Effect of cell morphology on mechanical properties of closed cell metal foams and usability of photoelasticity method

Abstract

Bu çalışmada, Al esaslı kapalı hücreli metalik köpüklerde hücre morfolojisinin mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. AlSi8Mg0,8 alaşımı metalik köpük malzemeler Toz Metalurjisi (TM) yöntemiyle üretilmiştir. Ağırlıkça %8 Si, %0,8 Mg, %0,8-1,2 TiH2 oranlarındaki tozlar ve kalanı Al tozu olmak üzere üç eksenli Turbola cihazında 45 dakika süreyle karıştırılmıştır. Karışım tozlar oda sıcaklığında 300 MPa basınçta silindirik biçimde preslenmiş, 500 oC'de 1 saat süreyle sinterlemiş ve ardından 8:1 oranında 450 oC'de sıcak ekstrüzyon işlemi uygulanmıştır. Ekstrüze edilmiş malzemelere 400 oC'de %50 deformasyon oranına kadar sıcak/ılık haddeleme işlemi uygulanmış ve köpürmeye hazır lama biçimli preform numuneler üretilmiştir. Preform lama malzemeler, ön ısıtmasız ve yaklaşık 400oC'de ön ısıtmalı kalıp içerisinde 720 ve 760 oC fırın sıcaklıklarında köpürtülmüştür. Bu sayede üç farklı yoğunluk aralığında ve üç farklı hücre boyutunda metalik köpük numuneler üretilmiştir. Metalik köpüklerin değişik elastik gerilmeler altındaki basma gerilme dağılımları fotoelastisite yöntemiyle incelenmiştir. Genel olarak köpük hücre duvarı mikroyapısı α-Al dendtrit fazı, Al-Si ötektik fazı, birincil Si fazı, yapı içerisinde çözünmüş Ti ve yarı kararlı hegzagonal β′- Mg2Si çökeltisinden oluşmuştur. Metalik köpüklerin basma deformasyonu sonucunda yaklaşık aynı yoğunluktaki köpük malzemelerin farklı ortalama hücre boyutu ve şekil faktörü, kırılma ve çökme mekanizmalarının türünü değiştirmiştir. Aynı yoğunluk aralığındaki köpük malzemelerin basma dayanımları, hücre boyutu artıkça azalırken, şekil faktörü ideale yakın olan malzemelerde artmıştır. Metalik köpük malzemenin akma gerilmesine kadar gözenek duvarlarında oluşan gerilme dağılımları fotoelstisite yöntemiyle belirlenebilmiştir.In this study, effects of cell morphology on the mechanical properties of Albased closed cell metal foams were investigated. AlSi8Mg0.8 alloy closed cell metallic foams were produced by Powder Metallurgy (PM) route. By weight of Al, 8% Si, 0.8% Mg and 0.8 - 1.2% TiH2 powders were mixed in a three dimensional Turbulo for 45 min. Mixed powders were compacted at room temperature under 300 MPa pressure and sintered at 500 oC for an hour and then hot extrusion process at the rate of 8:1 with 450 oC was applied. Extruded materials were rolled up to 50 % hot / warm deformation rate at 400 oC and also plate-shaped preform plate samples which are ready to foam were produced. Preform plate materials were foamed at 720 and 760 oC furnace temperatures after placed in foaming mold with and without pre-heated. By this way, metallic foams were produced in three different density and three different cell sizes. Compressive stress distrubution of Al based metallic foams under different compressive elastic stress were investigated by photostress method. Generally, microstructure of the foam cell walls was consisted of α-Al dendrite phase, Al-Si eutectic structure, primary Si, Ti dissolved in the structure and metastable hexagonal β'-Mg2Si precipitates. As a result of compression deformation of metallic foams, the type of fracture and collapse mechanism were changed by differences in cell size and shape factor of foam materials with about same density. Compression strength of the foam materials in same density decreased with increasing cell size. However, it increased for foam materials have close to ideal shape factor. The stress distribution up to yield stress formed on the cell wall could be determined with Photoelasticity method