Manufacturing and mechanical behavior of lightweight composites by accumulative roll bonding

Aşırı plastik deformasyon (APD) yöntemleri, benzer ve farklı metal kompozitlerin üretilmesinde büyük dikkat çekmiştir. Birikmeli hadde yapıştırması (ARB), yüksek mukavemetli, ince iç yapılı ve çok katmanlı metal matrisli kompozitler (MMC) üretmek için kullanılan APD tekniklerinden biridir. Mevcut çalışma iki bölümden oluşmaktadır. Ana kısım, titanyum ve alüminyum alaşımı (Al2024) ile ara tabakalı arayer atomsuz (IF) çelik arasındaki farklı kombinasyonların imalatı üzerinedir. İkinci kısım ise ARB sonrası ısıl işlemin Al2024 ve IF çelik kompozit üzerindeki etkisini inceler. İşlenik kompozitlerin mikroyapı analizleri optik mikroskop (OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile; mekanik özellikleri ise yapılan mekanik testler ile incelenmiştir. Yüzey ve malzeme özellikleri mikrosertlik, tek eksenli çekme ve kayma zımba testi (SPT) ile analiz edildi. Son olarak, deney sonuçları sayısal analiz yöntemi kullanılarak doğrulanmıştır. Titanyum-IF çelik kompozitlerde, her haddeleme döngüsünden sonra optik mikroskop aracılığı ile tabaka kalınlığında ve tane boyutunda azalma saptandı. İşlenik kompozitin bazı katmanlarında üçüncü (son) ARB döngüsünden sonra boyun verme gözlemlendi. Bu durum, katmanların birbirine geçerek daha güçlü bağlar oluşturduğunu gösterir. Kırılma yüzeylerinden alınan SEM görüntüleri yüksek gerinim uygulanan haddeleme döngüleri sebebiyle, arayüzlerde son haddeleme döngüsüne kadar azalarak devam eden katman ayrılmasını ortaya çıkardı. ARB döngülerinin sayısı arttıkça mikro sertlik seviyelerinde önemli bir iyileşme saptandı. ARB işleminden sonra titanyum ve IF çelik katmanları için sırasıyla 1.4 ve 2.6 kata kadar mikro sertlik artışı gözlemlendi. 400°C'de haddelenmiş Ti/IF çelik kompozitinin çekme mukavemeti, üç döngüden sonra 670MPa'yı aştı. APD proseslerinde beklendiği üzere, üç ARB döngüsünden sonra tüm durumlarda süneklik %5'in altına düşürülmüştür. SPT sonuçları, artan döngü sayısı ile numunenin kesme mukavemetininde arttığını gösterdi ve üç döngüden sonra yaklaşık 440MPa'lık bir maksimum kesme mukavemeti elde edildi. İkinci kısımda yapılan mikroyapısal inceleme uzun yaşlanmanın, üç döngülü ARB işlenik numune iç yapısındaki tanecik boyutunda kısmi büyümeye yol açtığı belirlendi. Ayrıca, uygulanan yaşlandırma sonrası, çökelti sertleşmesi sayesinde malzemenin çekme mukavvemetini kaybetmeden süneklik kazandığı gözlemlenmiştir. 150°C'de 24 saat yaşlandırmanın ardından maksimum çekme mukavemeti (UTS) yaklaşık 420MPa seviyesine yükseldi ve %18 süneklik elde edildi. Aynı şartlarda maksimum kesme mukavemeti 270MPa seviyesine kadar yükseldi. ARB prosesi sonlu elemanlar analizi temelinde Ansys Workbench kullanılarak modellendi. Efektif plastik gerinim ve gertime (von-Mises) değerlerinin ARB işlenik numunelerin kalınlığına göre değişim hesaplanmıştır. Deneysel bulgular ve sayısal analizlerin örtüştüğü gözlemlenmiştir.