Fonksiyonel derecelendirilmiş Fe/B4C kompozit yapıların üretimi ve termo-mekanik davranışlarının incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUSTAFA HAMAMCI
Danışman: Fehmi Nair
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, fonksiyonel derecelendirilmiş bor karbür (B4C) takviyeli demir (Fe) matriksli kompozit yapıların toz metalürjisi ile üretilmesi, metalografik özelliklerinin incelenmesi ve ani sıcaklık değişimleri karşısında sergiledikleri termo-mekanik davranışlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, öncelikle seramik takviyeli Fe/B4C ile Fe/B kompozitler, sonrasında bir yüzeyde seramik yoğunlukta katmanın bulunduğu, iç yapıda seramik oranının kademeli olarak azaltılıp metal yoğunluk arttırılarak diğer yüzeyde metal yoğunlukta bir katmanın oluştuğu Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemeler (FDM) üretilmiştir. Takviye elemanı B4C ve B'nin Fe matriks ile in-situ reaksiyon sonucu oluşan FeB-Fe2B fazlarının oluşumu ve mekanik etkileri incelenmiştir. Dört farklı takviye oranında (hacimsel %5-10-20-30) B4C-B içeren derecelendirilmemiş numuneler, farklı sıcaklık değerinde farklı sürelerde sinterlenerek sinterleme parametrelerinin etkileri detaylı şekilde araştırılmıştır. Faz dağılımı, sertlik, yoğunluk ve porozite değişimleri incelenmiştir. Standart geometride üretilen derecelendirilmemiş Fe/B4C, Fe/B numunelerinin düşük hızlı darbe davranışları üzerinde sinterleme parametreleri ve partikül cinsinin etkileri de araştırılmıştır. Partikül cinsinin belirgin bir etkisi gözlenmemiş bu nedenle sonraki üretimlerde farklı partikül boyutlarında (12-40 µm, 1-7 µm) B4C tozu kullanılarak partikül boyutunun etkileri araştırılmıştır. Sinterleme parametrelerinin optimizasyonu yapıldıktan sonra FDM üretimlerine geçilmiştir. Dairesel ve kare FDM üretimlerinde oluşan tabaka ayrılma problemi önce üst katmandaki Vcmax takviye oranı (%90,%70,%50,%20) ve katman sayısı (10, 20) değiştirilerek optimize edilmiş, n:1 gradyantında Vcmax:%20 B4C ile üretilen numunelerde dağılma görülmemiştir. Basınçsız sinterlenen FDM numunelerinde tabakalar arasında çatlak ve boyutsal çarpılmalar gözlenmiştir. Bu nedenle sıcak preste kompaktlanan FDM numuneler atmosfer kontrollü fırın içerisinde basınç destekli sinterlenmiş, nihayetinde dağılma ve çarpılma problemleri giderilmiştir. Üç farklı gradyant değerinde (n:0,1-n:1-n:5) üretilen FDM numuneler ile takviyelendirilmemiş %100 Fe, %5-10-20 B4C takviyeli kare numuneler tel erozyonda hassas şekilde kesilmiş ve yüzeyleri parlatılmıştır. FDM katmanlarının termal şok esnasındaki davranışlarını anlamak amacıyla derecelendirilmemiş B4C takviyeli numunelerin termal genleşme katsayıları belirlenmiştir. Üretilen derecelendirilmemiş numuneler ile FDM numuneler özgün olarak tasarlanan ve imalatı yapılan, yazılım ile kontrol edilebilen termal şok test cihazında farklı termal şok parametreleri ile test edilmiştir. Deneylerde farklı termal genlik (ΔT:150-300-600-900°C) ve termal çevrim sayıları (N:0-1-5-10-25-50) tatbik edilmiş sonrasında detaylı makro ve mikro yapı incelemeleri yapılmıştır. Düşük hızlı darbe-Charpy deneyi ve üç nokta eğme deneyleri ile mekanik davranışlar üzerinde termal şok tatbikinin etkileri araştırılmıştır. Artan çevrim sayısıyla birlikte derecelendirilmemiş B4C takviyeli numunelerde termal çatlak oluşumu artmış, kendiliğinden kırılma hasarları görülmüştür. Aynı şartlarda termal şoka maruz kalan FDM numunelerinde hasar oluşumu daha az gözlenmiş, kendiliğinden kırılma problemi giderilerek derecelendirilmemiş numunelere göre yüksek termal şok direnci elde edilmiştir. FDM numuneleri içerisinde gradyant değerinin artması termal çatlak oluşumunu hızlandırmış, kırılma kuvveti ve kırılma enerji değerlerini düşürmüştür.