Production and Investigation of Mechanical Properties of Al6013 Based Composites Reinforced with SiC using Stir Casting Method

Abstract

In this study, SiC reinforced (5, 10, 15wt.%) Al6013 matrix composites were fabricated from scrap aluminum by stir casting technique under nitrogen gas. The hardness, density, porosity rate, tensile strength, phase structure and microstructure of the composites were examined. As a result of the analyses, the lowest porosity rate (5.38%), the highest Vickers hardness (169±3 HV) and the highest tensile stress (470±8 MPa) were obtained in the Al6013-10%SiC composite structure. This situation was found to be due to the nearly homogeneous distribution of SiC particles in the Al6013-10%SiC composite structure. As a result of phase analysis, the presence of SiC and Al phases in the microstructure was detected; secondary phase formations were not observed. It was detected that the Vickers hardness and tensile strength of the Al6013-10%SiC composite improved by 28% and 23.7% compared to the Al6013 alloy. From microstructure examinations, it was observed that SiC particles segregated in the 15%SiC-reinforced Al6013-based composite structure. It was concluded that this situation negatively affects the mechanical properties of the composite.

Keywords

• Al6013 Alloy
• SiC
• Composite
• Microstructure
• Mechanical Property

Karıştırmalı Döküm Yöntemiyle SiC Takviyeli Al6013 Esaslı Kompozitlerin Üretimi ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Yürütülen çalışmada, azot gazı altında karıştırmalı döküm yöntemiyle hurda alüminyumdan SiC takviyeli (ağırlıkça %5, 10, 15) Al6013 matrisli kompozitler üretilerek numunelerin sertliği, yoğunluğu, gözeneklilik oranı, çekme dayanımı, faz yapısı ve mikroyapısı incelenmiştir. Yürütülen analizler neticesinde, en düşük gözeneklilik oranı (%5,38), en yüksek Vickers sertliği (169±3 HV) ve çekme dayanımı (470±8 MPa) Al6013-%10SiC kompozit yapıda elde edilmiştir. Al6013 alaşımına kıyasla Al6013-%10SiC kompozitin Vickers sertliğinin %28 ve çekme dayanımının %23,7 oranında iyileştiği belirlenmiştir. Bu durum, Al6013-%10SiC kompozit yapıda SiC partiküllerinin homojene yakın dağılmasından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Faz analizleri neticesinde mikroyapıda SiC ve Al fazlarının varlığı saptanırken; ikincil faz oluşumları gözlenmemiştir. Mikroyapı incelemelerinden ise %15 SiC katkılı Al6013 esaslı kompozit yapıda SiC partiküllerin segregasyon sonucu ayrıştığı gözlenmiştir. Bu durumun kompozitin mekanik özelliklerini olumsuz etkilediği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Al6013 Alaşımı
• SiC
• Kompozit
• Mikroyapı
• Mekanik Özellik

References

1. Işık, E. (2023). Al7075-Al2O3-Grafen ve Al7075-ZrO2-Grafen hibrit kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerinin ve mikroyapısının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun.
2. Mahmutoğlu, Ü. (2021). İndüksiyonla sıcak işlemin grafen/Si3N4 takviyeli Al2024 esaslı kompozitlerin mekanik özelliklerine ve mikroyapısına olan etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun.
3. Pul, M. (2010). Al matrisli MgO takviyeli kompozitlerin infiltrasyon yöntemi ile üretilmesi ve işlenebilirliğinin değerlendirilmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
4. Kaya, A.İ., (2016). Kompozit malzemeler ve özellikleri. Putech and Composite, 29, 38-45.
5. Gül, M. (2022). Bor karbür (B4C) ve grafen nano partikül (GNP) takviyeli alüminyum (AA7075) matrisli kompozit zırh tasarımı ve balistik özelliklerinin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Milli Savunma Üniversitesi, Alparslan Savunma Bilimleri ve Milli Güvenlik Enstitüsü, Ankara.
6. Demir, M. (2022). İndüksiyonla sıcak işlemin grafen ve/veya Si3N4/B4C takviyeli Al6061 esaslı kompozitlerin mekanik, tribolojik özelliklerine ve mikroyapısına olan etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun.
7. Keleş, Ö. (2021). Alüminyumun Serüveni. İTÜ Vakfı Yayınları.
8. Yılmaz, Ö. (2019). Atık alüminyum içecek kutuları kullanarak grafen/SiC takviyeli kompozitlerin üretimi ve mekanik karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.

9. Bajaj, P. (2011). Mechanical behaviour of aluminium based metal matrix composites reinforced with SiC and alumina. Yüksek Lisans Tezi, Thapar University, Patiala, India.
10. Hindi, J., Kini, A. U., Sharma, S. S., Gurumurthy, B. M. & Shankar, G. (2015). Mechanical Characterization of Stir Cast Al 6063 Matrix SiC Reinforced Metal Matrix Composites. 5th International Conference on Automotive, Mechanical and Materials Engineering (ICAMME'2015), 8-9 May, Indonesia.
11. Rahman, M. H. & Al Rashed, H. M. (2014). Characterization of silicon carbide reinforced aluminum matrix composites. Procedia Engineering, 90, 103-109.
12. Sujan, D., Oo, Z., Rahman, M., Maleque, M. & Tan, C. K. (2012). Physio-mechanical properties of aluminium metal matrix composites reinforced with Al2O3 and SiC. International Journal of Engineering and Applied Sciences, 6, 288-291.
13. Verma, R., Sharma, S. & Kumar, D. (2017). Analysis of mechanical properties of aluminium based metal matrix composites reinforced with alumina and SiC. International Journal of Engineering Research and Technology, 6, 3, 454-459.
14. Atla, S. & Kaujala, P. L. (2020). Investigation of graphite effect on the mechanical and tribological properties of Al 7075-SiC-graphite hybrid metal matrix composites. Tribologia-Finnish Journal of Tribology, 37, 1, 26–32.
15. Hemalatha, K., Ashwin, R., Santhanam, M., Riyaz, M. M., Sozhamannan, G. G. & Venkatachalapthy, V. S. K. (2021). Experimental study on behaviour of SiC and graphene on Al7075 hybrid metal matrix composite. Materials Today: Proceedings, 39, 26-30.
16. Saravanan, C., Dinesh, S., Sakthivel, P., Vijayan, V. & Kumar, B. S. (2020). Assessment of mechanical properties of silicon carbide and graphene reinforced aluminium composite. Materials Today Proceeding, 21, 744-747.
17. Aytekin, S. (2021). Al2O3 nano partikül takviyeli Al matrisli kompozit malzemenin farklı kaynak akımları ve türlerinde oluşan mikroyapı ve sertlik özelliklerinin analizi. Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
18. Weimer, A. W. (1997). Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing. Springer Nature, London.
19. Şenel, M. C. (2018). Grafen-seramik tanecik takviyeli alüminyum matrisli hibrit kompozitlerin toz metalurjisi metoduyla üretimi, mekanik ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
20. Taşkın, A. (2023). Al7075-Si3N4-grafen ve Al7075-B4C-grafen hibrit kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Samsun.
21. Şenel, M. C. & Üstün, M. (2022). Dry sliding wear and friction behavior of graphene/ZrO2 binary nanoparticles reinforced aluminum hybrid composites. Arabian Journal for Science and Engineering, 47, 9253-9269.
22. Singla, M., Dwivedi, D. D., Singh, L. & Chawla, V. (2009). Development of aluminium based silicon carbide particulate metal matrix composite. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 8, 6, 455-467.