Geleneksel ve atık takviyeli metal matrisli kompozitlerin yorulma davranışının incelenmesi

Bu çalışmada matris malzemesi olarak Al6061 alaşımı, geleneksel takviye elemanlarından otomotiv endüstrisinde sıklıkla kullanılan SiC ve Al2O3 seramikleri ve atık takviye malzemesi olarak ise Afyon bölgesinde mermer üretimi yapan işletmelerin atık alanlarından toplanan mermer parçalarının bilyalı değirmende toz haline getirilmesi ile elde edilen mermer tozu kullanılmıştır. Geleneksel ve atık takviye malzemeleri kullanılarak tekli kompozitler ile ikili ve üçlü hibrit kompozitler üretilmiştir. Mermer tozumuzun elek analizi yapılarak çalışmada kullanacağımız 22-59µm toz boyutuna sahip olan tozlar elde edilmiş, 22-59µm toz boyutuna sahip olan SiC ve Al2O3 takviyeleri de piyasadan temin edilmiştir. 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 belirlenen 9 farklı gerilme değerinde numuneler kopuncaya kadar çevrim sayıları ölçülmüştür. Her numuneden 3'er adet üretilerek porozite miktarları ve Brinel sertlik değerleri belirlenmiştir. Yapılan porozite ölçümlerinde mermer 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 mermer tozunun da kompozitin sertlik değerini arttırmada neredeyse SiC ve Al2O3 kadar etkili olabildiği belirlenmiştir. Mermer tozu takviyesi tekli kompozit, ikili ve üçlü hibrit kompozitlerin yorulma dayanımını artırmıştır.