. TEKNĠK SEÇĠMLĠ DERS I TOZ METALURJĠSĠ Prof.Dr.Muzaffer ZEREN TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ KOU-TOZ METALURJĠSĠ LAB. HĠDROMODE 150 t. ÇĠFT EKSENLĠ SOĞUK PRES
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ Toz metalurjisinin çoğu uygulamalarında nihai ürün açısından yüksek yoğunluk öncelikli bir kavramdır. Toz yoğunlaģtırması (densifikasyon) aģağıda tanımlanan üç yöntemden biri ile sağlanır. 1- DüĢük yoğunlukta ön ĢekillendirilmiĢ parçanın sinterleme ile yoğunluģtırılması 2- Yüksek yoğunlukta presleme ve sonrasında sinterleme 3- Tam bir yoğunluğun eldesi için eģ zamanlı presleme ve sinterleme
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ YoğunlaĢtırma amaçları aģağıda da verilmiģtir: 1- YoğunlaĢtırılan kompaktın tüm kesitte üniform yoğunluğu 2- Gözenekliliğin azaltılması 3- Mümkün parça Ģekillerinin geniģ bir tayfı 4- ArtırılmıĢ parça kütlesi (gerektiğinde) 5- DüĢük maliyette yüksek produktivite Normalde hiçbir yöntem tüm istekleri karģılayamaz.
YOĞUNLAġTIRMANIN ESASLARI Bağlayıcı takviyeli prosesler, toz Ģekillendirilmesine yağlama katkısında bulunmak için bağlayıcının akıģkanlığından yararlanır. Ancak partiküller yaklaģık vurma yoğunlukları seviyesinden öte daha sıkı paketlenemez. Daha büyük yoğunluk eldesi için dıģ basınca gereksinim vardır.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ ġekilde gösterildiği gibi uygulanan basınçla birlikte yoğunlaģtırmanın baģlangıç hızı yüksektir. Deformasyonun devam etmesi ile birlikte uygulanan basınc-yoğunluk eğrisinin eğimi partiküller arası soğuk sertleģmeden dolayı azalır. ġekil Metal tozlarının yoğunlaģtırılmasında Ģematik yoğunluk-basınç iliģkisi.
Metal tozu yoğunlaģtırma aģamalarının Ģematik gösterimi. Ġlk olarak partikül köprülerinin ortadan kaldırılmasıyla yeniden paketlenme meydana gelir TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ Toz yoğunlaģtırmasının Ģematik gösterimi ve yoğunlaģtırmanın temel basamakları gösterilmektedir. YoğunlaĢtırmanın ilk kademesinde partiküller arasında boģluklar yer almaktadır. Seyrek toz yığınında aģırı miktarda boģluk içeriği vardır. Bu durumda herhangi bir mukavemetten söz edilemez ve koordinasyon sayısı (birbirine temas eden komģu partiküllerin sayısı) oldukça düģüktür.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ. ġekil. YoğunlaĢma prosesinin akıģ diyagramı. Bu diyagramda sünek ve gevrek tozların davranıģları arasındaki ana farklılıklar verilmiģtir.
KONVANSĠYONEL YOĞUNLAġTIRMA Konvansiyonel tek eksenli toz yoğunlaģtırma iģlemi, ġekilde gösterildiği gibi bir kalıp içerisinde toz üzerine bir eksen boyunca basıncın uygulanması ile yapılır. ġekil. Toz yoğunlaģtırma için geleneksel bir zımba ve kalıp seti. Zımbalar sıkıģtırmayı sağlar ve kalıp ile tozlara yan destek sağlanır
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ ġekil proses kademelerini göstermektedir. ġekil. Toz yoğunlaģtırma çevriminde takım malzemelerinin hareketi. Tozun kalıp içerisine doldurulması, preslenmesi ve sonra çıkartılması
YOĞUNLAġTIRMA TEKNOLOJĠSĠ : PRESLEME Presleme boyunca toz üzerine uygulanan basınç verme Ģekli kompaktı etkiler. Bir doğrultuda iletilen basınç -özellikle H/D oranı büyük iseyüksek yoğunluk ve özellik gradyentinin oluģumuna neden olur. Çift taraflı basınç ile toz üzerine uniform bir gerilme uygulanır ve bundan dolayı presleme sonrası özellikler ile yoğunluğun daha uniform olması sağlanır. DüĢük H/D oranlarında presleme için tek taraflı yoğunlaģtırma yaklaģımı uygundur.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ YoğunlaĢtırmada presleme yüksekliği, tozun dolumu ve yoğunlaģtırma basıncı ile belirlenir. Nihai kompakt yüksekliğini kontrol altına almak için görünür ve nihai yoğunlukların bilinmesi gerekir.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ: Yağlama Yağlayıcılar presleme ve parçayı dıģarı alma boyunca takım aģınması ile kalıp duvarında meydana gelen sürtünmeleri minimize etmek için metal tozlarına karıģtırılır. DüĢük yağlayıcı içeriklerinde partiküllerin birbiri üzerinde kayması kolay olacağından ve böylece sürtünme kuvveti azalacağından ham yoğunluk artar ġekil. PreslenmiĢ süngerimsi demir için ham özellikler üzerine yağlayıcı etkisi. Üç farklı yoğunlaģtırma basıncı için değiģen çinko stearat miktarına bağlı olarak ham yoğunluk değiģimi. ġekil. Yağlayıcı miktarına bağlı olarak ejeksiyon basıncında meydana gelen değiģim.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ. ġekil. Ġki seviyeli parçalar, tek hareketli ve iki kademeli zımbaların kullanıldığı sistemlerde uniform bir ham yoğunlukta yoğunlaģtıralmazlar. Ham yoğunluğun istenen düzeyde olması için strok boyunca değiģik hareketlerin yer aldığı segmente edilmiģ zımbalara gereksinim vardır
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ. ġekil. Ġki seviyeli cluster diģlisinin kalıpta yoğunlaģtırımasının Ģematik gösterimi
soğuk izostatik presleme (cold isostatic pressing; CIP) Tozun sıkıģtırılması için kalıpta yoğunlaģtırma baskın bir yöntem olmasına rağmen baģka yaklaģımlar da vardır. Oyuklar veya büyük uzunluk/çap oranlarını içeren kompleks Ģekiller için soğuk izostatik presleme (cold isostatic pressing; CIP) uygulanabilen bir tekniktir. Soğuk izostatik presleme genel olarak 350 MPa altında yapılır.
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ. ġekil. Tüp Ģeklinde bir parça üretimi için soğuk izostatik preslemenin Ģematik gösterimi
SICAK PRESLEME. ġekil. EĢeksenli sıcak presleme iģleminin enine kesiti. Toz ile doldurulan kalıp dıģardan ısıtılırken alt ve üst zımbalar ile basınç uygulanır
SICAK PRESLEME Sıcak presleme metal tozlarının gerilme artırımlı sıkıģtırması olup ġekilde gösterildiği gibi rijit kalıp ve tek eksenli basınç ile çalıģır. Kalıp grafitten üretilir; böylece dıģ kaynaklı induktif ısıtma mümkün olur. Sıcaklıklar 2200 C ye ve maksimum basınçlar 50 MPa ya ulaģır. Kompaktın kontamine olmasını engellemek için vakum kullanılır. Ticari olarak tekeksenli sıcak presin önemli bir kullanım alanı elmas-metal kompozit kesici takımlardır.
SICAK ĠZOSTATĠK PRESLEME (hot isostatic pressing; HIP) Sıcak izostatik presleme (hot isostatic pressing; HIP) izotropik (her yönden) basıncın uygulandığı ve esnek kalıpların kullanıldığı bir tekniktir ġekil. Sıcak izostatik preslemenin Ģematik görünümü
TOZLARIN YOĞUNLAġTIRILMASI VE ġekġllendġrġlmesġ : Toz Dövme. ġekil. YoğunlaĢtırma ve Ģekillendirmenin aynı zamanda gerçekleģtiği toz dövme prosesi. ġekillendirme gerçekleģirken parça yoğunluğu artar.
ENJEKSĠYON KALIPLAMA ġekil. Toz enjeksiyon kalıplamanın basamakları. Bir bağlayıcı ve toz karıģımı kalıplanır, bağlayıcı giderilir (termal olarak yaklaģık 150ºC de) ve sinterlenir
ENJEKSĠYON KALIPLAMA. ġekil 5.45. Bir enjeksiyon kalıplama makinesi ġekil. Bir enjeksiyon kalıplama makinesi
ENJEKSĠYON KALIPLAMA. ġekil. Enjeksiyon kalıplama makinesinin çalıģmasını gösteren kalıplama çevrimi.