Alüminyum-silisyum Karbür Kompozitlerin Mekanik Özelliklerine Ve Aşınma Davranışına Takviye Boyutunun Ve Matris Bileşiminin Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, % 60 SiC partikül takviyeli Al matrisli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine ve aşınma direncine takviye boyutu ve matris bileşiminin etkisi incelenmiştir. 13 μm, 23 μm ve 37 μm SiC partikül takviyeli saf Al, 23 μm SiC partikül takviyeli Al-Mg (max. % 8 Mg) ve Al-Si (max. % 8 Si) alaşım matrisli kompozit malzemelerin mikroskobik incelemeleri, mekanik deneyleri ve aşınma deneyleri yapılmıştır. İncelenen kompozit malzemelerin mikroyapısal incelemeleri, SiC takviye partiküllerin uçlarına yakın konumda bir miktar porozitenin mevcut olduğunu ortaya çıkarmıştır. Takviye SiC partikül boyutunun artması ve matrisin alaşımlandırılması porozite hacim oranını düşürmüştür. Porozite hacim oranının azaltılmasında Mg alaşımı daha faydalıdır. Mikroskobik incelemeler sırasında incelenen kompozit malzemelerin matrisinde ötektik Si, Al4C3 ve Mg2Si gibi intermetalikler gözlenmiştir. Mg2Si intermetalikleri sadece Al-Mg alaşım matrisli kompozit malzemelerin mikroyapısında bulunmuştur. Saf Al, Al-Mg ve Al-Si alaşım kompozitler, matrislerinde ötektik Si fazına sahiptirler. Al4C3 intermetaliği Saf Al ve Al-Mg alaşım matrisli kompozit malzemelerin matrislerinde gözlenmiştir. İncelenen kompozit malzemelerin mukavemeti, matriste bulunan takviye boyutunun azalması ve Mg içeriğinin artması ile artmıştır. Bununla birlikte Si ile alaşımlandırma mukavemeti belirgin olarak arttırmamıştır. Saf Al matrisli kompozit malzemelerde takviye boyutunun artması ile tokluk düşerken süneklik artmıştır. Matrisin alaşımlandırılması süneklik ve tokluğu azaltmıştır. Kompozit malzemelerin metal-metal aşınma direnci, takviye boyutunun artması ve matrisin alaşımlandırılması ile artmıştır. Metal-abrasif aşınma direnci, takviye boyutuna ve abrasif Al2O3 tane boyutuna bağlı olarak farklılık göstermiştir. İncelenen kompozit malzemelerin abrasif aşınma direnci ince abrasif taneler (<150 μm) üzerinde takviye boyutunun artması ile kaba abrasif taneler (> 150 μm) üzerinde azalmıştır. Matrisin Mg ile alaşımlandırılması abrasif aşınma direncini arttırırken Si ile alaşımlandırılması aşınma direncini düşürmüştür. Kompozit malzemelerin abrasif aşınma direnci 200 °C’ye kadar hemen hemen sabit kalmıştır. 200 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda incelenen kompozit malzemelerin abrazyon direnci önemli bir şekilde azalmıştır.

In this thesis, the effect of the reinforcing particle size and the composition of the matrix on the mechanical properties and wear resistance of 60 vol % SiC reinforced Al matrix composites were investigated. Pure Al matrix reinforced with 13 μm, 23 μm and 37 μm SiC particles, Al-Mg (max. 8 % Mg) and Al-Si (max. 8 % Si) alloy matrix composites reinforced with 23 μm SiC particles were subjected to microscopic examinations, mechanical tests and wear tests. Microstructural examination revealed presence of porosities located near the intersecting points of the SiC particles. The volume fraction of the porosity decreased with increasing the size of SiC particles and alloying of the matrix. As an alloying element Mg is more efficient than Si in decreasing the amount of porosity. During microscopic examinations, in the matrixes of the examined composites some intermetalics such as eutectic Si, Al4C3 and Mg2Si were observed. Mg2Si precipitates were present only in the Al-Mg alloy matrix composites. Pure Al, Al-Mg and Al-Si alloy composites have eutectic Si in their matrixes. Al4C3 intermetalics were found in the matrixes of pure Al and Al-Mg composites. The strength of the investigated composites increased with decreasing SiC particle size and increasing the amount of the Mg in the matrix. However alloying of the matrix with Si did not improve the strength significantly. In pure Al matrix composites toughness decreased and ductility increased with increasing the size of SiC particles. Alloying of the matrix decreased both ductility and toughness. Metal–metal wear resistance of the investigated composites increased with increasing the size of SiC particles and alloying of the matrix. Metal-abrasive wear resistance exhibited complex variation depending on the reinforcing SiC particle size and abrasive Al2O3 grain size. Abrasion resistance of the composites increased on fine abrasive grains (<150 μm) with increasing the size of SiC particles, whilst decreased on coarse abrasive grains (>150μm). Alloying of the matrix with Mg improved the abrasion resistance. However Si addition has detrimental effect on abrasion resistance. Abrasion resistance of the composites maintained almost constant up to 200°C. At temperature higher than 200°C abrasion resistance of the investigated composites decreased significantly.