BİLDİRİLER KİTABI MAKİNA-İMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU. Editör: Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU EKİM 1999 KONYA.

Transkript

1 Q j?o_rl no. ıo> ıı Al II fi I(Ö 1 MAKİNA-İMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI Editör: Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU MMO Yayın No: EKİM 1999 KONYA

2 tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak. No: 36/1-A Demirtepe, ANKARA Tel : (0.312) Fax : (0.312) e-posta: mmo@mmo.org.tr MMO Yayın No :228 ISBN : Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO 'nun izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. KAPAK TASARIMI : Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI KONYA ŞUBESİ BASKI : HÜNER-İŞ MATBAACILIK - KONYA Tel: (332)

3 Makina-lmalat Teknolojileri Sempozyumu, Ekim 1999, KONYA TOZ METALÜRJİSİ ÜRÜNÜ DEMİR ESASLI PARÇALARDA GRAFİT VE FOSFOR İLAVELERİNİN MEKANİK ÖZELLİKLERE ETKİSİ Arş.Grv. H.Özkan GÜLSOY 1, Doç.Dr. Serdar SALMAN* 1-2 Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Göztepe-İSTANBUL Tel: , E-Posta ÖZET İmal usullerinden birisi olan Toz Metalürjisi ( TM ) ile karmaşık şekilli ve dar toleranslı parçaların ekonomik olarak üretilmesi mümkündür. TM ile üretilen demir esaslı parçalar geniş bir aralıkta değişen mühendislik özelliklerinden dolayı bir çok farklı uygulama alanı bulabilmektedir. Bu çalışmada, TM ile üretilen demir esaslı parçalarda grafit ve fosfor oranlarındaki değişmelerin mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Toz Metalürjisi THE EFFECT OF ADDITION OF PHOSPHORUS AND GRAPHİTE ON THE MECHANİCAL PROPERTIES OF FERROUS BASED POWDER METALLURGY PRODUCTS ABSTRACT The povvder metallurgy (PM) is one of the production techniques. \Vith this technique, it is possible to produce complex shaped and narrovv tolerance products are fabricated in an economical way. Ferrous based po\vder metallurgy products may be used in a \vide range of engineering applications because of the enhanced engineering properties. in this study, the effect of variation of phosphoms and graphite amount on the mechanical properties of ferrous base powder metallurgy products are investigated. Keyword: Powder Metallurgy 135-

4 l.giriş Toz Metalürjisi süreçleriyle üretilen demir esaslı parçalar mühendislik malzemeleri içerisinde önemli bir yere sahiptirler. Farklı TM teknikleri kullanılarak bu parçaların kullanım alanları kolaylıkla genişletilebilir. Bu parçalar başta otomotiv endüstrisi olmak üzere askeri alanda, ev ve büro aletlerinde ve tarım makinaları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Demir esaslı TM parçalarının toplam TM ürünleri içerisindeki yeri yaklaşık olarak %87 civarındadır [1,2,3]. TM ürünü demir esaslı parçaların özelliklerini başta kimyasal kompozisyon, proses parametreleri ve uygulanan ikincil operasyonlar belirlemektedir. Yapı içerisine katılan metal veya metal olmayan ilaveler tüm mühendislik özelliklerini farklı yönde etkiler. Cu, Ni, Mo, Cr, Al gibi metalik ilaveler kullanıldığı gibi; C, P, Si, ve B gibi metal olmayan ilavelerde kullanmak mümkündür. Bu ilaveler toz karışımları halinde kullanılabildiği gibi daha homojen bir yapı elde edebilmek ve aglomerasyon gibi olumsuzlukları ortadan kaldırmak amacı ile önalaşımlama yapılarak da kullanılabilir [2,4]. Bu parçalara yapılan C ve P ilaveleri mekanik özellikleri olumlu yönde etkiler. C genellikle demir tozları içerisine grafit tozu halinde katılarak harmanlama ve karıştırma yapılarak kullanılırken, fosfor daha ziyade önalaşımlama yapılarak kullanılır. Karbon kaynağı olarak kullanılan toz halindeki grafit, sinterleme sırasında diftizyon yoluyle perlit meydana getirerek mekanik özellikleri artırırken, presleme aşamasında yağlayıcılık görevide yapar. Tüm bunların yanı sıra C; a ve y 4 in kararlılığını artırarak sinterleme srasındaki ölçü değişimlerinin minimuma indirir. Önalaşımlama şeklinde kullanılan fosfor ilaveleri sinterleme sırasında ölçü değişimlerini minimuma indirmesinin yanı sıra, mekanik özellikleride artırır. C ve P sinterleme sırasında a ve Y'in kararlılıklarını artırdıkları için ölçü değişimlerinin minimum seviyelere indirmekte kullanılan vazgeçilmez! ilavelerdir [3,4,5]. Bu çalışmada, fosfor içerikli önalaşımlı demir tozaları içerisine artan miktarlarda grafit ilaveleri yapılmış, artan ' fosfor ve grafit miktarlarına bağlı olarak mekanik özelliklerin değişimi incelenmiştir. 2. DENEYSEL MALZEME VE METOT Çalışmalarda Höganas firması tarafından üretilen ortalama tane boyutu 40nm olan PASC 30, PASC 45 ve PASC 60 ticari isimli önalaşımlandırılmış atomize demir tozları kullanılmıştır. Kullanılan demir tozlarına ait kimyasal analiz sonuçları Tablo l'de verilmiştir. Tablo 1. PASC 30, PASC 45 ve PASC 60 tozlarına ait kimyasal analiz sonuçları Tozlar PASC 30 PASC 45 PASC 60 0,30 5 0,60 %C 0,02 0,03 0,

5 Deneylerde kullanılan bir diğer toz olan grafit tozu Höganas firması tarafından üretilen karbon oranı % 97 ve kül oranı % 2,83 olan UF4 ticari isimli grafit tozudur. Kullanılan grafit tozunun yağlayıcılık özelliğinin yası sıra yağlayıcı toz olarakta çinko stearat kullanılmıştır. Belirli tartılarda hazırlanan tozlar çift konili karıştırıcılarda karıştırılmış ve 80 tonluk tek etkili preste ASTM B783 standatlarına uygun olarak 10xl0x76mm boyutlarında kompakt haline getirilmiştir. Kompaktlar 1120 C'de 30 dakika parçalanmış amonyak atmosferi altında sinterlenmiştir. Numunelere ait kodlamalar Tablo 2'de verilmiştir. Num. No.' Al A2 Bl B2 Cl C2 Tablo 2. Numunelere ait kodlamalar 0,30 0, ,60 0,60 % Grafit 0,5 0,8 0,5 0,8 0,5 0,8 %Yağlayıci 3.DENEYSEL BULGULAR Sinterleme sonrasında yapılan yoğunluk ölçümleri sonucunda tüm numunelerde yaklaşık olarak 7,2 gr/cm 3 yoğunluk elde edildiği görülmüştür. Sinterleme sonrasında numuneler üzerinde standartlar dahilinde sertlik ölçümleri (HRB) yapılmış ve artan fosfor ve grafit miktarına bağlı olarak sertlik değerlerinin arttığı gözlenmiştir. Al (%0,3 P - %0,5 Grafit) numunesinde Sertlik 44 HRB değerinde iken, A2 (0,3 P - % 0,8 Grafit) numunesinde sertlik 48 HRB değerine ulaşmıştır. Benzer şekilde Cl (%0,6 P - %0,5 Grafit) numunesinde sertlik değeri 58 HRB değerinde iken, C2 (%0,6 P - %0,8 Grafit) numunesinde sertlik değeri 61 HRB değerine ulaşmıştır. Fosfor ve grafit artışına bağlı olarak sertlik değerlerinin değişimi Şekil l'de verilmiştir. 65 Cl a: % 0,5 Grafit; - % 0,8 Grafit ,2 0,3 0,5 0,6 0,7 Şekil t. Fosfor ve grafit miktarına bağlı olarak sertlik değerlerinin değişimi

6 Sinterlenmiş numuneler üzerinde yapılan çekme deneyleri sonucunda çekme mukavemeti değerlerinin artan fosfor ve grafit miktarına bağlı olarak arttığı gözlenmiştir. Al (%0,3 P - %0,5 Grafit) numunesinde çekme mukavemeti 25 kg/mm 2 değerinde iken, A2 (0,3 P - % 0,8 Grafit) numunesinde çekme mukavemeti 31 kg/mm 2 değerine ulaşmıştır. Benzer şekilde Cl (%0,6 P - %0,5 Grafit) numunesinde çekme mukavemeti 34 kg/mm 2 değerinde iken, C2 (%0,6 P - %0,8 Grafit) numunesinde çekme mukavemeti 35 kg/mm 2 değerine ulaşmıştır. Fosfor ve grafit artışına bağlı olarak çekme mukavemeti değerlerinin değişimi Şekil 2'de verilmiştir , ,7 % 0,5 Grafit j %0.8 Grafit Şekil 2. Fosfor ve grafit miktarına bağlı olarak çekme mukavemeti değerlerinin değişimi. Sinterlenmiş numuneler üzerinde TS 4277'ye bağlı kaluıarak çentiksiz darbe deneyleri yapılmıştır. Al (%0,3 P - %0,5 Grafit) numunesinde darbe enerjisi 49 J değerinde iken, A2 (0,3 P - % 0,8 Grafit) numunesinde darbe enerjisi 59 J değerine ulaşmıştır. Benzer şekilde Cl (%0,6 P - %0,5 Grafit) numunesinde darbe enerjisi 29 J iken, C2 (%0,6 P - %0,8 Grafit) numunesinde darbe enerjisi 29 J değerine ulaşmıştır. Fosfor ve grafit artışına bağlı olarak darbe enerjisi değerlerinin değişimi Şekil 3'de verilmiştir. E 34 i 32 * f 26- J 24- < jisi J c Darbe e «k 1 ' '% 0.8 Grafit % 0,5 Grafit , Şekil 1. Fosfor ve grafit miktarına bağlı olarak darbe enerjisinin değişimi

7 4. İRDELEME Deney sonuçları ışığında; numunelerde kullanılan önalaşımlı tozun bileşimine bağlı olarak artan fosfor miktarı mekanik özellikleri olumlu yönde etkilemiştir. Başlangıçta % 0,3 miktarlardaki fosfor içerikli numunelerde sertlik düşük değerlerde iken; fosfor miktarının artmasıyle (%0,6 P) sertlik değerleri artış göstermiştir. Buna ilave olarak da düşük miktarlarda katılan ilave grafit miktarları sertlik değerlerinin artışına sebep olmuştur. Fosfor özellikle sinterleme sırasındaki ölçü değişimlerini kontrol etmekle Kirlikte deney sonuçlarından da görüldüğü gibi sertlik değerlerini de arttırdığı açıkça ortadadır. Sinterleme sırasında grafitten dolayı karbon demir taneleri içerisine difüze olmuş ye ince yapılı perlit meydana getirmiştir. Dolayısıyle perlitik yapının mevcudiyetinden dolayı sertlik değerleri artış göstermiştir. Çekme deneyleri sonuçlarına göre tüm numunelerin uzamaksızın kopma gösterdiği gözlemlenmiştir. Buna yapı içerisindeki gözeneklerin sebep olduğu düşünülmektedir. Artan fosfor miktarına bağlı olarak çekme mukavemeti artış göstermektedir. Ayrıca ilave olarak ilave grafit miktarının artışı çekme mukavemeti değerlerini daha da üst değerlere çıkarmıştır. Tüm bunlara mikroyapıdaki perlitik yapının mevcudiyeti sebep olmaktadır. Sertlik ve çekme mukavemeti değerlerinin artışına rağmen darbe enerjileri düşüş göstermiştir. Sertlik değerlerinin artmasıyla numunelerin darbe karşısında kırılmaları esnasında absorpladıkları enerjilerin düşüş göstermesi numuneleri gevrekleştiğinin bir sonucu olarak görülmektedir. Yapı içerisindeki gözeneklerinde darbe enerjisinin düşüşüne katkıda bulunduğu düşünülmektedir. 5. SONUÇLAR % 0,3 ile % 0,6 arasında artan fosfor ve % 0,5 ile % 0,8 arasında artan grafit miktarına bağlı olarak sertlik değerleri artış göstermektedir. % 0,3 ile % 0,6 arasında artan fosfor ve % 0,5 ile % 0,8 arasında artan grafit miktarına bağlı olarak çekme mukavemeti değerleri artış göstermektedir. % 0,3 ile % 0,6 arasında artan fosfor ve % 0,5 ile % 0,8 arasında artan grafit miktarına bağlı olarak darbe enerjileri düşüş göstermektedir. 6. KAYNAKLAR [1] THÜMLER.F., OBERACKER, R., "Introduction of Powder Metallurgy", 1993, U.S.A [2] HOUSNER.H.H., KEMPTON.H.R., JOHNSON.F.K., "Iron Povvdcr Metallurgy", 3,MPIF,1978, U.S.A. [3] CRA\VSON,A., "P/M Ferrous Materials", Metals Handbook, Vol 7,P:623, 1993, U.S.A [4] STARAFFELÎNİ.G., FONTORANİ.V., MOLINMARİ.A., "Influence of Microstructııre on Impact Behavior", Powder Metallurgy, Vol 38, Num 1, 1995 [5] DANNINGER.H., JANGG.G., WEISS,B., STIKLER.R., "Microstructures and Mechanical Properties of Sintered Iron", PMI, Vol 25, No 2,