AA6061-B4C MMKp Malzemelerin Özelliklerine Süper Katı Üzeri Sıvı Faz Sinterleme İşlemlerinin Etkisi

Year 2021, Volume: 21 Issue: 3, 696 - 709, 30.06.2021

Yusuf Özçatalbaş , Deniz Köse

https://doi.org/10.35414/akufemubid.876449

Cited By: 1

Abstract

Bu çalışmada, katı hal sinterleme ile üretilen AA6061 matrisli ve farklı B4C parçacık takviye oranlarındaki metal matrisli kompozit (MMKp) malzemelerin özelliklerine süper katı üzeri sıvı faz sinterleme (SKSFS) işlemlerinin etkisi araştırılmıştır. Ön alaşımlı AA6061 tozu ile ağırlıkça %0, %5, %10 ve %15 oranlarda B4C seramik parçacık takviye elamanı, Turbula da 45 dakika karıştırılmıştır. Karışım tozlar, 350 MPa basınçta soğuk preslenip devamında 400oC sıcaklıkta 1 saat argon atmosferi ortamında yağlayıcı giderme işlemine tabi tutulmuştur. Ardından 560oC sıcaklıkta 1 saat argon atmosferi altında katı hal sinterleme (KHS) işlemi uygulanarak MMKp malzemeler üretilmiştir. Devamında bu malzemelere, 610C ve 620C olmak üzere iki farklı sıcaklıkta 1 saat süre ile SKSFS işlemleri uygulanmıştır. SKSFS ile ikincil bir sinterleme işlemi uygulanan MMKp malzemelerin mikroyapıları ve fiziksel özellikleri; mevcut fazlar, sertlik ve yoğunluk ölçümleri çapraz kırılma dayanımları (ÇKD) ve tarama elektron mikroskop (SEM) incelemeleri ile karakterize edilmiştir. Artan SKSFS sıcaklığı ile birlikte, sinterleşme oranı da artmıştır. Bu durum, MMKp malzemelerin ÇKD ve süneklik değerlerini belirgin oranda arttırmıştır. Bununla birlikte; B4C takviye oranındaki artışla ÇKD değerlerinde ve sünekliklerde azalma, sertlikte ise artış gözlenmiştir. En yüksek çapraz kırılma dayanımı ve süneklik değeri, SKSFS uygulanan %5 B4C içeren MMKp malzemede belirlenmiştir. SKSFS işlemleri oluşan sıvı fazın B4C-matris arayüzey bağını artırıcı olumlu etkileri görülmüştür.

Keywords

AA6061, Toz metlurjisi, Süper katı üzeri sıvı faz sinterleme, B4C, MMKp

The Effect of Super Solidus Liquid-Phase Sintering Processes on Properties of AA6061-B4C MMCp Materials

Abstract

AA6061 metal matrix composite (MMCp) materials produced solid-state sintering was investigated. The pre-alloyed AA6061 powder was mixed with 0%, 5%, 10% and 15% by weight of the B4C particle reinforcing element in Turbula for 45 minutes. Mixture powders were cold pressed at 350 MPa pressure and then subjected to a lubricant debinding process in an argon atmosphere at 400C for 1 hour. Subsequently, solid-state sintering process was carried out at 560C under argon atmosphere for 1 hour to produce MMCp materials. These MMCp materials were subjected to super solidus liquid-phase sintering (SLPS) for 1 hour at different temperatures of 610°C and 620°C. Microstructures and physical properties of MMCp materials re-sintered by SLPS were characterized by current phases, hardness and density measurements, transverse rupture strength (TRS) tests and also scanning electron microscopy (SEM) investigations. The sintering rate increased with increasing SLPS temperature. This effect significantly increased the TRS and ductility values of MMCp materials. However with increasing in B4C reinforcement ratio, a decrease in TRS and ductility but an increase in hardness were observed. The highest TRS and ductility values were determined in MMCp materials reinforced with 5 wt. % B4C. The positive effect of the liquid phase created with SLPS processes was observed in increasing the binding of the B4C-matrix interface.

Keywords

AA6061, Powder metallurgy, Super solidus liquid phase sintering, B4C, MMCp

References

• Ağacan, B., 2013. Bor karbür takviyeli metal matrisli kompozitlerde atık Al talaşların değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 124.
• Amado, M.N. and Daroqui, F., 2015. “Revision of the solvus limit of Al-Mg2Si pseudo binary phase diagram”. Procedia Materials Science, 8, 1079-1088.
• American Society for Testing and Materials (ASTM), 1996. ASTM B 312. Standard Test Method for Green Strength for Compacted Metal Powder Specimens, ASTM, 02.05; 80–91.
• American Society for Testing and Materials (ASTM), 2008. ASTM B 528-16. Standard Test Method for Transverse Rupture Strength of Metal Powder Specimens, ASTM, 02.05, 1-3.
• Anyalebechi, P., and Hogarth J., 1994. Effect of supereutectic homogenization on incidence of porosity in aluminum alloy 2014 ingot. Metallurgical and Materials Transactions B, 25(1), 111-122.
• Arık, H., Kırmızı, G., ve Semerci, P., 2017. Sıcak presleme ile alüminyum matrisli ve Al2O3 takviyeli toz metal kompozit malzeme üretimi ve abrasif aşınma davranışının araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5(4), 87-97.
• Asgharzadeh, H., and Simchi, A., 2009. Supersolidus liquid phase sintering of Al6061/SiC metal matrix composites. Powder Metallurgy, 52(1), 28-35.
• Ayvaz, M., ve Çetinel, H., 2014. Farklı matris kompozisyonları ve takviye oranları için alüminyum esaslı kompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu. C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi , 10(1), 45-53.
• Barber, L. P., 2004. Characterization of the solidification behavior and resultant microstructures of magnesium-aluminum alloys, Degree of Master, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, 148.
• Chen, S., Mussert, K., and Van Der Zwaag, S., 1998. Precipitation kinetics in Al6061 and in an Al6061-alumina particle composite. Journal of Materials Science, 33(18), 4477-4483.
• Couper, M.J., and Parson, N.C., 2008. Precipitation strengthening and alloy design for 6061 Al-Mg-Si alloys, aluminium alloys–their physical and mechanical properties, Wiley-VCH GmbH & Co. KGaA, 1, 98-104.
• Çolak, N.Y., ve Turhan H., 2016. Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen Al-Si/B4C kompozit malzemenin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 259-266.
• Danh, N.C., Rajan K., and Wallace W., 1983. A TEM study of microstructural changes during retrogression and reaging in 7075 aluminum. Metallurgical Transactions A, 14(9), 1843-1850.
• Ekici, E., Özçatalbaş Y., and Gülesin M., 2016. Mechanical and fracture behavior of B4C reinforced Al composites produced by hot pressing. Materials Testing, 58(2), 133-139.
• German R. M., 2007. Toz Metalurjisi ve Parçacıklı Malzeme İşlemleri”, Bölüm 8, Çeviri Editörleri, Sarıtaş S., Türker M., Durlu N., Türk Toz Metalurjisi Derneği Yayınları, Ankara, 264-267.
• German, R. M., 2014. Sinterleme Teorisi ve Uygulamaları, Çeviri Editörü, Gülsoy H. Ö., Nobel Yayınevi, Ankara, 240-248.
• Gökçe, A., 2020. Toz metalurjisi yöntemiyle Mg-Sn alaşımı üretimi ve karakterizasyonu. Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 8(1), 112-119. Gökçe, A., Fındık, F., ve Kurt, A. O., 2017. Alüminyum ve alaşımlarının toz metalurjisi işlemleri. Mühendis ve Makina, 58(686), 21-47.
• Gökmeşe, H., Taşçı, U., ve Bostan, B., 2013. AA2014 Al matrisli B4C parçacık takviyeli kompozitlerin mikro yapı ve aşınma davranışlarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 1(4), 161-168.
• Güven, Ş. Y., 2011. Toz metalurjisi ve metalik köpükler. SDU Teknik Bilimler Dergisi, 1(2), 22-28.
• İpekoğlu, G., Akçam, Ö., ve Çam, G., 2018. Farklı kalınlıktaki AA6061-T6 levhaların sürtünme karıştırma kaynağı için uygun kaynak parametrelerinin belirlenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(1), 324-335.
• Kalemtaş, A., 2014. Metal matrisli kompozitlere genel bir bakış. Putech&Composites, 22 ,18-30.
• Karabulut, H., 2011. Toz Metalurjisi Yöntemiyle Al2O3, SiC ve B4C Takviyeli Al Matrisli Kompozit Üretiminde Mekanik Alaşımlama Süresinin Kompozit Özelliklerine Etkisi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 178.
• Karabulut, H., Çıtak R., ve Çinici H., 2013. Mekanik alaşımlama süresinin Al + %10 Al2O3 kompozitlerde eğme dayanımına etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(3), 635-643.
• Karabulut, Ş., Karakoç, H., and Çıtak, R., 2016. Influence of B4C particle reinforcement on mechanical and machining properties of Al6061/B4C composites. Composites Part B: Engineering, 101, 87-98.
• Martı́n, J.M., and Castro F., 2003. Liquid phase sintering of P/M aluminum alloys: effect of processing conditions. Journal of Materials Processing Technology, 143-144, 814-821.
• Matik, U., ve Tanattı, K., 2017. Sıcak ekstrüze edilmiş AA7075-SiCp kompozitlerin tribolojik karakteristiklerine ısıl işlemin etkisi. Politeknik Dergisi, 20(4), 807-814.
• Momeni, H., Razavi, H., and Shabestari S., Effect of super solidus liquid phase sintering on the microstructure and densification of the Al-Cu-Mg prealloyed powder. Iranian Journal of Materials Science and Engineering , 8(2), 10-17, 2011.
• Nazik, C., 2013. Alüminyum matrisli B4C parçacık takviyeli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 134.
• Paidpilli, M., Gupta, G.K., and Upadhyaya, A., 2017. Sintering response of aluminum 6061-TiB2 composite: effect of prealloyed and premixed matrix. Journal of Materials Engineering and Performance, 26(9), 4470-4480.
• Seçilmiş, K., 2017. Toz metalürjisi yöntemi ile üretilmiş farklı oranlarda B4C takviyeli Al matrisli kompozitlerin aşınma davranışlarının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Batman Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman, 143.
• Shim, S. Y., Kim, D. H., Seong, Y. R., and Lim, S. G., 2011. Statistical analysis for influence of factors on morphological evolution in semi-solid Al-6Zn-2.5 Mg-0.5 Cu alloy by cooling plate method. Materials Transactions, 52(5), 862-867.
• Tomiczek, B., Pawlyta, M., Adamiak, M., and Dobrzański, L. A., 2015. Effect of milling time on microstructure of AA6061 composites fabricated via mechanical alloying. Archives of Metallurgy and Materials, 60. 215-217.
• Tong, X., Zhang, D., Wang, K., Lin, J., Liu, Y., Shi, Z., and Wen, C., 2018. Microstructure and mechanical properties of high-pressure-assisted solidification of in situ Al–Mg2Si composites. Materials Science and Engineering: A, 733, 9-15.
• Toptan, F., 2006. Alüminyum matrisli B4C takviyeli kompozitlerin döküm yöntemi ile üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 164.
• Yakut R., 2015. B4C takviyeli alüminyum kompozit malzemelerin yarı katı karıştırma yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu, Doktora Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne, 128.
• Zhang J., Fan Z., Wang Y.Q., and Zhou B.L., 2001. Equilibrium pseudobinary Al–Mg2Si phase diagram. Materials science and technology, 17(5): 494-496.