INVESTIGATION OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF TITANIUM METAL MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH h-BORON NITRIDE

Year 2023, , 248 - 257, 31.12.2023

İsmail Topcu

https://doi.org/10.55071/ticaretfbd.1254936

Cited By: 1

Abstract

Titanium and titanium alloys have attracted interest because they offer high specific strengths and are widely used across various industrial applications..Titanium metal matrix composites (TMMCs) reinforced with ceramic particles have considerable potential for structural applications in the aerospace, transportation and industrial sectors primarily because of their high specifi modulus, toughness, elevated temperature, high specific strength, good corrosion resistance and good wear resistance. In this work, hexagonal boron nitride (h-BN)-embedded TMMCs (Ti6Al4V/h-BN) composites were prepared using a conventional powder metallurgy process and their densities and mechanical properties under dynamic loadings were investigated. In manufactured composites proportions of reinforced BN were chosen for first experiment to be 10%, 15%, and 20% by volume.After mixing an planetary ball mill for four hours, the powders were pressed by uniaxial, then they were sintered at temperatures of 1300 oC under the high purity argon atmosphere for an hour.Before the sintering process, binder was removed at 600°C under the high purity argon atmosphere. Effects of h-BN content and sintering temperature on the mechanical properties and densities were primary interest. The results suggested that an increase in h-BN content reduced the hardness of the composites, but that the hardness could be improved by increasing the sintering temperature.

Keywords

Ti6Al4V., Powder Metallurgy, Mechanical Properties, h-BN

Project Number

2019-02-03-LAP02

h-BOR NİTRÜR TAKVİYESİ İLE GÜÇLENDİRİLMİŞ TİTANYUM METAL MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ

Abstract

Titanyum ve titanyum alaşımları, yüksek özgül dayanımları ve çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanıldıkları için yoğun ilgi çekmiştir. Seramik parçacıklarla güçlendirilmiş titanyum metal matrisli kompozitler (TMMC'ler), öncelikle yüksek özgül E-modülleri, toklukları, yüksek sıcaklıkları, yüksek özgül dayanımları, iyi korozyon dirençleri ve iyi aşınma dirençleri nedeniyle havacılık, ulaşım ve endüstriyel sektörlerdeki yapısal uygulamalar için önemli bir potansiyele sahiptir. TMMC'lerde SiC, Bu çalışmada Titanyuma hegzagonal h-BN takviyesi ve toz metalurji prosesi üretim yöntemi ile dinamik yükler altındaki yoğunlukları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Üretilen kompozitlerde takviye h-BN oranları ilk deneyde hacimce %10, %15 ve %20 olarak seçilmiştir. Bilyeli değirmende dört saat karıştırıldıktan sonra tozlar tek eksenli cihazda preslenmiş, daha sonra farklı sıcaklıklarda sinterlenmiştir. 1300 oC'de yüksek saflıkta argon atmosferinde 1 saat süre ile bekletilmiştir. Sinterleme işlemi öncesi yüksek saflıkta argon atmosferinde 600°C'de bağlayıcı uzaklaştırılmıştır. h-BN içeriğinin ve sinterleme sıcaklığının mekanik özellikler ve yoğunluklar üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen verilere göre; h-BN takviye oranının artışı ile kompozitlerin sertliğinin azaldığını ancak sinterleme sıcaklığını artırılması ile sertlik değerlerinin iyileştirilebileceği görülmüştür.

Keywords

h-BN, Toz Metalurjisi, Meknik Özellikler, Ti6Al4V.

Supporting Institution

Alanya Aladdin Keykubat Üniversitesi ,Marmara Üniversitesi

Project Number

2019-02-03-LAP02

Thanks

Alkü Bap koordinatörlüğüne teşekkür ederim.

References

• Alman, D.E. & Hawk, JA. (1999). The abrasive wear of sintered titanium matrix ceramic particle reinforced composites. Wear, 225–229, 629-639.
• Chandrasekar, P., Balusamy, V., Ravi Chandran, K.S. & Kumar, H. (2007). Laser surface hardening of titanium–titanium boride (Ti–TiB) metal matrix composites. Scr Mater, 56(7), 641-644.
• German, R,M. (2005). Powder metallurgy and particulate materials processing. Metal powder industries federation. Princeton USA.
• Huda, M.D. & Hashmi, M.S. (1995). Materials, Manufacturing and Mechanical Properties. Key Engineering Materials, 104- 107, 37-64.
• Koczak, M. J. & Premkumar, M. K. (1989). High performance powder metallurgy Aluminum alloys an overview. Agard Conference Proceedings, 444, 1-18.
• Lavemia, E.J, Srivatsan,T.S., Ibrahim, LA. & Mohammed, F.A. (1991). Processing techniques for particulate reinforced metal aluminium matrix composites, Journal of Materials Science, 26, 5965-5978.
• Lian,G. Zhang, X., Zhu, L., Tan, M., Cui, D. & Wang, Q. (2010). A facile solid state reaction route towards nearly monodisperse hexagonal boron nitride nanoparticles, J. Mater. Chem., 20, 3736–3742.
• Michael, A., Jones, F. & David, R.H. (1992). Engineering materials 2 (with corrections ed.), Pergamon Press, Oxford.
• Mosleh, M., Atnafu, N.D., Belk, J.H. & Nobles, O.M. (2009). Modification of sheet metal forming fluids with dispersed nanoparticles for improved lubrication, Wear, 267, 1220–1225.
• Murad, M. S., Usta, A., Asmatulu, R. & Ceylan, M. (2022). Studying the electrochemical behaviors of anodized metallic implants for improved corrosion resistance. İstanbul Commerce University Journal of Science, 21(41), 117-135.
• O’Connell, T.E. (1983). Production of titanium aluminide products. Report AFWAL-TR-83- 4050, Wright-Patterson AFB OH.
• Sahin, E.İ. (2022). Microwave electromagnetic shielding effectiveness of ZnNb2O6- chopped strands composites for radar and wideband (6.5-18 GHz) applications. Lithuanian Journal of Physics, 62, 127-136.
• Sahin, E.I., Emek, M., Ertug, B. & Kartal, M. (2020). Electromagnetic shielding effectiveness of Colemanite/PANI/SiO2 composites radar and wider frequency ranges. Beykent University Journal of Science and Engineering, 13, 34-42.
• Topcu, İ. & Karaman, E. (2019). Çok duvarlı karbon nanotüp takviyeli düzenli/ düzensiz şekilli Ti-6Al-4V kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(3), 1249-1260.
• Topcu, İ. & Ceylan, M. (2020). Wear behavior of irregular shape Ti6Al4V powder reinforced with carbon nanotubes. Journal of Ceramic Processing Research, 21(5), 539-546.
• Topcu, İ. (2020). Determination of the mechanical properties of al/mwcnt composites obtained with the reinforcement of cu-coated multiwall carbon nanotubes (MWCNTs). Materiali in Tehnologije, 54(5), 689-695.
• Topcu, İ. Çetiner, B.N. Güllüoğlu, A.N. & Özkan, H.G. (2018). Investigation of creep behavior of CNT reinforced Ti6Al4V under dynamic loads. J. Chem. Soc. Pak., 42, 1-7.
• Topcu, İ., Ceylan, M. & Yılmaz, E.B. (2021). Experimental investigation on mechanical properties of Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNT) reinforced aluminium metal matrix composites. Journal of Ceramic Processing Research, 21(5), 596-601.
• Topcu, İ. Güllüoğlu, A.N. Gulsoy, H.Ö. & Bilici, M.K. (2019). Karbon nanotüp takviyeli Ti-6Al- 4V/KNT kompozitlerin aşınma davranışlarının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(3), 1441-1450.
• Topcu, İ. (2020). Investigation of wear behavior of particle reinforced AL/B4C composites under different sintering conditions. Journal of Technical Glasnic, 14(1),7-14.