktadır.
2.1.8 Plazma Püskürtme Plazma püskürtme yöntemi, takviyesiz alaşımlar için Singer tarafından geliştirilmiş ve
Osprey Metals tarafından ticari uygulamaya alınmıştır. Bu yüzden bu yönteme “osprey”
yöntemi de denilmektedir. Bu yöntemde takviye parçacıkları, inert gaz jeti ile birlikte
atomize edilecek olan akan sıvı alaşım içerisine verilir. Sprey edilmiş olan karışım,
takviyeli bir metal matris billet formunda bir alt katman üzerine toplanmaktadır. Birikim
61
alt katmanı hareketli olduğundan hıza göre katman kalınlığı belirlenmektedir. Kullanılan
bu yöntemle, sünek matris-sünek takviye (süper alaşım-Mo) ve sünek matris-sert takviye
(süper alaşım-karbür) yapıları üretilebilir. Yöntemin tek dezavantajı refrakter oksit ve
metal sistemlerinde ara yüzey bağ mukavemetinin istenen ölçülerde olmamasıdır. Çok
kısa reaksiyon sürelerinden dolayı birbirleri içinde çözünme hızları düşük olan oksit ve
metallerin bağ yapma başarısı düşük olmaktadır [30]. Bu yöntem Şekil 2–5’ de şematik
olarak gösterilmektedir.
Şekil 2–5: Osprey yönteminin şematik gösterimi [30]
2.2 Katı hal üretim yöntemleri Toz metalurjisi tekniği süreksiz takviyeli MMK malzemelerin üretilmesinde kullanılan en
yaygın metotlardan birisidir. Bu proses de matris malzemesinin tozları ve takviye elemanı
öncelikle karıştırılır ve istenen şekildeki bir kalıp içerisine konularak preslenir. Presleme
işlemi soğuk veya sıcak olarak yapılabilmektedir. Fakat ara yüzey bağını iyileştirmek ve
62
partikül kırılmasını azaltmak için sıcak preslemeden daha iyi sonuç elde edilebilmektedir.
Birleştirilmiş ürün ikinci bir işleme operasyonundan sonra MMK malzeme olarak
kullanılır. Bakır, nikel, alüminyum, kobalt, titanyum, molibden esaslı alaşımlar ve çelik
gibi metalik malzemeler toz metalurjisi tekniğinde SiC, grafit, Ni, Ti ve Mo ile takviye
edilerek matris malzemesi olarak kullanılırlar [31]. Şekil 2–6’ da SiCp takviyeli Al matrisli
kompozitler için bu yöntemin temel aşamaları verilmektedir.
Şekil 2–6: SiCp takviyeli Al matrisli kompozitlerin toz metalurjisi ile üretiminin temel aşamaları [34]
Seramik partiküllerin sıvı metal tarafından ıslatılması problemi ilk olarak toz metalurjisi
yöntemi kullanılarak aşılmıştır. Toz metalurjisinde ara yüzey reaksiyonları kontrol altında
olduğundan, yukarıda bahsedildiği gibi birçok alaşım ve takviye malzemesinin kullanımı
için uygundur. Ayrıca bu yöntem kullanılarak yüksek hacim oranında takviye malzemesi
matris alaşımı içine verilebilir. Böylece termal genleşme katsayısı düşürülür ve elastik
modülün geliştirilmesi sağlanır. Bu yöntem ayrıca, matris alaşımlarının bileşimlerinin
63
sağlanmasını ve yalnızca hızlı katılaşan tozların kullanımı ile elde edilebilen mikroyapısal
arıtımların sağlanmasını mümkün kılar. Toz metalurjisinin dezavantajı ise üretiminde
yüksek oranda reaktifler ve patlatıcı tozların bulunmasıdır ve bu yöntemi daha kompleks
ve sınırlayıcı hale getirir. Üretim maliyeti olarak da döküm alüminyum alaşımlarına
kıyasla daha pahalıdır [30]. Toz ekstrüzyonu, diğer metotlarla üretilemeyen şekil veya
forma sahip parçaları elde etmek için kullanılan bir katı faz üretim metodudur. Dikişsiz
tüpler, kablolar ve kompleks kesitli bazı parçalar kolaylıkla üretilebilir [33].
Difüzyon bağlama, normal olarak fiber takviyeli MMK malzemeleri üretmek için
kullanılır. Bu yöntemde levhasal yapıdaki metal matris ile elyaf şeklindeki fiber etkili bir
yayılma sağlamak için kimyasal yüzey muamelesine tabi tutulur. Daha sonra fiberler
önceden belirlenen yönlerde, açılarda ve istenilen aralıklarla metal tabakalar üzerine
yerleştirilir ve ısıtılarak difüzyon ile birleştirmenin sağlanması için presleme işlemi yapılır
[33]. Şekil 2-7’de bu yöntemle üretilmiş bir SiC fiber takviyeli Ti matrisli bir kompozitin
mikroyapısı gösterilmiştir.
Şekil 2–7: Difüzyon bağlama yöntemi ile üretilmiş bir Ti/SiCf kompozitin mikroyapısı [29]
Yüksek enerji-yüksek hız yöntemi, iyi dağılımlı seramik partikülleri ile metal tozları hızla
sıkıştırarak birleştirmek için başarılı bir şekilde kullanılmış bir yöntemdir. Bu yöntemde
64
metal-seramik karışımının birleştirilmesi kısa bir zaman periyodunda yüksek bir enerji
uygulanması vasıtasıyla gerçekleştirilir. Al/SiC MMK malzeme üretmek amacıyla
ayarlanmış metal-seramik toz karışımı eş uzaylı bir jeneratörden elde edilen hızlı bir
elektriksel akım vasıtasıyla ısıtılarak birleştirilir. Bu yöntemde Al/SiC ve (Ti3Al+Nb)/SiC
kompozitlerin üretiminde başarılı olunmuştur [29].
2.2.1 Reaksiyon(in situ) üretim yöntemleri Bu alanda kullanılan en önemli proses XD prosesidir ve Martin Marietta Corp. tarafından
geliştirilmiştir. XD prosesinde matris alaşımı ve reaktif bileşenleri katı halde karıştırılır ve
karışımın her yerinde kendi kendine yayılabilen bir reaksiyon başlatılır. Reaksiyonun
kendi kendine devamlı olabilmesi için ekzotermik olması gerekmektedir. Bu proses,
reaksiyonla meydana gelen yüksek bir sıcaklıkta genel olarak eriyik haldeki bir matris
alaşımı içerisine takviye partiküllerinin kararlı bir şekilde dispersiyonu ile sonuçlanır.
Ayrıca sıvı alaşımdaki reaktif bileşenlerin yüksek difüzyonu ileri reaksiyon için onları bir
araya getirmeye yardımcı olur ve bu sayede reaksiyon oranının artmasına katkıda bulunur.
Prosesin avantajları olarak, takviye ve matris olarak çok sayıda alaşım kullanılabilmesi ve
malzemelerin ticari olarak üretilebilir olması verilebilir [34].
65
BÖLÜM 3
3. ALÜMİNYUM ESASLI SİCP TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEME ÜRETİMİBu çalışmada, metal matrisli kompozit malzemelerin üretimi iki aşamada yapılmıştır.
Üretimin ilk aşamasında vorteks döküm (stir casting) yöntemi kullanılarak takviye
partiküller eriyik haldeki matris alaşımı içerisine ilave edilmiştir. Partiküller ilave
edilmeden önce, yüzeylerindeki kirliliğin giderilmesi, absorbe olmuş gazların ayrılması ve
yüzeylerinde koruyucu bir oksit tabakası oluşturulması için yaklaşık 1100°C de 3 saat ısıl
işleme tabi tutulmuştur. Daha sonra, ısıl işleme tabi tutulmuş SiC takviye partiküller ile
matris arasında ıslanmanın iyi olması açısından SiC partiküller, ergitilmiş sıvı alaşım
sıcaklığına yakın bir sıcaklığa ısıtılmıştır. Son olarak, ısıtılmış SiC partiküller, fırında
ergitilmiş halde bulunan matris alaşımında bir grafit karıştırıcı vasıtasıyla oluşturulan
vorteks içerisine, kontrollü uygulanan gaz basıncı ile yaklaşık 15–20 gr/dk hızla ilave
edilerek mekanik zorlanma ile matris alaşımına tutunmaları sağlanmıştır. Partiküller,
porotize oluşumunun engellenmesi ve uygun bir karıştırma atmosferi oluşturmak amacıyla
sıvı alaşım içerisine argon gazı ile üflenmiştir.
SiC partiküller ile 600–700°C aralığında ergime sıcaklığının üzerinde bir sıcaklıkta
bulunan Al matris alaşımlarının karıştırılması sırasında her defasında karıştırıcı hızı iyi bir
karışım sağlamak amacıyla ortalama bir değerde 550–600 dev/dk hızda tutulmaya
çalışılmıştır. Partikül ilavesi tamamlandıktan sonra eriyik hamur haline gelene kadar
karıştırma işlemine bir süre daha devam edilmiştir. Döküm esnasında, sıvı metal seramik
partikül karışımının akışkanlığını koruması için karışımın sıcaklığı yaklaşık 750°C
civarına çıkarılmıştır. Vorteks döküm yönteminin şematik gösterimi Şekil 3-1’de
verilmiştir [35].
66
Şekil 3–1: Vorteks döküm yönteminin şematik gösterimi [35]
2124, 5083 ve 6063 alüminyum alaşımları ve SiC partiküllerden kompozit üretmek
amacıyla her defasında gerçekleştiren yukarıdaki işlemlerden sonra döküm için sıcaklığı
yaklaşık 750°C olan sıvı alaşım-seramik partikül karışımın metal kalıba dökümü
yapılmıştır.
Kompozitlerin üretiminden sonra karşılaştırma amacıyla kullanılacak olan takviyesiz
2124, 5083 ve 6063 alüminyum alaşımlar da eritilerek aynı şartlarda metal kalıba
dökülmüştür. Şekil 3–2 ’de döküm işlemlerinde kullanılan metal kalıbın boyutları
verilmiştir.
67
Üretimin ikinci aşaması olan ekstrüzyon işleminden önce, billet şeklinde üretilen
kompozitler ve takviyesiz alaşımların ekstrüzyonu kolaylaştırmak, çıkan ürünün yüzey
kalitesini ve mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla 580°C de 10 saat
homojenizasyon işlemine tabi tutulmuştur. Bu işlemden sonra takviyesiz alaşım ve
kompozit billetlerde döküm yöntemi ile oluşan poroziteyi azaltmak yanında yine
kompozitlerde alaşım matrisi içerisindeki partikül dağılımını iyileştirmek için yaklaşık
500°C de sıcak ekstrüzyona tabi tutulmuşlardır. Şekil 3-3’de ekstrüzyon işleminin şematik
görünümü verilmiştir.
Şekil 3–2: Döküm işlemlerinde kullanılan metal kalıpların boyutları [35]
68
Şekil 3–3: Ekstrüzyon işleminin şematik görünümü [35]
Şekil 3–4: 6063 Al alaşımını döküm işlemlerinde kullanılan metal kalıbın boyutları [35]
69
Ayrıca üretim yönteminin çekme özelliklerine etkisini araştırmak amacıyla bilet şeklinde
üretilen takviyesiz 6063 Al alaşımı 580°C de 10 saat homojenizasyon işleminden sonra
metal kalıba dökülmüştür. Şekil 3-4’de 6063 Al alaşımını döküm işlemlerinde kullanılan
metal kalıbın boyutları verilmiştir.
Dökümle Al 6063 ve ekstrüzyonla üç farklı alaşımdan üretimi gerçekleştirilen yuvarlak
kesitli takviyesiz ve kompozit çubukların ekstrüzyon oranları ve ürün kesit çapları Tablo
3-1’de verilmiştir.
Isıl işlemin kompozitler ve takviyesiz alaşımların çekme ve yorulma özelliklerine etkisini
incelemek amacıyla ilgili standarda göre hazırlanmış yaşlanabilir Al 2124 ve Al 6063
kompozit ve takviyesiz numunelerin bir kısmına T6 ısıl işlemi uygulanmıştır. Buna göre
numuneler, 515°C sıcaklıkta 2 saat tutularak çökelme ısıl işlemine tabi tutulmuş daha
sonra oda sıcaklığındaki suda hızlı soğutulmuştur. Son olarak numuneler 175°C de 11 saat
yapay olarak yaşlandırılmıştır. 11 saatlik yapay yaşlandırma süresi daha iyi mekanik
özellikler elde edebilmek için daha önce yapılan çalışmalardan faydalanılarak seçilmiştir.
Isıl işlem uygulanmış numuneler ve özellikleri Tablo 3–2 verilmiştir [35]
70
Tablo 3–1: Kompozit çubukların ekstrüzyon oranları ve ürün kesit çapları
No Malzeme Ekstrüzyon oranı (R)
Ürün Kesit Çapı (mm)
1 Al 2124 25 10
2 Al 5083 25 10
3 Al 6063 25 10
4 Al 6063 12 14.15
5 Al 6063 50 7
6 Al 2124+SiCp (167 μm) 25 10
7 Al 2124+SiCp (167 μm) 12 14.15
8 Al 2124+SiCp (167 μm) 50 7
9 Al 5083+SiCp (167 μm) 25 10
10 Al 5083+SiCp (167 μm) 12 14.15
11 Al 5083+SiCp (167 μm) 50 7
12 Al 6063+SiCp (167 μm 25 10
13 Al 6063+SiCp (167 μm) 12 14.15
14 Al 6063+SiCp (167 μm) 50 7
15 Al 6063+SiCp (511 μm) 25 10
16 Al 6063+SiCp (511 μm) 12 14.15
17 Al 6063+SiCp (511 μm) 50 7
18 Al 6063 DÖKÜM 20
19 Al 6063 DÖKÜM 20
71
Tablo 3–2: Isıl işlem uygulanmış numuneler ve özellikleri
No Malzeme Isıl işlem Ekstrüzyon oranı (R)
1 Al 2124 T6 25
2 Al 6063 T6 Döküm
3 Al 2124+SiCp(167 μm) T6 25
4 Al 2124+SiCp(167 μm) T6 12
5 Al 2124+SiCp(167 μm) T6 50
6 Al 6063+SiCp(167 μm) T6 25
3.1 ALÜMİNYUM ESASLI SİCP TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
3.1.1 Çekme DeneyleriÇekme deneyi, malzemelerin mukavemeti hakkında esas dizayn bilgilerini saptamak ve
malzemelerin özelliklere göre sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile geniş çapta kullanılır.
Çekme deneyi standartlara göre hazırlanmış deney numunesinin tek eksende, belirli bir
hızla ve sabit sıcaklıkta koparılıncaya kadar çekilmesidir. Deney sırasında, standart
numuneye devamlı olarak artan bir çekme kuvveti uygulandığında, aynı esnada da
numunenin uzaması kaydedilir. Üretimi tamamlanan kompozit ve takviyesiz çubuklar
ilgili standarta göre yapılacak deneyler için hazırlanması gerektiğinden uygun boyutlarda
kesilerek her test için 3’er adet standart deney numunesi ölçülerinde işlenmiştir. ASTM B
557-02a standardına göre hazırlanmış numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik
gösterimi şekil 3-5’de ve makro görüntüleri şekil 3-6’da görülmektedir.
72
Şekil 3–5: Çekme deneylerinde kullanılan ASTM B557 Standardına göre hazırlanan numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi [36,37,38]
Şekil 3-5’de geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi gösterilen çekme deneyinde
kullanılan numunelerin, ekstrüzyon oranına göre değişen boyutları Tablo 3-3’de
gösterilmiştir.
Tablo 3-3 Çekme deneyinde kullanılan numunelerin ekstrüzyon oranına göre değişen
boyutları [35]
Ölçü Kodu(mm)
Ekstrüzyon Oranı(R) Döküm
12 25 50
A 72 48 30 84
B 60 40 25 70
C 12 8 5 14
D 14 10 7 16
Çekme deneyleri, maksimum 25 ton kapasiteli Test 114 markalı çekme deney cihazında
yapılmıştır. Deney çekme hızı bütün numunelerde sabit 6 mm/dak. olarak uygulanmıştır.
73
Bütün numunelerde deney ortam sıcaklığı klima cihazıyla sabit oda sıcaklığında tutularak
numuneler koparılmıştır.
a-) 2124 Al matrisli deney numuneleri. b-) 5083 Al matrisli deney numuneleri.
c-) 6063 Al matrisli deney numuneleri.
Şekil 3–6: 2121,5083 ve 6063 Al matrisli deney numunelerinin 12,25 ve 50 ekstrüzyonoranlarındaki makro görüntüleri [35].
74
3.1.2 Yorulma DeneyleriBirçok makine parçaları ve yapı elemanları kullanılma esnasında tekrarlanan gerilmeler
(yükler) ve titreşimler altında çalışmaktadırlar. Tekrarlanan gerilmeler altında çalışan
metalik parçalarda, gerilmeler parçanın statik dayanımından küçük olmalarına rağmen,
belirli bir tekrarlanma sayısı sonunda genellikle yüzeyde bir çatlama ve bunu takip eden
kopma olayına neden olurlar. Yorulma adı verilen bu olay ilk defa 1850 -1860 yılları
arasında Wöhler tarafından incelenmiş ve teknoloji ilerledikçe mühendislik
uygulamalarında daha fazla önem kazanmıştır. Otomotiv ve uçak endüstrisindeki parçalar
ile kompresör, pompa, türbin gibi makinelerin parçalarında görülen mekanik hasarların
yaklaşık %90'i yorulma sonucunda olmaktadır [38].
R=25 sabit ekstrüzyon oranında üretimi tamamlanan kompozit ve takviyesiz çubuklar
ilgili standarta göre yapılacak deneyler için hazırlanması gerektiğinden uygun boyutlarda
kesilerek Taksan marka CNC Torna ile standart deney numunesi ölçülerine işlenmiştir.
Üretilen numunelerin bir kısmına T6 ısıl işlemi uygulanmıştır. Numunelerin üretim
özellikleri Tablo 3-4’da görülmektedir. ASTM E 466 standardına göre hazırlanmış
numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi Şekil 3-7’de görülmektedir.
Tablo 3–4: Yorulma deneyinde kullanılan numunelerin üretim özellikleri [35]
No Malzeme Isıl işlem Ekstrüzyon Oranı (R)
1 Al 2124 T1 25
2 Al 2124+SiCp(167 μm) T1 25
3 Al 2124+SiCp(167 μm) T6 25
Yorulma deneyleri, dönen eğme gerilmesi uygulayan tipteki HI-TECH HSM 19 markalı
yorulma deney cihazında yapılmıştır. Yorulma deney cihazının şematik gösterimi Şekil 3-
8’da görülmektedir. Numunelere üç farklı gerilme değeri uygulamak için, deney cihazına
üç farklı ağırlık asılarak gerilmeler oluşturulmuştur. Her malzeme için her gerilme
değerinde 3’er adet numuneye yorulma testi yapılarak bu ölçümler kaydedilmiştir.
75
Şekil 3. 7. Yorulma deneylerinde kullanılan ASTM E 466 Standardına göre hazırlanan numunelerin geometrik ölçüleri ve şematik gösterimi [38,39].
Şekil 3–8: Yorulma deney cihazının şematik gösterimi [35]
3.1.3 Sertlik DeneyleriEkstrüzyon ve döküm ikincil işlemiyle şekillendirilen takviyesiz alaşımlar ve bunların
kompozitlerinden alınan, ekstrüzyon oranı ve partikül boyutu gibi farklı değişkenlere
sahip ısıl işlem görmüş ve görmemiş hallerdeki numunelerin sertlik deneyleri, Brinell
skalasında ölçüm yapan ve maksimum 250 kg’ lık yük uygulama kapasitesine sahip Zwick
marka sertlik ölçüm cihazında yapılmıştır. Bütün takviyesiz alaşımlar ve bunların
76
kompozitlerinden alınan numuneler üzerinde 4 adet sertlik ölçümü yapılmış ve bu
ölçümlerin aritmetik ortalaması malzeme sertliği olarak belirtilmiştir. Sertlik deneylerinde
Ø 2,5 mm çapında çelik bilya uç kullanılarak, numunelere 153,2 N’luk yük, yaklaşık 25 sn
uygulanmıştır.
3.1.4 Kırılma Yüzeyi ve Metalografik İncelemelerÇekme deneyleri için üretilen kompozitlerden kesilerek alınan numuneler, metalografik
incelemeler için bakalite alınmıştır. Daha sonra 240, 320, 500, 1000 ve 1200 mesh’ lik
zımpara kademelerinden geçirilen numunelere 10 µm boyutunda alüminyum oksit pasta
kullanılarak iki kademeli parlatma işlemi uygulanmıştır. Parlatma işlemlerinden sonra
numuneler su ile yıkanmış ve yüzeylerine alkol tatbik edilerek yüzeyleri temizlenmiştir.
Sonra tüm numunelerin yüzeyleri, Keller dağlayıcı kullanılarak dağlanmış ve yüzeyleri su
ve alkol ile temizlenerek metalografik incelemeye hazırlanmıştır. Kırılan numunelerin
kırılma yüzeylerinin fraktografik analizleri de incelenen malzemelerin mekanik
özelliklerini daha iyi açıklamak açısından gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3–9: Komozitteki Partikül Bölgeleri ile SiC Partiküllerinin Şekli ve Dağılımı [40].
77
BÖLÜM 4
4. BULGULAR4.1 Çekme Deneyi Sonuçları Bu çalışmada, SiC partikül takviyeli alüminyum esaslı metal matrisli kompozitlerin ve
takviyesiz alaşımların çekme özellikleri, çekme deneyinin gerçekleştirildiği her bir farklı
malzeme değeri için 3 kez test edilmiştir. Bu testlerden elde edilen sonuçların aritmetik
ortalaması incelenen malzemenin çekme özellikleri olarak alınmıştır. Partikül boyutu,
ekstrüzyon oranı, ısıl işlem ve farklı matris malzemesi gibi dört değişik mikroyapı
parametresinin kullanıldığı bu deneylerde takviyesiz alaşımların ve kompozitlerinin
çekme özellikleri ayrı ayrı incelenmiş ve daha sonra birbirleri ile karşılaştırılmıştır.
Yukarıda belirtilen parametreler, deney verileri ve görüntülerle elde edilen bulgular
aşağıda ayrıntılı olarak tartışılmıştır.
4.1.1 MMK Malzemelerin Farklı Al Alaşımlarının Çekme Deneyi Sonuçlarına
EtkisiIsıl işlem görmüş (T6) ve görmemiş (T1) haldeki 2124 alüminyum takviyesiz alaşım ve
kompozitlerinin çekme deney sonuçları Tablo 4-1’de verilmiştir. Tablo 4-1’de görüldüğü
gibi 2124 alüminyum takviyesiz alaşım ve kompozitlerinin çekme özellikleri bazı partikül
boyutu, ekstrüzyon oranı ve ısıl işlem değerlerinde ufak dağılımlar göstermektedir. Çekme
özelliklerine genel olarak bakıldığında, takviyeli ve takviyesiz 2124 alüminyum
alaşımlarının ısıl işlem görmüş (T6) numunelerin maximum çekme mukavemeti ve akma
mukavemeti değerleri ısıl işlem görmemiş (T1) numunelerinden yüksek olduğu
gözlenmektedir. Aynı ekstrüzyon oranında partikül boyutu dikkate alındığında
takviyelendirilmiş 2124 alüminyum alaşımlarının takviyelendirilmemiş 2124 alüminyum
alaşımlarına oranla paralel sonuçlar vermediği görülmektedir.
78
Tablo 4–1. 2124 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35]
Malzeme PartikülBoyutu(μm)
EkstrüzyonOranı(R)
Isılİşlem
OrtalamaMax.ÇekmeMukavemeti(N/mm²)
OrtalamaAkmaMukavemeti(N/mm²)
OrtalamaKesitDaralması
2124 0 25 T1* 365,5 47,9 18,82124 0 25 T6** 411,1 136 31,92124 167 25 T1* 290,3 89,9 15,12124 167 25 T6** 302,8 112,1 5,72124 167 12 T1* 240,2 - 4,12124 167 12 T6** 257,3 119,3 5,52124 167 50 T1* 348 82,3 5,92124 167 50 T6** 330,3 93,8 3,3
* sıcak ekstrüze edilmiş ve oda sıcaklığında soğutulmuş (ısıl işlem görmemiş)** çökeltme uygulanmış ve yapay olarak yaşlandırılmış
Şekil 4–1. Al 2124 kompozitlerinin max. çekme mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
79
Şekil 4-1’de ısıl işlem uygulanmış numunelerin 12 ve 25 ekstrüzyon oranlarında ısıl işlem
uygulanmamış numunelere göre maksimum çekme mukavemeti değerleri daha yüksektir.
Fakat 50 ekstrüzyon oranında artış eğilimi göstermesine rağmen ısıl işlem görmüş
numunelerin maksimum çekme mukavemeti değerleri ısıl işlem görmemiş numunelerden
daha düşüktür. Ayrıca ekstrüzyon oranlarının artmasıyla hem 2124+SiC (167 µm) T1 hem
de 2124+SiC(167 µm) T6 malzemelerinde maksimum çekme mukavemeti değerleri
yükselmiştir. Bunun nedeni ise ekstrüzyon sırasındaki basınçtan doğan akış sırasında,
daha büyük ekstrüzyon oranlarında küçük ekstrüzyon oranına nazaran daha fazla
deformasyon meydana gelmektedir. Bu da mukavemet değerini olumlu yönde
etkilemektedir.
Şekil 4-2. Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin max. Çekme mukavemetinin ısıl işleme bağlı değişimi [35].
Nitekim, Şekil 4-2’de görüldüğü gibi kompozitlerin maximum çekme mukavemeti
takviyesiz alaşımlardan daha düşük çıkmıştır. Gevrek SiC takviye partiküllerin yapıya
ilavesinin kompozitleri gevrekleştirdiği ve çekme mukavemetinin düşmesinde etkin bir rol
oynadığı görülmüştür. Bununla birlikte, takviye partiküllerin köşeli olması ve kümeleşme
veya topaklanma gibi iç yapı hatalarına yol açan yapı içerisindeki homojen olmayan
dağılımı, matris ile takviye fazın zayıf bağ yapmasına ve kompozit malzemelerin çekme
80
mukavemetinin düşmesine sebep olduğu düşünülmektedir. Kümelenen ve topaklanan SiC
partiküllerin yükleme anında birbirleri üzerine binerek kırılmalara sebep olduğu
görülmüştür. Partikülde gözlenen kırılmalar, kompozitlerin çekme mukavemetinin
düşmesinde etkin bir rol oynamıştır. Şekil 4-3 ve Şekil 4-4’de ise Al 2124 alaşımı ile
kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına ve ısıl işleme bağlı değişimi
gösterilmektedir.
Şekil 4–3. Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
81
Şekil 4–4: Al 2124 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ısıl işleme bağlı değişimi [35].
Akma mukavemeti değerleri de maximum çekme mukavemeti değerleri ile aynı
paralellikte davranış göstermektedir. Kopma yüzeyinde kümeleşmenin gözlendiği bir Al
2124+SiC (167 µm)-T1 kompozitin kopma yüzeyinin görüntüsü Şekil 4-5 a,b ve kopma
yüzeyinin SEM görüntüsü Şekil 4-5 c’de verilmiştir. Şekilde kümeleşmeler ve partikül
kırılmaları net bir şekilde görülebilir. Kümeleşme veya topaklanmalara döküm esnasında
karıştırma hızı ve belirli bir sürede ilave edilen partikül miktarının düzensiz oluşu,
dolayısıyla takviye elemanın matris alaşımı ile iyi karışamamasının neden olduğu
düşünülmektedir.
82
Şekil 4–5: Kümeleşmenin oluştuğu bir Al 2124+SiC (167 µm)-T1 kompozitin kopma yüzeylerinin ve SEM görüntüsü [35].
Isıl işlem görmemiş (T1) haldeki 5083 alüminyum takviyesiz alaşım ve kompozitlerinin
çekme deney sonuçları Tablo 4-2’de verilmiştir. Tablo 4-2’de görüldüğü gibi 5083
alüminyum takviyesiz alaşım ve kompozitlerinin çekme özellikleri bazı partikül boyutu ve
ekstrüzyon oranı değerlerinde ufak dağılımlar göstermektedir. Çekme özelliklerine genel
olarak bakıldığında, takviyeli ve takviyesiz 5083 alüminyum alaşımlarının maximum
çekme mukavemeti ve akma mukavemeti değerlerinin ekstrüzyon oranı büyüdükçe
yükseldiği gözlenmektedir.
Tablo 4-2 5083 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35]
Malzeme PartikülBoyutu(μm)
EkstrüzyonOranı(R)
Isılİşlem
OrtalamaMax.ÇekmeMukavemeti(N/mm²)
OrtalamaAkmaMukavemeti(N/mm²)
OrtalamaKesitDaralması
5083 0 25 T1* 206 101 62,15083 167 25 T1* 203,5 74 3,75083 167 12 T1* 200,9 45 9,55083 167 50 T1* 228,1 89,4 2,6
* sıcak ekstrüze edilmiş ve oda sıcaklığında soğutulmuş (ısıl işlem görmemiş)
83
Şekil 4–6: Al 5083 kompozitlerinin maximum çekme mukavemeti ve akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
Şekil 4-6’da Al 5083 kompozitlerinin maximum çekme mukavemeti ve akma
mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi gösterilmektedir. Burada her iki
mukavemet değeri de ekstrüzyon oranının büyümesiyle artış göstermektedir. Ekstrüzyon
84
oranının büyümesi ürün çapının küçülmesi anlamına geldiği için ekstrüzyon ile meydana
gelen deformasyon mukavemet değerlerinin artmasına neden olmaktadır.
Şekil 4–7: Al 5083 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
Şekil 4-8: Al 5083 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
Şekil 4–7 ve Şekil 4-8’de Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitlerin çekme özelliklerinin
takviyesiz Al 5083-T1 alaşımlarının çekme özelliklerinden düşük olduğu açık bir şekilde
görülmektedir. Takviyesiz Al 5083-T1 alaşımları oldukça sünek bir kopma davranışı
göstermektedir. Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin Şekil 4–9 a,b’deki makro
85
görüntülerine bakılırsa, kopma yüzeylerinde oluşan yanaklaşma, kıvrılma ve Tablo 4-
2’deki kesit daralması değeri net olarak malzemenin sünek bir şekilde kırıldığını
göstermektedir.
Şekil 4–9: Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin makro görüntüleri [35].
Şekil 4–10: Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
86
Yine Şekil 4-10’da Al 5083-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin SEM görüntüsündeki
keskin olmayan ve birbiri üzerine sıvanmış haldeki çukurcuklar sünek bir kopmaya işaret
etmektedir.
Şekil 4-11: Al 5083+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitinin maximum çekme mukavemeti bütün ekstrüzyon
oranı değerlerinde çok az oranda tepki göstermektedir. Ekstrüzyon oranı büyüdükçe
maximum çekme mukavemeti ve akma mukavemeti değerleri artma eğilimi
göstermektedir. Şekil 4-11’de Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitin mikroyapısı
görülmektedir. Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitin Şekil 4-11’deki mikroyapısından
iyi bir partikül dağılımının olduğu, topaklanma ve kümelenmenin olmadığı görülmektedir.
Şekil 4-12’de Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitin kopma yüzeyinin SEM görüntüsü
verilmiştir. Kompozitin kopma yüzeyine balkıdığında SiC partiküllerin etrafında çatlak
veya boşluk oluşumunun olmadığı görülebilir. Buradan matris ve takviye partikül fazı
arasında iyi bir ıslanmanın olduğu, yani ara yüzey bağının sağlam olduğu sonucu
çıkarılabilir. Fakat gayet sünek bir kopma davranışı gösteren ve çekme özellikleri yüksek
olan takviyesiz Al 5083-T1 ile karşılaştırıldığında Al 5083+SiC (167 µm)-T1 kompozitin
bu kadar çok gevrek ve kırılgan bir yapı kazanması ilginçtir. Bunun temel sebeplerinden
birisi çentik etkisi yaratan kırılgan SiC partiküllerin yapıya ilavesidir.
87
Şekil 4–12 Al 5083+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin partiküller etrafında çatlak veya boşluk oluşumunun olmadığı SEM görüntüsü [35].
Isıl işlem görmüş (T6) ve görmemiş (T1) haldeki 6063 alüminyum takviyesiz alaşım ve
kompozitlerinin çekme deney sonuçları Tablo 4-3’de verilmiştir. Tablo 4-3’de görüldüğü
gibi 6063 alüminyum takviyesiz alaşım ve kompozitlerinin çekme özellikleri bazı partikül
boyutu, ekstrüzyon oranı ve ısıl işlem değerlerinde ufak dağılımlar göstermektedir. Çekme
özelliklerine genel olarak bakıldığında, takviyeli 6063 alüminyum alaşımlarının ısıl işlem
görmüş (T6) numunelerin maximum çekme mukavemeti ve akma mukavemeti değerleri
ısıl işlem görmemiş (T1) numunelerinden düşük olduğu gözlenmektedir. Şekil 4-13’de
görüldüğü gibi Al 6063+SiC (167 µm)-T1 kompozitlerinin maximum çekme mukavemeti
değerleri, Al 6063+SiC (511 µm)-T1 kompozitlerinin maximum çekme mukavemeti
değerlerinden daha yüksektir. Al 2124 ve Al 5083 alaşımlarına SiC partikülleri ilave
edildiği zaman, takviyesiz alaşımlarına göre mukavemet değerlerinde düşme görülmüştür.
Fakat Al 6063 alaşımına partikül ilave edildiğinde mukavemet değerlerinde artış olduğu
görülmektedir. Bu durum Al 6063 kompozitlerinin kopma yüzeylerinde, diğer deney
alaşım kompozitlerinin kopma yüzeylerinden nispeten daha fazla yanaklaşma görüldüğü
88
ile açıklanabilir. Al 6063 kompozitlerinin, diğer deney alaşımları kompozitlerinden daha
sünek davrandığı görülmektedir.
Tablo 4–3: 6063 Al takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin çekme deney sonuçları [35]
Malzeme PartikülBoyutu(μm)
EkstrüzyonOranı(R)
Isılİşlem
OrtalamaMax.ÇekmeMukavemet
i(N/mm²)
OrtalamaAkma
Mukavemeti
(N/mm²)
OrtalamaKesit
Daralması
6063 167 25 T1* 319,3 93,1 20,86063 167 25 T6** 309,1 89,9 25,96063 511 25 T1* 162,3 44,1 21,26063 167 12 T1* 190,6 38,4 43,16063 511 12 T1* 132,4 7,5 27,96063 167 50 T1* 214,9 84,2 40,66063 511 50 T1* 163,4 58,3 96063 0 25 T1* 155,2 28,6 57,76063 0 12 T1* 148,7 67,7 25,86063 0 50 T1* 177 39,2 67,86063 0 Döküm T1* 89,2 17 24,66063 0 Döküm T6** 176,1 21,3 12,4
* sıcak ekstrüze edilmiş ve oda sıcaklığında soğutulmuş (ısıl işlem görmemiş)** çökeltme uygulanmış ve yapay olarak yaşlandırılmış
89
Şekil 4–13: Al 6063 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin max. çekme mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
Şekil 4–14: Al 6063 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi [35].
Ayrıca Al 6063 takviyesiz alaşımı ve kompozitlerinin akma mukavemetinin ekstrüzyon oranına bağlı değişimi Şekil 4.14’de gösterilmektedir.
90
Şekil 4–15: Al 6063+ SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeylerinin makro görüntüleri[35].
Şekil 4-15’de Al 6063+ SiC (167 µm)-T1 kompozitlerin kopan yüzeylerinin makroskopik
görüntüleri verilmiştir. Görüntülerde açık olarak görüldüğü üzere, partiküller numunenin
orta bölümlerinde topaklanmışlar ve kopmaya tercihli bölge oluşturmuşlardır.
91
Şekil 4–16: Al 6063+SiC (167 µm)-T1 alaşımının kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
92
Kopan Al 6063+SiC (167 µm)-T1 kompozitin Şekil 4–16 a’daki kopma yüzeyine
bakıldığında kümelenmeler ve topaklanmalar ve ayrıca oluşan çatlaklar net bir şekilde
görülebilir. Bununla birlikte takviye SiC partiküller ile Al 6063 matris arasında iyi bir
ıslanmanın olmadığı tespit edilmiştir. Yine kopan Al 6063+SiC (167 µm)-T1 kompozitin
kopma yüzeyi Şekil 4-16 b’de görülmektedir. Yüzeyden ayrılan partiküllerin oluşturduğu
boşluklar, takviye fazı ve matris arasındaki zayıf ara yüzey bağını göstermektedir.
Al 6063+SiC (167 µm)-T1 kompozitlerin kopma yüzeylerine bakıldığında nispeten
yanaklaşmanın oluştuğu görülmektedir. Bu durum 2124 ve 5083 esaslı kompozitlerde
karşılaşılmayan bir davranıştır. Buradan Al 6063+SiC (167 µm)-T1 kompozitlerin gerek
kesit daralması ve gerekse makroskopik kopma yüzeyi açısından daha sünek ve aynı
zamanda daha tok bir davranış sergiledikleri anlaşılmaktadır.
4.2 Yorulma Deneyi SonuçlarıBu çalışmada, SiC partikül takviyeli alüminyum esaslı 2124 Al metal matrisli kompozitin
ve 2124 Al takviyesiz alaşımının yorulma özelliklerini belirlemek için, numuneler
yorulma deneyinin gerçekleştirildiği üç farklı gerilmede her bir farklı malzeme değeri için
3 kez test edilmiştir. Partikül ilavesi, ısıl işlem ve farklı gerilme değerleri gibi üç değişik
mikroyapı parametresinin kullanıldığı bu deneylerde takviyesiz alaşımın ve kompozitin
yorulma özellikleri ayrı ayrı incelenmiş ve daha sonra birbirleri ile karşılaştırılmıştır.
Yukarıda belirtilen parametreler ve deney bulguları aşağıda ayrıntılı olarak tartışılmıştır.
Yorulma deneyleri sırasında, numunelere üç farklı gerilme değeri uygulamak için, deney
cihazına üç farklı ağırlık asılarak gerilmeler oluşturulmuştur. Her malzeme için her
gerilme değerinde 3’er adet numuneye yorulma testi yapılarak bu ölçümler kaydedilmiştir.
Şekil 4-17’de numunelere verilen farklı gerilme değerlerinde hangi tekrar sayısında
kırıldıkları gösterilmektedir. Şekil 4-17’de, üç farklı numune türünde gerilme değerlerine
göre yük tekrar sayılarına bakıldığında üç numunenin yük tekrar sayıları değerleri geniş
bir aralıkta dağıldığı görülmektedir. Aynı gerilme değerindeki farklı yük tekrar sayılarının
ölçülmesi, numunelerin üretimi sürecindeki hatalardan kaynaklandığı düşünülmektedir.
93
Şekil 4–17: Al 2124 alaşımının ve kompozitlerinin yük tekrar sayısının gerilmeye göre değişimi [35].
Şekil 4–18. Al 2124–0 T1 alaşımının kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
94
Şekil 4-18’de Al 2124-0 T1 yorulma numunesinin kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü
gösterilmektedir. Kırılma yüzeyinde çatlak oluşumu, çatlak ilerleme çizgileri ve çatlak
ilerleme bölgeleri olarak incelendiğinde normal geliştiği görülmektedir. Çatlak ilerleme
bölgesinin sona erdiği ve en zayıf kesit alanının başladığı zoraki kırılma bölgesinden
itibaren sünek kırılma davranışının meydana geldiği görülmektedir.
Şekil 4–19: Al 2124-0 T1 alaşımının kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Şekil 4-19’de Al 2124-0 T1 yorulma numunesinin çatlak ilerleme çizgilerine dik yönde bir
makro çatlağın numune içine doğru ilerlediği görülmektedir. Bu çatlağın varlığı çatlak
ilerleme safhasını azaltacak bir etken olabilir.
Şekil 4-17’i incelemeye devam edersek; 2124 Al alaşımına SiC partiküllerinin ilavesinin
yorulma özelliklerini olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Tekrarlanan gerilmeler altında
çalışan metalik parçalarda, gerilmeler parçanın statik dayanımından küçük olmalarına
95
rağmen, belirli bir tekrarlanma sayısı sonunda genellikle yüzeyde bir çatlama ve bunu
takip eden kopma olayına neden olurlar. 2124 Al alaşımına SiC ilavesi nedeniyle
numunelerin söz konusu standart ölçülerine işlenmesi sırasında takım ucunun işlenen
numune yüzeyindeki SiC partiküllerini yerinden oynatması veya kaldırması olayı
gerçekleşmiş olabilir. Bu nedenle yüzeyden SiC partiküllerinin bulunduğu mikro
bölgelerden çatlamanın başlamış olabileceği düşünülmektedir. Şekil 4-20’de
2124+SiC(167 µm) T1 numunesinin yüzeyindeki SiC partiküllerinin bulunduğu bölgeden
başlayan çatlak ve çatlak ilerlemesi görülmektedir.
Şekil 4–20: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
96
Şekil 4–21: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Şekil 4-21’den görüldüğü gibi kırılma yüzeyinde çatlak oluşumu, çatlak ilerleme çizgileri
ve çatlak ilerleme bölgeleri olarak incelendiğinde normal geliştiği görülmektedir.
Şekil 4–22: Al 2124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesi kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
97
Şekil 4-22’dan kırılma yüzeyindeki SiC partiküllerinin çatlamış olduğu görülmektedir. Bu
çatlakların yorulma kırılmasını olumsuz etkileyeceği ve çatlak ilerlemesi davranışına
gevrek bir davranış katacağı düşünülebilir.
Şekil 4–23: Al 2124+ SiC (167 µm)-T6 yorulma numunesinin kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Şekil 4-23’deki kırılma yüzeyine bakıldığı zaman çatlak oluşumu, çatlak ilerleme çizgileri
ve çatlak ilerleme bölgeleri olarak; gevrek yorulma çizgilerinin ve hızlı çatlak
ilerlemesinin olduğu görülmektedir. Bu durum Şekil 4-17’deki deney sonuçları ile
paralellik göstermektedir. 2124 kompozitlerine ısıl işlem uygulanmasının yorulma
özelliklerini olumsuz etkilediği görülmektedir. Bu durumun nedeni ısıl işlem şartlarının
matris malzemesine göre seçilmesi ve matris malzemesi içine SiC ilave edilmesi ısıl
işlemdeki çökeltme sertleştirmesi mekanizmasını olumsuz etkilemiştir denilebilir.
98
Şekil 4–24: Al 2124+ SiC (167 µm)-T6 yorulma numunesinin kırılma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Şekil 4-24’deki kırılma yüzeyine bakılırsa, iki ayrı yorulma çizgileri olan bölge
görülmektedir. Bu oluşumun esas nedeni, biri birine farklı iki ayrı düzlemde ilerleyen iki
adet çatlağın ilerlemesidir. Isıl işlem dolayısıyla artan sertlik neticesinde çatlak oluşma
ihtimali ve çatlak ilerleme hızı artmıştır denilebilir.
Tüm yorulma deney numunelerinin kopma yüzeyleri incelendiğinde; Al 2124+ SiC (167
µm)-T6’nın kopma yüzeylerinin, Al 2124+ SiC (167 µm)-T1’inkilere nazaran ve Al
2124+ SiC (167 µm)-T1’in kopma yüzeylerinin, Al 2124-0’ınkilere nazaran daha keskin
hatlarla koptukları görülmektedir (Şekil 4-25). Bu da yorulma testi sonuçlarını
açıklamaktadır.
99
Şekil 4–25:Yorulma numunelerinin kopma yüzeyinin makro görüntüleri [35].
100
Şekil 4–26: 124+ SiC (167 µm)-T1 yorulma numunesinin kopma yüzeyinin SEM görüntüsü [35].
Şekil 4-26’da görüldüğü gibi takviyelendirilmiş numunelerin kopma yüzeyleri
incelendiğinde, genelde partikül ile matris alaşımı arasında oluşması beklenen
bağlanmanın tam anlamı ile oluşmadığı görülmektedir.
4.3 Sertlik Deneyi Sonuçları
Çekme özellikleri incelenen takviyesiz alaşım ve kompozitlerin, sertlik değerlerinin
belirlenmesi bu malzemelerin toklukları hakkında bilgi edinmemize yardımcı olacaktır.
Bu çalışmada kullanılan bütün kompozit ve takviyesiz alaşımlarının sertlik deney
sonuçları Tablo 4- 4’da verilmiştir.
Şekil 4-27’de T1, T6 takviyesiz alaşım ve kompozitlerin sertlik değerlerinin malzemelere
göre değişimi verilmiştir. Şekle bakıldığı takdirde en yüksek sertlik değerine Al 2124
101
alaşımı ve kompozitleri sahiptir. En düşük sertlik değerinin ise Al 6063+SiC (511 µm)
R=25 olduğu görülmektedir. R=50 ile üretilmiş Al 6063+SiC (511 µm) kompozitlerinin
sertlik değerinin R=25 ile üretilmiş olanlarından daha yüksek olduğu görülmektedir.
Ekstrüzyon sırasındaki deformasyon sertleşmesinin meydana geldiği görülmektedir.
Tablo 4–4: MMK ve takviyesiz alaşımların sertlik deneyi sonuçları (BSD) [35]
Malzeme Isılİşlem
EkstrüzyonOranı(R)
OrtalamaSertlik(BSD)
Al 2124 T1* 25 80,03Al 2124 T6** 25 92,65Al 2124 + SiCp (167 μm) T1* 12 90,37Al 2124 + SiCp (167 μm) T1* 25 103,82Al 2124 + SiCp (167 μm) T6** 25 99,01Al 2124 + SiCp (167 μm) T1* 50 97,95Al 5083 T1* 25 60,08Al 5083 + SiCp (167 μm) T1* 25 79,58Al 5083 + SiCp (167 μm) T1* 50 91,16Al 5083 + SiCp (167 μm) T1* 12 88,47Al 6063 T1* 25 41,18Al 6063 + SiCp (167 μm) T1* 25 43,07Al 6063 + SiCp (167 μm) T1* 25 34,20Al 6063 + SiCp (167 μm) T1* 50 47,60Al 6063 T6** Döküm 69,66Al 6063 T1* Döküm 48,22
Şekil 4–27: T1 ve T6 ısıl işlem yapılmış takviyesiz alaşım ve kompozitlerin sertlik değerlerini değerlerinin malzemelere göre değişimi [35].
102
Şekil 4–28: 2124 ve 5083 kompozitlerinin 12,25,50 ekstrüzyon oranlarındaki sertlik değerlerinin değişimi [35].
Şekil 4-28’de 2124 ve 5083 kompozitlerinin 12,25,50 ekstrüzyon oranlarındaki sertlik
değerlerinin değişimleri gösterilmektedir. Burada ekstrüzyon oranına bağlı olarak çıkan
ürün çapının küçülmesi ile yani ekstrüzyon oranının büyümesi ile sertlik değerleri hem Al
2124 için hem de Al 5083 için kararlı değildir. Al 2124 malzemesi için, R=12 ile R=25
ekstrüzyon oranları arasında deformasyon sertleşmesi olumlu geliştiği halde R=25 ile
R=50 ekstrüzyon oranları arasında deformasyon sertleşmesi olumsuz gelişmiştir. Bu
durum Al 5083 malzemesi için ise, R=12 ile R=25 ekstrüzyon oranları arasında
deformasyon sertleşmesi azaldığı halde R=25 ile R=50 ekstrüzyon oranları arasında
deformasyon sertleşmesinin arttığı görülmüştür.
103
Şekil 4–29: 2124 ve 6063 Al alaşımlarının ısıl işleme bağlı sertlik değerleri [35].
Şekil 4-29’de 2124 ve 6063 Al alaşımlarının ısıl işleme bağlı sertlik değerleri
gösterilmektedir. Burada, Al 2124 + SiCp (167 µm) kompozitlerinde ekstrüzyon oranı
sabit R=25 tutulduğunda ısıl işlem görmemiş olan numunelerin sertliği T6 ısıl işlemi
gören numunelerden daha yüksek olduğu görülmektedir. Bu durum takviyesiz alaşımlarda
ise, T6 ısıl işlemi gören numunelerin sertliği ısıl işlem görmemiş olan numunelerden daha
yüksektir şeklindedir. 2124 kompozitlerine ısıl işlem uygulanmasının sertlik değerlerini
olumsuz etkilediği görülmektedir. Bu durumun nedeni ısıl işlem şartlarının matris
malzemesine göre seçilmesi ve matris malzemesi içine SiC ilave edilmesi ısıl işlemdeki
çökeltme sertleştirmesi mekanizmasını olumsuz etkilemiştir. Al 2124-T1 takviyesiz
alaşımları ve Al 2124+SiC-T1 kompozitlerinin sertlik değerlerine bakıldığında
kompozitlerin sertlik değerlerinin daha yüksek olduğu görülebilir. Ayrıca metal kalıba
döküm yöntemi ile üretilen numuneler ile ekstrüzyon ile üretilen numunelerin sertlik
değerlerine bakıldığında, ısıl işleme en olumlu tepkinin döküm ile üretilen numunelerin
verdiği görülmektedir.
104
Şekil 4–30: 6063 Al alaşımının farklı partikül değerlerindeki sertlik değerlerinin değişimi [35].
Şekil 4-30’da 6063 Al alaşımının farklı partikül değerlerindeki sertlik değerlerinin
değişimi gösterilmektedir. Al 6063-T1 alaşımı ile Al 6063+SiC(167 µm)-T1
kompozitlerin sertlikleri karşılaştırıldığı taktirde kompozitin sertlik değerlerinin daha iyi
olduğu, Al 6063+SiC(511 µm)-T1 kompozitlerinin sertlikleri karşılaştırıldığı takdirde
sertlik değerlerinin daha düşük olduğu görülebilir. Buradan küçük SiC
partikülboyutlarının ilavesi ile genellikle malzemelerin sertliğ inde bir artış elde edildiği
ve daha büyük SiC partikül boyutlarının ilavesi ile genellikle malzemelerin sertliğinde bir
azalma meydana gelmektedir.
T6 çökelme ile sertleştirme ısıl işleminin, kullanılan malzemeler içerisinde en fazla,
çekme özellikleri en iyi olan takviyesiz Al 6063 (döküm) alaşımının sertliğini arttırdığı,
bunun dışında Al 2124 alaşım sertliğine çok az etkisinin olduğu görülmüştür. T6 ısıl
işlemi görmüş ve ekstrüzyon oranı aynı (R:25) Al 2124+SiC (167 µm)’ in sertliğinde çok
az da olsa bir düşüş elde edilmiştir. Maximum çekme dayanımına bakılarak beklenen
sonucun tersine olan bu durum, bu malzemeler için seçilen ısıl işlem şartlarının uygun
olmadığını göstermektedir.
105
Partikül boyutu küçük olan malzemelerin sertliğinin daha yüksek olduğu görülmüştür.
Bunun birim yüzey alanı başına düşen partikül miktarı ile alakalı bir durum olduğu
düşünülmektedir. Çünkü partikül boyutu küçüldükçe birim yüzey alanı başına düşen
partikül miktarı artacaktır. Dolayısıyla, yüzeye sık bir şekilde yayılan sert SiC
partiküllerin malzemenin sertliğini arttırdığı düşünülmektedir.
106
KAYNAKÇA:
1. Kurşuncu, B. SİC Partikül Takviyeli Al-Si Esaslı Metal Matriksli Kompozit Malzeme
Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, 1999.
2. Taşdemirci, A. Seramik Takviyeli Alüminyum Metal Matrisli Kompozitin Balistik
Performansının incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, 2000.
3. Özben, T., Sıkıştırma Döküm Yöntemiyle Üretilen Seramik Partikül Takviyeli Al-Si
Esaslı Metal Matriksli Kompozit Malzemelerin Mekanik Özellikleri, Yüksek Lisans
Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2001.
4. Gül, F., Döküm Yoluyla Alüminyum Temelli Parçacık Takviyeli Kompozit Geliştirme,
Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, İstanbul, 1999.
5. Mutlu, İ., Alüminyum Matriskli Metal Kompozit Malzemelerin Üretilmesi, Yüksek
Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, 1996.
6. Şahin, Y., Kompozit Malzemelere Giriş, s.16-282, Gazi Üniversitesi, Ankara, 2000.
7. Ilgaz, M.U., Basınçlı Döküm Yöntemiyle Üretilen Seramik Partikül Takviyeli Al-Si
Esaslı Metal Metal Matriskli Kompozit Malzemelerin Mekanik Özellikleri, Yüksek Lisans
Tezi, İstanbul Üniversitesi, İstanbul, 1997.
8. Buytoz, S., Yıldırım, M., Metal Matrisli Kompozit Malzemelerin Üretim Yöntemleri, 9.
Denizli Malzeme Sempozyumu, 349-357, 8-10 Mayıs, 2002.
9. Erdogan, M., Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, Cilt II, Nobel Yayin
Dagitim, i 998, Ankara.
10. Groveer P.M., Fundamentals Modern Manufactoring: Materials, Proceses and
Systems,Perintice Hall Inc. USA, 1996
11. Sahin. Y., Kompozit Malzemelere Giris Ders Notlari, Gazi Üniversitesi, Teknik
Egitim Fakültesi, 1996.
107
12.Farag, M.M., Selection of materials and manufacturing processes for engineering
design, Prentice hall Ltd., The cambridge University Press, Cambridge, 1989.
13. Hughes, D.H., Fibres for reinforcement composite materials-Part 2, The J. Inst. of
Metals, Metals and Materials, 1986,365.
14. Fukunage H. Advanced Material Manufacturing Process, 4 (1998) 669.
15. Grant, P.S. and Bewlaw. RP., Advanced engineering materials, Proc Sixth lrish
Materials Form, Dublin, lreland, 1989.
16. Askeland, R Donaid, The science and engineering of materials, Wadsworth Ine, USA,
1984.
17. Huda, P, Baradie, M.A.E and Hashami, M.S.J., Metals and composites: Manufacturing
aspect PartI, J. Mat. Proc. Techn.,(1975) 513.
18. Şahin, Y., Ph.D. The University of Aston in Birmingham, 1994.
19. Kreider, G.K., Metal matrix composites, Academic press, New York, 1974
20. Islam, M, and Wallace, W., Carbon fibre reinforced aluminium composites : A critical
review, Division of mechanical engineering, National Research Council, Canada NRC No
23498,2984/4.
21. Krenchel, H., Fibre reinforcement, Academisk, Forlag, Copenhagen, 1964
22. Piatli, G., Advances in composite materials, applied science publishers Ltd. London,
1983
23. Robert M. Brick, Gordon A and Pense, W. Materials science and engineering series:
Structure and property of engeering materials, 4th Edition, McOraw-Hill Company, USA,
1977.
24. Vinson, JR. and Chou, T.W., Composite materials and their use in structures,
Materials Science Service, Applied Science Publishers, London, 1975.
25. Paultnou, KT. and Salibehov, S.F., Structure and properties of composite materials,
1979.
108
26. Sahin, Y., A materials aspect of fibre reinforced metal composites, Gazi Üniversitesi,
Teknik Egitim Fakültesi Dergisi, 3-2 (1991) 101.
27. Prof.Dr.Ahmet Aran - İ.T.Ü. Makina Fakültesi
28. Özben, T., Sıkıştırma Döküm Yöntemiyle Üretilen Seramik Partikül Takviyeli Al-Si
Esaslı Metal Matriksli Kompozit Malzemelerin Mekanik Özellikleri, Yüksek Lisans Tezi,
Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2001.
29. Chawla, K. K., Composite Materials Science and Engineering, Springer-Verlag, USA,
1998. 7.
30. Ilgaz, M. U., Basınçlı Döküm Yöntemiyle Üretilen Seramik Partikül Takviyeli Al-Si
Esaslı Metal Matriksli Kompozit Malzemelerin Mekanik Özellikleri, Yüksek Lisans Tezi,
İstanbul Üniversitesi, İstanbul, 1997.
31. Srivatsan, T. S., et al., Processing Techniques for Particulate–Reinforced Metal Matrix
Composites, journal of Materials Science, 26, 5965-5978, 1991.
32. ASM Handbook Cast Metal-Matrix Composites: Casting, 15, 840-854, 1992.
33. Yılmaz, M., Production and Mechanical Behavior of Particulate Reinforced
Aluminium Matrix Composites, PhD Thesis, Boğaziçi University, İstanbul, 1997.
34. Ray, S., Rewiev Synthesis of Cast Metal Matrix Particulate Composites, Journal of
Materials Science, 28, 5397-5413, 1993.
35. Bülent Saadettin Özarslan., Alüminyum Esaslı Sic Partikül Takviyeli Metal Matrisli
Kompozit Malzemelerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans
Tezi ,Erciyes Üniversitesi, 2004
36. ASTM International, Designation: B 557-02a Standard Test Metods of Tension
Testing Wrought and Cast Aluminum-and Magnesium-Alloy Products, p.1-15, West
Conshohocken, 2003.
37. ASTM International, Designation: D 3552-96 Standard Test Metods for Tensile
Properties of Fiber Reinforced Metal Matrix Composites, p.1-9, West Conshohocken,
2002
109
38. Kayalı, E.S., Ensari, C., Dikeç, F., Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, s.22-
139, İstanbul Teknik Üniversitesi Kütüphanesi, İstanbul, 1983.
39. ASTM International, Designation: E 466-96 Standard Practice for Conducting Force
Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metalic Materials, p.1-5, West
Conshohocken, 2002.
40. Tang, M. Hagiwara, J. M. Schoenung, Micro structure and tensile properties of bulk
nanostructured Al-5083/SiCp composites prepared by cryomilling, Materials Science and
Engineering, 407 (2005) 306–314
110
ÖZGEÇMİŞ:
Adı Soyadı:
Doğum Tarihi ve Yeri
Eğitim :
İlköğretim:
Lise :
Lisans :
Sürekli Adres:
Telefon:
E-Posta:
111
Related Documents
