Investigation of mechanical and machinability properties of aluminum matrix boron carbide and carbon nanofiber reinforced hybrid composites

Abstract

Bu çalışmada toz metalürjisi yöntemiyle üretilen alüminyum matrisli B4C (Bor Karbür) ve KNF (karbon nanofiber) takviyeli hibrit kompozit malzemenin mekanik ve işlenebilirlik özellikleri araştırılmıştır. Çalışmada kullanılan tozlar mekanik alaşımlama yapılarak karıştırıldıktan sonra sıcak presleme yapılarak 35 MPa basınçta ve 550°C sıcaklıkta sinterlenmiştir. Üretilen hibrit kompozit malzemenin mikroyapı analizleri, yoğunluk hesaplamaları, sertlik, çapraz kırılma testleri ve aşınma testleri yapılmıştır. İşlenebilirlik deneyleri 5 mm çapında HSS matkap kullanılarak, 3 farklı uç açısıyla (90°-118°-135°), üç farklı kesme hızıyla (30-45-67,5 m/dak) ve üç farklı ilerleme miktarıyla (0,1-0,15-0,225 mm/dev) gerçekleştirilmiştir. İlerleme kuvveti, moment, yüzey pürüzlülüğü ve delik kalitesi gibi temel işlenebilirlik parametreleri araştırılmıştır. Delik delme işleminde meydana gelen delik hasarı incelenmiş ve delaminasyon faktörü (Fd) hesaplanmıştır. Matkapların yüzey görüntüleri incelenerek meydana gelen aşınmalar tespit edilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda takviye elemanlarının matris içerisinde nispeten homojen olarak dağıldığı ve numunelerin bağıl yoğunluğunun %99,2-96,6 arasında değiştiği görülmüştür. KNF miktarı arttıkça numunelerin sertliği artmıştır. Üç noktalı eğme testinde numunelerdeki KNF miktarı arttıkça çapraz kırılma dayanımları azalmıştır. Aşınma testi sonucunda sürtünme katsayısının (µ) 0,645-0,535 arasında değişmiştir. İşlenebilirlik deneylerinde ilerleme miktarı arttıkça ölçülen ilerleme kuvveti değerleri de artmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ölçümlerinde ilerleme miktarının artmasıyla yüzey pürüzlülüğü artmış ancak kesme hızının yükselmesiyle de azalmıştır. Yüzey pürüzlülüğüne uç açısının etkisi değerlendirildiğinde artan uç açısıyla yüzey pürüzlülüğü değerleri azalmıştır. Ancak uç açısının artması delik çıkış hasarını da artırmıştır. İlerleme miktarının artması delik çıkış hasarının artmasına neden olmuştur. Matkapların yüzey görüntüleri incelendiğinde kesme hızı ve ilerleme miktarının artmasıyla matkaplarda dış köşe aşınmasının ve kesici ağızı aşınmasının arttığı görülmüştür