1. gİrİŞ ayrıca takviye hacim oranı, matris toz/takviye ... · rek malzeme mekanik...

4
Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina 25 Ege Anıl Diler, Rasim İpek MAKALE Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina 24 INTERACTION EFFECTS OF FACTORS ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICLE REINFORCED COMPOSITES Ege Anıl Diler * Araş. Gör., Dr., Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Bornova, İzmir [email protected] Rasim İpek Prof. Dr., Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Bornova, İzmir [email protected] PARTİKÜL TAKVİYELİ KOMPOZİTLERDE FAKTÖR ETKİLEŞİMLERİNİN MEKANİK ÖZELLİKLER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ ÖZET Bu çalışmada, Toz Metalurjisi (T/M) yöntemiyle üretilen SiC partikül takviyeli Al esaslı metal matris- li kompozit (Al-SiCp) malzemelerde takviye hacim oranı ile matris toz ve takviye partikül boyutunun eğilme dayanımı üzerindeki davranışları incelenmiştir. Al-SiCp kompozitlerinin eğilme davranışları- nın incelenmesinde matris toz ve takviye partikül boyutları bir istatistiksel deney tasarımı olan central composite design (CCD) metodu kullanılarak 45, 62, 87, 112, 129 µm ve takviye hacim oranı % 2,39, 7,5, 15, 22,5, 27,61 olarak belirlenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar ve bu sonuçların istatistiksel analizleri, takviye hacim oranı ve matris toz ve takviye partikül boyutunun esas etkilerinin yanında bileşik etkilerinin de malzemenin eğilme dayanımı üzerinde etkili olduklarını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Toz metalurjisi, Al-SiCp, eğilme dayanımı ABSTRACT In this study, the effects of matrix powder size, reinforcement particle size and volume fraction on the flexural strength of Al-SiCp metal matrix composites produced by Powder Metallurgy (P/M) method were analyzed. By using central composite design (CCD), an statistical experimental design method, matrix powder and reinforcement particle sizes and volume fraction were determined as 45, 62, 87, 112, 129 µm and 2.39, 7.5, 15, 22.5, 27.61, respectively, to study the flexural strength of composites. Both experimental and statistical results show that the interaction effects of the reinforcement volume fraction, matrix powder size and reinforcement particle size beside their main effects affected the flexural strength of composites. Keywords: Powder metallurgy, Al-SiCp, flexural strength * İletişim yazarı Geliş tarihi : 30.01.2014 Kabul tarihi : 14.02.2014 Diler, E. A., İpek, R. 2014. “Partikül Takviyeli Kompozitlerde Faktör Etkileşimlerinin Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkisi,” Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s. 24-30. 1. GİRİŞ M etal matrisli kompozitler (MMK), monolitik mal- zemeler ve polimer matrisli kompozitler (PMK) gibi birçok malzemeden daha üstün özelliklere sahip olan malzemelerdir. MMK’ler metalik malzemeler- le karşılaştırıldığında yüksek dayanım/ağırlık oranı, yüksek sıcaklık, sürünme ve yorulma direnci ile boyut kararlılığına, PMK’lerle karşılaştırıldıklarında ise yüksek mukavemet, ri- jitlik, çalışma sıcaklığı, ısı ve elektrik iletkenliğine sahip olmalarının yanı sıra kirlenmeye (zararlı kimyasal gazların oluşumu, vb) katkısı çok düşük seviyede olan malzemelerdir [1]. Bu nedenle MMK’ler, havacılık ve otomotiv gibi birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. MMK’ler içerisinde aluminyum esaslı metal matrisli kompo- zit malzemeler (AMMK), düşük ağırlık ve yüksek performan- sa (yüksek mukavemet, v.b) sahip malzemelerdir. AMMK malzemelerde matris malzemesi olarak kullanılan alüminyum düşük yoğunluk sağlarken takviye malzemesi olarak kullanı- lan SiC, Al 2 O 3 ve B 4 C gibi seramik malzemeler, MMK’lere yüksek aşınma ve ısıl direnç gibi özellikler kazandırırlar [2]. MMK’lerin mekanik özellikleri birçok faktöre bağlı olarak değişmektedir. Bunlar içerisinde takviye hacim oranı ve tak- viye partikül boyutu oldukça etkilidir. Yapılan çalışmalarda [3-8] takviye hacim oranı arttıkça çekme dayanımı gibi bazı mekanik özelliklerin sürekli bir artış gösterdiği belirtilirken bazı çalışmalarda [9-13] ise belirli bir takviye hacim değerin- den sonra bu özelliklerin düştüğü saptanmıştır. Takviye partikül boyutunun mekanik özellikler üzerinde- ki etkisi bakımından ise takviye partikül boyutu azaldıkça mekanik özelliklerin iyileştiği gözlemlenmiştir [4-7,14-17]. O’Donnell and Looney [18] yaptıkları bir çalışmada belirli takviye hacim oranlarında büyük takviye partiküllerinin daha avantajlı olduğunu ileri sürmüşlerdir. Literatürde yapılan çalışmalarda matris toz boyutunun meka- nik özellikler üzerindeki etkisi incelenmemektedir. Halbuki matris toz boyutunun takviye partikül boyutuna oranı takviye partiküllerinin mikroyapı içerisindeki dağılımlarını etkiliye- rek malzeme mekanik özellikleri üzerinde etkili olmaktadır. Ayrıca takviye hacim oranı, matris toz/takviye partikül boyu- tu oranının mekanik özellikler üzerindeki etkisini belirleye- bilmektedir. Dolayısıyla yukarıda belirtilen faktörlerin mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin ayrı ayrı (main effect) incelenmesi yeri- ne birbirleriyle olan etkileşimlerinin (interaction) incelenmesi daha doğru sonuçlar elde edilmesini sağlayacaktır. Faktör sayısının artmasıyla çok sayıda deney yapmak yeri- ne bu çalışmada istatistiksel deney tasarım metodlarından central composite design (CCD) metodu kullanılmıştır. Böy- lece faktörlerin Al-SiCp kompozitlerinin mekanik özellikleri üzerindeki tek başlarına olan etkilerinin yanında birbirleriyle olan etkileşimleri de 2D ve 3D olarak incelenebilmiştir. 2. MATERYAL VE METOD 2.1 CCD Deney Tasarımı Al-SiCp kompozitlerinin eğilme deneyleri için literatür araş- tırması temel alınarak CCD metoduna göre takviye hacim oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörle- rinin kodlanmış ve kodlanmamış seviyeleri arasındaki ilişki, Denklem 1 yardımıyla belirlenmiştir: (1) Burada; X i , kodlanmış seviye değer; x i , X i ’ye karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) değer; x 0 i , merkezi noktadaki kodlan- mamış (gerçek) değer ve x i , 0 ve 1 kodlanmış seviyelere karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) değerler arasındaki fark- tır. Denklem 1’e göre eğilme dayanımı için incelenen faktörler ve kodlanmış faktör seviyelerine karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) seviye değerleri Tablo 1’de verilmiştir. Eğilme deneyi için malzeme üretimine geçmeden önce parti- külleri boyutlarına göre ayırmak için yapılan eleme işleminde 0 - = i i i i x x X x Δ Faktörler Sembol Kodlanmış seviyelere karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) seviye değerleri Kodlanmamış Kodlanmış -1,68179 -1 0 1 1,68179 Takviye hacim oranı (%) x 1 X 1 2,39 7,5 15 22,5 27,61 Matris toz boyutu (µm) x 2 X 2 45 62 87 112 129 Takviye partikül boyutu (µm) x 3 X 3 45 62 87 112 129 Tablo 1. Eğilme Dayanımı için İncelenen Faktörler ve Kodlanmış Faktör Seviyelerine Karşılık Gelen Kodlanmamış (Gerçek) Seviye Değerleri

Upload: others

Post on 13-Oct-2019

18 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina 25

Ege Anıl Diler, Rasim İpekMAKALE

Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina 24

INTERACTION EFFECTS OF FACTORS ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF PARTICLE REINFORCED COMPOSITES

Ege Anıl Diler*

Araş. Gör., Dr.,Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Bornova, İ[email protected]

Rasim İpek Prof. Dr.,Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Bornova, İ[email protected]

PARTİKÜL TAKVİYELİ KOMPOZİTLERDE FAKTÖR ETKİLEŞİMLERİNİN MEKANİK ÖZELLİKLER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ

ÖZETBu çalışmada, Toz Metalurjisi (T/M) yöntemiyle üretilen SiC partikül takviyeli Al esaslı metal matris-li kompozit (Al-SiCp) malzemelerde takviye hacim oranı ile matris toz ve takviye partikül boyutunun eğilme dayanımı üzerindeki davranışları incelenmiştir. Al-SiCp kompozitlerinin eğilme davranışları-nın incelenmesinde matris toz ve takviye partikül boyutları bir istatistiksel deney tasarımı olan central composite design (CCD) metodu kullanılarak 45, 62, 87, 112, 129 µm ve takviye hacim oranı % 2,39, 7,5, 15, 22,5, 27,61 olarak belirlenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar ve bu sonuçların istatistiksel analizleri, takviye hacim oranı ve matris toz ve takviye partikül boyutunun esas etkilerinin yanında bileşik etkilerinin de malzemenin eğilme dayanımı üzerinde etkili olduklarını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Toz metalurjisi, Al-SiCp, eğilme dayanımı

ABSTRACTIn this study, the effects of matrix powder size, reinforcement particle size and volume fraction on the flexural strength of Al-SiCp metal matrix composites produced by Powder Metallurgy (P/M) method were analyzed. By using central composite design (CCD), an statistical experimental design method, matrix powder and reinforcement particle sizes and volume fraction were determined as 45, 62, 87, 112, 129 µm and 2.39, 7.5, 15, 22.5, 27.61, respectively, to study the flexural strength of composites. Both experimental and statistical results show that the interaction effects of the reinforcement volume fraction, matrix powder size and reinforcement particle size beside their main effects affected the flexural strength of composites.

Keywords: Powder metallurgy, Al-SiCp, flexural strength* İletişim yazarı

Geliş tarihi : 30.01.2014 Kabul tarihi : 14.02.2014

Diler, E. A., İpek, R. 2014. “Partikül Takviyeli Kompozitlerde Faktör Etkileşimlerinin Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkisi,” Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s. 24-30.

1. GİRİŞ

M etal matrisli kompozitler (MMK), monolitik mal-zemeler ve polimer matrisli kompozitler (PMK) gibi birçok malzemeden daha üstün özelliklere

sahip olan malzemelerdir. MMK’ler metalik malzemeler-le karşılaştırıldığında yüksek dayanım/ağırlık oranı, yüksek sıcaklık, sürünme ve yorulma direnci ile boyut kararlılığına, PMK’lerle karşılaştırıldıklarında ise yüksek mukavemet, ri-jitlik, çalışma sıcaklığı, ısı ve elektrik iletkenliğine sahip olmalarının yanı sıra kirlenmeye (zararlı kimyasal gazların oluşumu, vb) katkısı çok düşük seviyede olan malzemelerdir [1]. Bu nedenle MMK’ler, havacılık ve otomotiv gibi birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar.

MMK’ler içerisinde aluminyum esaslı metal matrisli kompo-zit malzemeler (AMMK), düşük ağırlık ve yüksek performan-sa (yüksek mukavemet, v.b) sahip malzemelerdir. AMMK malzemelerde matris malzemesi olarak kullanılan alüminyum düşük yoğunluk sağlarken takviye malzemesi olarak kullanı-lan SiC, Al2O3 ve B4C gibi seramik malzemeler, MMK’lere yüksek aşınma ve ısıl direnç gibi özellikler kazandırırlar [2].

MMK’lerin mekanik özellikleri birçok faktöre bağlı olarak değişmektedir. Bunlar içerisinde takviye hacim oranı ve tak-viye partikül boyutu oldukça etkilidir. Yapılan çalışmalarda [3-8] takviye hacim oranı arttıkça çekme dayanımı gibi bazı mekanik özelliklerin sürekli bir artış gösterdiği belirtilirken bazı çalışmalarda [9-13] ise belirli bir takviye hacim değerin-den sonra bu özelliklerin düştüğü saptanmıştır.

Takviye partikül boyutunun mekanik özellikler üzerinde-ki etkisi bakımından ise takviye partikül boyutu azaldıkça mekanik özelliklerin iyileştiği gözlemlenmiştir [4-7,14-17]. O’Donnell and Looney [18] yaptıkları bir çalışmada belirli takviye hacim oranlarında büyük takviye partiküllerinin daha avantajlı olduğunu ileri sürmüşlerdir.

Literatürde yapılan çalışmalarda matris toz boyutunun meka-nik özellikler üzerindeki etkisi incelenmemektedir. Halbuki matris toz boyutunun takviye partikül boyutuna oranı takviye partiküllerinin mikroyapı içerisindeki dağılımlarını etkiliye-rek malzeme mekanik özellikleri üzerinde etkili olmaktadır.

Ayrıca takviye hacim oranı, matris toz/takviye partikül boyu-tu oranının mekanik özellikler üzerindeki etkisini belirleye-bilmektedir.

Dolayısıyla yukarıda belirtilen faktörlerin mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin ayrı ayrı (main effect) incelenmesi yeri-ne birbirleriyle olan etkileşimlerinin (interaction) incelenmesi daha doğru sonuçlar elde edilmesini sağlayacaktır.

Faktör sayısının artmasıyla çok sayıda deney yapmak yeri-ne bu çalışmada istatistiksel deney tasarım metodlarından central composite design (CCD) metodu kullanılmıştır. Böy-lece faktörlerin Al-SiCp kompozitlerinin mekanik özellikleri üzerindeki tek başlarına olan etkilerinin yanında birbirleriyle olan etkileşimleri de 2D ve 3D olarak incelenebilmiştir.

2. MATERYAL VE METOD

2.1 CCD Deney Tasarımı

Al-SiCp kompozitlerinin eğilme deneyleri için literatür araş-tırması temel alınarak CCD metoduna göre takviye hacim oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörle-rinin kodlanmış ve kodlanmamış seviyeleri arasındaki ilişki, Denklem 1 yardımıyla belirlenmiştir:

(1)

Burada; Xi, kodlanmış seviye değer; xi, Xi’ye karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) değer; x0

i, merkezi noktadaki kodlan-mamış (gerçek) değer ve ∆xi, 0 ve 1 kodlanmış seviyelere karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) değerler arasındaki fark-tır.

Denklem 1’e göre eğilme dayanımı için incelenen faktörler ve kodlanmış faktör seviyelerine karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) seviye değerleri Tablo 1’de verilmiştir.

Eğilme deneyi için malzeme üretimine geçmeden önce parti-külleri boyutlarına göre ayırmak için yapılan eleme işleminde

0 - =

i ii

i

x xXx∆

Faktörler Sembol Kodlanmış seviyelere karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) seviye değerleri

Kodlanmamış Kodlanmış -1,68179 -1 0 1 1,68179

Takviye hacim oranı (%) x1 X1 2,39 7,5 15 22,5 27,61

Matris toz boyutu (µm) x2 X2 45 62 87 112 129

Takviye partikül boyutu (µm) x3 X3 45 62 87 112 129

Tablo 1. Eğilme Dayanımı için İncelenen Faktörler ve Kodlanmış Faktör Seviyelerine Karşılık Gelen Kodlanmamış (Gerçek) Seviye Değerleri

Cilt: 55 Sayı: 649

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina26 27

Partikül Takviyeli Kompozitlerde Faktör Etkileşimlerinin Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkisi Ege Anıl Diler, Rasim İpek

boyut dağılımı; 47±4, 67±8, 82±8, 106±7 ve 125±11 µm olarak tespit edilmiştir. İstatistiksel metod yardı-mıyla analiz yapabilmek için CCD metoduna göre en uygun matris toz ve takviye partikül boyutları; 45, 62, 87, 112 ve 129 µm olarak belirlenmiş ve üretilecek olan kompozitlerde faktörlerin seviyeleri (kombinasyonları) Tablo 2’de verilmiştir.

2.2 Kompozit Malzeme Üretimi ve Eğilme Deneyi

CCD’ye göre belirli takviye hacim oranı, matris toz ve takviye partikül boyutlarında (Tablo 2) numuneler üretebilmek için SiC takviye partiküllerinin Al tozları arasında homojen olarak dağılmasını sağlamak ama-cıyla 1 saat süreyle üç eksenli karıştırıcı ile karıştırma işlemi yapılmıştır (Şekil 1).

Belirli matris toz boyutu, takviye partikül boyutu ve takviye hacim oranlarında karışımlar hazırlandıktan sonra karışımlara tek eksenli pres ile (alt zımba sabit, üst zımba ha-reketli) soğuk olarak 450 MPa basınçta presleme işlemi uygu-lanmıştır (Şekil 2).

3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

3.1 Faktör Ana Etkileri

Daha önce de belirtildiği gibi metalik bir malzeme-ye seramik takviyelerin ilave edilmesi malzemenin çekme gibi çoğu mekanik özelliklerinin iyileşme-sini sağlamaktadır. Dolayısıyla daha çok takviye-nin ilavesiyle (takviye hacim oranının artışıyla) MMK’lerin mekanik dayanımlarında artış bekle-nebilir. Abdullah ve ark. [19] karıştırmalı döküm yöntemiyle Al-Si/SiCp kompozitleri üretmişler ve en yüksek eğilme dayanımı değerini % 20 hacim oranında elde etmişlerdir. Bu çalışmada ise Şekil 3’te görüldüğü gibi en yüksek eğilme dayanımı-na % 7,5 hacim oranında ulaşılmıştır. Dolayısıyla yapılan bu iki çalışmada en yüksek eğilme daya-nımına farklı hacim oranlarında ulaşılmıştır. Bu

durum, matris mikroyapısı içerisinde takviye partiküllerinin kümelenmesine bağlanabilir. Çünkü partikül kümelenmesi, toz metalurjisi (T/M) yöntemiyle üretilen MMK’lerde dö-küm gibi diğer yöntemlere göre daha karmaşık bir sorundur. T/M ile üretilen MMK’lerde takviye hacim oranı, matris toz ve takviye partikül boyutu faktörlerinin etkileşimlerine bağlı

°C’de, toplam 8 saat boyunca argon gazı atmosferi altında gö-rülen sinterleme fırınında gerçekleştirilmiştir.

Eğilme deneyi için standartlara uygun olarak 25,4 mm ayak-lar arası açıklıkta ve 0,5 mm/dak yükleme hızında üç nokta eğilme deneyi uygulanmıştır.

Presleme işlemiyle sıkıştırma yoğunluğuna ulaşan malzeme-leri, ısının etkisiyle toz ve partiküller arasındaki birleşmenin tam olarak sağlanarak maksimum yoğunluklarına ulaştırmak için sinterleme işlemi uygulanmıştır. Sinterleme işlemi; 600

Standartdeneysırası

Rastgeledeneysırası

Kodlanmış seviyeler Kodlanmamış (gerçek) değerler

X1 X2 X3 x1 x2 x3

1 14 -1 -1 -1 7,5 62 62

2 2 1 -1 -1 22,5 62 62

3 1 -1 1 -1 7,5 112 62

4 17 1 1 -1 22,5 112 62

5 6 -1 -1 1 7,5 62 112

6 13 1 -1 1 22,5 62 112

7 15 -1 1 1 7,5 112 112

8 16 1 1 1 22,5 112 112

9 12 -1,68179 0 0 2,39 87 87

10 7 1,68179 0 0 27,61 87 87

11 5 0 -1,68179 0 15 45 87

12 4 0 1,68179 0 15 129 87

13 20 0 0 -1,68179 15 87 45

14 18 0 0 1,68179 15 87 129

15 10 0 0 0 15 87 87

16 3 0 0 0 15 87 87

17 8 0 0 0 15 87 87

18 9 0 0 0 15 87 87

19 11 0 0 0 15 87 87

20 19 0 0 0 15 87 87

Tablo 2. CCD’ye göre Yapılan Deney Tasarımı

Şekil 1. Üç Eksenli Karıştırıcı

Şekil 2. Presleme İşlemi

Şekil 3. Takviye Hacim Oranı, Matris Toz Boyutu ve Takviye Partikül Boyutunun Al-SiCp Kompozitlerinin Eğilme Dayanımı Üzerindeki Ana Etkileri

Cilt: 55 Sayı: 649

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina28 29

Partikül Takviyeli Kompozitlerde Faktör Etkileşimlerinin Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkisi Ege Anıl Diler, Rasim İpek

3.3 Üzerindeki Etkisini Gösteren 3D Yanıt Yüzeyi

Şekil 6’da görüldüğü gibi matris toz boyutu (X2) ve takviye partikül boyutundaki (X3) herhangi bir değişim diğer faktörün değişimiyle non-lineer bir ilişkiye sahiptir. Bu nedenle X2*X3 etkileşimi, eğilme dayanımı üzerinde etkili olmuştur.

Sonuç olarak, partikül takviyeli MMK malzemelerin mekanik davranışlarını etkileyen bir faktör diğer faktörlerin bulunduğu seviyelerden (değerlerden) etkilenerek farklı bir davranış ser-gileyebilmektedir. Bu nedenle uygun deney tasarım metod-ları ve istatistiksel yöntemlerle bu faktörlerin ana etkilerinin yanında diğer faktörlerle olan etkileşimlerinin de mutlaka incelenmesi gerekmektedir. Böylece faktörlerarası etkileşim-lerin de dikkate alındığı daha ayrıntılı inceleme ve analizler sayesinde mekanik özellikleri iyileştirilmiş malzemeler elde edilebilecektir.

SEMBOLLER

Al-SiCp SiC partikül takviyeli alüminyum esaslı metal matrisli kompozit

AMMK aluminyum esaslı metal matrisli kompozitler

CCD central composite design

MB/TB matris/takviye boyut oranı

MMK metal matrisli kompozitler

PMK polimer matrisli kompozitler

P/M powder metallurgy

T/M toz metalurjisi

X1 takviye hacim oranı faktörü

olarak partikül kümelenmesi daha düşük hacim oranlarında meydana gelebilmektedir.

Matris toz boyut faktörünün eğilme dayanımı üzerindeki ana etkisi incelendiğinde boyut artışı eğilme dayanımının düşme-sine neden olmuştur (Şekil 3). Literatürdeki çalışmalarda da matris toz boyutu arttıkça çekme dayanımı gibi mekanik özel-liklerin düştüğü belirtilmektedir [9,13,20]. Yapılan bu çalış-malarda matris toz boyutu takviye partikül boyutundan daha büyük seçilmiştir. Bu çalışmada ise matris toz boyutunun tak-viye partikül boyutuna eşit ve daha küçük olduğu durumlar da incelenmiştir.

Takviye partikül boyut faktörünün eğilme dayanımı üze-rindeki ana etkisi bakımından takviye partikül boyutu 112 µm’ye kadar yükseldikçe eğilme dayanımında sürekli bir ar-tış sağlanmıştır (Şekil 3). Benzer bir eğilim O’Donnell and Looney’nin [18] yaptıkları çalışmada da görülmüştür. Fark-lı takviye ve matris toz boyutlarında % 5, 10 ve 20 hacim

oranlarında üretilen Al6061-SiC kompozitlerinden % 10 ve 20 hacim oranları için 24 µm boyutunda takviye partiküllü kompozitler, 6 µm boyutunda takviye partiküllü kompozitler-den daha yüksek dayanıma sahip olmuşlardır. Diğer taraftan, literatürdeki diğer çalışmalarda tam tersi sonuçlara ulaşılmış-tır. Literatürdeki bu farklılıklar, takviye partikül boyutunun MMK’lerin dayanımlarına etkisinin, matris toz boyutu ve takviye hacim oranının hangi değerde (seviyede) olduğu ile ilişkilidir [21]. Örneğin, takviye partiküllerin mikroyapı içe-risindeki dağılımlarının belirlenmesinde matris-takviye boyut oranının (MB/TB ) etkisi, takviye partikülünün etkisinden daha fazla olabilmektedir. Bu çalışmada; MMK’lerin mekanik özelliklerini etkileyen, partikül dağılımı esas alınarak, takvi-ye hacim oranı, matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu faktörlerinin eğilme dayanımı üzerindeki ana etkilerinin ya-nında birbirleriyle olan etkileşimleri de 2D ve 3D yanıt yüzey eğrileri yardımıyla incelenmiştir.

3.2 Faktörlerarası Etkileşimler

Bir 3D yanıt yüzey eğrisinin eğimli olması, in-celenen faktörlerin ikinci dereceden (quadratic) etkilerinin cevap üzerinde önemli olduğunu ifade eder. Ayrıca eyer (tepe ya da dip) noktasının sağ ya da sol tarafına gidildiğinde cevap değerinin (eğilme dayanımı) azalması ya da artması, ince-lenen o faktörün ikinci dereceden cevap üzerinde hangi eğilimde olduğunu gösterir. Dolayısıyla, Şekil 4’te görüldüğü gibi takviye hacim oranı faktörü için (X1) eyer noktasından uzaklaştıkça eğilme dayanımı azalmakta, bu da hacim oranı-nın ikinci dereceden eğilme dayanımı üzerinde-ki etkisinin (X1*X1) negatif (olumsuz) olduğunu göstermektedir. Matris toz boyutunun (X2) eğil-me dayanımı üzerinde ikinci dereceden etkisi (X2*X2) ise pozitif yönde olmuştur. Bununla bir-likte takviye hacim oranı ve matris toz boyutu arasındaki etkileşimin (X1*X2) eğilme dayanımı üzerindeki etkisi incelendiğinde, takviye hacim oranındaki (X1) ve matris toz boyutundaki (X2) herhangi bir değişimin diğer faktörün değişimiy-le non-lineer bir ilişkiye sahip olmuştur (Şekil 4). Bu durum, X1*X2 etkileşiminin eğilme dayanımı üzerinde etkili olduğunu göstermektedir.

Şekil 5’te görüldüğü gibi takviye hacim oranı (X1) değiştikçe takviye partikül boyutunun (X3) artışına bağlı olarak eğilme dayanımında ihmal edilebilecek kadar az bir değişiklik meydana gel-mektedir. Dolayısıyla (X1*X3) etkileşiminin eğil-me dayanımı üzerinde etkili olmadığı 3D yanıt yüzey eğrisiyle de açıkça görülmektedir.

X2 matris toz boyutu faktörü

X3 takviye partikül boyutu faktörü

X1*X1 takviye hacim oranı faktörünün quadratic etkisi

X2*X2 matris toz boyutu faktörünün quadratic etkisi

X1*X2 takviye hacim oranı ve matris toz boyutu arasındaki etkileşim

X1*X3 takviye hacim oranı ve takviye partikül boyutu ara-sındaki etkileşim

X2*X3 matris toz boyutu ve takviye partikül boyutu arasın-daki etkileşim

∆xi 0 ve 1 kodlanmış seviyelere karşılık gelen kodlan-mamış (gerçek) değerler arasındaki fark

Xi kodlanmış seviye değeri

xi Xi’ye karşılık gelen kodlanmamış (gerçek) değer

x0i merkezi noktadaki kodlanmamış (gerçek) değer

TEŞEKKÜR

Yazarlar, 10-MUH-065 numaralı Doktora projesine vermiş oldukları destekten dolayı Ege Üniversitesi Bilimsel Araştır-ma Projeleri Komisyonuna teşekkür ederler.

KAYNAKÇA 1. Chawla, N., Chawla, K.K. 2006. Metal Matrix Composites,

ISBN : 978-0-387-23306-2, Springer, New York.

2. Surappa, M.K. 2003. “Aluminium Matrix Composites: Challenges and Opportunities,” Sadhana, vol. 28, no. 1-2, p. 319-334.

Şekil 4. Takviye Hacim Oranı (X1) ve Matris Toz Boyutu (X2) Etkileşiminin Eğilme Dayanımı Üze-rindeki Etkisini Gösteren 3D Yanıt Yüzeyi

Şekil 5. Takviye Hacim Oranı (X1) ve Takviye Partikül Boyutu (X3) Etkileşiminin Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisini Gösteren 3D Yanıt Yüzeyi

Şekil 6. Matris Toz Boyutu (X2) ve Takviye Partikül Boyutu (X3) Etkileşiminin Eğilme Dayanımı Üzerindeki Etkisini Gösteren 3D Yanıt Yüzeyi

Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina 30

Partikül Takviyeli Kompozitlerde Faktör Etkileşimlerinin Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkisi

3. Ganesh, V.V., Chawla, N. 2005. “Effect of Particle Orien-tation Anisotropy on the Tensile Behavior of Metal Matrix Composites: Experiments and Microstructure-based Simu-lation,” Materials Science and Engineering A, vol. 391, p. 342–353.

4. Milan, M.T., Bowen, P. 2004. “Tensile and Fracture Tough-ness Properties of SiCp Reinforced Al Alloys: Effects of Par-ticle Size, Particle Volume Fraction, and Matrix Strength,” Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 13, p. 775-783.

5. Chawla, N., Andres, C., Jones, J.W., Allison, J.E. 1998. “Effect of SiC Volume Fraction and Particle Size on the Fati-gue Resistance of a 2080 Al/SiCp Composite,” Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 29, p. 2843-2854.

6. Narayanasamy, R., Ramesh, T., Prabhakar, M. 2009. “Ef-fect of Particle Size of SiC in Aluminium Matrix on Worka-bility and Strain Hardening Behaviour of P/M Composite,” Materials Science and Engineering A, 504: p.13–23.

7. Hall, J.N., Jones, J.W., Sachdev, A.K. 1994. “Particle Size, Volume Fraction and Matrix Strength Effects on Fatigue Be-havior and Particle Fracture in 2124 Aluminum-SiCp Com-posites,” Materials Science and Engineering A, vol. 183, p. 69-80.

8. Min, S. 2009. “Effects of Volume Fraction of SiC Particles on Mechanical Properties of SiC/Al Composites,” Transacti-ons of Nonferrous Metals Society of China, vol. 19, p. 1400-1404.

9. Slipenyuk, A., Kuprin, V., Milman, Y, Spowart, J.E., Mi-racle, D.B. 2004. “The Effect of Matrix to Reinforcement Particle Size Ratio (PSR) on the Microstructure and Mecha-nical Properties of a P/M Processed AlCuMn/SiCp MMC,” Materials Science and Engineering A, vol. 381, p.165–170.

10. Liu, Z.Y., Wang, Q.Z., Xiao, B.L., Ma, Z.Y. 2010. “Cluste-ring Model on the Tensile Strength of PM Processed SiCp/Al Composites,” Composites: Part A, vol. 41, p. 1686–1692.

11. Mazen, A.A., Emara, M.M. 2004. “Effect of Particle Crac-king on the Strength and Ductility of Al-SiCp Powder Metal-lurgy Metal Matrix Composites,” Journal of Materials Engi-neering and Performance, vol. 13, no. 1, p. 39-46.

12. Hong, S.J., Kim, H.M., Huh, D., Suryanarayana, C., Chun, B.S. 2003. “Effect of Clustering on the Mechanical Properties of SiC Particulate-reinforced Aluminum Alloy

2024 Metal Matrix Composites,” Materials Science and En-gineering A, vol. 347, p. 198-204.

13. Liu, Z.Y., Wang, Q.Z., Xiao, B.L., Ma, Z.Y., Liu, Y. 2010. “Experimental and Modeling Investigation on SiCp Distri-bution in Powder Metallurgy Processed SiCp/2024 Al Com-posites,” Materials Science and Engineering A, vol. 527, p. 5582–5591.

14. Sun, C., Song, M., Wang, Z. He, Y. 2011. “Effect of Partic-le Size on the Microstructures and Mechanical Properties of SiC-reinforced Pure Aluminum Composites,” Journal of Ma-terials Engineering and Performance, vol. 20, p. 1606-1612.

15. Wang, Z., Song, M., Sun, C., He, Y. 2011. “Effects of Par-ticle Size and Distribution on the Mechanical Properties of SiC Reinforced Al–Cu Alloy Composites,” Materials Science and Engineering A, vol. 528, p. 1131–1137.

16. Yan, Y.W., Geng, L., Li, A.B. 2007. “Experimental and Nu-merical Studies of the Effect of Particle Size on the Defor-mation Behavior of the Metal Matrix Composites,” Materials Science and Engineering A, vol. 448, p. 315–325.

17. Varma, K.V., Kamat, S.V., Mahajan, Y.R., Kutumbarao, V.V. 2001. “Effect of Reinforcement Size on Low Strain Yiel-ding Behaviour in Al–Cu–Mg/SiCp Composites,” Materials Science and Engineering A, vol. 318, p. 57–64.

18. O’Donnell, G., Looney, L. 2001. “Production of Alumini-um Matrix Composite Components Using Conventional PM Technology,” Materials Science and Engineering A, vol. 303, p. 292-301.

19. Abdullah, Y., Daud, A.R., Shamsudin, R., Harun, M.B. 2009. “Flexural Strength and Fracture Studies of Al-Si/SiCp Composites,” International Journal of Mechanical and Mate-rials Engineering, vol. 4, no. 2, p. 109–114.

20. Prasad, V.V.B., Bhat, B.V.R., Mahajan, Y.R., Ramakrish-nan, P. 2002. “Structure-property Correlation in Discontinu-ously Reinforced Aluminium Matrix Composites as a Func-tion of Relative Particle Size Ratio,” Materials Science and Engineering A, vol. 337, p. 179-186.

21. Diler, E.A., Ipek R. 2012. “An Experimental and Statistical Study of Interaction Effects of Matrix Particle Size, Rein-forcement Particle Size and Volume Fraction on the Flexu-ral Strength of Al-SiCp Composites by P/M Using Central Composite Design,” Materials Science and Engineering A, vol. 548, p. 43-55.