T.C.

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

KİMYA-METALÜRJİ FAKÜLTESİ

METALÜRJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TOZ METALÜRJİSİ

Prof.Dr.Adem BAKKALOĞLU

TOZ METALÜRJİSİ

TOZ METALÜRJİSİNE GİRİŞ

• Toz metalürjisi; Metal tozlarının belirli oranlarda karıştırılarak , oda sıcaklığında, hassas kalıplarda, istenen teknik değerlere uygun basınçlarda sıkıştırılması (presleme) ve kontrollü atmosferlerde fırınlanmasıyla (sinterleme) parça üretme yöntemidir. Parçalardan beklenen diğer özelliklere ulaşmak için sinterlemeden sonra kalibrasyon, çapak alma, yağlama ve ısıl işlem gibi işlemler de yapılabilir.

• Toz metalürjisinin amacı; metal ve metalsel alaşımların tozlarını ergitmeden, basınç ve sıcaklık yardımıyla, dayanıklı cisimler haline getirilmesidir. Sinterleme denilen bu ısıl işlem, ergitmenin yerini tutmakta ve kullanılan metal tozunun ergime noktasının altındaki bir sıcaklıkta yapılmaktadır. Eğer kullanılan toz bir karışım ise, sinterleme işlemi bu tozlardan en yüksek ergime sıcaklığına haiz tozun ergime sıcaklığının altında yapılır. Sinterlenen tozlar 1 ila 4 mikron gibi gayet ince metal tanelerinden ibarettir.

• Dökümdeki oksidasyon, segregasyon, gaz absorbsiyonu, yüksek yoğunluk farkından dolayı alaşım güçlükleri gibi birçok sorun, toz metalurjisi yöntemi ile parça imalatında ortadan kalkar.

• Toz metalurjisi dökümle karşılaştırıldığında; kalite, tolerans, kontrolü, aşınma dayanımı bakımlarından daha üstün bulunmakta ve birçok döküm hatalarını ortadan kaldırmaktır. T/M parçalarında çok daha az mekanik talaş kaldırma işlemi vardır, bu da talaş ve hurda kaybını büyük ölçüde azaltmaktadır.

TOZ METALURJİSİ SÜREÇLERİ

• Toz metalurjisi tekniği temel olarak 3 kademeden oluşmaktadır.

1. 1.Toz üretimi,

2. 2.Presleme (Toz partiküllerini çeşitli işlemlerle tek parça komponent haline getirilmesi),

3. 3. Sinterleme ve gerekiyorsa ikincil işlemler ile nihai parça üretimi

Metallere Genelde Beş Türlü Şekil Verilebilir• Talaşlı Şekillendirme (Tornalama,Planyalama,Frezeleme )

• Döküm Yolu İle Şekil Verme (Çelik Döküm,Demir Döküm )

• Plastik Şekil Verme (Dövme,Haddeleme,Ekstrüzyon,Tel Çekme,Boru Üretimi )

• Toz Metalürjisi (Takım çelikleri, sert madenler, matkap, kesici takımlar üretilir.)

• Kaynak

TOZ METALURJİSİNİN AVANTAJLARI

1. Talaşlı işlem gereksiniminin azaltılması veya tamamen azalması

2. Yüksek üretim hızı ve seri üretime yatkınlık

3. Karmaşık ve Grift parçaların üretimi

4. Çok geniş bir kompozisyon aralığında parça üretimi söz konusudur.

5. Wolfram(3400C), Molibden(2600C), Tantal(3000C), Platin(1770C),Titanyum gibi yüksek ergime noktalı metallerin üretimi.

6. Malzeme yapısı özeldir.(yani malzeme yapısı ve gözeneklilik kontrol edilebilir.)

TOZ METALURJİSİNİN AVANTAJLARI

7. Hurda malzemenin asgariye indirilmesi (pratik olarak malzeme savurganlığı yoktur)

8. Presleme ve sinterleme uygulanarak yüksek dayanımlı ve aşınmaya dayanıklı parçaların üretimi mümkündür.

9. Alışılmış yöntemlerle elde edilemeyen bazı özellikler çeşitli elemanların uygun oranlarda birleştirilmesiyle gerçekleşebilir. Olağanüstü mekanik sertlik ve aşınma dayanımı, sıvılara karşı yüksek geçirgenlik, mükemmel yağlama ve elektriksel temas özellikleri gibi.

TOZ METALURJİSİNİN DEZAVANTAJLARI

1. Toleranslar, talaşlı işlemlere göre daha kabadır.

2. Mekanik ve fiziksel özellikler, bazı işlemler yapılmadıkça sınırlıdır.

3. İlk yatırım; yani takımlar , presler , sinter teçhizatı oldukça pahalıdır.Seri üretim yapılmazsa, amortisman değerleri yüksektir.

4. Metal tozlarının maliyeti, ingot halinde üretilen malzemelerden daha yüksektir.

5. Parça boyutları, pres kapasitesine bağlıdır.parça boyutlarının sınırlı olması göreceli olarak yüksek maliyeti bir dezavantaj oluşturur.

TOZ METALURJİSİ ÜRÜNLERİToz metalürjisi ile imal edilen mamüller beş ana grupta sınıflandırılabilir.

• Talaşlı İşlemi Güç veya Yüksek Ergime Noktalı Malzemelerden Yapılan Parçalar :

Toz metalurjisi modern anlamda ilk kez tungsten lamba flamanları ve tungsten –karbür kesici üretiminde örnek olarak kullanılır.

• İki veya Daha Fazla Metalin Kombine Özelliklerinin İstendiği Parçalarda Toz Metalürjisi :

Bileşenlerin özelliklerini parçalara kazandırabilme kabiliyetinden dolayı toz metalürjisi özel kullanım alanı olan veya bazı amaçlar için dizayn edilen parçaların üretiminde kullanılır.(Motor veya jeneratör parçaları bu amaçla bakır ve grafitten imal edilmektedir.)

TOZ METALURJİSİ ÜRÜNLERİYumuşak metal ,sert metal matrisli içinde dağıtılır.Elektrik anahtarı kontaklarında çoğunlukla bakır veya gümüş tungsten nikel veya molibden iletkenlerinden biriyle birleştirilir.Bakır veya gümüş yüksek iletkenlik sağlarken yüksek ergime sıcaklığına sahip malzeme ark esnasında ve devrenin kapalı olduğu süre boyunca ergimeye karşı direnç sağlar.

• Toz Metalürjisi Proseslerinin Diğer Proseslere Göre Üstün Özellik Sağladığı Ürünler:

Manyetik malzemelerin üretimi olarak verebiliriz.(Uçak Malzemeleri)

• Yatak,Filtre,Basınç ve Sıvı Regülatör gibi Gözenekli ve Geçirgen Ürünler :Toz ürünlerin büyük bir kısmını Cu veya Fe alaşımlarından yapılan yağ emdirilmiş yataklar teşkil etmektedir.

• Bu yataklar yağlamaya veya kullanımı esnasında bakıma ihtiyaç duyulduklarından dolayı otomotiv endüstrisinde ve ev aletlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.Sinter filtreleri hemen her boyutta gözeneğe sahip şekilde üretilebilirler ve en büyük gözenek çapı 2.5 mikron yada 0.025 mm kadardır.

• Diğer Proseslerde Üretilmesi Halinde Aşırı Miktarda Talaşlı İşleme Gereksinim Duyulan Grift Parçaların Üretiminde: Küçük boyutlu dişlilerin büyük bir kısmı toz metalurjisi ile üretilmektedir.Toz prosesleri ile elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey bitirmesi kalitesi çoğu zaman ilave bir işlemi yeterlidir.Kam ve küçük manivela kolları grift parçalarda toz yöntemi ile oldukça ekonomik şekilde üretilmektedir

TOZ METALURJİSİ ÜRÜNLERİ

TOZ METALURJİSİ PARÇA İMALAT YÖNTEMİ NEDİR ?

Toz metalürjisi ile parça üretimi ( T/M parçalar ) metal tozlarının uygun pres ve kalıplarda , oda sıcaklığında sıkıştırılması ve elde edilen parçaların uygun sıcaklıkta ve redükleyici bir atmosferde fırınlanması (sinterleme) prensibine dayanan talaşsız bir seri imalat yöntemidir .

1-Toz karışımı hazırlama

2-Presleme

3-Sinterleme

4-Gerekiyorsa ikincil işlemler ve kalibrasyon da olmak üzere 3 veya 4 aşamada tamamlanır.

Toz karışımı hazırlama Hammaddeler; bunlar çok kontrollü imal yöntemiyle elde edilen saf, uygun tane boyut,şekil ve dağılımında metal veya alaşımı tozlarıdır.

• Fe tozları

• Çelik tozları

• Paslanmaz çelik tozları, takım çelikleri tozları.

• Bakır tozları

• Bakır alaşımları tozları (pirinç , bronz v.b. )

• Gümüş tozları

• Nikel tozları

• Nikel alaşımları tozları

• Kobalt tozları

• Kalay tozları

• Alüminyum ve alüminyum alaşımları tozları

• Magnezyum alaşımları tozları

• Tungsten tozları

• Molibden tozları

TOZ METALÜRJİSİNDE KULLANILAN TOZLAR

-Demir Tozları

-Düşük alaşımlı çelik tozları

-Paslanmaz çelik tozları

-Takım çelikleri tozları

-Bakır tozları

-Bakır alaşımları tozları

-Gümüş tozları

-Nikel tozları

-Nikel alaşımları tozları

-Kobalt tozları

-Kalay tozları

-Alüminyum ve alüminyum alaşımları tozları

86.3%

0.5% 1.4%5.1%

6.1%

0.6%

Demir ve Çelik

Bakır

Bakır Esaslı

Aluminyum

Pas. Çelik

Kalay

Toz karışımı hazırlama

Önceden değişik yöntemlerle saf veya alaşımlı olarak hazırlanmış metal tozları, imal edilecek parçanın kimyasal kompozisyonunu sağlayacak oranlarda (ve baskıyı kolaylaştırıcı ve kalıp ömrünü artırıcı bazı kuru yağlayıcılarla birlikte) harmanlanan tozlar özel olarak dizayn edilmiş karıştırıcılarla iyi ve homojen bir şekilde karıştırılır.

Parça Üretiminde İşlem Kademeleri • Harmanlama, İstenilen boyut, şekil ve bileşimdeki ham tozların,

alaşım elemanları diğer ham tozlarla ve gerekli yağlayıcılarla karıştırılması işlemidir.

• Presleme, Presleme genellikle oda sıcaklığında özel şekilde hazırlanmış çelik kalıpta yapılır. Tozun plastik şekil değiştirme özelliğine göre 1-10 ton/cm2 arasında değişen basınç tatbik edilir.Tek yönlü preslemede basınç artışı yoğunluğu artırır.

• Sinterleme, Preslenmiş parçaların mukavemet kazandığı yüksek sıcaklıklar kullanılarak uygulanan ısıl işlem olarak tanımlanır. Sinterlemenin ana mekanizmaları yüzey ve hacim difüzyonudur.

• Sinterleme esnasında, birleştirme ve sıcaklık şartları istenilen özellikleri elde edebilmek için kontrol edilmelidir.

• Toz parçacıkların yüksek yüzey enerjileri aşılarak ya da ortadan kaldırılarak gerçekleşen sinterleme sonucu toz taneleri arasında tam ve mükemmel bağlar oluşur, bunun sonucunda iç yapıdaki gözeneklilik sıfıra düşer.

• Hacim başına düşen yüzey enerjisi toz parçacık çapının tersi ile doğru orantılı olduğundan, küçük toz parçacıkları büyüklere kıyasla daha kolay sinterlenirler.

Yapısal değişiklikler başlıca difüzyon prosesleri olan taşıma mekanizması ile sinterleme süresince boyun oluşumuyla meydana gelir.

• Difüzyon mekanizması aktif atomların fazla olması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda daha hızlı gerçekleşir.

Sinterlemede toz tanelerinin teması, boyun oluşumu ve tek tane haline gelme

• Preslenmiş parçalarda her toz tanesi üzerinde temas noktaları meydana gelir. Her bir temasta, katı-buhar ara yüzeyi oluşarak bir tane sınırı gelişir.

• Uzun süre sinterleme sonucunda iki partikülün tamamen birleşerek son çapı ilk çapının 1.26 katına eşit büyüklükte tek bir küresel forma dönüşme şekilde görülmektedir.

• İsteğe bağlı işlemler (İkincil işlemler)

Toz metalurjik parça genellikle sinterlemeden sonra kullanıma hazırdır. Ekonomik bakımdan arzu edilmese de sinterleme sonrası bazı işlemlere gerek duyulabilir.

• 1.İnfilitrasyon 6.Talaşlı imalat işlemi

• 2.Yağ emdirme 7.Çapak alma

• 3.Boyutlandırma 8.Birleştirme

• 4.İkinci presleme 9.Isıl işlem

• 5.Buharlama işlemi 10.Yüzey kaplama

• İnfilitrasyon

Parça içerisindeki birbirleri ile bağlantılı gözenekler, ana metalin sinterleme sıcaklığından daha düşük bir ergime sıcaklığına sahip bir alaşımla doldurulur. Mesela, bakır esaslı alaşımlar sinterleme esnasında demir esaslı parçalara sızarlar. İnfilitrasyon işlemi parçaları sızdırmaz yapar ve mekanik özelliklerde artışa sebep olur. Ancak boyut hassaslığı azalır. İnfilitrasyon işlemi bazı ısıl işlemleri kolaylaştırır. Mesela, birbirine bağlı gözenek kalmadığı için yüzey sertleştirme işleminde sertlik derinliği kontrolü kolaylaşır.

• Yağ emdirme

Sinterlenmiş parçalara yağ ve diğer metalik olmayan malzemeler emdirilerek korozyona karşı koruma artırılır. Kendi kendine yağlamalı yataklar, sinterlenmiş gözenekli yataklara yağ emdirilmesi sonucu ve sadece T/M yöntemi ile üretilir.

 

• Boyutlandırma

Boyutlandırma sinterleme sonrası yapılan ilave presleme işlemidir. Ana amaç, boyut hassasiyetini ve beraberinde yüzey kalitesini artırmaktır. Az miktarda plastik deformasyona ihtiyaç olduğu için orta büyüklükteki basınçlara ihtiyaç vardır.

• İkinci presleme

İstenilen mekanik ve manyetik özelliklerin sağlanmasında gerekli olan parça yoğunluğunu elde etmek için bir gözenek azaltma işlemi olan ikinci presleme kullanılır. Preslenmiş parçanın 700–800°C arasında ön sinterlenmesi ile yağlayıcılar yanar ve yeniden kristalleşme meydana gelir. Pekleşme ve iç gerilmeler kaldırıldığından malzeme sünekliğini tekrar kazanır. İkinci preslemeden sonra parçalar ikinci defa sinterlenir.

• Buharlama işlemi

Bu işlem sadece demir esaslı parçalara uygulanabilir. Parçaları 550°C’ye kadar ısıtarak ve onları su buharına maruz bırakarak dış yüzeylerinde ve iç bağlantılı boşluklar boyunca ince bir Fe3O4 tabakası oluşturulur. Buharlama işlemi korozyon mukavemeti, sertlik, basmaya karşı dayanım ve aşınma dayanımında artışa sebep olur.

• Talaşlı imalat işlemi

Sinterlenmiş parçaların üretilmesindeki en önemli çekicilik karmaşık şekiller ve dar toleransa sahip parçaların üretilebilmesi olmasına rağmen, bazı sınırlamalar bulunur. Bundan dolayı frezeleme, delik delme (presleme doğrultusuna dik delikler), diş açma gibi talaşlı imalat operasyonları, kalıpta presleme ile elde edilemeyen şekillerin eldesinde kullanılır.

Sinterlenmiş metallerin talaşlı imalatı genellikle aynı bileşimdeki döküm-dövme alaşımlarınkinden daha kolaydır. Bundan dolayı kesme hızı ve kesme takımları optimum sonuçları almak için ayarlanmalıdır. Takım ömrünü artırmak için, MnS gibi işlenebilirliği artırıcı katkılar toz ile karıştırılabilir. Sinterleme sonrası bu katkılar yapı içerisinde düzgünce dağılmış olarak kalır ve mekanik özellikleri belirgince etkilemez.

• Çapak alma

Bu işlem, presleme ve talaşlı imalattan kaynaklanan çapakları almak için kullanılır. En yaygın metod tamburlamadır ve bazı durumlarda içinde aşındırıcı toz bulunan sıvı ortamlar kullanılır.

• Birleştirme

Karmaşık ve büyük parçalar birleştirme ile üretilebilir. Difüzyonla birleştirme, sinter-birleştirme ve lazer kaynağı gibi birçok birleştirme tekniği vardır.

• Isıl işlem

Alaşımlarda faz dönüşümleri gözenek miktarına değil kimyasal bileşim ve alaşımın homojenliğine bağlıdır. Böylece döküm-dövme alaşımlara uygulanan tüm ısıl işlemler sinterlenmiş malzemeler içinde uygulanabilir. Sertleştirme operasyonu önemli ölçüde mukavemeti ve aşınma direncini artırır, fakat süneklik azalır. Sinterlenmiş parçalarda karbürleme ve karbo-nitrürleme gibi yüzey sertleştirme işlemleri yaygınca kullanılır.

• Yüzey kaplama

İhtiyaç duyulduğu zaman, korozyondan korunma kaplama ile gerçekleştirilebilir. Fakat düşük yoğunluktaki parçalar kaplama öncesi elektrotun boşluklara girmesini önlemek için doyurulmalıdır

TOZ METALURJİSİ PARÇALARININ ÜRETİMİNDE KULLANILAN TOZLARIN

ŞEKİLLERİ

• Küresel toz ( gaz atomize )

• b- Patatesvari toz döner atomizasyon veya döner elektrod sitemi ile elde edilen toz .

• c- Dendritik toz

• d- Çapraşık toz (su atomize )

• e- Süngervari toz

• f-g-h- Gevrek malzemeden mekanik ufalama ile elde edilmiş tozlar .

• Kimyasal Özellikler

1. Bileşim

2. Saflık

• Fiziksel Özellikler

1. Toz tane boyutu

2. Toz tane şekli

3. Akış hızı

4. Görünür yoğunluk

5. Sıkıştırılabilirlik

6. Sinterlenebilirlik

1.4 Metal Tozlarının Özellikleri Metal Tozlarının Özellikleri

Tozların fiziksel özellikleri• Toz tane boyutu

Tozların tane büyüklükleri genellikle elek analizi ölçüm tekniği ile yapılmaktadır. Elek büyüklüğü, delik büyüklüğü ile ölçülür. Elek büyüklüğü meş (mesh) ile belirtilir.

• Toz tane şekli

T/M işlemi için en uygun olan parçalar presleme yönünde düzgün boyutlara sahip olan parçalardır (silindirik, kare, dikdörtgen). Bunların baskıları nispeten basittir. Mükemmel küreler T/M yöntemi ile üretilemez. Parçacık boyu ve şekli çok yakından ilgili iki faktördür. Parçacıklar tek boyutlu (iğne, düzgün olmayan çubuk), iki boyutlu (dendritik, pul), üç boyutlu (küresel, yumru, düzgün olmayan, köşeli, gözenekli) olarak sınıflandırılırlar.

Tozların Fiziksel Özellikleri

• Akış hızı

Küresel tozlar kolay akarken, pul şeklindeki tozlar düşük akış özelliği gösterirler ve düzgün olamayan şekilli bazı tozlar ise hiç akmazlar. Akış hızı 50gr. kuru tozun Hall hunisinden kendi halinde akış zamanı diye tanımlanır.

• Görünür yoğunluk

Belli bir hacimdeki sıkıştırılmamış toz kütlenin ağırlığıdır. Görünü r yoğunluk gr/cm3 olarak ifade edilir. Küresel tozlar en yüksek, köşeli tozlar yüksek ve gözenekli tozlar ise düşük görünür yoğunluktadır.

• Sıkıştırılabilirlik

Metal toz kütlelerinin, kolay sıkışabilme ve teorik yoğunluğa yaklaşabilme derecesine sıkıştırılabilirlik denir. Düzgün olmayan şekilli tozlar zor sıkıştırılır. Bunun için yağlayıcılar kullanılarak şıkıştırma işlemi kolaylaştırılabilir. Buna karşın düzgün şekilli tozlar daha rahat sıkıştırılabilirler. Sıkıştırılabilirlik eşitlik (2.3) kullanılarak yoğunlaşma parametresi ile belirlenir

TOZ METAL ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Metal tozlarının elde edilmesi için tozun şekline, büyüklüğüne ve saflığına etki edecek şekilde çeşitli toz üretim yöntemleri vardır. Başlıcalar şunlardır:

• Mekanik Öğütme Yöntemi

• Elektroliz

• Redüksiyon Yöntemi (kimyasal indirgeme)

• Atomizasyon

• Döner Disk Yöntemi

• Döner Elektrod (REP) Yöntemi

• Vakum Atomizasyon Yöntemi

• Su Atomizasyon Yöntemi

• Gaz Atomizasyon Yöntemi

METAL TOZ SEÇİMİ

• T/M kullanılan malzemeler saf metal ve alaşımları, karbon, seramik, madenler, metal-metaloid tozların karışımlarıdır. Metal malzeme üretimi açısından ortalama boyutları birkaç mikrondan birkaç yüz mikrona kadar parçalanmış partiküller(parçacıklar) burada kısaca toz olarak tanımlanmıştır.

• Toz üretimi için toz malzemesinin gevrek ve sünek olmasına göre değişik yöntemler uygulanabilir. Elde edilen tozun biçimi uygulanan yönteme ve malzemeye bağlıdır; küresel, pul biçiminde, dendritik veya süngerimsi olabilir.

• Bu üretim yöntemlerinin seçimi, malzemenin cinsine,

özelliklerine göre de değişebilir. Yöntem seçiminde ekonomik kârlılık da göz önüne alınır. Örneğin pirinç tozları atomizasyon yöntemiyle; Cu tozları kimyasal yolla (redüksiyon veya elektroliz) elde edilir.

Mekanik Toz Üretimi

• Katı ham malzeme öğütme uygulanarak mekanik pulverizasyonla toz haline getirilir.

Kabaca Mekanik Toz Üretim Yöntemleri Şunlardır;a) Torna, freze, eğe, planya talaşı gibi talaş kaldırma yöntemiyle

elde edilen parçaların öğütülerek toz haline getirilmesi.b) Kırma; yeteri kadar gevrek olan malzemeler, kırma yoluyla elde

edilir. Kırma işleminde çekiçler, döner kırıcılar ve çeneli kırıcılar kullanılır.Bu öğütücü haznelere, malzeme, öğütücü bilyalarla birlikte konmaktadır. Öğütülecek malzeme ile birlikte belli hacimdeki öğütücü bilyalar hazneye doldurulur.

Öğütme işlemi prensip olarak öğütülecek malzemenin kendisinden sert bir malzeme ile karıştırılıp aralarında bir darbenin meydana gelmesini sağlamaktır.

Mekanik Toz Üretimi

Bu işlem için en çok kullanılan yöntemde bilyalı değirmenlerdir. Bilyalı değirmenlerde dönme hızı veya devir sayısı öğütmenin verimi açısından çok önemlidir. Çok hızlı dönmede bilyalar cidarlara yapışacağından öğütme oranı azalır.

Çok yavaş dönmede ise bilya ve

öğütülecek malzemede istenen darbe olayı gerekli düzeydeki boyutlara ulaşmayacaktır. İdeal dönme hızında bilyaların ve malzemelerin en üst seviyeye çıkıp ordan düşmeleri gerekir.

Çok Bölümlü Öğütücüler

• Etkin bir öğütme işlemi için toz inceldikçe öğütmede bilya çapının da küçültülmesi istenir.

• Silindirik haznenin içi kabadan inceye doğru üç ayrı öğütme bölgesine ayrılmıştır. Bu bölmelerdeki ezici bilyalar da toz inceliğine uygun çaplardadır. Toz inceldikçe karşı bölmeye aktarılmaktadır. Silindir iki ucundan yataklanmış olup malzeme soldan girmekte ve sağ taraftan çıkmaktadır.

İnce Mekanik Öğütücüler (Atritörler)

• Bunlar çok ince öğütmenin dışında aynı zamanda iyi bir karıştırma ve mekanik alaşımlama amacı ile de kullanılırlar.

• İki önemli tipi helisel veya çubuklu karıştırıcı (kanatlı) tiplerdir. Şekilde çubuklu bir Atritör sistemi görülmektedir. Dönen bir mil üzerine bağlanmış olan çubuklar malzemeye çarparak inceltme ve karıştırma işlemini sağlar.

Malzeme kapalı bir kap içinde bulunmaktadır. Bu silindirik gövdeli kap, dışından soğutulmakta (tozun aglomenosyonunu önlemek için) ayrıca kabın içinde soğutucu bir sıvı bulunmaktadır. Toz öğütme (inceltme) tozun yüzeyini artırmak demektir. Bunun için aşağıdaki bağıntıya göre bir iş harcanır.

A = S

• Burada: A = Öğütme işi, S = Yüzey artımı, = Tozun yüzey gerilimidir.

Bu bağıntıdan da anlaşılacağı gibi, yüzey gerilimi () küçültülerek kırma işi de azaltılabilir. Bu amaçla öğütme ortamına alkol, aseton gibi yüzey gerilimini düşürecek yüzey aktif (ıslatma kabiliyetli) sıvılar ilave edilir.

Mekanik Alaşımlama

• Hareketli bilyeler arasında kalan malzemeye etki eden sürtünme kuvvetleri ile alaşımlı kompozit partiküller elde edilir. Bunun için proses çeşitli boyutlardaki bilyelerin bulunduğu atritör sisteminin çalışması ile başlar ve bileşik halde olmayan malzeme (saf) karıştırma sürecinde alaşımlandırılır.

• Tekrarlanan darbe, soğuk kaynak ve kırılmalar sonucunda istenen kompozit tozları mikroskobik bir seviyede elde edilir.

Sıvı Fazın Atomizasyonu ile Toz Üretimi

• Atomizasyon; sıvı metali mekanik olarak ya da belirli bir hıza sahip sıvı ya da gaz akımı ile pulverize etmektir.

• Bu yöntemde sıvı metal dar bir delikten püskürtülür ve püskürtülen metal hüzmesi üzerine su buharı, basınçlı hava veya bir gaz akımı yollayarak, sıvı metalin toz haline getirilmesidir. Tanelerin boyut ve şekilleri su buharının, basınçlı hava veya gazın hızı ayarlanarak değiştirilebilir. Bu yöntem özellikle Al, Cu ve demir tozlarının eldesinde kullanılır.

• Toz imali en basit şekilde kırma yoluyla olur. Bazı hallerde ise

toz tabiatta serbest olarak bulunur (örneğin kil) ve bu nedenle sadece temizleme yeterlidir. Buna karşılık malzemeler çok sert olduklarından mekanik yolla toz haline getirilmeleri olanaksızdır.

• Burada tanelerin inceliği (atomize verimi) gönderilen sıvı veya gazın basıncı ile doğru orantılıdır. Basınçla gönderilen gaz olduğunda, meydana gelen katı tanecikleri daha ziyade küresel şekilde olurlar. Bunun sebebi de soğuma zamanının daha uzun oluşudur. Buna mukabil su gönderildiğinde soğuma zamanı daha kısa olduğundan taneler gayrı muntazam şekilde olacaktır. Burada sıvı sıcaklığında tane şekli üzerinde büyük etkisi vardır.

• Özet olarak bu yöntemde akan ergimiş metal hüzmesi (demeti) üzerine, yüksek basınçta gaz veya sıvı püskürtülerek metalin çok ince küçük tanelere ayrışması (yani atomize olması) işlemidir.Örneğin su atomizasyon yönteminde; Ergitme ocağından tandişe, buradanda bir nozülden (dar bir delikten) geçerek akan sıvı metal demetine belirli bir açıda basınçlı su püskürtülerek pulverize olması sağlanır.

Su Atomizasyon Yöntemi

• Sıvı metali pülverize etmek için bu yöntemde basınçlı su kullanılır. Yandaki şekilde yöntemin temel prensibi şematik olarak verilmiştir. Ergitme ocağından tandişe, buradan da bir nozuldan geçerek akan sıvı metal demetine belirli açıda basınçlı su püskürtülerek pülverize olması sağlanır. Suya kimyasal ve fiziksel özellikler kazandırmak için bazı ilaveler yapılabilir.

Su Atomizasyon Yöntemi

Su Atomizasyon Yöntemi

• Özel memelerden püskürtülen suyun basıncı yaklaşık 5, 5-21 MPa, hızı 70-230 m/s ve debisi 110-380 litre/dk değerleri arasında değişir. Kullanılan su filtre edilip soğutulduktan sonra tekrar kullanılabilir. Atomize edilen sıvı metal paslanmaz bir çelik tankta toplanır. Metal tozunu oksidasyondan korumak için tanka azot gazı doldurulabilir.

• Sıvı metalin aktığı nozulun şekli ve suyu püskürten üfleçlerin tipi elde edilecek metal tozunun boyutlarını, boyut dağılımını ve şeklini birinci derecede etkiler.

Gaz Atomizasyonu

• Hava, azot, helyum veya argon gibi akışkan gazların ergiyik halde bulunan metaller ile etkileşimleri sonucu toz üretim yöntemi sağlanır.

• Sıvı metal nozuldan akarken hızla püskürtülen gaz ile temas ederek istenen özellikte toz eldesini sağlar.

• Bu tür bir yöntemle toz üretimi başlangıçta özellikle nikel esaslı süper alaşımlar ve diğer yüksek alaşımlı malzemeler için geliştirilmiştir.

Gaz Atomizasyon

• Gaz atomizasyonu inert bir ortamda gerçekleştirilebilir ve böylece tozun yüzeysel oksitlenmesi engellenir. Partikül şekli geniş boyut dağılımlı küresel formdadır.

• Gaz atomizasyonun en büyük avantajı elde edilen ürünün homojenitesinin yüksek olması ve genelde küresel şekilli tozlardan dolayı iyi paketlenme özelliklerini sağlamasıdır.

Metalsel Bileşiklerin Kuru İndirgenmesi (Redüklenmesi) Yöntemi ile Metal Tozu Üretimi

• Bu yöntemde metal oksitleri toz formuna getirebilmek için redükleyici gaz kullanılır ve oksijen uzaklaştırılır ve bu yöntem W, Mo, Cu, Ni,Fe dahil bazı metallerin tozlarının imalinde kullanılır. MO = M + ½ O2

• Çok yaygın olan bir yöntemdir. Burada metaloksit tozları karbon veya gazlarla redüklenerek saf metal tozu haline getirilmektedir. Metal tozları önce uygun boyuta öğütülmekte sonra redüklenmektedir. Başlıca avantajları karbon kullanılıyorsa, C’nın ucuz olması bir avantajdır. Metal oksitlerin bazıları kolay ve ucuz olarak temin edilir. Oksit parçacığının boyutu kolay kontrol edilebilir.

• Dezavantajları; gaz kullanıldığında gazların yüksek maliyeti bir

dezavantaj teşkil eder. Elde edilen metal tozunun saflığı metal oksidin saflığına bağlıdır.

• Katı veya gaz halinde indirgeyici (redükleyici) olarak hidrojen, karbon, CO, CH bileşikleri ve amonyak kullanılır. Katı halde daha etkilidir. Endüstride bu işlem sürekli çalışan fırınlarda yapılır.

2C + O2 = 2CO MO = M + ½ O2 MO + C = M + CO

Fe2O3 + R = Fe + RxOy

Kuru İndirgeme

Kuru indirgeme yönteminde en çok üç yol uygulanır:

1. Demir oksitlerinin indirgenmesi2. Demir dışı metal oksitlerinin

indirgenmesi3. Metalsel bileşiklerin metallerle

indirgenmesi

Katı Redüktör: Kok kömürü, grafit

• MO + CO M + CO2 (MO: Metal Oksit)• Buradan görüldüğü gibi redüksiyon esas CO gazı üzerinden

olmaktadır.• CO2 + C 2CO oluşur. Eğer sıcaklık 700 °C üzerinde ise bu

reaksiyon sağ yönde devam eder.• Gaz Redüktör: Hava gazı, H2 gazı Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O• Düşük sıcaklıklardaki indirgeme için H2 gazı, yüksek

sıcaklıklarda ise CO gazı ile redükleme yapılır. Her iki gazla yapılan kuru redükleme işlemine ait eğriler aşağıda verilmiştir.

Sert Malzeme Tozlarının Üretilmesi:

Genellikle sert metal üretiminde (kesici takımlar) kullanılırlar.

Bu tozlar:

a) Metalkarbür (MC)

b) Metalnitrür (MN)

c) Metalborür (MB)

d) Metalsilizit (MSi) tozlarıdır.

Karbür Üretimi:

• Metalin kendisi ya da oksijenli bileşiği karbonla reaksiyona sokulur. Karbon olarak çok ince grafit tozu (is) kullanılır.

• M + İS → MC, • MO + İS → MC + CO, CO2

Tungsten Karbür Nozul Karbür Kesici Takımlar

Nitrür Üretimi

• Nitrür üretiminde de metalin tozu ya da oksidi, azot veya amonyak gazı ile reaksiyona sokulur.

• Metal tozu + N2 (veya NH3)

• Metal oksit tozu + N2 (veya NH3) + grafit tozu

• Reaksiyon sıcaklığı 1200 ~ 1400 °C sıcaklık arasındadır. Metalin oksidi ile çalışmak daha ekonomik olmakla birlikte tozun kalitesi (temizliği) düşüktür.

Titanyum Nitrür (TiN)

Borür Üretimi

Borür üretimi için aşağıda belirtilen yollardan biri seçilir.

M + B → MB

MO + B2O3 + Al(Mg,Si) → MB + Al(Mg,Si)-Oksit

MO + B2O3 + C → MB + CO

MO + B (Bor içeren toz içeriği) → MB + MB

↓

Elektroliz

M-halojenür + B-halojenür + H2 → MB + hidrohalojenür

↓

1800-2000 ˚C

METAL TOZLARININ ÖNEMLİ ÖZELLİKLERİ VE BU ÖZELLİKLERİN MUAYENESİ

A-Malzeme Özellikleri

1. Kristal yapısı2. Teorik yoğunluk3. Ergime noktası4. Plastisitesi5. Elastisitesi6. Saflığı

B-Üretime Bağlı Özellikler

1. Tane Büyüklüğü2. Tane şekli (formu)3. Yoğunluk (Porozite)4. Tane Yüzey Durumu

5. Tanelerin Mikro Yapısı 6. Kafes Hata Türleri ve Yoğunluğu7. Tanenin İçerdiği Gaz Miktarı8. Absorbe Edilmiş Gaz Tabaka

9. Yüzey Oksit Miktarı 10. Reaksiyon Aktivitesi

C-Tozun Kütle Özellikleri 1. Partikül özellikleri (toz tane şekli)2. Ortalama partikül büyüklüğü (toz tane büyüklüğü)3. Partikül büyüklüğü dağılımı (toz tane dağılımı)4. Özgül yüzeyi (toz özgül yüzeyi)(m2/gr)5. Yığma yoğunluğu6. Sıkıştırma ( vurma , vibrasyon ) yoğunluğu7. Akıcılığı8. Partiküller arası sürtünme özellikleri9. Sıkıştırılabilirlik (Preslenebilirlik )

Toz Tane Boyutunun Ölçülmesi

• Toz taneleri çok farklı şekillerde olmakla birlikte genelde tane iriliği ortalama tane çapı değerleri ile verilir. Tane iriliğini ölçmek için değişik yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan üçü aşağıda kullanma sıraları ile birlikte verilmiştir.

Ayırma Yöntemi

Bu yöntemde en üstte kalından (büyük gözlerden) inceye doğru alt alta dizilmiş olan eleklerin en üst gözüne kuru (nemsiz) belirli ağırlıkta (100 veya 50 gramlık tartım) metal tozu konur ve elekler belirli süre titreştirilerek her bir elek üzerinde bu süre sonunda kalan taneler hassas olarak tartılır, buna göre bir çizelge düzenlenir. Elek gözleri ve elek sayısı ile deneyin nasıl yapılacağı standartlarda belirtilmiştir. Eleklerin anti manyetik olması gerekir.

Yığma Yoğunluğu• Yığma yoğunluğu tozun gevşek (sıkıştırılmamış )

haldeki yoğunluğudur.

• Bu yoğunluğu belirlemek için tozun boyutları ve şekli standartlarda belirlenmiş bir huniden akıtılarak altındaki silindirik kabı serbest bir düşümle doldurması sağlanır. Huni çıkış ağzı ile silindirik kabın üst yüzeyi arasındaki yükseklik de sabit bir değerdir.

• Taşar şekilde doldurulmuş olan silindirik kaptaki tozun fazlası dikkatlice sıyrılarak içindeki toz tartılır. Deney kabı hacmi de bilindiğinden yığma

yoğunluğu kolaylıkla (gr/cm3)olarak hesaplanır.

• Yığma yoğunluğu toz tane şekline, büyüklüğüne ve dağılımına yakından bağlıdır. Toz tane şekli küreselden uzaklaştıkça taneler arası boşluk oranı azalır.

Akıcılık

• Akıcılık; bir toz türü yada karışımının belirli bir miktarının boyut ve şekli birleşmemiş bir huniden akma kabiliyetidir. Bu ölçümlerde genellikle 50 gr’lık toz örneğinin huniden akış süresi saptanır ve bu değer tozun akıcılığı olarak kabul edilir. Deney genellikle üç defa tekrarlanıp ortalama değer hesaplanır.

• Toz tane şekli küresel geometriden uzaklaştıkça akıcılık da o oranda azalır. Yığma yoğunluğunu küçülten etkilere akıcılığı da aynı yönde olumsuz etkiler.

Preslenebilirlik

• Metal tozları kalıpta şekillendirildiği takdirde tozun serbest olarak kalıp boşluğunu çok iyi ve tam olarak doldurması (Yüksek akıcılık kabiliyeti) istenildiği gibi, kalıp içinde soğuk olarak preslendiğinde (zımbalandığında) de teorik yoğunluğa olduğunca yaklaşılması istenilir.

• Malzeme ne kadar yumuşaksa, preslenebilirliği o derece yüksektir. Preslenebilirlik toz tanelerinin preslemede kendi aralarındaki ve tanelerle kalıp arasındaki sürtünmeye da yakından bağlıdır.

• Eşit presleme basıncına rağmen her metal tozunun da presleme sonucunda ulaşılan yoğunluk o malzemenin teorik yoğunluğuna göre çok farklıdır.

Bu durum :

1. Tozun malzeme türüne

2. Tozun tane iriliği şekil ve yüzey durumuna

3. Tozun görmüş olduğu ön işlemler gibi önemli faktörlere bağlıdır.

TOZUN PRESLENMEYE HAZIRLANMASI

1. Tozun klasifikasyonu

2. Tozun Isıl işlemi

3. Akışkan madde ve bağlayıcı madde ilavesi

4. Toz granülasyonu

5. Harmanlama

• Tozun klasifikasyonu Tozun tane boyutları ve boyut dağılımı açısından

gruplandırılması. Bu gruplandırmadan amaç preslemeye uygun toz tane iriliğini sağlamaktır.

• Isıl işlem Tozlarının üretimi aşamasında toz yüzeyleri az çok oksitlenir

ve üretim yöntemine bağlı olarak yüksek dislokasyon yoğunluğu nedeniyle soğuk sertleşmiş ise bu durumdaki tozun preslenmesi güçleşir. Bu nedenle preslemeden önce oksit tabakalarını gidermek ve dislokasyon yoğunluğunu düşürmek (tozu yumuşatmak) için bir tavlama işlemi yapılır

• İlavelerin yapılması (Pres katkıları) Preslemede metal tozları arasında ve tozlarla kalıp yüzeyleri ve

pres yüzeyi arasında sürtünmeyi azaltmak gayesiyle metal tozlarına katılırlar. Bu katkı malzemelerinin, ergime, buharlaşma gibi durum değiştirmeleri ile sinterlemenin ön aşamasında tozdan uzaklaştırılmaları gerekir Bu nedenle bu katkı malzemeleri ergime ve buharlaşma sıcaklıklarına göre seçilirler.

Granülasyon• Tozların kalıbı doldurma kabiliyeti

tane boyut ve şekline doğrudan bağlıdır. Agglomerasyon toz tanelerinin Şekil’de görüldüğü gibi az çok topaklanarak grup oluşturulmasına denir. Oluşan gruba ‘Agglomerat’ topak adı verilir.

• İsteyerek belirli boyutlarda granülasyon yapmanın başlıca amaçları :

1.Akışkanlığı arttırmak 2.Yoğunluğu arttırmak 3.İstenilen karışım tamlılığını

sağlamak. (karışmamazlığını önlemek)

Harmanlama

• Preslemede kullanılacak metal tozları gerek presleme kolaylığı ve gerekse parça dayanımı açısından aynı metal tozundan belirli tane grupları belirli oranlarda bir araya getirilerek bir harman (karışım ) yapabileceği gibi farklı malzeme tozları da mekanik alaşımlama amacıyla istenen oranlarda karıştırılabilir. Akışkanlık verici katkı maddelerinin ilavesi de bu işlem içinde sayılabilir.

YOĞUNLAŞTIRMADA TEMEL OLAYLAR

Yoğunlaştırmada temel olaylar: a)Paketlenme (Toz tanelerinin düzen

değiştirmesi köprülerin çökmesi, boşluk dolması.)

b)Elastik- Plastik Deformasyon (Kontak deformasyonu toz tane yüzey yuvarlaklığının düzelmesi, oksit kabuklarının kırılması, mekanik zincirlenme)

c)Soğuk serleşme sünek toz için, parçalanma kırılgan toz için.

Yoğunlaştırma prosesinin akış diyagramı

• Preslemede yoğunluk artan pres basıncı ile önce hızla artar, fakat belirli bir basınçtan sonra yoğunluk artışı çok azalır.

• Malzemeye bağlı olarak preslemede belirli bir teknik çalışma alanında yoğunlaştırma yapılır.Bazı malzemelerin yoğunluk artışı belirli basınç aralığında doğrusaldır.(ör:Demir tozu) Buna karşın bazı malzemelerde ise böyle bir durum yoktur. (ör:Bronz tozu) Metal malzemelerde plastik kabiliyeti bulunduğundan metal tozlarında ulaşılan relatif yoğunluk seramik malzemelere göre daha yüksektir.

YOĞUNLAŞTIRMA (PRESLEME) TEKNİKLERİ

• Toz Metalürjisinde yoğunlaştırma en önemli işlemi oluşturur. Preslemede ulaşılan yoğunluk toz metalürjisi ile imal edilen parçaların mekanik özelliklerini birinci derecede etkiler.

• Presleme ile metal tozuna imal

edilecek parçanın şekil ve boyutlandırmalarında parçaya istenen düzeyde bir yoğunluk ve mekanik dayanım kazandırmak da amaçlanır

Yoğunlaştırma

• Kalıpta yoğunlaştırma işleminin üç temel aşaması vardır.

1) Kalıp boşluğuna saptanan miktarda metal tozunun doldurulması.

2) Zımbalar yardımı ile basınçla tozun sıkıştırılması.

3) Şekillendirilmiş parçanın kalıptan çıkarılması.

Pres Türleri

Yoğunlaştırma Yöntemleri

1. Soğuk Yoğunlaştırma Yöntemleri• İzostatik Yoğunlaştırma

• Yüksek Hızlı Yoğunlaştırma (Dinamik) Teknikleri

• Dövme ve Ekstrüzyon Teknikleri

• Vibrasyonla ( Titreşimle ) Yoğunlaştırma

2. Sıcak Yoğunlaştırma Yöntemleri• Sıcak Presleme (HP)

• Sıcak Ekstrüzyon (HE)

• Sıcak İzostatik Presleme (HIP)

İzostatik Yoğunlaştırma

• Bu yöntemde basınç aynı anda ve eşit olarak parça (toz) üzerine tatbik edilir. Toz lastik bir kalıba doldurulduktan sonra içinde sıvı (basıncı homojen ileten sıvı) bulunan bir basınç kabına yerleştirilir. Sıvıya uygulanan yüksek basınç aynen homojen olarak lastik kalıp içindeki toz aktarılır. Bunun sonucu olarak homojen preslenmiş parçada homojen yoğunluk ve dayanım elde edilir.

• Bu yöntem daha çok seramik tozların yoğunlaştırılmasında tercih edilir.

Sıcak Yoğunlaştırma Yöntemleri• Bu yöntemlerde sıcaklık ve basınç aynı anda uygulanır.

Şekillendirme ve sinterleme işlemleri birlikte gerçekleştirildiğinden yüksek bir yoğunluk ve hızlı bir üretim sağlanır. Yoğunlaştırma ve sinterlemenin birlikte yapılması soğuk yoğunlaştırmaya göre yüksek dayanım, sertlik ve yoğunluk yanında parçada gaz miktarı ve büzülmenin daha düşük olması gibi üstünlükler sağlar.

• Sıcak presleme, sıcak ekstrüzyon ve sıcak dövmeye göre daha sınırlı uygulanan bir yöntemdir. Özellikle seramik ve sert metal tozlarının yoğunlaştırılmasında tercih edilir. Bu yöntemde temel sorunlardan biri uygun kalıp malzemesi seçimidir. Kalıp presleme sıcaklığında plastik şekil değiştirmeden yüksek basınca dayanıklı olmalıdır. Ayrıca kalıp malzemesi preslenen toz ile reaksiyona girmemelidir. Grafit yaygın kullanılan bir kalıp malzemesidir. Berilyum ve sementit karbürlerinin sıcak preslenmesinde grafik kalıp malzemesi olarak kullanılır.

Sıcak Yoğunlaştırma Yöntemleri

• Yüksek sıcaklıkta presleme ile malzemenin porozite miktarında önemli bir azalma gözlenir. Dolayısıyla yoğunluk artar. Bu yöntemde sinterleme ve presleme aynı anda yapılır. Bu yöntemin en önemli tehlikesi yüksek sıcaklıktan dolayı oksidasyondur. Bundan dolayı yüzey grafitle yağlanır.

• Süper nikel alaşımları önceleri molibden alaşımlı kalıplarda sıcak preslenirken bugün artık süper nikel ve kobalt alaşımları sıcak izostatik presleme ile yoğunlaştırılmaktadır. Alüminyum alaşımlı metal tozları sıcak kalıp çeliklerinden imal edilmiş kalıplarda sıcak preslenirler.

Eşeksenli sıcak presleme işleminin enine kesiti. Toz ile doldurulan kalıp dışardan ısıtılırken alt ve üst zımbalar ile basınç uygulanır.

Sıcak Yoğunlaştırma 4 farklı şekilde yapılır

a) Isıtıcı boru/tel ile indirektb) Zımba üzerinden akım vererek direkt ısıtma c) Matris veya parçanın indüktif ısıtılması d)Direkt matris ısıtılması

Sıcak İzostatik Presleme ( HIP )

• Sıcak izostatik presleme, izotropik basıncın uygulandığı ve esnek kalıpların kullanıldığı bir tekniktir.

• Tozlar silindirik bir konteynere doldurulduktan sonra konteynerin havası alınarak kapatılır. Konteyner yoğunlaştırma sıcaklığında deforme edilebilir herhangi bir malzemeden, örneğin cam, yumuşak çelik, paslanmaz çelik vb. den olabilir. Malzeme seçiminde uygulanan maksimum sıcaklık önemlidir. Tozun konteyner içinde sıkıştırılması, içten ısıtılan soğuk duvarlı basınç kazanında gerçekleşir. HIP işleminde sıcaklıklar 2200 ºC’ye ve maksimum basınçlar 200MPa’ya ulaşır. HIP işlemi sonrası kompakt dışarı çıkarılır ve yoğunlaştırılmış toz malzeme, konteynerin talaşlı işlem sonucu uzaklaştırılmasıyla elde edilir.

• Bu teknikle çoğu uzay ve havacılık alaşımları ( Ni esaslı süper alaşımlar, titan ve alüminyum), kompozitler ve takım çelikleri üretilir.

HIP Prosesi

Sıcak İzostatik Presleme ( HIP )

• Önceleri seramik, cermet ve refrakter metal tozlarının yoğunlaştırılması hedeflenmiş olmakla birlikte son yıllarda süper alaşımlar ve takım çelikleri için de uygulanmaya başlanmıştır. Yöntemin en önemli üstünlüğü üç boyutlu ve homojen yüksek bir yoğunluk sağlamasıdır. Sıcak izostatik preslemede Şekil ( a ve b )' deki örneklerden de görüldüğü gibi iki farklı basınç kabı kullanılmaktadır. Bunlardan ASEA tipi daha emniyetlidir.

• Tesisat bir gövde, yüksek basınç kabı ve yüksek basınç içinde bir elektrikli ısıtıcıdan oluşur. İzostatik presleme için genellikle 100 MPa basınçlara kadar argon gazı kullanılır. İzostatik preslerin dizaynında temel problem içine toz doldurulmuş kapsülün prese kolay ve hızlı bir şekilde yükleme boşaltma yapılabilmesidir.

• Tapalı sistemde yükleme genellikle üsteki vidalı tapa çıkarılarak, çerçeveli sistemde ise yüksek basınç kabının alt tarafından yapılır. Pres gövdesinin ısıtıcıya bakan yüzeyleri izole edilerek ısınması önlenir.

HIP yönteminin Avantajları ve Dezavantajları

AVANTAJLAR:

• % 100' e varan yoğunluk artışı

• Parçalarda çekme ve yorulma dayanımı artışı

• Yüksek bir yüzey tamlığı

• Farklı boyutlu parçalarda homojen yoğunluk dağılımı elde edilir

DEZAVANTAJLAR:

• Yüksek maliyet

HIP Ürünleri

• Tungsten karbür parçalar

• Pompa ve kompresör levha ve gömlekleri

• Matkap uçları

• Biyomalzemeler (Kalça protezi, diz protezi)

• Türbin kanatları

• Valf ve vanalar

Matkap uçları Kalça protezi Türbin kanatları

SİNTERLEME• Sinterleme tarif olarak preslenmiş toz malzemenin şeklini

bozmadan yapılan ısıl işlemdir. Preste şekil verilmiş toz bu haliyle kullanılmaya elverişli değildir. Ancak sinterlemeyle gerekli dayanım artışı sağlanır. Bu işlemde belirli bir sıcaklık ve sürede toz tanelerinin birbirine bağlanması ( kaynaşması ) sağlanır.

• Sinterlenen toz tek çeşit ( arı metal gibi ) bir malzemeden oluşuyorsa buna ‘ tek bileşenli sistem ’ birden fazla malzemeden oluşuyorsa ‘ çok bileşenli sistem ’ adı verilir. Prensip olarak sinterleme sıcaklıkları kullanılan metalin ergime sıcaklığının altındadır. Ancak bir alaşım söz konusu ise farklı ergime dereceli alaşım elementleri nedeniyle alaşım içinde bölgesel ergimeler olabilir. Ancak sinterleme sıcaklığı hiçbir zaman ana

metalin ergime sıcaklığı üzerine çıkarılmaz.

SİNTERLEME

Isıl işlem ;

1. Saf elementlere (bir madde sistemleri), T sinter = 0,8 Terg .

2. Çoklu sistemlere ( T ergimenin altında ve üstünde ) uygulanır.

Sinterlemede sıcaklık etkisiyle toz tanecikleri arasında bir bağ

( boyun teşekkülü ) meydana gelir. Bu bağlanmaya esas sebep;

malzemenin kafes yapısındaki değişmeler (atomların yer değiştirmesi ) ve özellikle difüzyon olayı sebep olur.

Sinterleme sırasında iki tanenin birleşmesi

Gerçekte sinterleme olması için,

a) ya sıvı bir fazın oluşması ve taneler arasında sürekli bir bağın

teşekkül etmesi , (Sıvı Faz Sinterlemesi)

b) veya katı halde yayınma ile taneler arasında bir

boyun meydana gelmesi gerekir. Sinterleme sıcaklığa bağlı olarak

taneler ( partiküller ) arası bağ oluşumu ; Adhezyon , yüzeysel ve

hacımsal difüzyon yolları ile gerçekleşir. (Katı Faz Sinterlemesi)

Sinter fırınına giren parçalar

Sinterleme

• Tek bileşenli tozların sinterlenmesinde, sinterleme sıcaklığı malzemenin ergime sıcaklığının altında (yaklaşık olarak ergime sıcaklığının %80’i) bir sıcaklık alınabilir. Çok bileşenli sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı, bileşenlerden ergime sıcaklığı en düşük olanın ergime sıcaklığının hemen altında seçilebilir. Bu tür sinterleme işlemlerine katı faz sinterlermesi denir. Ayrıca çok bileşenli sistemlerde sinterleme sıcaklığı bileşenlerden en az birisinin ergime sıcaklığının üstünde alınabilir, bu tür sinterleme işlemlerine de sıvı faz sinterlemesi denir.

Katı Faz Sinterleme Aşamaları

1. Tozların aralarında ilk bağı oluşturmaları (Boyun oluşumu)

2. Oluşan bağın (boyunun) büyümesi

3. Gözenek kanallarının kapanması

4. Gözeneklerin yuvarlaklaşması

5. Yoğunlaşma veya gözeneklerin küçülmesi

6. Gözeneklerin irileşmesi (büyümesi)

• Tabii olarak başlangıç malzemeleri arasında önemli farklar olabilir. Ön şekil verilmiş malzeme çok miktarda gözeneğe sahip olabilir ve bu durumda gözeneklerin çoğunluğu birbirlerine bağlıdır. Veya ön şekil verilmiş malzeme teorik yoğunluğuna çok yakın olarak hazırlanmış olabilir ve bu durumda gözeneklerin çoğunluğu kapalı, izole edilmiş durumdadırlar. Şayet ön şekil verilmiş malzeme gözenekli tozlardan hazırlanmış ise, bu kapalı gözeneklerin bulunmasına ayrıca katkıda bulunur.

• Yukarıda sıralanan sinterleme aşamalarını izah ederken, önşekil verilmiş malzemedeki gözeneklerin çoğunluğunun birbirlerine bağlı olduğu düşünülmüştür. Eğer, ön şekil verilmiş malzeme tamamen kapalı gözeneklerden oluşuyorsa 2. ve 3. aşamaların oluşumu minumuma iner veya tamamen oluşmaz.

Katı Faz Sinterlemesi

SIVI FAZ SİNTERLEMESİ

• Çok bileşenli sistemlerde sinterleme sıcaklığı bileşenlerden en az birisinin ergime sıcaklığının üstünde alınır ise, bu tür sinterleme işlemlerine sıvı faz sinterlemesi denir. Sıvı faz sinterlemesi iki değişik şekilde düşünülebilir, bunlar :

 

1. Normal sıvı faz sinterlemesi; sinterlenecek parçanın, sinterleme sıcaklığın da bir veya birden fazla bileşenin sıvı faz oluşturması ile sinterleme gerçekleştirilebilir.

 

2.İnfiltrasyon ; sıvı fazın sinterlenecek parçanın dışında oluşturulması ve ön sinterlenmiş veya sinterlenmemiş parçaya bu sıvı fazın emdirilmesi, diğer bir deyimle infiltrasyonuile sinterleme gerçekleştirilebilir.

• Genellikle sıvı faz sinterlemesinde asıl amaç, çok yüksek yoğunluklar elde etmektir. Sıvı faz sinterlemesi yapılan çoğu malzemeler, istenilen metalurjik yapıyı ve bunun sonucu çok iyi mekanik özellikler gösterirler. Şayet malzeme sıvı faz sinterleme sürecinde benliğini koruyabiliyor ise, bu malzemeye eşsiz özellikler kazandırabilir. Yukarıda bahsedilen iki çeşit sıvı faz sinterlemesi yüksek yoğunluğu amaç ediyor ise, sinterlenen parçanın boyutsal değişimleri her ikisinde de farklı olur.

• Boyutsal küçülme normal sıvı faz sinterlemesinde genellikle önemli ölçülerde olur. İnfiltrasyon işleminde ise, boyutsal değişme kontrol edilebilir veya hiçbir boyutsal değişme olmaz. Bu nedenle infiltrasyon işlemi; yüksek presleme basınçları, yüksek sıcaklık ve zaman gerektiren diğer geleneksel sinterleme işlemlerine alternatif bir metot olarak alınabilir. Bazı ok sert malzemeler veya sert faz ihtiva eden alaşımlar yüksek yoğunluklarda sıvı faz sinterlemesi ile üretilebilirler. Örneğin, WC-Co kesici uçlar.

SIVI FAZ SİNTERLEME AŞAMALARI 

• Sıvı faz sinterlemesinde deneysel gözlemlere dayanan üç temel aşamadan bahsedilmektedir. Bu aşamalar yaklaşık oluşum sıralamasına göre verilmekle beraber, bu aşamalar birbirleri ile önemli ölçüde çakışabilirler. Bu üç temel sıvı faz sinterleme aşamalarından ve geçerli olan malzeme taşınım mekanizmalarından aşağıda kısaca bahsedilmiştir.

1. Tekrar Düzenleme (veya sıvı akışı) 

Birinci aşama tekrar düzenleme veya sıvı akış diye adlandırılmaktadır ve bu, sıvı faz içinde tanelerin önemli ölçülerde hareket etmesini göstermektedir. Bu hareket, tanelerin tekrar düzenlenmesini ve tüm kütlenin yoğunlaşmasını sağlamaktadır.

• Önşekil verilmiş parçanın içindeki boşluklardaki gazın sıvı fazdan kolayca yayılacağı varsayılmaktadır. Veya şöyle de izah edilebilir; sıvı, gözeneklerin içine doğru akar ve katı taneleri de beraberinde taşıyarak bu boşlukların yerini alırlar ve bu taşınım sinterlenen kütlenin orta kısmına doğru olur. Sıvı fazın artırılması yoğunluğun daha fazla elde edilmesini göstermektedir, yani taneler daha kolay hareket ederler. Araştırmalar küresel tozlardan yapılan yapılmış bir sinterlemede bile %35’lik sıvı faz ile yoğunlaşmanın tamamen oluşturulabileceğini göstermiştir.

• Bu aşamada yoğunlaşma her durumda çok çabuk oluşabilir. Katı hal veya sıvı faz difüzyonu ve bir fazın diğer bir faz içinde çözünürlüğü bu aşamada hiçbir rol oynamaz. Bu aşamadaki itici kuvvet yüzey enerjileri veya gerilimleri yardımıyla sağlanır ve sıvının katıyı ıslatması gerekir

2.Çözünme ve Tekrar Çökelme

• İkinci aşama ‘çözünme ve tekrar çökelme’ diye adlandırılır ve bu aşama sadece katı fazın sıvı faz içinde sınırlı bir çözünürlüğü varsa oluşur. Bu aşamada da yoğunlaşma olur fakat yoğunlaşma hız birinci aşamaya göre daha azdır. Katının dış bükeyliği arttıkça, yani toz boyutu küçüldükçe, sıvı içinde katı çözünürlüğü artar ve bunun sonucu büyük tozlar daha fazla büyüyerek yuvarlaklaşırken, küçük tozlar çözünerek kaybolur. malzeme taşınımı da sıvı faz içinde difüzyonla hızlı bir şekilde olur.

3. Katı Faz Bağlanması 

• Üçüncü aşamaya ‘coalescence’ veya ‘katı faz bağlanması’ adı verilir. Şayet sıvı fazın katı fazı ıslatması tamamlanmamış ise katı taneler birbirlerine değerler. Düşük tane sınırı enerjisinin katı-sıvı arayüzey enerjisinin yarısı kadar olabileceği de düşünülebilir. Bu durum katı fazın bir iskelet oluşturmasına yol açabilir. Bu da sinterlemenin ilk zamanlarında oluşur ise, birinci aşamanın oluşmasını engeller ve hızlı yoğunlaşmayı önler. Bu katı faz sinterlemesi ve ikinci aşama ile yoğunlaşmanın çok yavaş olacağı da buradan anlaşılmaktadır.

• Şayet sıvı faz katı fazı ıslatmaz ise, sıvı faz sinterlenen parçadan dışarı çıkabilir ve parçanın üzerinde damlacıklar halinde görünürler ve buna ‘terleme’ adı verilir. Sinterleme sürecinde sıvı fazın miktarı zaman ile birçok nedenle değişebilir.

• Şayet sinterleme sıcaklığında sıvı katı içerisinde çözünür ise ve sıvı fazın miktarı maksimum çözünürlüğün altında ise, sıvı faz tükenir. Şayet bu çok çabuk oluşur ise, gerçek sıvı faz sinterlemesi veya yoğunlaşma meydana gelmez.

 

• Islatmanın tamamlanmaması nedeniyle, geleneksel katı faz sinterlemesinde olduğu gibi, katı faz içindeki tane büyümesi oluşabilir. Son olarak, sinterlenecek parçadaki kapalı gözenekler sıvı faz sinterlemesinde yoğunlaşmaya engel olur.

Tek Bileşenli Metal Tozlarında Bağ Oluşması

• Şekil’de görüldüğü gibi önce noktasal temas halinde olan toz taneleri, bu temas noktasının artması ile bir boyunla birbirlerine daha geniş bir yüzeyle (hacimle) bağlanırlar. Bunun sonucu toplam yüzey azalırken yüzey enerjisi de azalmış olur.

Devam eden sinterlemede iki tanenin birleşmesi

Devam eden sinterlemede taneler arasında gözenekliğin değişimi

Kontakt Oluşumu ve Büyümesi

Atomlar kafes noktalarındaki boşluklara hareket eder

Atomlar dış yüzeyi boyunca hareket eder. Yüzeylerdeki atomların çeşitli hareket yolları vardır

Boşluklar tane sınırları boyunca hareket edip dış yüzeye ulaşırlar veya katı içerisinde tane sınırları boyunca bazı bölgelerde toplanabilirler. Atomlar ise dış yüzeyden veya tane sınırları boyunca oluşan toplanma bölgelerinden tane sınırlarına hareket ederler.

Çok Bileşenli Tozlarda Bağ Oluşması

• Eğer sinterleme sıcaklığı tozu oluşturan bileşenlerden birinin ergime sıcaklığı üzerinde seçilirse bu durumda ‘sıvı faz sinterlemesi’ söz konusudur. Sıvı faz sinterlemesinde ergiyen bileşen, katı halde bulunan tanelerin yüzeyini ıslatarak bağlamayı sağlar. Bu şekildeki sinterlemede ergiyen faz gözenekleri doldurarak yada sıvı-tane hareketi ile gözenekler en aza iner. Sonuç olarak çok daha yüksek yoğunlukta bir sinterleme yapılmış olur. Yoğunluğun yüksek olması toz metalurjisi ile üretilen parçaların mekanik özelliklerinin daha yüksek olmasını sağlar.

• Sert metal tozları, ağır metal alaşımları, sürekli mıknatıs malzeme tozları ve hemen hemen bütün seramik tozları sıvı fazda sinterlenir.

• Uygulandığı malzemeler; sert metal tozları (sinter karbürler, kesici uçlar), ağır metal alaşımları, manyetik malzemeler (mıknatıs), hemen hemen tüm seramik tozları sıvı fazla sinterlenir.

Sinterlemeyi Etkileyen Faktörler

1. Sinterleme sıcaklığı

2. Sinterleme süresi

3. Sinterleme atmosferi

4. Ham yoğunluk

5. Parça boyutu

• Sinterleme işleminde özellikle sıcaklık ve süre önemlidir. Eğer sinterleme sıcaklığı düşük seçilirse yetersiz, yüksek seçilmiş ise aşırı sinterleme olmaktadır. Bunun sonucunda parçada deformasyonlar ve tane irileşmesi söz konusudur

Sinterleme Atmosferi1. Eğer bakır, bronz, nikel, molibden ve tungsten metal tozlarının

sinterlenmesi söz konusu ise, oksidasyondan korumak ve oksidasyonu düşürmek için sinterleme koruyucu atmosferde yapılır.

2. Demir ve demir esaslı alaşım tozlarının sinterlenmesi esnasında karbürasyon ve dekarbürasyonunu önlemek amacı ile işlem yine koruyucu ortamda yapılır.

• Demirin oksidasyonunun ve dekarbürasyonuna oksijen, su buharı ve karbondiok-sitin ortamdaki H ve CO’e göre oranları kontrol dışı ise çoğunlukla bu gazlar sebep olur. Demiroksitler CO, H ve C tarafından redüklenirler.

• Karbürasyona CO ve Metan gibi hidrokarbonlar neden olur. Bakır ve bronzlar oksidasyona hassastırlar. Oksijen burada renk değişimi ve oksitlenmeye sebep olur. H, CO ve C’nun bu malzemeler üzerine sinterlemede olumsuz bir etkisi yoktur. Paslanmaz çeliklerde ve Ta, Ti, Zr, V gibi metallerde sinterleme vakum altında yapılır. Sinterlemede ençok kullanılan ocak atmosferi, hidrojen, (2NH3 → N2 + 3H2) yanmış amonyak, ekzotermik gaz, temizlenmiş ekzotermik gaz, endotermik gaz ve vakum atmosferidir.

Sinterleme Atmosferinin İşlevleri

• 1. Fırına giren hava engellenmeli,

• 2. Bağlayıcı ve yağlayıcı uzaklaştırılmalı,

• 3. Toz partikülleri üzerindeki yüzey oksitleri giderilmeli,

• 4. Sinterlenen çelik parçaların merkezinde ve yüzeyindeki karbon kontrol altında tutulmalı,

• 5.Özel uygulamalarda karbon giderilmeli,

• 6.Özel uygulamalardaki soğuma sırasında kontrollü oksitlenme sağlanmalı,

• 7.Isı verimli ve homojen bir şekilde parçadan uzaklaştırılmalıdır.

Tipik sinterleme fırını şeması

Sinter Malzemeler• Sinterlenebilir bütün malzemelerin üzerlerinde oksit tabakası veya metalik

olmayan bir tabakanın bulunmaması şartıyla sinterleme işlemi her zaman uygundur. Bu nedenle sinterleme için kullanılacak tozlar saf ve oksitlenmemiş olmalı ve sinterleme koruyucu atmosferde yapılmalıdır. Teknikte sinterlenmiş parçalar hemen her zaman gözenekli olurlar. Sinterleme yoluyla, örneğin döküm yoluyla elde edilen yoğunlukta bir ürün elde etmek olanaksızdır. Bunun nedeni hem toz tanesi karakteristiği, hem de teknikte ulaşılabilecek basınç mertebesidir.

• Malzeme imalat tekniği açısından daha çok Demir ve alaşımları, Cu ve alaşımları sinterlenir. Cr, Si, Mn daha zor sinterlenen malzemedir. Özellikle Al çok zor sinterlenen malzemedir. Zira Al üzerinde hemen her zaman mevcut olan ve H2 ayrıştırılamayan oksit tabakası mevcuttur. Hiçbir zaman alaşımlı çelik tozları sinterlenmez. Zira bunlara preste kolay şekil verilemez. Çelik tozları yapıları ve özellikleri nedeniyle preslenmeye karşı koyarlar. Ancak saf demir tozuna grafit, Ni, Cr, Cu gibi tozlar ilave edilerek daha yüksek dayanım ve süneklik değerine ulaşılabilir.

Sinter Karbürler• Karbür üretimi: M + IS MC, MO + IS MC + CO, CO2

• Çeşitli metal karbür karışımlarının preste şekil verilmesi ve oksidan olmayan bir ortamda sinterlenmesi ile elde edilirler. Sinterlenmiş karbürlerde, metal karbürlerden başka birde düşük ergime dereceli bağlayıcılı bir malzeme bulunur. Bağlayıcı malzeme olarak en çok kullanılan kobalt metalidir. En çok rastladığımız ve en çok kullanılan sinter karbürler % 3-13 Co içeren W veya Tungsten karbürlerdir. Diğerleri ise nispeten yeni geliştirilmiş malzemelerdir. Bunlar TiC, ZrC, TaC, VC ve Mo2C, NbC’dür. Sinterleme esnasında malzeme %10’a yakın çekilme ve büzülme olabilir. Tabi bu oran sinterleme sıcaklığına ve daha önceki presleme basıncına bağlı olarak değişir. Salt WC’lerin özellikleri başka karbürlerin ilavesi ile (TiC, TaC) daha da iyileşebilir.

WC-Co sert metallerin kobalt miktarına göre sertlik, çekme dayanımı, basma dayanımı ve aşınma dayanımlarının değişimi

Sinterlemede Boyut Değişimleri

• Sinterlemede parça yoğunluğu artarken hacmi de küçülür. Diğer bir değişle parça boyutları değişir. Bu nedenle sinterlemeye giren parçanın boyutlarında bir büzülme değeri dikkate alınmalıdır. Sinterleme sırasında sıcaklık daha önce uygulanan preslemeye bağlı olarak %10’a yakın bir büzülme meydana gelir. Parça boyutlarındaki bu büzülme;

1. Sinterlenen tozun kimyasal bileşimine ve harmanına

2. Tozun üretim yöntemine

3. Tozun ortalama tane büyüklüğü

4. Tozun sinterleme öncesi görmüş olduğu ısıl işlemlere bağlıdır.

T/M Yöntemin Uygulama Alanları

• Volfram lamba filamentleri,

• Dişçilikte kullanılan malzemeler,

• Dişli çarklar,

• Yağlamasız yataklar,

• Elektrik kontakları,

• Nükleer güç yakıt elemanları,

• Ortopedik gereçler,

• Ofis makina parçaları,

• Yüksek sıcaklık filtreleri,

• Uçak fren balataları,

• Savunma sanayi,

• Boyalar,

• Gözenekli betonlar,

• Baskılı devreler,

• Patlayıcılar,

• Kaynak elektrodları,

• Roket yakıtları,

• Baskı mürekkepleri,

• Lehimleme aletleri ve

• Katalizörlerin üretimi

• Akü elemanları

• Jet motor parçaları

• T/M parçaların dünya genelindeki pazar payı şekilde verilmiştir. Genellikle Fe esaslı parçalarının üretiminde kullanılan T/M yöntemi otomotiv endüstrisinde oldukça geniş bir kullanım alanına (%70) sahiptir.

• Avrupa yapımı arabalar 7 kg, Japon yapımı arabalar ise 5 kg T/M parçaya sahip olduğu halde, Amerikan arabaları 16 kg’dan daha fazla T/M parça içermektedir

1.7 Toz Metalurjisinin Durumu• Toz metalurjisinin ileriki yıllarda daha da yüksek oranda kullanılacağı kuşkusuzdur. Şekilde yıllara göre toz metalurjik demir çelik üretimi gösterilmektedir.

• ABD’deki verilere göre 1997 yılında T/M ile üretilmiş parçaların değeri yaklaşık 1.7 milyar dolardı. Yapılan tahminlere göre bu rakamın daha da artacağı ve T/M ile üretilmiş parçaların toplam miktarının 500.000 tonu aşacağı öngörülmektedir.

Endüstriyel T/M Parçalarının Uygulama AlanlarıSinterlenmiş sert karbürler (yüksek hız kesme takımları)

• Bunlar son derece sert ve aşınmaya dayanıklı malzemeler olup ileri toz metalurji teknikleriyle üretilmektedirler. Sementit karbür esaslı malzemelerin özelliklerini en çarpıcı biçimde şu şekilde açıklayabiliriz; Çok sert olan hiçbir malzeme, bu malzeme kadar dayanıklı ve mukavim, bunun yanında dayanıklı ve mukavim olan hiçbir malzeme,bu malzemeler kadar sert olamazlar. Bu malzemeler sert ve yüksek dayanımlı malzemeler olarak anılmaktadırlar.

TiC, ZrC,.........................(4.Grup)

VC, NbC, TaC,................(5.Grup)

Mo2, WC, W2C,................(6.Grup)

WC, TiC, TaC, NbC, VC, ZrC, Mo2 gibi refrakter metal ve metal karbürleri, Co, Ni, Fe gibi demir grubundan ve sementit matriksine gömülmüş kompozit malzemeleri ihtiva eder. Wolfram karbür(WC), en uygun nitelikte karbür olarak diğer metal karbürleri ile birlikte veya tek başına ana sert metal malzemesidir. Bağlayıcı faz olarak da kobalt metali en uygun nitelikli metaldir. Örnek olarak WC, TiC esaslı ve kobalt bağlayıcılı sert metallerden yapılmış iş parçaları gösterilebilir. Bunlar genellikle ergime dereceleri yüksek olan metallerdir.

Yurdumuzda karbür tozları yurt dışından ithal edilerek sert maden uçları üretiminde kullanılmakta veya sert maden uçları

doğrudan ithal edilmektedir. Sert metal üretiminin ana maddesini oluşturan wolfram ülkemizde mevcuttur. Wolfram cevheri rezervlerimiz dünyada 6. Sırayı işgal etmektedir.

Sinterlenmiş sert alaşımların uygulama alanı;

1)Kesici Takımlar: %70

2)Madenleri Delme Aletleri: %10

3)Tel Çekme Matris ve Haddeleri: %10

4)Aşınmaya Dayanıklı Takımlar: %10

Otomotiv Endüstrisi Uygulama Alanları

• T/M ürünlerinin otomotiv uygulamaları, kendinden yağlamalı gözenekli yatakların gelişimiyle 1920’lerin ortalarında başlamıştır. Aynı zamanda 1920’lerin ortalarından itibaren otomotiv endüstrisi, A.B.D.’de kullanılan demir tozunun %50’sinin üstündeki ana tüketicisi olmuştur. 2.Dünya Savaşı sonrasında bile toz üreticileri kendi piyasalarını; iş makinaları, v.b. şeklinde genişlettiklerinde, otmotiv endüstrisindeki T/M parçalarının kullanımı yeni uygulamaların girişimiyle baskınlığını sürdürmüştür.

• Otomobillerde T/M’nin kullanımı demir esaslı toz alaşımları ile baskın durumdadır. En çok kullanıldığı alanlar sırasıyla otomatik vites kutuları ve parçaları, direksiyon sistemi ve dişlileri, şasi parçaları şeklindedir. Bunları amortisör pistonları, frenler, ateşleme sistemleri ve motor parçaları izler.

OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE TOZ METALURJİSİ

• T/M parçaların otomotiv sektöründeki kullanımı her geçen gün artmaktadır.

• Bazı otomobillerdeki aktarma organlarında hiç T/M parça yokken bazıları ise 1 kg kadar demir tozundan faydalanabilirler.

• Otomobillerde toz metalurjisinin kullanımı demir esaslı toz alaşımları ile baskın durumdadır.

• En çok kullanıldığı alanlar sırasıyla otomatik vites kutuları ve parçaları, direksiyon sistemi ve dişlileri, şase parçaları, fren sistemi şeklindedir.

Biyel Kolu• Biyel kolu krank mili ile piston üzerine gelen doğrusal kuvveti

dairesel harekete dönüştüren bir parçadır.

• Yılda 25 milyon otomobil biyel kolu GKN sinter metal firması tarafından toz dövme yöntemi ile üretilmektedir

• Biyel kolları %0.85 molibdenli önceden alaşımlı çelik tozundan 1000 MPa basınçta ılık presleme ve 1130ºC’de pişirme ile üretilmişlerdir.

Kam Mili

• Kam mili, subapların açılıp kapanmasını sağlar.

• Toz metal kamlar aşınma dayanımlı ve

yüksek kromlu malzemeden yapılmıştır.

• Kamlar için kullanılan alaşım 7.6 gr/cm3 yoğunlukta, sinterlenmiş ve 550 HV sertlik değerindedir.

• Yapı 1100 ºC’de sinterlendikten sonra bainit-martenzit matriste dağılmış ince krom-molibden karbürleri içerir.

Cr % 5

Mo % 1

P % 0.5

Cu % 2

C % 2.5

Fe % kalan

Diğer < %2

Toz Metal Yataklar• Yataklar, toz metalurjisinin otomotivdeki ilk uygulamaları

olmuştur Belli yoğunlukta, gözenekli yataklar üretilerek mevcut gözeneklere yağlayıcılar emdirilmektedir.

• Özellikle Cu esaslı yatak malzemelerinde %8-10 Sn ilave edilerek sürtünme özellikleri iyileştirilmektedir.

• En yaygın kullanılan bronz kompozisyonu: %90 Cu + %10 Sn

Vites Kutusu Parçaları

• Büyük yükler taşıyan dişliler seçici yüzey yoğunluğu önemlidir.

• Seçici yüzey yoğunluğu toz metal dişlilere büyük bir direnç ve gürültüde de iyi bir azalma sağlıyor.

• 2005 yılında JPMA (Japan Powder Metal Ass.) tarafından ödüllendirilmiş vites kutusu parçaları şekilde görülmektedir. Parça 6 adet kabartıdan oluşmuştur. Kabartılar vites değiştirirken dişli geçişini kolaylaştırmak için karşı parçadaki çıkıntılara kılavuzluk etmektedir.

Toz Metalurjisinin Otomotivdeki Diğer Uygulamaları

Toz Metalurjisinin Otomotivdeki Diğer Uygulamaları

T/M otomotiv parçaları ve parçalarda kullanılan tozlar

Tıp ve Dişçiliğe Ait Uygulamalar

• İlaç ve dişçilikte metal tozlarının kullanımı gümüş- kalay dişçilik amalgamlarının keşfedilmesiyle 1896’da başlamıştır. Ortopedik implantların yapımında da toz metalurjisi teknikleri kullanılmaktadır. Ortopedik implantlar; insan vücudundaki hastalıklı mafsalların değiştirilmesinde kullanılmaktadır.Şekil 11.2’de tüm kalça ve diz mafsal değişimleri gösterilmektedir. Yapma parmak, omuz, dirsek ve ayak bileği mafsalları da kullanılabilir.

Tıp ve Dişçiliğe Ait Uygulamalar• İmplantlar için kullanılan malzemeler, iyi mekanik özellik,

vücuda uyumluluk, korozyon dayanımı, üstün sürtünme ve aşınma karakteristikleri göstermelidir. Milyonlarca yükleme çevrimine maruz kalabildiklerinden, yorulma dayanımı özellikle önemlidir. İnsanın dahili ortamı protein içeren oksijenli tuzlu çözelti olduğundan, uzun süreli korozyon dayanımı arzu edilir. Başlıca ortopedik implant alaşımlarını üç kısımda toplamak mümkündür.

 1. Kobalt-krom-molibden alaşımı (27Cr, 5Mo, geri kalan Co)2. Paslanmaz çelik alaşımı (17Cr, 12Ni, 2Mo, geri kalan Fe)3. Titanyum-alüminyum-vanadyum alaşımı (6Al,4V, geri kalan Ti)

• T/M teknolojisinin kullanımı tane boyut inceliği, malzeme homojenliğinin gelişimi, talaşsız son şekil verme özelliği sağlar ve bu sayede yüksek kaliteli, maliyeti düşük implantların üretimlerini teşvik eder. Ön alaşımlandırılmış tozların sıcak isostatik preslenmesi oldukça ince mikro yapı meydana getirir.

• Diş hekimliği uygulamaları için kullanılan amalgam, sıvı civanın, gümüş esaslı alaşım tozlarıyla oluşturduğu tepkime ile meydana gelmektedir. Gümüş-kalay alaşım tozları civa ile temas ettiğinde, cıva tozlara yayınırken gümüş ve kalay civa içinde çözünür. Hem gümüş hem de kalayın civadaki çözünürlüğü sınırlıdır .γ1 olarak bilinen Ag2Hg3 ve γ2olarak bilinen Sn8Hg bir kalay fazı şeklinde çökeltiler meydana getirir. Nihai sonuç; gümüş,cıva ve kalay intermetalikleriyle çevrili reaksiyon vermeyen alaşım tozundan oluşan bir kompozit malzemedir. Nihai amalgamda az miktarda gözeneklilik bulunabilir. Toz değişkenleri; bileşim, morfoloji ve dişçilik tekniğidir.

• Diş hekimliğinde implantlar genelde ağızdaki çeşitli dental uygulamaları desteklemek için kullanılır.

Ordu Donatım Uygulamaları

• T/M’nin ordu donatım uygulamaları, ticari uygulamalara benzer uygulamaları ve ağır çalışma gereksinimlerini zorunlu kılan uygulamaları kapsamaktadır. Yüksek mukavemet / ağırlık oranı ve korozyon dayanımı gibi fiziksel ve mekaniksel özellikleri nedeniyle titanyum ve alaşımları ordu, uzay ve havacılık uygulamaları için idealdir. Nispeten yüksek maliyeti geniş kullanım alanını sınırlamaktadır. Şekil ’de bir titanyum alaşımından imal edilmiş olan bir toz metalürjisi titanyum parçası görülmektedir.

Donanma Ultrasonik Radar Reflektor Levhası

Ambrams Tankı AGT1500 Motoru İçin Teçhizat Dişlisi

• Demir esaslı toz metalurjisi ordu parçalarına örnek Havan gövdeleridir. Personel, jip ve kamyon gibi yumuşak hedefler karşısında kullanılır. Geçmişte 60 ve 80mm havan gövdeleri için AISI 1340 gibi düşük alaşımlı manganez çeliği kullanılmaktaydı. 60mm’lik M-49 havan gövdesi üretim aşamaları şekil’de görülmektedir

M-49 havan gövdesi üretim aşamaları