1

TC ERCYES NVERSTES MHENDSLK FAKLTES

TOZ METALURJS VE SICAK PRESLEME

Hazrlayan Ahmet ZTOPRAK 1030115407

Danman Y.Do.Dr. Fehmi NAR

Makine Mhendislii Blm Bitirme devi

Ocak 2007 KAYSER

i

Bu alma, jrimiz tarafndan Elektronik Mhendislii Blmnde Bitirme devi olarak kabul edilmitir.

......//2007

Danman :

ye :

ye :

ONAY: Yukardaki imzalarn, ad geen retim elemanlarna ait olduunu onaylarm.

...../...../2007 Prof. Dr. brahim UZMAY Makine Mh. Blm Bakan

ii

TEEKKR Bitirme devi almam srasnda beni ynlendiren ve yardmc olan proje danmann sayn Yrd.Do.Dr. Fehmi NARe, teekkr bir bor bilirim. Ayrca yardmlarn ve desteklerini esirgemeyen dier hocalarma, aileme ve arkadalarma teekkr ederim.

iii

ZET Bu almada, toz metalurjisi ile retilen paralarn mekanik analizleri incelenmitir. Sinterlemenin toz metalurjisi iin nemi vurgulanmtr. Ayrca, scak izostatik pres konstrksiyonu ele alnm ve zellikleri ekillerle anlatlmtr. Yaplan scak izostatik presleme deneyi sonular incelenerek, toz metalin ayn scaklk ama farkl basnlar altnda yapsal verileri karlatrld ve bulunan sonular neticesinde uygun basn iin karar verildi Anahtar kelimeler: Sinterleme, toz metalurjisi, scak izostatik presleme

iv

ABSTRACT In this study mechanical analyses studied of the materials which is produced with Powder Metalurgy. Consequences of the Sintering for Powder Metalurgy is specified. Also, Hot Isostatic Pressing construction is studied and its properties are specified. Hot Isostatic Pressing tests are researched and the Powder metal under same temperature and the different pressures structural informations are compared and the results which is found with decided appropriate pressure. Keywords: Sintering, Powder Metalurgy, Hot isostatic pressing.

v

NDEKLER 1.GR.......................................................................................................................................1 2. TOZ METALURJS............................................................................................................3 2.1. Toz Metalurjisi Ynteminin Temel Basamaklar................................................................4 2.2. Toz Hazrlama Ve Toz retim Teknikleri...........................................................................5 2.2.1. Mekanik Yntemler...........................................................................................................8 2.2.1.1. Talal retim.................................................................................................................8 2.2.1.2. tme...........................................................................................................................9 2.2.1.3. Mekanik alamlama.....................................................................................................10 3.MEKANK ALAIMLAMA..............................................................................................11 3.1. MA/ Ekipman ve lem Parametreleri.............................................................................12 3.1.1. MA/ ileminde kullanlan hammadde ve boyutlar.....................................................13 3.1.2.tc deirmenin tipi...................................................................................................13 3.1.2.1. Atritr deirmeni..........................................................................................................14 3.1.3. tc kap.....................................................................................................................15 3.1.4. tme hz.....................................................................................................................16 3.1.5. tme zaman................................................................................................................17 3.1.6. tc kollar.................................................................................................................17 3.1.7. M.A ileminde kullanlan bilyalar..................................................................................18

vi

3.1.8. Toz-bilya oran................................................................................................................18 3.1.9. Kabn doluluk oran.........................................................................................................18 3.1.10. Deirmenin atmosferi....................................................................................................19 3.1.11. Scakln Etkisi............................................................................................................19 3.1.12. Tozlarn Karakterizasyonu............................................................................................19 4. MEKANK ALAIMLAMA/TME DERMEN TASARIMI MALATI.......21 4.1. Elektroliz.............................................................................................................................24 4.2. Kimyasal ndirgeme...........................................................................................................25 4.3. Atomizasyon.......................................................................................................................25 4.4. Dier retim Yntemleri...................................................................................................26 4.5. Demir Tozu retimi...........................................................................................................27 4.6. Toz zellikleri....................................................................................................................28 5. T/M PARALARIN RETM........................................................................................31 5.1. Kartrma...........................................................................................................................31 6. TOZLARIN PRESLENMES............................................................................................35 6.1. Enjeksiyon kalplama.........................................................................................................38 6.2. Preslemede Grlen Olaylar.............................................................................................39 6.3. Scakta Presleme.................................................................................................................42 6.4. Scakta Preslenen Cisimlerin zellikleri...........................................................................42 6.4.1. zostatik presleme sonular............................................................................................44

vii

6.4.2.Scak izostatik pres konstrksiyonu.................................................................................45 6.4.3.Frnlar..............................................................................................................................46 6.4.4.Vakumlama.......................................................................................................................47 6.4.5.Kompresrler....................................................................................................................48 6.4.6.Temel kontrol nitesi........................................................................................................49 7. SNTERLEME....................................................................................................................51 7.1. nfiltrasyon..........................................................................................................................52 7.2. Ya Emdirme......................................................................................................................52 7.3. Boyutlandrma....................................................................................................................53 7.4. kinci Presleme...................................................................................................................53 7.5. Buharlama lemi................................................................................................................53 7.6. Talal malat......................................................................................................................54 7.7. apak Alma........................................................................................................................54 7.8. Birletirme..........................................................................................................................54 7.9. Isl lem.............................................................................................................................55 7.10. Yzey Kaplama................................................................................................................55 8. T/M PARALARIN ZELLKLER..............................................................................57 9. SICAK ZOSTATK PRESLEME DENEY...................................................................60 9.1. Giri....................................................................................................................................60 9.2. Materyal ve Metod.............................................................................................................62

viii

9.3. Deney almalar..............................................................................................................63 9.4. Sonular..............................................................................................................................67

ix

EKLLER LSTES ekil 2.1. Toz metal paralarn retim aamalar [1] 5 ekil 2.2.Bakr ve Demir esasl T/M paralar7 ekil 2.3.T/M paralarn Pazar paylar ekil 2.5.tme usul ile retim ekli ekil 3.1 Atritr deirmeni ekil 3.2.tc kap16 ekil 4.1. Mekanik alamlama nitesi tasarmnn boyutlu ematik gsterimi ekil 4.3. Elektroliz 24 26 21 ekil 4.2. Alamlama yaplan ksm (bilya, soutucu tank, kartrc kol, kazan) 23 ekil 4.4. Dey gaz atomizasyon nitesi ekil 4.5. Dier retim Yntemleri 27 ekil 4.6. ndirgenmi Snger demir tozu 29 ekil 4.7. Atomize demir tozu ekil 5.2. Kartrma aamalar 29 33 ekil 5.1. Toz metalurjisi aamalar 32 ekil 6.1. Tek stampa hareketi ile presleme sonucu 35 ekil 6.2. oul stampa hareketi ile presleme ekli 36 ekil 6.3.Presleme basamaklar ekil 6.5. Scak presleme 45 46 43 ekil 6.4. Scak pres konstrksiyonu emas 44 ekil 6.6. Scak presleme frnlar 14 8 10 ekil 2.4. Bir otomobil ierisindeki T/M paralarn dalm 8

ekil 6.7. 2 psi basn ve 2200 C dereceye kadar hassas lm gerektiren yerlerde kullanlabilen vakum nitesi 46 ekil 6.8. Vakumlama tanknn presleme esnasndaki gsterimi ekil 6.9. scak presleme sonucu malzemeler 47 ekil 6.10. Scak pres kompresr AIP 12-30 H ekil 7.1. sinterleme 50 ekil 7.2. infiltrasyon ve ya emdirme 51 48 49 ekil 6.11. Temel kontrol nitesi pano ve bilgisayarlar 47

x

ekil 7.3. Boyutlandrma ve ikinci presleme 52 ekil 7.4. buharlama yaplm metal ve talalama ilemi ekil 7.5. metale uygulanan baz ilemler 54 56 ekil 8.1. baz metallerin akma mukavemetleri 53

ekil 9.1. 1-Uygulanan Yk, 2-Argon k, 3-Istc Direnler, 4-Argon Girii 5-Numuneler, 6-Termokupol 60 ekil 9.2. Bindirme-Kayma Testi Aparatnn ematik Gsterimi ekil 9.3. 575 Cde 20 dkda 50 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar ekil 9.4. 575 Cde 20 dkda 100 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar ekil 9.5. 575 Cde 20 dkda 150 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar

1.GRi Baz metal alamlarnn ekillerinin elde edilmesi zor olmakta birlikte teknolojinin verdii imkanlar baz araylar ierisine sokmutur. Dk ergime scaklna sahip bir malzeme ile yksek ergime scaklna sahip dier bir malzemeyi geleneksel tekniklerle alamlamak zordur. Byle iki metal sv durumda zelti oluturmasna ramen daha dk ergime noktasna sahip olduunda metal souma ve katlama ynnde ayrlr. Metallerin birletirilmesindeki klasik alamlama snrllklarnn nne geen yeni tekniklerin gelitirilmesine neden olmutur. Bu tekniklerden bir tanesi de Mekanik Alamlama (MA) dr. Bu yntemle, metal ve metal oksitlerinin doru alamlanmasyla dier bilinen klasik metalurjik yntemlerle retilmesi zor ve imkansz olan alam elde edilmesi mmkn olmutur. Bunlarn yan sra toz karmlar tanmlanrken mekanik olarak aktif hale gelmi kimyasal reaksiyonlarn teviki, yani oda scaklnda mekanokimya reaksiyonlar veya saf metallerin, nanokompozitlerin ve eitli malzemelerin retimi normalde istenilen scaklklarn ok daha altnda yaplabilir. T/Mnin uygulamalar olduka genitir. Tungsten lamba filamentleri, diilik, dili arklar, yalamasz yataklar, elektrik kontaklar, nkleer g yakt elemanlar, ortopedik gereler, ofis makinalar paralar, yksek scaklk filtreleri, uak fren balatalar, ak elemanlar ve jet motor paralar metal tozlarndan retilen paralara rnek olarak verilebilir. Ayrca, metal tozlar boyalar, gzenekli betonlar, baslm devre levhalar, zenginletirilmi un, patlayclar, kaynak elektrodlar, roket yaktlar, bask mrekkepleri, lehimleme aletleri ve katalizrlerin retilmesinde de kullanlmaktadr. T/M paralarn dnya genelindeki pazar pay aadaki

2

grafikte verilmitir. Bu pazarn %75i otomotiv endstrisi tarafndan kullanlmaktadr. Avrupa yapm arabalar 7 kg, Japon yapm arabalar ise 5 kg T/M paraya sahip olduu halde, Amerikan arabalar 16 kgdan daha fazla T/M para iermektedir.

2. TOZ METALURJS Toz Metalurjisi (T/M) teknolojisi, metal tozlarnn retimi, tozlarn kartrlmas, kalpta preslenerek ekillendirilmesi, sinterlenmesi ve eitli sinter sonras ilemlerini ierir. Metal ileme teknikleri iinde en farkl retim yntemi olan T/M metal tozu ve ondan ktlesel gereler ve ekillendirilmi paralar retme teknolojisi ve sanatdr. Trk Standartlar Enstits toz metalurjisini metalurjinin metalik toz veya bu tozlarn ekillendirilip sinterlenmesiyle ilgili blm olarak tanmlamaktadr. Toz metalurjisi, metal ve metal alam tozlarn ergitmeden, basn ve scaklk yardmyla, dayankl cisimler haline getirme tekniidir[1]. Sinterleme denilen sl ilem, ergitmenin yerini tutmakta ve kullanlan metal tozunun ergime noktasnn altndaki bir scaklkta yaplmaktadr. Kullanlan toz bir karm ise, sinterleme ilemi bu tozlardan en yksek ergime scaklna sahip olan tozun ergime scaklnn altnda yaplr. Presleme ilemi, oda scaklnda, bazen de daha yksek scaklklarda yaplr. Fakat oda scaklndan yksek scaklklarda presleme ilemi, kalp malzemesinin presleme scaklndaki mukavemet deerleri ile snrlanmtr. Sinterleme ile elde edilen paralara bazen son ekillerini vermek iin son bir ilem uygulanabildii gibi, buna lzum kalmayabilmektedir. Toz metalurjisinin hangi aamasyla ilgili olunursa olunsun, balang aamasnn tozun retilmesi olduu unutulmamaldr. Bu noktada toz kavram zerinde durmak yararl olacaktr. Toz metalurjisinde, 200 m altnda boyuta sahip olan tozlar kullanlr. Seramikler ve polimerler gibi dier fazlarla birletirilmi ou rnee ramen, tozlar birok durumda

4

metaliktir. Bir tozun en nemli zellii, onun yzey alannn hacmine orannn greceli olarak yksek olmasdr. Tozlar kat ve sv aras, ortada bir davran sergiler. rnein tozlar, yer ekimi altnda kaplar veya boluklar doldurabilecek ekilde akcla sahiptirler. Bu anlamda tozlar sv gibi davranrlar. Ayn zamanda tozlar bir gaz gibi sktrlabilirler. Fakat metal tozlarnn sktrlmas, bir metalin sktrlmas gibi tersinmezdir. Metal tozlar sktrlarak, bir katdan beklenen zelliklere sahip olacak ekilde yeni bir malzemeye dntrlebilir. Metal tozlarnn ekillendirilmesi ile seramiklerin ekillendirilmesi arasndaki en byk fark, metal tozlarndan retilmi piirilmi paralarn kuvvet altnda kolayca ekil deitirebilmeleridir[4].

2.1. Toz Metalurjisi Ynteminin Temel Basamaklar Gerekli boyut, ekil ve paketleme zelliklerine sahip metal tozunu gl, mkemmel ve yksek performansl bir ekle dntren toz metalurjisinde temel basamaklar, toza ekil verilmesi veya sktrma ilemi ve sinterleme yolu ile tozlarn sl birletirilmitir. Ancak T/M paralarnn retiminde genel olarak be aama mevcuttur; 1. Toz hazrlama 2. Presleme 3. Sinterleme 4. Ya emdirme ve kalibrasyon (gerekirse) 5. Tam younluk ilemleri

5

ekil 2.1. Toz metal paralarn retim aamalar [1] ekil 2.1de de grld gibi, sktrma ilemi bir kalp ierisinde yaplr ve oluturulan ekil, piirilerek (sinterleme) gerekli mukavemete kavuturulur. Bylece bu uygulama, bir tozun eklini, zelliklerini ve yapsn bitmi bir rne dntrr. Ayrca, mukavemet ve sertlii artrmak iin su verme ve temperleme ile rndeki keskin kenarlarn yuvarlatlmas gibi ilemler, dier rn bitirme operasyonlardr.[4]

2.2. Toz Hazrlama Ve Toz retim Teknikleri Toz metallurjisinde kullanlan malzemeler, madenler, alamlar, madensel tozlarn karmlardr. Bu tozlarn hazrlanmasnda sanayide bir ok metotlar vardr. Bunlar, mekanik ve fiziko-kimyasal olarak iki ksma ayrlr. Bu tozlar arasnda tane bykl, tane ekli ve

6

granlometrik intizam bakmndan nemli farklar vardr. Metal tozlarnn imalinde kullanlan teknikler, tozlarn birok zelliklerini tayin eder. Bu yzden genellikle tozlardan bahsedilirken karakter ve zelliklerine ait deneysel deerler vermek yerine imal yntemlerine deinilir. Mevcut toz imal yntemlerinin herbiri belli bir uygulama alan iin uygun malzeme retiminde kullanlr. Farkl imal yntemleri ile hazrlanm olan tozlar ayn tipteki bir parann imalinde edeer olarak kullanlabilmektedir. Elektrolitik ve indirgenmi bakr tozlarnn bronz yataklarn retiminde kullanlmas buna rnek olarak verilebilir. Fakat bu gibi hallere olduka az rastlanr. Genellikle her uygulamada belirli bir metotla elde edilen belirli zellikteki tozlara ihtiya vardr. Bundan dolay bir metal tozu imalats, onu ileyerek bitmi mamul haline getiren endstri kolu ile birlikte alr. Baz uygulamalar iin zel tozlarn gelitirilmesine gerek duyulmutur. stenilen zelliklerde retilen tozlar hassas terazilerde tartlarak direk presleme ilemine geilebilir. Yada istenilen oranlarda toz, kartrma deirmenlerinde kartrlarak karm tozlar presleme ilemine hazr hale getirilir. Metal tozlarnn kaliteleri retim tekniklerine baldr. Malzemelerin ou, zelliklerine uygun bir teknik kullanlarak toz haline getirilebilir. Ayrca bu malzemeden, kendisi iin uygun olan farkl teknikler kullanlarak, deiik geometri ve zelliklerde tozlar elde edilebilir. retim tekniinin ekonomiklii en nemli tercih kriteridir. Bir ok toz retim teknii arasndan, ticari olarak u teknikler kullanlmaktadr. 1. Mekanik yntemler, 2. Kimyasal yntemler, 3. Elektroliz yntemi, 4. Atomizasyon yntemleri.

7

ekil 2.2.Bakr ve Demir esasl T/M paralar

8

2.2.1. Mekanik Yntemler Mekanik yntemler talal retim, tme ve mekanik alamlama olmak zere grupta incelenebilir.

ekil 2.3.T/M paralarn Pazar paylar

ekil 2.4. Bir otomobil ierisindeki T/M paralarn dalm 2.2.1.1. Talal retim Bu yntemle daha ok iri ve karmak tozlar retilir. Bu yntemde oksitlenme, yalanma, kir tutma ve dier malzeme hurdalar ile kararak kirlenme problemleri olabilir. karbonlu elik tozlar ile amalgam ierisindeki metal tozlar bu yntemle retilir. Yksek

9

2.2.1.2. tme Bu mekanik yntemle toz retimi, bir darbeli tc ierisinde metal tel, tala veya tanelerinin krlmas ile olur. Bu yntemle elde edilen metal tozlar pul eklindedir ve kullanlmadan nce tavlanarak gerginlii giderilmelidir. Buradaki temel mekanizma, paralanacak malzeme ile sert bir cisim arasnda bir darbe meydana gelmesini salamaktr. Krlgan malzeme tozlarnn (manganez, krom, antimuan, bizmut gibi) retiminin yapld bu yntemde, malzemenin cinsine gre sert porselenden veya sert alamla kapl elik tclerden faydalanlr. ri taneli tlecek malzeme tcnn iinde byk apl, sert ve anmaya kar dayankl bilyalar ile birlikte dndrlerek darbe etkisiyle ufalanr. tcnn dnme hz kritiktir. ok fazla bir hz malzemenin ve bilyalarn tc duvarlarna yapmasna ve dolaysyla malzeme ve bilyalar arasndaki bal hareketin azalmasna sebep olur. Dier taraftan ok dk bir hz ise tcnn alt ksmnda yeterli olmayan bir hareket meydana getirir. deal dnme hz bilyalarn ve malzemenin tcnn en st ksmna kadar ykselerek, geriye kalan malzemenin zerine dmesini salar. Bilyalardan ve tcnn eperlerinden gelen kirlenme veya buharlama bu tekniin bir dezavantajdr. tclerin titreimli alanlar da bulunmaktadr. Titreimli tcler, dner tiplere nazaran ok daha ksa zamanda, edeer bir tme saladklarndan daha verimlidirler. Eer tlen malzeme gevrek ise, bilyalarla arpmann etkisiyle ok kk tozlara blnr. tlen malzeme snek paracklardan oluuyor ise, arpma sonucunda ekil deitirerek yasslarlar ve ancak ar i sertlemesi sonucunda gevrekleerek daha kk toz paracklarna blnebilirler. tme ileminin su, alkol ve heptan gibi bir hidrokarbon sv iinde gerekletirilmesi tme sresini ksaltmasnn yannda daha ince tozlar retilmesini de salar[2]. Homojen bir karm iin kaba konulacak bilyalarn ve tlecek malzeme miktar ok nemlidir. Bilyalarn hacmi kap hacminin yaklak yars ve tlecek malzeme miktar kap hacminin yaklak % 25i orannda olmaldr

10

ekil 2.5.tme usul ile retim ekli 2.2.1.3. Mekanik alamlama Mekanik alamlama (MA), genellikle homojen dalma sahip, kontroll ve olduka ince tozlardan oluan ounlukla bir kat hal reaksiyonu eklinde gerekleen kuru ve yksek enerjili tme ilemidir.Mekanik alamlama yntemini daha detayl olarak inceleyelim.

3.MEKANK ALAIMLAMA Mekanik alamlama (MA) sl veya kimyasal ilemlere bavurmakszn metallerin alamlanmas ilemidir. MA ilemi srasnda tozun ortalama boyutu, boyutsal dalm, ekli ve dier yapsal zellikleri ilem srasnda kontrol edilir. Genellikle zerinde durulan temel parametreler; hammadde, tme tr, bilya-toz oran, tme hz, tme zaman, tme atmosferi, deirmen scakl gibi etkilerdir. Homojen bileimli tozlarn tlmesi genellikle saf metal, metalleraras bileikler veya alamlanm tozlar gibi malzemeler iin homojenizasyona ihtiya duyulmadndan tme terimi kullanlmaktadr. Bir amorf faz veya metalleraras bileik karm retmek iin, metalleraras bileik malzemeleri uzun sreli deforme etme ilemi mekanik kartrma olarak adlandrlr. Mekanik tmenin yada mekanik kartrmann mekanik alamlamaya gre avantaj ise mekanik olarak ihtiya duyulan dier dnmlere veya sadece partikl boyutundaki azalma, alamlamada ihtiya duyulan ilem sresinin ksa oluudur MA yntemi, farkl malzeme tozlarnn bir araya getirilerek alam tozu retiminde kullanlr. aft kollar ve bilyalar yardm ile tozlar deforme edilir ve bu tozlarda krlma ve souk kaynaklamalar oluur. MA yntemi, kartrma esnasnda kuru ve kat haldeki tozlarn birbirlerine periyodik olarak kaynaklanmasn ve tekrar bu kaynaklarn krlmasn salayarak daha ince ve daha homojen bir mikroyap elde edilmesini salayarak, dayanm yksek olan kompozit malzemelerin retilmesinde kullanlr. MA ilemi ile yakn ortam scaklklarnda ok homojen tozlar retilebilir. MA ynteminde

12

bir tozun ortalama boyutu, boyut dalm, ekli ve dier nitelikleri ilem srasnda kontrol edilebilir. MA ilemi dorudan kimyasal sentez yoluyla veya homojen bir dalm (kartrma) olmayan ingot metalurjisi yoluyla veya ok aktif elementlerinin alamlarnn retimi iin bir avantaj salamaktadr. MA ile elde edilen ok ince tane mikroyaplar sebebiyle olaand zellikler ve bunlarn tipik sonular retilebilir olduu grlmtr. tme sresince srtnmenin etkisiyle scaklk artndan dolay ar derecede oksitlenme meydana gelebilir. Oksitlenmeyi nlemek iin tcde organik svlar (alkol veya stearat) ve koruyucu asal atmosferler kullanlmaldr. MA ile retilen malzemelerin dier retim teknikleri ile retilen malzemelere gre stnlklerini ise yle zetleyebiliriz; normal retim teknikleri (dkm, ergitme) ile retilmesi zor olan paralarn retilebilmesi, sper korozyon direnli alamlar retilebilmesi, olduka farkl ergitme noktalarna sahip malzemelerden metalleraras bileikler oluturulabilmesi, MA ile retilen tozlarn yapsnda tamamen homojenlik elde edilmesi, karmak ekil, hassas toleranslar dahilinde para ve ergitme derecesine yakn scaklklarda alabilen malzemeler retilebilmesi bu yntemin avantajlar olarak zetlenebilir [4]. MA ileminin avantajlarnn yan sra yksek maliyet, an uzun kartrma sresi ve zellikle oksijen ieren yabanc maddeler balca problemler olarak sylenebilir. Burada yabanc madde problemini asal atmosfer kullanarak ve dier takm malzemelerini dikkatlice seerek veya kartrcy tlecek ayn malzeme ile kaplamayla giderilebilir. Uzun kartrma sresi maalesef btn kartrmalarn bir karakteristik zelliidir. Tipik bilyal kartrmalarda her arj (kartrlan toz miktar) iin 10-50 saattir. Baz durumlarda kartrma sresi birka yz saatten fazla olabilir. MA ile retilen malzemelerin kullanm zellikleri gz nne alndnda maliyetinin de dier alamlara nazaran ok yksek olmad grlmektedir[3].

3.1. MA/ Ekipman ve lem Parametreleri - Kullanlan tozun hammaddesi ve boyutlar

13

- tcnn deirmenin tipi - tc kap - tme hz - tme zaman - tc kollar - tc bilyalar - Toz-bilya oran - Kabn doluluk oran, - Deirmenin atmosferi - Deirmenin scakl

3.1.1. MA/ ileminde kullanlan hammadde ve boyutlar Mekanik alamlama iin kullanlan balang malzemeleri 1-200 m llerinde ok miktarda bulunan ticari saf tozlardr. Fakat, tme bilyasnn llerinden kk olmak kaydyla parack toz boyutu ok kritik deildir. nk parack toz boyutu zamanla stel olarak azalr ve sadece birka dakika tmeden sonra birka mikron boyutuna der. Balang tozlar saf metaller, esas alamlar, n alamlanm tozlar ve refrakter bileikler grubuna ayrlr. Mekanik alamlamann ilk zamanlarnda, deirmene doldurulan tozlarn en azndan hacimce %15i tutucu olarak grev yapmas iin sktrlarak deforme edilebilir snek metal tozlardan olumaktayd. Bununla birlikte, son yllarda, baarl bir ekilde alam, oluturan tamamen krlgan malzemelerin karmnn tlmesi gerekletirilmitir.

3.1.2.tc deirmenin tipi

14

MA ileminde; tane boyutunu azaltma, kartrma veya harmanlama ve tane eklinin deimesi gibi aamalar tme ileminin nemli aamalardr. Bu aamalarda kullanlan tclerin cinsi de ok nemlidir. MA ileminde ok eitli tcler (deirmenler) kullanlmaktadr. MA ileminde, ilem hz, tmenin deiik scaklklarda kontrol yetenekleri, tozun krlma zamannn en aza indirgeme, tozun tipi, tozun nicelii, istenilen en son oluum gibi zellikler deirmenin tipine baldr. MA ilemi iin genellikle titreimli, yatay bilyal ve atritr tipi tcler kullanlmaktadr

3.1.2.1. Atritr deirmeni Atritr deirmeni grnm olarak talal retim tezgahlarndan olan matkap tezgahna ok benzemektedir.Zaten metal tozlarn alma sistemi matkabn alma sistemiyle ayndr.Elektrik vazifesi yapar.Metal tozlarn kartrarak motorundan ald gc kay kasnak sistemiyle bir mil sayesinde tc kap ierisindeki kartrarak alamlama alamlama vazifesi yapar.

ekil 3.1 Atritr deirmeni Kap ierisine alamlanmak iin konan tozlar da; kartrc kollar, kartrc mil, bilyalar arasnda ve bilya-kap arasndaki darbelerin etkisinden dolay bilyalarn kartrc kollardan arj ettii enerji neticesinde toz boyutlar klr ve alamlama ilemi gerekleir. MA ileminde kullanlan atritrlerin tipik zellikleri ise unlardr.

15

Farkl devir saylar iin hz deitirme srcs Kolay deitirilebilir tank ve tanka uygun kollar Tank yksekliini ayarlama mekanizmas Soutma tank Su balantsn kesme tertibat Gaz giri-k tertibat.

3.1.3. tc kap tc kap iin kullanlan malzeme nemlidir; nk tme kazannn i duvarlarna arpmasndan dolay bir ksm malzeme kopup tozun ierisine kararak tozu kirletebilir veya kimyasn deitirebilir. Eer tme haznesinin malzemesi tozun malzemesinden farkl ise toz hazne malzemesiyle kirlenebilir. Dier taraftan, eer iki malzeme ayn ise, tozun kimyas toz iine karacak ek elementi hesaba katacak doru nlemler alnmadka deiir. Sertletirilmi elik, takm elii, sertletirilmi kromlu elik, temperlenmi elik, paslanmaz elik, tme haznesi yapmnda en ok kullanlan malzeme trleridir [4].

16

ekil 3.2.tc kap 3.1.4. tme hz Deirmen daha hzl dndke toza verilen enerjinin daha ok olacan anlamak kolaydr. Fakat, deirmen tasarmna bal olarak kullanlabilecek maksimum hza belirli snrlamalar vardr. rnein, geleneksel bilya deirmenlerde artan dnme hz bilyalarn hareket ettii hz artrr. Kritik hzn zerinde, bilyalar haznenin i duvarlarna yapr ve darbe kuvveti oluturmak iin aa dmezler. Bu yzden, maksimum hz kritik hzdan biraz az olmaldr ki bilyalar maksimum arpma enerjisi oluturmak iin maksimum ykseklikten aaya dsnler[1]. Maksimum hza dier bir snrlama da yksek hzlarda (veya tme younluklarnda) haznenin scaklnn yksek deerlere ulamasdr. Baz durumlarda, rnein tozun homojenletirilmesini ve alamlanmasn iyiletirmek iin difzyonun gerektii yerlerde, bu faydal olabilir. Fakat baz durumlarda,scaklktaki bu art dnm ilemini hzlandrd

17

iin ve ar doymu kat zeltilerin veya tme esnasnda oluan yar kararl fazlarn ayrmasna sebep olduu iin zararl olabilir.Ayrca, oluan yksek scaklk tozu da kirletebilir.

3.1.5. tme zaman tme zaman en nemli parametredir. Normalde zaman toz paracklar arasnda krlma ve souk kaynaklanma sabit durumunu yakalayacak ekilde seilir. Gerekli zaman kullanlan deirmen tipine, tme younluuna, bilya toz oranna ve tme scaklna bal olarak deiir. Bu zamanlar yukardaki parametrelerin her bir kombinasyonu iin ve zel toz sistemi iin belirlenmelidir. Fakat toz gereinden fazla tlrse kirlenmenin artaca ve ban istenmeyen fazlarn oluaca bilinmelidir. Bu yzden tozun sadece gerekli miktarda tlmesi ve gereinden fazla srede tlmemesi istenir. Belli bir tme zamanndan sonra, ortalama parack boyutunu artran kaynaklanma hz ile birlikte artmaktadr. Yeterli deformasyon sertliine ulaan tozlar krlma eilimine gireceklerdir. Dolaysyla ortalama tane boyutu da buna paralel olarak azalacaktr[7]

3.1.6. tc kollar Sertletirilmi elik, takm elikleri, sertletirilmi kromlu elik, temperlenmi elik, paslanmaz elik tc kollar iin en nemli malzeme tipleri olarak kullanlr. tc kollarn seimini yaparken alamlanacak olan malzemenin cinsinden yada ona yakn bir malzemeden semek gerekir. Burada da tc tanktaki gibi anma sz konusu olabilir ve anan partikller alamlanan toza kararak kirlenmeye ve tozun kimyasn deitirmeye neden olabilir [2]. tc kollarn lsnn de mekanik alamlama zerine etkisi vardr, Genellikle, tc kollarn lsnn bykl ve yksek younluunun kullanl, bilyalarn daha geni yksekliinden toz partikllerinde daha ok arpma enerjisi transfer olur.

18

3.1.7. M.A ileminde kullanlan bilyalar Sertletirilmi elik, takm elii, sertletirilmi kromlu elik, temperlenmi elik, paslanmaz elik, WC-Co ve rulman elii en ok kullanlan bilya malzemeleridir. tme malzemelerinin younluu bilyalarn toz zerine yeterli vuru kuvveti oluturmas iin yeterli byklkte olmaldr. Bilya boyutu da tme verimlilii zerinde bir etkiye sahiptir. Genelde, byk boyutlu (ve yksek younluklu) bilya faydaldr. nk bilyalarn fazla arl toz paracklarna daha fazla vurma enerjisi iletirler. Yksek kromlu paslanmaz elikten olup mekanik tme/alamlama ilemini gerekletirir Sertlikleri 61-65 HRc arasnda deimekte olup 10-11,9 mm aplarnda bilyalar kullanlmtr[4].

3.1.8. Toz-bilya oran Bilyalarn arlnn toza oran, bazen doldurma oran olarak da isimlendirilir, tme ileminde nemli bir deikendir. Toz bilya oran tlen tozda belli bir faz elde etmek iin gerekli zaman zerinde nemli bir etkiye sahiptir. Bilya-toz oran ne kadar yksek olursa gerekli zaman da o kadar ksa olur. Yksek enerjiden dolay daha ok snn retilecei ve bunun tozun ieriini deitirmesi de mmkndr. Oluan amorf faz scaklk art yeterli ise kristalletirilebilir [8]. Yksek bilya-toz orannda, bilyalarn arlk oranndaki arttan dolay, birim zamandaki arpma says artar ve sonu olarak toz paracklara daha ok enerji iletilir ve bu yzden alamlama daha hzl olur.Genelde kabn ierisine konulan toz bilya oran 3/1 i toz 3/1i bilya geri kalan ksm ise bo braklmaldr.

3.1.9. Kabn doluluk oran Haznenin toz ve bilyalarla doldurulma miktar nemlidir. Bilyalarn ve tozun miktar ok az ise, retim hz ok yava olur. Dier taraftan, miktar fazla ise bilyalarn etrafta dolamas

19

iin yeterli yer yoktur ve bu yzden vurma enerjisi azdr. Dolaysyla, haznenin fazla doldurulmamas iin nlem alnmaldr; genelde yaklak haznenin % 50si bo braklmaldr.

3.1.10. Deirmenin atmosferi tme atmosferi esas olarak tozun kirlenmesine etki eder. Bu yzden, iinde tozlar tlen kazann ya havas boaltlmaldr ya da argon ve helyum gibi asal gazlarla doldurulmaldr. Yksek saflktaki argon oksitlenmeyi ve/veya tozun kirlenmesini engellemek iin en yaygn kullanlan gazdr.[6]

3.1.11. Scakln Etkisi Mekanik alamlama ileminde scaklk nemli bir etkendir. MA esnasnda tozlarn maruz kald scaklk phesiz ki alamlama, ara faz oluumu, amorf yap (cam) oluumu gibi ilemler zerinde ok byk etkiye sahiptir. MA ilemi srasndaki scaklk art arpma srasnda kaynaklanma srasnda meydana gelmektedir.

3.1.12. Tozlarn Karakterizasyonu MA/ ileminden sonra elde edilen tozlarn lleri, yzey alanlar, faz ierikleri ve mikroyapsal zellikleri iin karakterize edilmelidir. Ek olarak, tavlamadan veya dier ilemlerden sonra mekanik olarak alamlanm tozlarn dnm davran da karakterize edilebilir. Prensip olarak, geleneksel tozlar karakterize etmek iin kullanlan geleneksel yntemler mekanik olarak alamlanm tozlar da karakterize etmek iin kullanlabilir. tmenin ilk aamalarnda (ve baz durumlarda son aamalarnda da) toz pul pul bir ekle sahip olabilir [8].Toz paracklarnn ounlukla topaklandn hatrlamak nemlidir ve bu yzden doru parack boyutunun belirlenmesinde buna dikkat edilmelidir. Bir toz parac birka ferdi

20

paracktan oluabilir Ayrca, tek bir parack yapk krnm alan olarak tanmlanan birka tane ierebilir.

4. MEKANK ALAIMLAMA/TME DERMEN TASARIMI MALATI Bu almada; ncelikle bir mekanik alamlama/tme deirmeni tasarlanm ve imal edilmitir.

22

ekil 4.1. Mekanik alamlama nitesi tasarmnn boyutlu ematik gsterimi Mekanik alamlama deirmenin zerindeki paralar aadaki gibi verilmi ve aklamalar yaplmtr.

Gvde Motor Kasnak Soutucu tank Alamlama kazan Tank kapa Kartrc kollar Su girii Su k Gaz girii Gaz k Bilyalar Mil

Motor: 0,5kw gcne ve 5OHzlik dnme kapasitesine sahip olan 110/220V, ift hzl, kvlcm korumal motor ald gc ve dnme hzn kasnaklara, kasnaklardan da kartrc kollara aktararak kartrma, tme ve alamlama ilemini salar.Deviri maksimum 2620 devir/dak ya ulaabilmektedir.

23

Kartrc aft ve kollar: Kazan iindeki tme bilyalarn dndrerek bilya-toz karmn veya toz-kap arpmas sonucunda tozlarn kartrlarak alamlanmasn/tlmesini salar. tc Kazan: Kapasitesi 1500 cm olup, alma kapasitesi 300-850 cmdr. Yerinden karlabilir zelliktedir, Kuru ve ya tme/alamlamaya msaittir.. Soutucu Tank: Alminyum dkmden zel tasarmla retilen soutucu tank, alamlama kazannn dnda olup su devir daimi ile tme esnasnda oluan snmay nler. Mil: Soutucu tank ve tc kazannn bal olduu ve aa yukar merkezi bir ekilde hareketi salayan paslanmaz elik paradr. Adaptr vastas ile tme kazann istenilen pozisyonda tutar. Bilyalar: Yksek kromlu paslanmaz elikten olup mekanik tme/alamlama ilemini gerekletirir Sertlikleri 61-65 HRc arasnda deimekte olup 9.5-10 mm aplarnda bilyalar kullanlmtr. Deirmenin genel fotoraf, ekil 3.6da de alamlamann yapld ksmnn (bilya, kartrc kol, kazan ve soutucu tank) fotoraf gsterilmektedir[5].

24

ekil 4.2. Alamlama yaplan ksm (bilya, soutucu tank, kartrc kol, kazan) Mekanik alamlama ileminde kullanlan bilyalarn malzemesi ,ap,ekli alamlama ileminde byk bir neme sahiptir.Bilya malzemesinin zellikleri deirmen iinde yaplacak alamlamay ok byk derecede etkilemektedir. Mekanik alamlama ileminin avantajlarnn yan sra yksek maliyet, an uzun kartrma sresi ve zellikle katlan gazlarn veya baz maddelerin birbirleriyle uyumsuzluklar dezavantajlar olarak zetlenebilir.

4.1. Elektroliz Elektrolitin kimyasal bileimi ve mukavemeti, scaklk, akm younluu gibi artlar uygunca seerek, bir ok metal snger veya toz durumunda katot uzerinde biriktirilebilir. Daha sonraki ilemler olarak, ykama, kurutma, indirgeme, tavlama ve tme gerekli olabilir. Bu yntemle retilen metallerin banda bakr gelir, ayn zamanda krom ve magnezyum da bu yntemle retilebilir. Elektrolitik tozlar ok saftrlar.

25

ekil 4.3. Elektroliz 4.2. Kimyasal ndirgeme Demir tozlarnn retiminde bu metod ok kullanlmaktadr. Bu yntemde seilen cevher tlr, kokla kartrlr, karm indirgemenin olutuu srekli frndan geirilir ve kek eklinde snger demir elde edilir. Snger demir daha sonra tlr, metalik olmayan malzemelerden ayrlr ve elenir. Tozlarn safl ham malzemelere baldr. Dzensiz sngerimsi tanecikler yumuaktr ve kolayca preslenebilir ve bylece ham mukavemeti iyi olan rnler oluur. Benzeri ekilde refrakter metaller de oksitlerinin hidrojenle indirgenmesiyle retilirler.

4.3. Atomizasyon Bu ilemde ergimi metal kk damlacklara paralanr ve damlacklar birbirleri ile veya kat yzeyle temasa gemeden hzlca soutulur. Ana fikir, ergimi metali yksek enerjili gaz veya sv arpmasna maruz brakarak sv metali daha kk paralara ayrmaktr. Hava, azot ve argon en ok kullanlan gazlardr. Su ise svlar iinde en ok kullanlandr. Nozulun tasarm ve geometrisi, atomize eden akkann basnc ve hacmi, sv metalin ak ap gibi bir ok parametreyi deitirerek toz boyutu dalmn kontrol etmek mmkndr. Tanecik ekli ise katlama hz ile belirlenir, dk soutma kapasiteli gazlar icin kresel ekilden yksek soutma kapasiteli su iin karmak ekle dnr. Genelde bu toz retim metodu

26

ergitilebilen tm malzemeler iin uygulanabilir ve ticari olarak demir, takm elikleri, alaml elikler, bakr, pirin, bronz, aluminyum, kalay, kurun, inko ve kadmiyum tozlarnn retilmesinde kullanlr. Krom ieren alamlar gibi kolayca oksitlenen metallerde atomizasyon argon gibi asal gazlar yardmyla gerekletirilir. Atomizasyon, alam oluturan tm metallerin ergimi durumda tamamen alamland iin, zellikle alamlarn toz halinde retilmesinde faydal bir yntemdir. Bylece her toz tanecii ayn kimyasal bileime sahip olur.

ekil 4.4. Dey gaz atomizasyon nitesi Ayrca, artan oranlarda uygulama alan bulan dier bir ok atomizasyon yntemleri vardr. Bunlardan en nemlisi santrifuj atomizasyonudur, ergimi metalin damlacklar yksek hzda dnen bir diskten frlatlrlar. ki eit santrifuj atomizasyonu vardr. Bunlardan birinde, bir kap iindeki ergiyik metal, ergiyik metalin damlacklara ayrlmas iin, uygun bir hzda dey eksen etrafnda dndrlr veya bir metal demeti dnen bir disk veya koni zerine aktlr. Dierinde ise, bir metal ubuk yksek hzda dndrlr ve serbest uta elektron n veya plazma ark vb. ile ergitilir. Bu ikinci tip ilem, Dner Elektrot Atomizasyonu olarak bilinir ve ubuk dey veya yatay eksende dndrlebilir. Bu uygulamann nemli bir stnl, atmosfer kontroll bir ortamda, hatta vakumda bile allabilmesi, bylece ok reaktif olan metallere ait temiz tozlar retmesidir.

4.4. Dier retim Yntemleri

27

Nikel karbonilde olduu gibi, baz durumlarda kimyasal bileiin sl ayrmas kullanlr. Karbonil ilemi ilk olarak nikeli rafine etmek iin gelitirilmitir. Bu yntemde ham metal basn altnda karbonil oluturmak iin karbon monoksit ile reaksiyona girer. Karbonil reaksiyon scaklnda gazdr ve scakln ykselmesi ve basncn azalmas ile ayrr. Ayn ilem demir iin kullanlr ve karbonil demir tozlar yksek saflk istenen durumlarda kullanlr. Yakn zamanda enjeksiyon kalplama iin ince tozlara olan talep, karbonil ileminine hz vermitir. Tipik karbonil demir tozunun boyutu 1-5 mmdir. Isl ayrma iin dier bir rnek, platin amonyum klorur tuzunun stlmas sonucu retilen sngerimsi platin tozlardr. Sherritt Gordon ileminde nikel tozlar basn altndaki nikel tuzlarnn zeltisinin hidrojen ile indirgenmesi ile retilirler.

ekil 4.5. Dier retim Yntemleri 4.5. Demir Tozu retimi T/M endustrisinde en ok kullanlan toz demir tozudur. Oksitinden indirgeyerek retme en eski demir tozu retme yntemidir. sve snger demir yntemi Hganas tarafndan svete

28

1900lu yllarda gelitirilmitir. Yntem kat halde ve 1260 Cde gerekleir. Magnetite zengin cevher tlerek kok ve kireta ile kartrlr, ve seramik tplere doldurulur. Seramik tpler frn arabalarna yklenir ve uzun frn iinden 68 saatte geerler. ema, retimin aamalarn aklamaktadr. tmeden sonraki tavlama ilemi hidrojen gaz altnda 870 Cde gerekleir. Sonu toz, snger grnmldr. Atomizasyon yntemi de demir ve zellikle elik tozu retmek iin kullanlr. Demirin atomizasyonu iin su kullanlr, ancak elik iin su veya alamn ieriine gre asal gazlar kullanlr. Su ile atomize edilmi demir ve elik tozlar yzeylerindeki oksiti indirgemek ve baslabilirliklerini gelitirmek iin 900 Cde indirgeyici gaz altnda tavlanrlar.

4.6. Toz zellikleri Sinterlenmi paralarn zellikleri toz boyutu, boyut dalm ve yzey artlar gibi toz zellikleri tarafndan etkilenir. Tozlarn grnr younluu, yani preslenmemi ve yerlememi tozlarn verilen hacminin ktlesi, nemli bir parametredir. Grnr younluk tozlardaki boluk derecesi ve toz eklinin bir fonksiyonudur. Toz seimi eitli zt toz zellikleri arasnda pazarlk yaparak gerekleir. Mesela toz eklinin karmaklamas ve gzenekliliin artmas grnr younluu drr. Grnr younluun dmesi ise presleme aamasnda hacim azalmasn artrr ve bylece souk kaynak miktarn artrr. Neticede daha yksek ham mukavemetli para elde edilmi olur. Parann sinterlenme verimi de souk kaynak miktarnn artmasndan dolay artacaktr. Belirli bir basnta elde edilen younluk, baslabilirlik de nemli bir toz zelliidir. Dk baslabilirlie sahip tozlar ok yksek basnca, yksek kapasiteli preslere ve daha dayankl kalplara ihtiya duyarlar. Kalp ierisindeki tozlarn paketlenme verimlilii toz boyut dalmna geni lde baldr. Byk tozlar arasnda oluan boluklar kk boyuttaki tozlar ile doldurulabilir.

29

ekil 4.6. ndirgenmi Snger demir tozu

ekil 4.7. Atomize demir tozu

30

Tozlarn safl da cok nemlidir. Msade edilebilecek yabanc madde seviyesi byk oranda maddelerin tamamnn yap ve durumuna baldr. Mesela, demir iinde birlemi karbon varl sertlemeye yol aar, bylece sktrma esnasnda daha yksek basnca ihtiya duyulur. Fakat serbest karbon, presleme operasyonu esnasnda yalayc olarak davrand iin bir avantajdr. Pek ok metal tozunun ince bir oksit tabakas ile kapl olmas presleme ilemine fazla etkili olmaz. nk tozlar aras srtnme ile bu tabaka kolayca yrtlr ve aa kan metal yzeyler hemen souk kaynak olurlar. Ancak bu oksitlerin sinterleme aamasnda indirgenmeleri yksek mukavemet iin arttr.

5. T/M PARALARIN RETM T/M uygulamasndaki genel ilemler ematik olarak ak emasnda gsterilmitir. Paray oluturan tozlar ve yalayclar homojen bir karm elde edilinceye kadar kartrlrlar. Karm daha sonra kalbn ierisine doldurulur ve basn altnda sktrlr, son olarak paralar sinterlenir. Kresel ve iri bronz tozlarndan filtre elemanlarnn basn kullanlmadan retimi istisnai bir durumdur. Bu ilemde tozlar uygun ekilli kalp ierisine doldurulur ve kalpla birlikte sinterlenir. Tozlar sktrmann tek eksenli presleme, haddeleme, ekstrzyon, enjeksiyon kalplama, izostatik presleme gibi bir ok metodlar vardr. Bu metodlarn seimi para geometrisine ve retim miktarna baldr.

5.1. Kartrma Metalik tozlar, yalayclar ve istee bal alam elementleri ile homojen bir karm elde etmek iin kartrlr. Karm ierisine genellikle %0.5-1.5 aras yalayc eklenir. Metalik stearit ve parafin en ok kullanlan yalayclardr. Yalayc kullanmann ana amac, toz ktleleri ile takm yzeyleri ve kalp duvarlar arasndaki srtnmeyi azaltmak, tozlarn sktrma esnasnda kaymalarn salamaktr. Bunlar parann tabanndan tavanna kadar dzgn bir younluun olumasna yardmc olur.

32

ekil 5.1. Toz metalurjisi aamalar

33

ekil 5.2. Kartrma aamalar Srtnmenin azalmas paralarn kalptan kolayca kmasn da salar. nceden alamlanm tozlara alternatif olarak alam elemanlar kartrma aamasnda da birbirine katlabilir. Bylece saf demirin yksek olan baslabilirlii korunmu ve alam elemanlarnn demiri sertletirmesi nlenmi olur. En ok kullanlan alam eleman karbondur ve grafit olarak demir tozuna katlr.

34

6. TOZLARIN PRESLENMES Toz metalrjisindeki en neli adm preslemedir. Metal tozlar, zel olarak hazrlanm elik kalp iersinde basn etkisiyle kompakt bir hale getirilir. Bu ilem iin genellikle hidrolik, mekanik ve pnmatik presler kullanlmaktadr. Preslerin uyguladklar basn deerleri 70 ila 700 MPa arasndadr ve pratikte kullanlan basn deerleri ise genellikle 145-450 MPa arasndadr. Presleri byk bir ksmnn kapasitesi 100 ton civarndadr. Son zamanlarda 200300 ton kapasiteli presler yaplmtr ve hatta 3000 tonluk bir pres imal edilmitir. Toz metalrjisi rnlerinin kesit alan maksimum 2000 mmdir. Ancak yksek kapasiteli zel preslerin kullanlmas halinde bu deer 6500 mmye kadar kabilmektedir. Uygulamalarn ounluunda, toz karm yerekimi etkisiyle kalb doldurur, fazla ksmlar alnr ve tozu sktrmak iin pres kapatlr. Toz miktar iin hacim veya arlk esasna gre bir balang ls oluturulur. Sktrma ilemi esnasnda toz partiklleri nce uygulanan kuvvet ynnde hareket ederler. Tozlar sv gibi akmaz; kalp yzeyi ile partikller arasnda srtnme neticesi bir reaksiyon kuvveti geliir. Bu kuvvet uygulanan kuvvete eit bir deere ulaana kadar skma eksenel ynde devam eder. Daha sonra partikller yatay ynde hareket ederler. Basn bir darbe eklinde uygulanrsa, maksimum younluk stampann hemen altnda meydana gelir ve stampa ile temas eden yzeyden itibaren artan mesafe ile birlikte azalr. Bu yzden rn boyunca homojen younluun salanmas amacyla basncn homojen bir ekilde transferi nadiren mmkndr. ift aksiyonlu presler daha homojen younluk elde edilmesini ve daha kaln rnlerin kalplanabilmesini salarlar. Younlatrma veya sktrma ileminde kenar duvarlarn srtnmesi anahtar bir faktr olduundan, presleme ile elde edilen younluk

36

kalplanan parann kalnl ve geniliinin bir fonksiyonudur. Homojen younluk dalmn salayabilmek iin kalnlk : genilik (t/w) oran 2den kk olmaldr. Kalnlk : genilik oran 2 den byk olan rnlerde younluk para iinde bir noktadan dier bir noktaya deiiklik gsterebilir. Yukarda da belirtildii zere rn younluu kalnln bir fonksiyonu olduundan, oklu kalnla (kalnln para iinde bir blgeden dierine deiimi) sahip paralarda ekilde gsterildii gibi tek bir stampa hareketi ile homojen younluk eldesi olanakszdr.

a-)Preslemeden nce

b-)Preslemeden sonra

ekil 6.1. Tek stampa hareketi ile presleme sonucu Farkl kalnlklara sahip paralarn retiminde bu nedenle daha kompleks pres ve metotlar kullanmak zorundadr. Aadaki ekilde iki farkl et kalnlna sahip bir parann preslenmesinde kullanlan iki metot gsterilmitir.

37

ekil 6.2. oul stampa hareketi ile presleme ekli Istampalar deiik miktarlarda hareket ettirilerek niform olarak sktrlm para retilebilir. Son derece girifit rnlerin preslenmesi iin partikller bir plastik kalba veya kaba yerletirilerek ve basnl bir gaz veya svya daldrlr. Bu yntem izostatik presleme (niform basn) olarak adlandrlr. Presleme hz son derece dktr., ancak arl yzlerce kg a varan paralar etkin bir ekilde preslenebilirler. Homojen younluk eldesinin dier bir yolu toz karmdaki ya orannn arttrlmasdr. Yalayc, tozlar ile kalp duvar arasndaki srtnmeyi azaltr ve kart srtnmenin meydana gelebilmesi iin daha fazla toz hareketini gerektirir. Ancak yalayc orannn art preslenmi rnlerin ya mukavemetini azaltarak rnlerin kalptan karlmas ve tanmalar esnasnda krlma ve dalmalara sebep olur.

38

Presleme hz dakikada 6 ile 100 para arasnda deiebilir. Presleme sonras, paralar mekanik olarak kalptan karlrlar. Partikllerin hareketi, bireysel deformasyonu ve krlma ile toz rnlerinin younluu dvme ve dkmle retilen paralarn younluunun %80 ine ulamaktadr. Presleme srasnda partikllerin yzeyindeki kntlar ve dzgnszlkler kaybolur. Kayma, dnme ve yuvarlanma hareketleriyle partikller kalp iinde daha dzenli bir ekilde dizilirler. Byk partikller arasndaki boluklar kk partikllerle doldurularak paralarn younluu arttrlr ve buna paralel olarak sertlik ve mukavemet deerleri de ykselir. Preslemede kullanlan yksek basn altnda toz partiklleri kalp duvarlarnn zamanla anmasna neden olur. Bu sebeple kalplar takm eliklerinden imal edilirler. zellikle andrc tozlarn ekillendirilmesinde ve retilecek para saysnn fazla olduu hallerde kalp malzemesi olarak karbrl malzemeler (sinter karbr) kullanlr. Kalp yzeyleri olduka parlak ve kalp yksek basnca dayanabilecek kesit kalnlklarna sahip olmaldr. Baz hallerde toz karma yalayc ilavesi yerine kalp yzeylerine sprey uygulanr. Pres basncndaki arta paralel olarak kalplanm rnlerin ya mukavemetleri artar.

6.1. Enjeksiyon kalplama Konvansiyonel metoda alternatif olarak basnl dkmde kullanlan metoda benzeyen bir enjeksiyon kalplama yntemi gelitirilmitir. Daha nceleri sadece hassas dkmle veya talal ilemle retilen kk ve karmak ekilli paralar artk gnmzde metal tozlarn termoplastik bir malzeme ile harmanlanarak takiben plastik bir forma gelene kadar stlp, basn altnda kalp boluuna enjeksiyonu ile retilebilmektedir. Kalptan karlan paralardaki balayc malzeme solvent ekstraksiyonu veya kontroll stma ile buharlatrlarak uzaklatrlmaktadr. Daha sonra uygulanan normal sinterleme sresince paralarda % 20-25 orannda hacimsel bzlme meydana gelir, younluk ideal koullarn % 95 ine kadar ykselir ve zellikler artar. Balaycnn uzaklatrlmas bu prosesin en pahal ve zaman alc yandr. Istma hz, scaklk ve yeniden balanma (balayclarn uzaklatrlmasndan sonra partikller arasnda

39

yeni bir ban teekkl) sresi dikkatlice kontrol edilmeli ve para kalnl ile uyumlu olmaldr. lem sresi et kalnl byk paralarda gne kadar uzayabilir. Yeni kefedilen ve suda znebilen metil-selloz balayc bu dezavantajlar ksmen ortadan kaldrmaktadr. Balaycdaki su stma esnasnda buharlar ve metil-selloz sinterleme srasnda yanar. Enjeksiyon kalplama veya presleme yukarda ifade edildii zere dier proseslerle eldesi g kk, kompleks ve ince et kalnlna sahip paralarn retimine olduka caziptir. Ancak kalp dizayn ve kalp imalat olduka pahal olduu iin seri ve ktlesel retimde kullanlr. Bununla birlikte nihai younluun ideal younluun % 94-98 ine ulamas ve % 0,3-0,5 mertebesindeki boyutsal toleranslarn elde edilmesi baz uygulamalar iin bu yntemi daha da cazip hale getirmektedir. Spor, di, tp malzemeleri, bro makineleri ve ev aletleri paralar, uzay ve uak, dizel ve trbin motorlar paralar gnmzde bu yntemle retilmektedir. Soukta preslemede genellikle basncn bir veya daha ok dorultuda tatbik edilmesini salayan hidrolik presler veya mekanik presler yer alr. Gnmzde ekseriyetle stte sktrc altta ise dar itici pistonlar bulunan hidrolik presler kullanlr. Otomatik mekanik presler bilhassa gzenekli bronz yataklarn ve basit makine paralarnn seri imalatnda elverilidir. Scakta presleme veya basn altnda sinterleme souk presleme ve sonra sinterlemeye nazaran daha az pratiktir. Sadece sert alamdan tel ekme haddelerinin, elmas alamlarnn imali gibi istisnai hallerde kullanlm olan bu usul, tozlarn veya zel bir ekilde stlm kmr, elik veya grafit bir matris iine yerletirilerek sktrlm paralarn sinterlenmesi esnasnda basn tatbik edilmesinden ibarettir.

6.2. Preslemede Grlen Olaylar Teorik olarak dzlemsel ve temiz iki yzeyin balangta temaslar saland taktirde, bu iki yzeyin adi scaklkta birlemeleri prensip olarak mmkndr. Metallerin yzeyinde, oksit tabakalar gibi fena tesirleri olan maddeler olmadn farz edelim. Bu durumda dahi kendini

40

ekme kuvvetleri tesirinin grlebilmesi iin yzeyler arasndaki mesafenin ok kk olmas lazmdr. Adi scaklkta ve yksek basnlar altnda, iki masif metal cismin nazari olarak dzlemsel yzeylerini atom mertebesinden temasa getirmek iin, halledilmeyecek derecede zorluklarda karlald dnlrse, metalsel bir tozun preslenmesinde yukardaki ideal durumdan ne kadar uzak bulunulduu anlalr. Bunun balca sebebi vardr: 1-Toz partikllerinin yzeyleri genellikle gayr muntazam ve ok komplekstir. Dolaysyla karlkl temas yzeyi ok kktr. 2-Tozlarn safl imalat ekline gre ok deiir; ayrca partikller havada ok molekll oksit ve gaz tabakalaryla kapldr. Bu ise ekme kuvvetlerinin tesirini engeller. 3-Ergime ile elde edilen bir metal yzeyini evreleyen atom tabakasnn yaps, iinde bulunan bir kristalin d tabakasndakinden genellikle tamamen farkldr. Ayrca taneler arasndaki birim hakiki temas alanna tekabl eden kohezyon kuvveti ve ergime ile elde edilmi bir metal kristalitlerin arasndakinden farkl ve genellikle daha kktr. Metalsel bir tozdan, basn tesiri altnda kat cisim elde edebilmek, basn yardmyla yzeysel kuvvetlerin hi olmazsa bir ksmndan faydalanmak demektir. Fakat bu gibi hallerde mekanik kuvvet ok ufaktr. Buna sebep yukarda izah edilen faktrn tamamen yok edilmemesidir. Preslemenin tesirleri yle sralanabilir: 1-Toz partikllerinin toplam temas yzeyi, karlkl yaklama sonucu artar. 2-Basn tesiri altnda, birok taneler birbirleriyle srtnr. Bu ise birok noktada oksit ve gaz tabakalarnn yzeylerinin temasn salar. 3-Toz tanelerinin karlkl sktrlmalar ok ksa sreli lokal scaklk ykselmelerine sebep olarak atomlarn temas yzeyinde yeni ve ksmi bir organizasyon salanr (atom hareketleri, scakta birleme). Soukta presleme ile elde edilmi paralarn mekanik kuvvetleri basntan baka tozun plastik zelliklerine de baldr. 30 lt/cm lik basnla, kompakt bakr younluunun %95 ila 97 sine erierek, yksek mukavemetli ubuklar elde edilebilir. Buna karlk, redkleme ile

41

elde edilmi volfram tozuna ok yksek basnlar tatbik edilse dahi teorik younluun sadece %65 ila 75 kadar elde edilebilir. Ayn zamanda bir volfram ubuun mukavemeti ok az olduundan, paralanmamas iin ok dikkatli davranmak gerekir. Snek sinterlenmi kaba volfram tozu kullanlrsa, bu volfram partikllerinin plastisiteleri daha byk olduundan, daha mukavemetli cisimler elde edilir. Presleme esnasnda iki ideal durum dnlebilir : elastik deformasyon ve plastik deformasyon. Birinci halde, yozun ideal elastikliine ilave olarak u hipotezleri yapacaz : toz mmkn olduu kadar ince ve ok muntazam, basit ekilli, parlak yzeyli partikllerden ibarettir; presleme tek taraftan, elik bir matris iinde, ortalama bir basnta yaplmaktadr ; basn yava yava artmaktadr. Bu ideal artlarn gereklemesiyle, basn kalp iinde, sv iindeki hidrostatik bir basn gibi, muntazam olarak dalr. Bylece maksimum kesafet elde edilir. ekme kuvvetleri, toz partikllerinin atomsal temasta olduklar noktalara tesir ederler. Presin hareketli pistonu civarnda younluk daha byktr. Kalbn titremesi de bir avantaj tekil eder. Partikllerin tula gibi st ste ylmalarnn iyi olmad yerlerde, bilhassa baz partikller basnc bir kubbenin talar gibi tanyorsa, bu kubbe altnda birok boluklar vardr. Younluun bu gayr muntazamln gz nne almazsak, yukarda izah edilen ideal presleme usulnde toz partiklleri hibir plastik deformasyona maruz kalmazlar. Bu ok basit limit bir hal olduundan, hibir sv faz grlmedii kabul edilirse, sonradan yaplacak stma esnasnda ortaya kacak sinterleme olaylar (billurlama gibi) da ok basit olacaktr. kinci limit hal yukardakilere zt artlarda grlr. Toz partiklleri kaba, yzeyleri gayr muntazam, kompleks ve dantelli, toz ok plastik ve basn ok yksekte, partikllerin tula gibi muntazam olarak dizilmesiyle kesafette muntazam bir art salanamaz.Elemanter partikllerin plastik deformasyonu daha nem kazanr, zira younluun artmas partikllerin birbirlerine yaklaabilmelerine baldr. Temas yzeyleri halinde gelir. Partikllerin kohezyonu, ekme kuvvetlerinin baz noktalarda deil, fakat blgelerde tesir etmesiyle ve hacimli paralarn kaba olarak tula gibi dizilmeleriyle elde edilir. Btn bunlardan, bu gibi cisimlerin yksek mekanik mukavemetlerinin sebebi anlalmaktadr. Sinterleme esnasnda grlen olaylar, bilhassa billurlama olaylar (yeniden billurlama) tabii ki daha karktr. Toz partikllerinin i kararszlklarna sebep olan faktrler de rol oynar.

42

6.3. Scakta Presleme Ergime scaklklar dk olan metal tozlarnn iyi sktrlabilme zellikleri ve yksek scaklkta sinterleme zerinde elde edilen deneysel neticeler, ergime scaklklar yksek metallerin sinterleme ve preslemesinin yksek scaklkta bir tek ilemle yaplmasn dndrmtr. Bu ileme scakta presleme ve basn altnda sinterleme denilir. Scakta presleme teknii pratikte sadece sert alamdan tel ekme haddelerinin ve sinterlenmi masif yataklarn imalinde nemli bir rol oynar. Fakat elde edilen zelliklerin daha iyi olmas sebebiyle, baka sinterlenmi maddelerin imalatnda da bu usuln kullanlmas mecburiyeti hasl olmaktadr.

6.4. Scakta Preslenen Cisimlerin zellikleri Scakta preslenen paralar normal olarak sinterlenmi paralara nazaran daha serttir. Numunelerin direkt veya endirekt olarak elektrik akmyla stlm grafit bir matris iinde, iki grafit pistonla, 80 ila 300 kg/cm basn altnda iki taraftan scak olan preslenmeleri, normal sinterlemeye nazaran ok daha ksa bir zamanda gereklendii grlmtr. Scakta presleme toz tanelerinin ok kompakt bir btn haline gelmesini ve gzeneksiz bir yap elde edilmesini salar. Matris yzeyinin scakl optik bir pirometre ile llerek ilem scakl tespit edilmitir; seilecek scaklk kullanlan basncn fonksiyonudur. Matris yzeyinde ma sebebiyle byk bir s kayb olduundan numune parann scakl 150 ila 200 kadar daha yksektir. Scakta presleme scakl ile basn arasndaki bant hakknda, uygun artlarda tespit edilmi olan u malumat verilebilir: 1350 ila 1400 arasndaki scaklklar iin basn: 105 kg/cm; 1400 den yksek scaklklar iin, basn: 70 kg/cm. Bu, scaklk tesirinin basncn yerini tutabilecei (veya tersi) manasna gelmez. Fakat, optimum zellikleri haiz sert alamlarn elde edildii scaklk ve basn deerleri arasnda bir bant olduu aikardr. Basn altnda sinterlenmi sert alamlarn sertlik, eme mukavemeti, tokluk ve kesme kapasitesi deerleri ayn malzemelerin soukta preslendikten sonra sinterlenmeleri halinde elde edilecek deerlerden genellikle daha yksektir. Presleme ve sinterleme artlarnn aynen tekrar elde edilebilmesi g olduu gibi matris malzemesinde

43

de zorluklarla karlalmas kesme aletleri iin sert alam plaketleri imalinde scakta presleme usulnn yaygn olarak kullanlmasn nlemitir. Normal yollardan imal edilmi (volfram karbr ve kobalt) sert alamlarnn Rockwell A 92, scakta preslenmi sert alamlarnki ise Rockwell A 95,6 olarak bulunmutur. Sert alamlarn grafit kalplar iinde ayn zamanda sinterlenme ve preslenmeleriyle maksimum sertlik elde edilir. Sertliin artmas u ekilde izah edilir: Scakta presleme esnasnda daha byk younluk elde edilir; dier taraftan biraz da kobalt numuneden kar (bylece dier metotlarla elde edilenlere nazaran daha az kobalt ihtiva eder). Aadaki tablo bu artlar altnda sinterlenmi demir ve bakrn mekanik mukavemetinin ne kadar iyiletiini gstermektedir. Tablo 6.1 Scakta sktrlm bakr ve demirin ekme mukavemetinin adi scaklkta sktrldktan sonra sinterlenmi olanlarnkiyle mukayesesi Adi scaklkta sktrdktan sonra sinterlenen malzemenin ekme mukavemeti (kg/mm) Cu 14,2 13,2 12,3 10,2 Fe 4,2 6,6 11,5 14,7

Scakta sktrma veya sktrma scakl (C) 610 715 810 920

Scakta sktrldktan sonra ekme mukavemeti (kg/mm) Cu 26,3 24,1 23,5 22,3 Fe 19,7 27,3 34,6 39,4

44

ekil 6.3.Presleme basamaklar 6.4.1. zostatik presleme sonular zostatik presleme ileri teknoloji malzemelerinin retilmesinde dier metotlara gre ok byk avantajlar sunan bir metottur. T/M ierisinde dier presleme teknikleriyle karlatrlmasnda bu durum ak bir ekilde grlmektedir. Bu stnlk genel olarak ksaca unlardr [4].

45

-

zostatik basndan dolay, sktrlan parann boyutu ve ekli ne olursa olsun homojen bir younluk dalm ve btn ynlerde eit gerilme vardr.

-

Kalp duvar srtnme olmad iin, sktrlm malzemelerde kalnt gerilmesi yoktur.

-

Hassas yzey kontrol mmkndr. lenmesi zor veya allm kalplarla retilmesi zor olan malzemelerden para retimi mmkndr.

-

Dier tehlikelere gre daha az malzeme kayb, iilik ve enerji bakmndan daha ekonomiktir.

6.4.2.Scak izostatik pres konstrksiyonu Scak izostatik preslemede kullanlan presler, yksek basn altnda ve yksek scaklkta alabilen frnlar,frnlarn ierisinde sinterleme veya presleme esnasnda oksitlenmeyi engelleyici koruyucu atmosfer oluturan gazlarn bulunduu tanklar, bu tanklardan gaz basmas iin gerekli kompresr, vakumlama pompas, vaporizer, s deitiricisi, basn ve scaklk kontrol iin gereken kumanda paneli, pres ve bilgisayardan oluur.

46

ekil 6.4. Scak pres konstrksiyonu emas

ekil 6.5. Scak presleme 6.4.3.Frnlar Scak pres endstrisi yksek scaklklarda alabilen frnlar iermektedir. Baz frn eitleri ise demir-krom, molibden, grafit, karbon-karbon ve platinden yaplm frnlardr. Bu frnlar vakum altnda 1750 C dereceye kadar, dk basn altnda ise 2100 C dereceye kadar alma kapasitesi bulunan karbon-karbon frnlar mevcuttur. Ayrca baz frn eitleride 2500 C dereceye kadar presleme ilemi ve 3100 C dereceye kadar da sinterleme yapabilme zelliine sahiptirler. Molibdenyum frnlar yksek scaklk dayanm sayesinde ve dk basn altnda pres yapabilme zelliine sahip olduundan dolay 1650 mm apnda yani 65 in lik aplara sahip malzemelerin presleride kolaylkla yaplabilmektedir. Baz frn eitlerinin resimleri aada verilmitir.

47

ekil 6.6. Scak presleme frnlar 6.4.4.Vakumlama Frn ierisi oksidasyonu engellemek iin vakumlanmaldr. Vakumlama ilemi argon ve nitrojen gibi koruyucu atmosfer oluturan gazlar sayesinde ierideki oksijenin dar atlmas usul ile oksidasyon engellenebilmektedir. Vakumlama scak izostatik presleme esnasnda kullanlan en nemli proseslerdendir. Bunun sebebi ise retimi yaplan parann oksidasyondan korunarak mekanik zelliklerinin bozulmasn engellemektir. Oksitlenme para zerinde hissedilebilir derecede mukavemet eksilmelerine ve bunun sonucu olarak kalite dklne sebep olmaktadr.

ekil 6.7. 2 psi basn ve 2200 C dereceye kadar hassas lm gerektiren yerlerde kullanlabilen vakum nitesi

48

ekil 6.8. Vakumlama tanknn presleme esnasndaki gsterimi Scak preslemede retilen paralar kritik basn altnda ve uygun scaklklarda gerek metal younluu ile birebir edeerlikte paralar retilir. Scak presleme ile retilen paralar genel itibar ile ilenebilirlikleri az olan metallerden oluan paralardr. Bunlara rnek olarak; seramikler, camlar, titanyum ve tungsten karbr verilebilir.

Tungsten karbr ekil 6.9. scak presleme sonucu malzemeler 6.4.5.Kompresrler

Titanyum dkm

Amerikada AIP irketinin kulland 5 BG tahrik gcne sahip olan ve 30000 psi basna kadar kabilen standart kompresr aada gsterilmitir. Pek ok scak pres nitesine

49

montaj yaplan bu kompresr genellikle evrim zamann hzlandrmak iin iftli olarak kullanlmaktadr. Kompresrn herhangi bir arzasnda ise tamiri ok kolay olmaktadr.

ekil 6.10. Scak pres kompresr AIP 12-30 H Kompresrler scak preslemede pek ok ilemde kullanlmaktadrlar. Bunlardan bazlar soutma ilemleri, koruyucu gaz giri-k kontrolleri ve nite bakm-onarm esnasnda otomatik olarak niteyi ap kapamaktr.

6.4.6.Temel kontrol nitesi Temel kontrol nitesi presleme sisteminin beyin grevini stlenen nitedir. Burada yaplan ilemlerin, tek tek zellikleri, hangi artlar altnda gerekletirildikleri, ilem sreleri, ilem tipleri ve presleme esnasnda oluan her trl aksaklk gibi olumlu veya olumsuz her trl gelime takip edilmektedir. Gelimi bir scak pres nitesinde istenilen koullar elde etmek adna temel kontrol nitesi mutlaka kullanlmaldr.

50

ekil 6.11. Temel kontrol nitesi pano ve bilgisayarlar

7. SNTERLEME Sinterleme, preslenmi paralarn mukavemet kazand bir sl ilemdir. En yaygn sinterleme scakl aral demir esasl alamlar iin 1100-1150 Cdir. Baz durumlar iin 1250 Cye kadar olan yksek sinterleme scaklklarna ihtiya duyulur. Uygulamaya bal olarak scaklktaki bekleme zaman 10 ile 60 dakika arasnda deiir. En yaygn kullanlan frn elik-tel rgl kayl frndr. elik-tel rgl kayl frnlarn scaklklar en fazla 1150 Cdir. Daha yksek scaklklar iin yryen kiri veya itmeli frnlar yaygndr.

ekil 7.1. sinterleme Eer sinterleme scakl 1150 C zerinde ise sinterleme maliyetleri nemli lde ykselir. Sinterleme frn iinde oksitlenmeyi nleyen bir atmosfer gereklidir. Krlm amonyak, endo-gaz veya azot-bazl atmosferler yaygnca kullanlr. Sinterlenmi paralarn boyut toleranslarnn ve mekanik zelliklerinin salanmas iin frn ortamnda kontroll karbon potansiyeline sahip olmak nemlidir. Sinterleme ilemi yalaycy alma, sinterleme ve soutma basamaklarn kapsar. Frnn yalayc alma blgesinde, yalayc yanar. Sinterleme

52

esnasnda bir ok reaksiyon meydana gelir. Balangta, frn atmosferi tozlarn yzeyindeki oksitleri indirger ve birbirleri ile temas halindeki tozlar arasnda ba oluur. Sinterlemenin ana mekanizmalar yzey ve hacim difzyonudur. Difzyon ile metalin yapk gvdesi oluur ve alam elementleri demir ierisine yaylrlar. Termodinamik kanunlar ile ifade edilen serbest enerjiyi en aza indiren kuvvet ile gzenek kresellemesi meydana gelir ve kk gzenekler yok olurlar. Sinterlenmi paralar frnn soutma blgesinde koruyucu atmosfer iinde soutulur. zellikle 850-500 C scaklklar arasndaki soutma hz malzeme ierisindeki faz dnmlerinden dolay mekanik zellikleri etkiler. Sinterleme esnasnda makul boyut deiimi meydana gelir. Malzemelerin bir ou boyutca daralr, fakat alam elementleri mesela bakr bymeye sebep olur. Pres takmlarnn tasarmnda boyut deiimi miktar dikkate alnmaldr.

7.1. nfiltrasyon Para ierisindeki birbirleri ile balantl gzenekler, ana metalin sinterleme scaklndan daha dk bir ergime scaklna sahip bir alamla doldurulur. Mesela, bakr esasl alamlar sinterleme esnasnda demir esasl paralara szarlar. nfiltrasyon ilemi paralar szdrmaz yapar ve mekanik zelliklerde arta sebep olur. Ancak boyut hassasl azalr. nfiltrasyon ilemi baz sl ilemleri kolaylatrr. Mesela, birbirine bal gzenek kalmad iin yzey sertletirme ileminde sertlik derinlii kontrolu kolaylar.

ekil 7.2. infiltrasyon ve ya emdirme 7.2. Ya Emdirme

53

Sinterlenmi paralara ya ve dier metalik olmayan malzemeler emdirilerek korozyona kar koruma artrlr. Kendi kendine yalamal yataklar, sinterlenmi gzenekli yataklara ya emdirilmesi sonucu ve sadece T/M yntemi ile retilir.

7.3. Boyutlandrma Boyutlandrma sinterleme sonras yaplan ilave presleme ilemidir. Ana ama, boyut hassasiyetini ve beraberinde yzey kalitesini artrmaktr. Az miktarda plastik deformasyona ihtiya olduu iin orta byklkteki basnlara ihtiya vardr.

ekil 7.3. Boyutlandrma ve ikinci pressleme 7.4. kinci Presleme stenilen mekanik ve manyetik zelliklerin salanmasnda gerekli olan parca younluunu elde etmek iin bir gzenek azaltma ilemi olan ikinci presleme kullanlr. Preslenmi parann 700-800 C arasnda n sinterlenmesi ile yalayclar yanar ve yeniden kristalleme meydana gelir. Pekleme ve i gerilmeler kaldrldndan malzeme snekliini tekrar kazanr. kinci preslemeden sonra paralar ikinci defa sinterlenir.

7.5. Buharlama lemi Bu ilem sadece demir esasl paralara uygulanabilir. Paralar 550 C kadar starak ve onlar su buharna maruz brakarak d yzeylerinde ve i balantl boluklar boyunca ince

54

bir Fe3O4 tabakas oluturulur. Buharlama ilemi korozyon mukavemeti, sertlik, basmaya kar dayanm ve anma dayanmnda arta sebep olur.

ekil 7.4. buharlama yaplm metal ve talalama ilemi 7.6. Talal malat Sinterlenmi paralarn retilmesindeki en nemli ekicilik karmak ekiller ve dar toleransa sahip paralarn retilebilmesi olmasna ramen, baz snrlamalar bulunur. Bundan dolay frezeleme, delik delme (presleme dorultusuna dik delikler), di ama gibi talal imalat operasyonlar, kalpta presleme ile elde edilemeyen ekillerin baarlabilmesinde kullanlr. Sinterlenmi metallerin talal imalat genellikle ayn bileimdeki dkm-dvme alamlarnkinden daha kolaydr. Bundan dolay kesme hz ve kesme takmlar optimum sonular almak iin ayarlanmaldr. Takm mrn artrmak iin, MnS gibi ilenebilirlii artrc katklar toz ile kartrlabilir. Sinterleme sonras bu katklar yap ierisinde dzgnce dalm olarak kalrlar ve mekanik zellikler belirgince etkilenmez.

7.7. apak Alma Bu ilem, presleme ve talal imalattan kaynaklanan apaklar almak icin kullanlr. En yaygn metod tamburlamadr ve baz durumlarda iinde andrc toz bulunan sv ortamlar kullanlr.

7.8. Birletirme

55

Karmak ve byk paralar birletirme ile retilebilir. Difzyonla birletirme, sinterbirletirme ve lazer kayna gibi bir ok birletirme teknii vardr.

ekil 7.5. metale uygulanan baz ilemler 7.9. Isl lem Alamlarda faz dnmleri gzenek miktarna deil kimyasal bileim ve alamn homojenliine baldr. Bylece dkm-dvme alamlara uygulanan tm sl ilemler sinterlenmi malzemeler iinde de uygulanabilir. Sertletirme operasyonu nemli lde mukavemeti ve anma direncini artrr, fakat sneklik azalr. Sinterlenmi paralarda karbrleme ve karbo-nitrrleme gibi yzey sertletirme ilemleri yaygnca kullanlr.

7.10. Yzey Kaplama htiya duyulduu zaman, korozyondan korunma kaplama ile gerekletirilebilir. Fakat dk younluktaki paralar kaplama ncesi elektrodun boluklara girmesini nlemek iin doyurulmaldr.

56

8. T/M PARALARIN ZELLKLER Sinterlenmi malzemelerin zellikleri bir ok faktre baldr ve zel talepleri karlamak iin optimize edilebilir. Belirli bir uygulama iin bir malzeme seiminde, kimyasal bileim ve paralarn younluu dikkate alnmas gereken nemli faktrlerdir. Kimyasal bileim ve mekanik zellikler sinterlenmi makina paralarnn zelliklerini belirlemede yaygnca kullanlan faktrlerdendir. Baz rnekler aada verilmitir. Tablo 8.1. Sinterlenmi malzemelerin zellikleri

Kimyasal bileim

Mekanik zellikler

Fe Fe-Cu Fe-Cu-C Fe-Ni-Cu-Mo-C Fe-P Fe-P-C

Sertlik Younluk ekme ve akma mukavemeti apraz krlma mukavemeti Young modl Young modl

58

T/M malzemelerin mekanik zellikleri gzeneklerin varlndan dolay der. ekme mukavemeti ve sertlik gzenek miktari ile dorusal olarak derken, % uzama ve darbe enerjisi erisel olarak derler. Mekanik zellikler ya zorunlu deerler veya tipik deerler olarak verilirler. Sinterlenmi malzemelerin dkm-dvme malzemeler ile karlatrlmas ve deiik malzemelerin akma mukavemetleri aagdaki grafikte verilmitir.

59

ekil 8.1. baz metallerin akma mukavemetleri

9. SICAK ZOSTATK PRESLEME DENEY 9.1. Giri Yeryzndeki hammadde kaynaklarnn snrl olmas ve bu malzemelerin fiziksel ve kimyasal alardan yetersizlii, malzeme bilimcilerini yeni malzemeler gelitirme araylara srklemektedir. SiC tozunun toz metalurjisi yntemi ile kompozit retiminde kullanlmas da bu araylarn bir sonucudur. Toz metalurjisi yntemiyle retilmi malzemelerin difzyon kayna yntemiyle birletirilmesi, hem TM ile retilen malzemelerin orijinal yapsnn korunmas hem de oluturulacak malzeme iftinin difzyon kayna davranlarnn anlalmas asndan nemlidir. Kompozit malzemeler genellikle kendi balarna elde edilmeyip, bileenlerinin en iyi zelliklerinin bir malzemede toplanmas sonucu yksek dayanm, yksek rijitlik, yksek yorulma dayanm, yksek anma direnci, yksek scaklk kapasitesi, iyi korozyon direnci, iyi termal ve s direnci, dk arlk ve estetik grnm gibi birok stn zellii bnyesinde toplar. Bu avantajlarn yan sra baz dezavantajlar ise, retimlerinin gl, pahal olmas, ilenmelerinin g olmas, maliyetin yksek olmas, gerekli yzey kalitesinin elde edilmeyii ve krlma uzamasnn az oluu gibi zelliklerdir. Kompozit malzemelerin retim yntemleri; sv metal emdirme teknii, sktrmal veya dvme dkm teknii, basnl veya basnsz infiltrasyon, sv metal kartrlmas teknii, hzl katlama yntemi, yar kat kartrma teknii, plazma pskrtme teknii, toz metalurjisi teknii, difzyon balama ve vakumda presleme teknii, scak presleme ve scak izostatik presleme tekniidir. Metal matrisli kompozitler, zellikle de sreksiz metal matrisli kompozitler tamaclk ve

61

hava endstrisinde yapsal zelliklerinden dolay her geen gn daha yaygn olarak kullanlmaktadr. Difzyon kayna, birletirilmek zere elemi iki yzeyin, malzemelerin ergime scaklklar altndaki bir scaklkta, malzemelerde makroskobik plastik deformasyon oluturmayan bir basn altnda, kat hal difzyonu yoluyla malzemeler arasnda metalurjik bir ba oluuncaya kadar, malzemenin zelliklerini nemli lde etkilemeyecek kadar bir srede tutulmasyla yaplan birletirmedir. Scaklk, basn ve zaman gibi parametreler difzyon kaynan nemli lde etkiler. Kaynak basnc ara yzeyde ve birleme yzeylerinin oksit tabakasn kracak byklkte malzemelerin plastik akmasndan daha dk deerde seilmelidir. Kaynak sresi ise ara yzeydeki difzyonu ve kimyasal balarn meydana gelmesini salayacak ekilde seilmelidir. Difzyon kaynak scakl genellikle (0.5-0.7 Tm) olacak ekilde belirlenmektedir, bu scakln altna inildii taktirde optimum sper plastiklik meydana gelmektedir. Ancak yksek kaynak scaklnn dezavantajlar da vardr. Bunlar; (a) metalin mrn azaltr, (b) i parasnn yzey oksidasyonunun ivmesi azalr (c) stma ncesi hzl tane irilemesi meydana gelir. Difzyon kayna birok ileri malzeme iin, zellikle geleneksel ergitme kayna ilemlerinin yetersiz kald ve adhesiv kaynan engellendii ince tabakal yaplarn sl ya da evresel dengeye ihtiya duyulduu zaman etkili bir birletirme yntemidir. Deneysel almalarn ounluunu iki grupta deerlendirmek mmkndr; bunlar ergitme kaynak yntemleri ve kat hal kaynak yntemleridir. Ergitme kaynak yntemleri ile yaplan birletirmelerde hala bir takm problemler mevcuttur. Bunlarn en nemlileri yksek viskozite ve dk akclktr, sv kaynak banyosu iinde, ana metal kendi iindi karrken matris ergiyik banyosunda ana metalden ayrmakta, bu da matris takviye dalmnda heterojenliklere sebep olmakta ve kaynak kabiliyetini drerek zayf balarn olumasna sebep olmaktadr. Ergitme kaynakl birletirmelerdeki dier bir problemde, katlamann kontrolsz gereklemesidir. Kaynak ilemi esnasnda ve sonrasnda takviye SiCp faz iddetli bir ekilde katlamay reddetmekte ve bunun sonucunda takviye dalmnda mikrosegregasyonlar ve heterojenlikler ortaya kmaktadr. SiCp dalmndaki

62

heterojenlikler kaynakta mikro ve makro kusurlara sebep olmakta bunun sonucu olarak da birletirme kalitesi dk olmaktadr. Ergitme kaynak yntemlerinde olumas muhtemel birletirme problemlerinden dolay MMKleri kat hal birletirme yntemleri ile birletirmenin daha avantajl olduunu son aratrmalar ortaya koymutur. MMKlarn vakum lehimlemesi, difzyon kayna, sv faz difzyon kayna ve srtnme kaynak yntemi ile birletirilmesinin aratrlmas ile ilgili birok alma mevcuttur. Bu almada, scak presleme yntemiyle retilmi, AlMgSi-SiCp takviyeli kompozitlerin, difzyon kaynanda, basncn birleme zerindeki etkisi aratrlmtr.

9.2. Materyal ve Metod Bu almada % 99 saflktaki 42 mm tane boyutunda gaz atomizasyon yntemiyle retilmi Al tozu, % 1 Mg, % 3 Si ve % 5-10-20 oranlarnda -SiCp takviye malzemeleri kullanld. Tablo 1de tozlarn arlk oranlar verilmitir. Ticari olarak elde edilen -SiCpler 1100Cde 30 dakika sreyle suni olarak oksitlendirilerek yzeyde paracklarn alminyum tarafndan daha iyi slatlmasn salayan bir SiO2 tabakas oluturdu. Arlka % 5-10 ve 20 orannda SiCp ihtiva eden karmlar hazrlanarak oda scaklnda zel olarak hazrlanm kartrma aparatnda 1000 dev/dakda 30 dakika sre ile kartrld. Homojen karm salanan tozlarn souk presleme ilemi tek ynl olarak 400 MPalk basnta yapld, souk presleme sonrasnda 600 Cde 200 MPa basnla scak presleme ilemi gerekletirildi. Scak presleme sonras elde edilen paralardan 12 mm apnda 20 mm boyunda difzyon kaynak ve bindirme-kayma test numuneleri hazrland. Deney numunelerinin hazrlanmas aadaki sralama takip edilerek gerekletirilmitir; 1. Alminyum tozlarnn hazrlanmas, 2. SiC partikllerinin oksitlendirilmesi, 3. AlSiMg-SiCp tozlarnn oda scaklnda kartrlmas, 4. Kartrlan tozlarn souk preslenmesi,

63

5. Souk preslenmi tozlarn scak preslenmesi, 6. Kaynak numunelerinin elde edilmesi. Tablo 9.1. Tozlarn Arlk Oranlar

9.3. Deney almalar Hazrlanan kaynak numuneleri difzyon kayna ncesi 1000 meshlik zmpara ile parlatld ve asetonda ultrasonik olarak temizlendi. Difzyon kaynaklar ekil 1de grlen difzyon kaynak aparatnda, argon atmosferinde, 575 C sabit scaklkta, 20 dklk sabit srede ve 50100 ve 150 N'luk farkl basn deerinde yapld.

64

ekil 9.1. 1-Uygulanan Yk, 2-Argon k, 3-Istc Direnler, 4-Argon Girii 5-Numuneler, 6-Termokupol Numunelerin kaynak sonras balant mukavemetini tespit etmek amacyla, bindirme-kayma testleri ekil 2de grlen zel olarak hazrlanm bindirme kayma aparatnda gerekletirildi. Deneyler 5mm/dk hzda ve oda scaklnda gerekletirildi. Kaynakl birletirmelerin kayma gerilmeleri elde edilen verilere gre hesapland. Difzyon kayna yaplan numunelerin kaynak sonras metalografik yaplarn belirlemek amacyla, kaynak yaplm numunelerin yzeyleri, 1000 meshlik zmpara ile zmparalandktan sonra, 3 mmlik elmas pasta ile parlatld daha sonra ise Keller dalaycs ile dalanarak metalografik incelemeye tabi tutuldu. Deneyler sonucunda mikro yap zellikleri optik mikroskop ve SEM ile incelendi.

65

ekil 9.2. Bindirme-Kayma Testi Aparatnn ematik Gsterimi Kaynak yaplm kompozit numunelerde ortalama toplam birleme alan ve ortalama toplam kaynak alan hesapland. mage analizi ile yaplan hesaplamalara gre, toplam birleme alan ortalama %94 ve toplam kaynak alan ortalama % 87 olarak hesaplanmtr. % 5-10 ve 20 SiCp takviyesi ieren Al kompozit iftine 575C sabit scaklkta, 20 dklk sabit srede ve 50100 ve 150 N'luk farkl basn deerinde difzyon kayna yaplmtr. Kaynak sonras numunelere uygulanan bindirme-kayma testi sonularndan, kaynakl numunelerin kayma gerilmeleri hesaplanmtr. En yksek kayma gerilmesi 575 Cde ve 150 Nluk basnta yaplan kaynakta elde edilirken, 50100 Nluk basn aralnda ise belirgin bir art sz konusudur. Tablo: 2 almada kullanlan kaynak deerleri

66

ekil 9.3. 575 Cde 20 dkda 50 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar

ekil 9.4. 575 Cde 20 dkda 100 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar Kaynak yaplm kompozit malzeme iftlerinde yaplan metalografik incelemeler sonucunda, ara kesit izgisi ve ara kesitteki boluklarn nemli oranda giderildii grlmektedir. Kaynak arakesitindeki boluk ve arakesit izgisinin de kaynak kalitesinin belirlenmesindeki nemli parametrelerden olmasndan dolay tm numunelerde iyi bir birlemenin gerekletii sylenebilir (ekil 3.4.5). 50 ve 100 Nluk basnta yaplan difzyon kaynaklarnda, ana malzemeye gre numunelerin birleme arakesitinde SiCp dalm asndan ksmi farkllklar

67

gzlenirken, 150 Nluk basnta yaplan birletirmede SiCplerin arakesitte younlat grlmektedir (ekil 5). SiCplerin arakesitte ylmas kaynak kalitesini de etkilemektedir. Sonulardan da anlalaca gibi SiCp oranndaki deimeye bal olarak kayma gerilmesi de deimektedir. SiCp oranndaki artla birlikte birleme ara yzeyindeki SiCp oran da artmakta ve bu SiCp oran fazla olan numunelerin bindirme-kayma deerleri dmektedir. Bunun sonucu olarak da mekanik adan dk dayanml birletirmeler olumaktadr. Difzyon kaynanda kaynak kalitesinin SiCp/Al ve SiCp/SiCp yzeyleri arasndaki balanmaya bal olduu aka grlmektedir. SiCpleri arakesitte inklzisyon gibi davranmakta ve ara yzey mukavemetini drmektedirler [9]. Ancak metalografik anlamda en iyi birleme % 20 SiCp ihtiva eden numunelerde gzlenmektedir. Kaynak sonras yaplan mekanik ve metalografik incelemeler sonucunda, en iyi birlemenin 575 C scaklk, 20 dk.lk sre ve 150 Nluk basnta yaplan kaynakta olduu tespit edilmitir. 150 Nluk basn uygulanarak yaplan kaynakta, arakesitin baz blgelerinde bir miktar SiCin yld gzlenmitir. 150 Ndan daha yksek basn deerleri uygulanarak yaplacak kaynaklarda, arakesitte ylacak SiC miktarnn artaca ve bunun da kaynak kalitesini drecei dnlmektedir.

ekil 9.5. 575 Cde 20 dkda 150 Nluk Basnta Difzyon Kayna Yaplan a. % 5-5 SiCp, b. % 10-10 SiCp, c. % 20-20 SiCp, eren Kompozitlerin SEM Fotoraflar

9.4. Sonular % 5, 10 ve 20 SiCp ihtiva eden kompozit malzemelerin argon koruyucu gaz atmosferinde, 575 C sabit scaklkta, 20 dklk sabit srede ve 50100 ve 150 N'luk farkl basn deerinde yaplan difzyon kaynanda btn numunelerde birlemenin gerekletii grld. Kaynak yaplan kompozit numunelerde ortalama toplam birleme alan %94 ve

68

ortalama toplam kaynak alan % 87 olarak tespit edilmitir. Kaynak sonras yaplan mekanik ve metalografik incelemeler sonucunda, en iyi birlemenin 575 C scaklk, 20 dk.lk sre ve 150 Nluk basnta yaplan kaynakta olduu tespit edilmitir. Kaynak sonras yaplan Al esasl SiCpli MMKin difzyon kaynanda kaynak kalitesi SiCp/Al ve SiCp/SiCp yzeyleri arasndaki balanmaya bal olduundan, arakesitte inklzisyon gibi davranan SiCplerinin kaynak kalitesini drecei dnlmektedir.

5.10.3.4.Kays Souk Muhafaza Odas..55 5.11.3.5.Elma Souk Muhafaza Odas59 5.11.3.6.Paketleme Odas63 5.12.Genileme Valflerinin Seimi.68 TABLOLAR.70 KAYNAKLAR.74 EKLER..75 ZGEM..81