Al 6061 matrisli SiC, Al2O3 ve yüksek fırın curufu takviyeli hibrit kompozitlerin yorulma davranışlarının incelenmesi

Çalışmamızda matris malzemesi olarak Al6061 alaşımı, geleneksel takviye elemanlarından otomotiv endüstrisinde sıklıkla kullanılan SiC ve Al2O3 seramikleri ve atık takviye malzemesi olarak ise yüksek fırın cürufu kullanılmıştır. Yüksek fırın cürufu demir çelik tesislerindeki yüksek fırınlarda demir üretimi esnasında açığa çıkan bir yan üründür. Demi üretiminde hammadde olarak demir cevheri, kireç taşı ve kok kömürü kullanılmaktadır. Yüksek fırındaki 1600˚C sıcaklığa ulaşan işlem sonucu bu maddeler ayrışır. Yüksek sıcaklık sonucu ergiyen malzemelerden yoğunluğu fazla olan pik demir fırının alt kısmında, yoğunluğu az olan cüruf ise fırının üst kısmında toplanır. Ergimiş cüruf ve pik demir ayrı ayrı tahliye edilir. Toplanan cüruflar bilyalı değirmende toz haline getirilmiş ve toz büyüklüklerine göre ayrıldıktan sonra 22-59µm toz boyutuna sahip olanlar metal matrisli kompozit üretiminde takviye elemanı olarak kullanılmıştır. 22-59µm toz boyutuna sahip olan SiC ve Al2O3 seramikleri de piyasadan temin edilmiştir. Geleneksel ve atık takviye malzemeleri kullanılarak tekli kompozitler ile ikili ve üçlü hibrit kompozitler üretilmiştir. Tekli kompozitler ve hibrit kompozitler sıvı hal üretim yöntemlerinden olan iki kademeli karıştırmalı döküm yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Bu yöntemde öncelikle Al6061 alaşımını 700ºC sıcaklığına çıkartılmış daha sonra alaşımın sıcaklığı 600ºC ye düşürülerek bu sıcaklıkta yarı katı hal de olan alaşıma önceden 250ºC ye ısıtılmış olan takviye elemanları eklenmiş ve elle karıştırılmıştır. Daha sonra alaşım süper ısıtmaya tabii tutularak alaşımın sıcaklığı 800ºC ye çıkarılmış ve bu sıcaklıkta 250dev/dk. hızında alaşım mekanik olarak 10 dakika süre ile karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi sırasında inert gaz olarak azot gazı kullanılmış ve bu sayede ortamdaki oksijenin uzaklaştırılması sağlanmıştır. Daha sonra 300mm uzunluğunda ve 14mm çapındaki metal kalıplara döküm yapılarak kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin mikro yapıları taramalı elektron mikroskobu ile görüntülenerek incelenmiş, EDS analizleri alınmış porozite miktarları Arşimet prensibi ile hesaplanmış, sertlikleri ise Brinell sertlik ölçüm yöntemi ile belirlenmiştir. Üretilen kompozitlerin yorulma dayanımları için dönel eğmeli yorulma cihazı kullanılarak 9 farklı gerilme değerinde numuneler kopuncaya kadar çevrim sayıları ölçülmüştür. Her numuneden 3'er adet üretilerek porozite miktarları ve Brinel sertlik değerleri belirlenmiştir. Bu sayede ölçümlerin güvenilirliği arttırılmıştır. Yapılan porozite ölçümlerinde yüksek fırın curufu tozu takviyeli tekli kompozit malzemelerde SiC ve Al2O3 takviyelerinden daha fazla porozite oluştuğu belirlenmiştir. Matrise eklenen takviye malzemesinin ağırlıkça oranı arttıkça porozite değerinin de bununla birlikte arttığı gözlemlenmiştir. Yapılan sertlik deneylerinde kompozite ilave edilen takviyenin ağırlıkça oranının artması ile kompozitin sertliğinde artış meydana gelmiş ve yüksek fırın cürufu tozunun da kompozitin sertlik değerini arttırmada neredeyse SiC ve Al2O3 kadar etkili olabildiği belirlenmiştir. Tekli kompozit ile ikili ve üçlü hibrit kompozit üretiminde takviye elemanı olarak kullandığımız yüksek fırın curufu tozu, Al6061'in yorulma dayanımını, takviyenin ağırlıkça %11 oranına kadar arttırmıştır.