İşlevsel derecelendirilmiş bor karbür takviyeli AA7075 esaslı kompozitlerin 7,62 mm'lik zırh delici mermiler karşısındaki balistik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Composite materials are widely used in last decades for their more advantegeous properties than conventional materials. Functionally Graded Material is a new type of material and have potential in ballistic applications. In this study, three-layer FGMs were produced with three different thicknesses (15, 20, 25mm) by hot pressing and liquid phase sintering methods. Totally, 36 specimens were produced. The top, middle and bottom layers of these materials consist of 20% or 40% B4C reinforced composite, 10% or 20% B4C reinforced composite and 7075 aluminium alloy, respectively. Artificial aging process was applied to specimens at 100C, 120C and 150C up to 96 hours. Ballistic performances of these FGMs were investigated experimentally against 7,62mm armour piercing projectiles. Three point bending test were also applied to materials and materials investigated optically at macro and micro scale before ballistic tests. Artificial aging was applied to all of ballistic test specimens and some of three point bending test specimens at 120C and up to 48 hours. Other specimens were only solutionized and quenched. According to the experimental results, it was observed that reinforcements were distributed homogeneously in matrix material but it was also noticed that with the increase of reinforcement ratio in structure, some agglomeration was observed. Any of FGMs have not provide the ballistic protection. But as the increase in the thickness of material and ratio of the B4C, FGMs showed better performance ballistically. As a result of three-point bending tests it was observed that artifially aged specimens with low reinforcement ratio have highest transverse rupture strength.

Kompozit malzemeler geleneksel malzemelere göre avantajlı özellikleri nedeniyle uzun yıllardır kullanılmaktadır. Yeni bir malzeme türü olan işlevsel derecelendirilmiş malzemeler üstün özellikleriyle balistik uygulamalarda kullanılma potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, üç farklı kalınlıktaki(15, 20, 25 mm), üç katmanlı İDM'ler sıcak sıkıştırma ve sıvı fazlı sinterleme yöntemiyle üretilmiştir. Toplamda 36 adet numunenin üretimi tamamlanmıştır. Üretilen numuneler, alt katmanda AA7075, orta katmanda %10 veya %20 B4C, üst katmanda %20 veya %40 B4C takviyesi içermektedir. İki farklı bileşimdeki İDM'leri 100C, 120C ve 150C olmak üzere üç farklı sıcaklıkta 96 saate kadar yapay yaşlandırma işlemi uygulanmış ve İDM'lerin yaşlandırma süresi-sertlik değişimleri incelenmiştir. İDM'lerin 7,62 mm'lik zırh delici mermiler karşısındaki balistik başarımları araştırılmıştır. Ayrıca üretilen numunelere üç nokta eğme deneyleri uygulanmış, numuneler balistik atışlar öncesi ve sonrası makro ve mikro incelemelere tabi tutulmuştur. Üretilen numunelerden balistik test yapılacak olanlara ve üç nokta eğme testi yapılacak numunelerin bir kısmına yaşlandırma sonucu en yüksek sertliğin elde edildiği 120C'de 48 saate kadar yaşlandırma işlemi uygulanmıştır. Kalan üç nokta eğme numunelerine ise sadece 470C'de çözeltiye alma ve su verme işlemleri uygulanmış olup yaşlandırma ısıl işleminin, malzemenin çapraz kırılma dayanımı üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda gerçekleştirilen mikroskop incelemelerinde takviye parçacıkların ana yapı içerisinde düzgün dağılım gösterdiği fakat takviye oranı arttıkça topaklanma miktarının arttığı görülmektedir. Üretilen İDM'ler tam balistik koruma sağlayamamış fakat yapı içerisindeki B4C oranı ve malzeme kalınlığı arttıkça balistik performansın arttığı belirlenmiştir. Üç nokta eğme deneyleri sonucunda yaşlandırma işlemi uygulanmış ve düşük takviye oranına sahip İDM'nin çapraz kırılma dayanımının en yüksek olduğu görülmektedir.