Toz Metalürjisi

Toz Üretimi

Şekillendirme

Sinterleme

İlave İşlemler

Püskürtme Şekillendirme (Spray Forming)

 

DPÜ TM Lab.

Faydalı sayfalar

 

Toz Metalurjisi / Metalürjisi

 

T/M üretim yöntemi metal tozlarının üretimi ve üretilen bu tozların imalatı istenilen parçaların

şekline dönüştürülmesi işlemidir.  Bu yöntem toz üretimi, üretilen tozların karıştırılması,

tozların preslenmesi, sinterleme ve isteğe bağlı işlemler (infiltrasyon, yağ emdirme, çapak

alma, vb..) olmak üzere belirli aşamalardan oluşur [1].  Bu yönteme ait imalat basamakları

aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. 

Şekil 1. Toz Metalürjisi yöntemi ile parça üretim aşamaları

 

Toz, boyutu 1 mm’den daha küçük, ince olarak bölünmüş katı parçacıklardır.  Tozlar genel

olarak metaliktir.  Bir tozun en önemli karakteristiği yüzey alanının hacmine göre yüksek

olmasıdır [1].

Toz metalurjisi yöntemi demir ve demir dışı metallerden parça üretiminde kullanılan gelişmiş

bir üretim yöntemidir.  Toz metal parça üretiminde genellikle tozlar öncelikle soğuk sıkıştırma

ile şekillendirilir ve sinterleme işleminden sonra bitirme işlemleri uygulanır.  TM yöntemi ile

tozların soğuk şekillendirilmesi ve kalıptan çıkarılması sırasında metal tozları ile kalıp yüzeyi

arasındaki sürtünmeyi azaltarak kalıp ömrünü artırmak amacıyla yağlayıcılar kullanılır. 

Malzemeye uygun yağlayıcılar ağırlık olarak % 0.5-2 oranlarında ilave edilerek karıştırılırlar. 

Bu süreçte tozların başarılı bir şekilde sıkıştırılarak şekillendirilmesi birinci basamaktır [3,4]. 

Karışımı hazırlanan tozlar istenilen geometrideki kalıplarda preslenir.  Presleme işlemi

esnasında dağınık halde bulunan tozlar kalıp içerisinde parçanın şeklini alır.  Bu aşamada elde

edilen parçalar düşük mukavemet değerine sahiptir.  Bu mukavemet değerine ham

mukavemet (green strength) denir.  Ham mukavemet değeri parçanın kalıptan çıkartılıp

sinterleme ortamına yerleştirilmesine olanak verecek değerlerde olmalıdır fakat bu değer

parça üzerine uygulanacak yüksek değerlerdeki kuvvetleri taşımak için yeterli değildir. 

Kalıptan çıkartılan parçaların mukavemet değerlerini artırmak için parçalara sinterleme işlemi

uygulanır [1].

Sinterleme genellikle atomik ölçekte gerçekleşen, kütle taşınımları yoluyla katı parçacıkları

birbirine yoğun bir yapı oluşturacak şekilde bağlayan ısıl işlem veya süreçtir.  Sinterlenecek

malzeme tek çeşit saf metal veya seramik gibi bir malzemeden oluşuyorsa tek bileşenli

sistem, birden çok malzemeden oluşuyorsa çok bileşenli sistem adını alır.  Tek bileşenli

sistemlerde sinterleme sıcaklığı malzemenin ergime sıcaklığının 0,8 katıdır.  Çok bileşenli

sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı bileşimde en düşük ergime sıcaklığına sahip malzemenin

ergime sıcaklığın hemen altındadır.  Ergime sıcaklığının altında yapılan sinterlemeye katı faz

sinterlemesi, çok bileşenli sistemlerde ise bileşenlerden en az birinin ergime sıcaklığının

üzerinde yapılan sinterlemeye ise sıvı faz sinterlemesi denir [5].

Sinterleme sonrasında parçalar isteğe bağlı olarak bazı işlemlerden geçerek (infiltrasyon,

birleştirme, tekrar sıkıştırma..) kullanıma hazır hale getirilirler. 

T/M  Avantajları

T/M küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına son derece

uygundur.  Belirli derecede porozite ( gözenek ) ve geçirgenlik elde edilir.  T/M ile üretilen

parçaların büyük bir kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı işlem

gibi ekstra operasyonlara olan gereksinimleri ortadan kaldırması ve malzeme kaybının çok az

olması T/M yönteminin ekonomik bir üretim yöntemi olduğunun göstergesidir [13].

Bazı metallerin ergime sıcaklığı çok yüksek olması ve bu sıcaklıklara ulaşılamaması

( tungsten, molibden gibi ), bazı özelliklerin ancak T/M ile sağlanabilmesi ( kendi kendine

yağlanan yataklar ), süper alaşım ve sert metaller gibi önemli malzemelerin bu yöntem ile

üretilmesi toz metalurjisini zorunlu kılan başlıca sebeplerdir.  Çok sayıda üretim söz konusu

olduğunda en iyi uygulanabilen bir metot olması, boyut kontrolü ve şekil karmaşıklığı T/M

yönteminin en bariz avantajlarıdır [11].

T/M yönteminin genel olarak avantajları aşağıda maddeler halinde verilmiştir :

 

·         Yüksek malzeme kullanım oranı, düşük malzeme kaybı.

·         Yüksek üretim hızları.

·         Düşük maliyet

·         Düzgün yüzey, yakın tolerans değerlerinin elde edilmesi.

·         Karmaşık şekilli parçaların imalatı.

·         Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerin imalatı.

·         Yüksek yoğunluğa sahip parça üretimi.

·         Metal matriks kompozit ve metal alaşımları üretimi.

·         Üstün mikro yapısal özelliklere sahip parça üretimi.

·         Belirli derecede gözeneklilik ve geçirgenlik [12].

 

T/M Uygulama Alanları

T/M uygulama alanları oldukça geniştir.  Tungsten lamba teli, diş dolguları, kendinden

yağlamalı yataklar, otomotiv güç aktarma dişlileri, zır delici mermiler, elektrik kontakları ve

fırçaları, mıknatıslar, nükleer güç yakıtları elemanları, ortapedik protezler, iş makinesi

parçaları, yüksek sıcaklık filtreleri, şarz edilebilir piller ve jet motoru parçalarının üretimi T/M

kullanım alanlarına örnek olarak verilebilir.  Metal tozlar boyalar, patlayıcılar, kaynak

elektrotları, roket yakıtları, mürekkepler, sert lehim bileşikleri ve katalizörlerde

kullanılmaktadır [8].  T/M kullanım alanlarından bir tanesi de savunma sanayisidir.  Ateş

sanatı olarak bilinen piroteknik uygulamalar savunma sanayisi için oldukça önemlidir. 

Piroteknik reaksiyonlar çok yüksek sıcaklık oluşturduklarından aydınlatmaya yol açarlar. 

Piroteknikler havai fişek, işaret fişeği ve flaş tozu olarak kullanılırlar [14].  Genellikle demir

parçalarının üretiminde kullanılan T/M yöntemi otomotiv endüstrisinde oldukça geniş bir

kullanım alanına sahiptir.  Düşük yoğunlukta parçalara ihtiyaç duyulduğu otomotiv endüstrisi

T/M yöntemini daha hafif parça üretimine doğru yöneltmektedir [4].

Toz Karakterizasyonu

Gaz atomizasyonu

Toz üretim teknikleri

Metal tozlarının imalinde kullanılan teknikler, tozların birçok özelliklerini tayin eder.  Tozun

geometrik şekli üretim yöntemine bağlı olarak küreselden, karmaşık şekle kadar çok farklı

olabilmektedir.  Tozun yüzey durumu da üretim yöntemine göre değişiklik göstermektedir. 

Malzemelerin çoğu, özelliklerine uygun bir teknik kullanılarak toz haline getirilebilir.  Bir çok

toz üretim tekniği arasından, ticari olarak şu teknikler kullanılmaktadır [1,2]:

Mekanik yöntemler

Kimyasal yöntemler

Elektroliz yöntemi

Atomizasyon yöntemleri

 

Mekanik yöntemler

Mekanik yöntemler talaşlı üretim, öğütme ve mekanik alaşımlama olmak üzere üç grupta

incelenebilir.

Talaşlı Üretim:

Bu yöntemle tornalama, frezeleme ve taşlama gibi talaş kaldırma teknikleri kullanılarak çok iri

ve karmaşık tozlar üretilir.  Üretilen tozlar, öğütülerek ince tozlar haline getirilebilir.  Toz

özelliklerinin kontrolündeki zorluk, oksitlenme, yağlanma, kir tutma ve diğer malzeme

hurdaları ile karışarak kirlenme problemleri olabilir.  Yüksek karbonlu çelik tozları bu yöntemle

üretilir.

Öğütme:

Bir metal tozu üretim tekniği olmakla birlikte, diğer tekniklerle üretilmiş tozların kırılması için

de kullanılan öğütme, en çok bilyalı değirmenlerde yapılmaktadır.  Kırılgan malzeme tozlarının

üretiminin yapıldığı bu yöntemde, temel prensip parçalanacak malzeme ile sert bir cisim

arasında bir darbe meydana gelmesini sağlamaktır.

Şekil 1. Bilyalı öğütme

Öğütülecek metal, içinde büyük çaplı sert ve aşınmaya karşı dayanıklı bilyaların bulunduğu

kaba, önceden kaba bir biçimde kırılmış olarak yerleştirilir.  İri taneli öğütülecek malzeme

öğütücü kap içinde büyük çaplı, sert ve aşınmaya karşı dayanıklı bilyalar ile birlikte

döndürülerek veya titreştirilerek darbe etkisiyle çok küçük tozlara bölünür (Şekil 1).

Eğer öğütülen malzeme gevrek ise, bilyalarla çarpışmanın etkisiyle çok küçük tozlara bölünür.

Öğütülen malzeme sünek parçacıklardan oluşuyor ise, çarpışma sonucunda şekil değiştirerek

yassılaşırlar [3].  Homojen bir karışım için kaba konulacak bilyaların hacmi ve öğütülecek

malzeme miktarı çok önemlidir.  Bilyaların hacmi kap hacminin yaklaşık yarısı ve öğütülecek

malzeme miktarı kap hacminin yaklaşık % 25’i oranında olmalıdır [2].  Demir alaşımları, demir

– krom, demir – silisyum v.b. kırılgan malzemeler mekanik olarak bilyalı değirmenlerde

öğütülürler.

Mekanik alaşımlama:

 

Şekil 2. Mekanik alaşımlama yöntemi

Mekanik alaşımlama (M.A.) yöntemi, kuru ve katı haldeki tozların birbirlerine periyodik olarak

kaynaklanmasını ve tekrar bu kaynakların kırılmasını sağlayarak daha ince ve homojen bir

mikroyapıya sahip yüksek dayanımlı kompozit malzemelerin üretilmesinde kullanılır [7].  M.A.

yönteminde tozlar kapalı bir kap içerisine konulur ve şaft döndürülür (Şekil 2).  Tozlar, şaft

kolları ve bilyalar yardımı ile deforme edilir ve bu tozlarda kırılma ve soğuk kaynaklaşmalar

meydana gelir.

Kimyasal yöntemlerMetal tozlarının kimyasal yöntemle üretimi, metal oksitlerin (demir, bakır, tungsten, molibden,

nikel ve kobalt) CO veya hidrojen gibi indirgeyici gazlarla oksitlerinden kimyasal olarak

indirgenmesidir [2].

Kimyasal yöntemle üretilen sünger-demir tozu bu yöntemin önemli bir uygulama örneğidir.

Sünger demir, demir oksit cevherinin uygun nitelikte indirgeyici elemanlara indirgenerek

süngerimsi bir kütleye dönüştürülmesiyle elde edilir.  Magnetit (Fe3O4), kok ve kireç taşı ile

karıştırılır ve seramik kaplara doldurulur.  Karışım seramik kaplar içerisinde 1260 °C

sıcaklıktaki fırınlarda 68 saat bekletilir [3].  İndirgenmenin tamamlanması ile sünger demir

elde edilir.  Şekil 3’de kimyasal yöntemle demir tozu imalatı görülmektedir.  Elde edilen sünger

demir külçeleri yüksek sıcaklıkta (1260 °C) birbirine kaynak olmuş tozlardan oluştuğundan

öğütülerek istenilen tane büyüklüğüne getirilir.  Hidrojen gazı altında 870°C’de tavlanarak

oksijen ve karbondan mümkün olduğu kadar arıtılır ve son olarak elekten geçirilir [8].

Şekil 3. Kimyasal yöntemle demir tozu üretimi [9].

Fe3O4 + CO à 3FeO + CO2                               (2.1)

FeO + CO à Fe + CO2                                      (2.2)

Elektroliz yöntemiElektroliz yöntemiyle, oksitlerden oluşan tozlar katoda akım vermek suretiyle elektrolitik

banyoda çökertilir ya da iyi kırılabilme özelliğinde katot da toplanır (Şekil 4).  Banyo teknesi

kurşun kaplıdır.  Elektrolitik olarak bakır sülfat ve sülfirik asit kullanılır.  Anot bakır katod ise

antimuanlı kurşundur [10].  Elektroliz yöntemi ile genel olarak bakır tozları imal edilir.

Şekil 4. Elektroliz ile toz üretimi [11].

Elektroliz yönteminde, elektrolitik banyoda çökertilen veya katotta toplanan metal kolaylıkla

öğütülerek ince toz haline getirilir ve üretilen tozlar yıkanarak elektrolitten iyice temizlenir. 

Kurutma asal gazlar altında yapılarak oksitlenme önlenir [3].  Elektroliz sırasında oluşan

parçacıklar dendritik bir yapı gösterirlerse de daha sonraki işlemlerle bu yapı kaybolur.

Elektrolitik tozların en büyük avantajı yüksek safiyetleri, dolayısıyla iyi sıkıştırabilme

özelliklerine sahip olmalarıdır.

Atomizasyon Y öntemleriAtomizasyon, bir sıvı demetinin farklı boyutlardaki çok sayıda damlacıklara ayrılmasıdır [12].

Temel prensip, bir potanın dibindeki delikten akmakta olan ergimiş metalin üzerine yüksek

basınçlı gaz veya sıvı püskürtülmesidir (Şekil 5).  Hava, azot ve argon sıklıkla kullanılan

gazlardandır ve su ise çok sık tercih edilen sıvıdır.  Burada gaz veya sıvı, ergiyik haldeki metal

demetini farklı boyutlarda çok sayıda damlacıklara ayırır.  Damlacıklar daha sonra katılaşarak

metal tozlarını oluştururlar.  Bu üretim yöntemi üç ana bölüme ayrılır:

Ergitme

Atomizasyon

Katılaşma ve soğuma

Gaz atomizsyonu hakkında daha detaylı bilgi için tıklayınız

Şekil 5. Düşey gaz atomizasyon ünitesi.

Bu işlemlerden sonra çoğu zaman yüzey oksitlerinin azaltılması, gazlardan uzaklaştırma ve toz

boyutu dağılımı gibi ürünün istenen niteliklere getirilmesi için ek işlemler yapılmaktadır. Metal

tozlarının üretiminde yaygın olarak kullanılan atomizasyon yöntemleri paslanmaz çelik, pirinç,

demir, alüminyum, çinko, kalay ve kurşun gibi metal ve alaşımları için oldukça iyi sonuçlar

vermektedir [13].  Ayrıca atomizasyon yöntemleri, alüminyum ve alaşımlarının tozlarının

üretiminde en yaygın ve en ekonomik olan yöntemlerdir. Atomizasyon yöntemlerinden su

atomizasyonu, sıvı metalin su jeti ile parçalanması, gaz atomizasyonu ise gaz jeti ile

parçalanması olarak tanımlanır.  Tipik bir suyla atomizasyon tankı Şekil 6’da verilmiştir. 

Çevresel olarak yerleştirilmiş olan memelerde oluşan basınçlı su jetleri sıvı metali keserek

parçalar.  Oluşan damlacıklar tankın dibine doğru hareket ederken soğuyarak katılaşırlar ve

dibe çökelirler.  Su çok iyi bir soğutucu olduğundan, suyla atomizasyon tankları kısadır (1m

civarında).  Gazla atomizasyonda benzeri şekilde oluşur.  Ancak gazlar iyi soğutucu

olmadıklarından gazla atomizasyon tankları 6 m den uzundur [3].

 

Şekil 6. Su atomizasyon işlemi [2].

 

Gaz atomize tozlar küresel veya küresele yakın şekillidirler (Şekil 7).  Bu yöntemle üretilen

tozların tane boyutu 20 – 300 mm arasındadır.  Su atomize tozlar genel olarak karmaşık şekilli

olup, bu tozların sıkıştırılabilirlikleri ve sıkıştırılma sonrası ham mukavemetleri yüksektir.  Su

atomizasyon yöntemiyle elde edilen tozların ortalama tane boyutu 30 – 1000 mm arasındadır

[14].

 

Şekil 7. Küresel şekilli gaz atomize kalay tozlarının genel yüzey görüntüleri.

 

      

Ergiyik metalden toz üretimi için merkezkaç kuvvetinin kullanılması olarak bilinen döner disk

santrifüj atomizasyon yönteminde, sıvı metal dönen bir disk üzerine akıtılır (Şekil 8).  Disk

üzerindeki set ve yarıklara çarpan sıvı metal parçalanarak şekildeki gibi saçılır.  Saçılan metal

parçacıklar soğutularak katılaşmaları sağlanır [11, 13].

 

Şekil 8. Döner disk atomizasyon yöntemi [11].

 

Döner elektrot kullanılarak yapılan santrifüj atomizasyon yöntemi ise, dönmekte olan

elektrotun ergiyen ucundaki sıvı metal damlaların atomize olması esasına dayanır (Şekil 9)

[15].

Şekil 9. Döner elektrot atomizasyon yöntemi [11].

 

Döner elektrot kullanılarak yapılan santrifüj atomizasyon yönteminde tozu elde edilecek

metalden yapılmış elektrot ile ergimeyen tungsten elektrot arasında ark oluşturulur.  Ergiyen

elektrotun döndürülmesiyle, elektrik arkı altında oluşan damlacıklar savrularak parçalanır ve

tankta toplanır.  Oksidasyonu önlemek için toz toplama tankı helyum, argon gibi asal gazlarla

doldurulur [11].  Döner elektrot yöntemiyle, kobalt, krom ve titanyum alaşım tozları

üretilmektedir [1].

Vakum atomizasyonu yöntemi, basınçlı gaz altındaki sıvı metale ani olarak vakum

uygulanması sonucu gazın genleşmesi ve metalin atomize olmasıyla gerçekleştirilen bir

metottur [16].  Bu yöntemde, Şekil 10’da görüldüğü gibi silindirik bir tankın alt kısmında sıvı

metal potası, üst kısmında da vakum atomizasyon odası bulunmaktadır.  Vakum altındaki sıvı

metal önce belirli bir sıcaklığa kadar ile ısıtılır, bundan sonra bu bölüme hidrojen gazı

doldurulur.  Potadaki sıvı metalde hidrojen gazı çözündükten sonra potayı yukarı taşıyan mil

potayı yukarı iterek seramik boruyu potaya daldırır.  Üst kısımda vakum olduğu için sıvı metal

memeden geçerek parçalanır.  Böylece metal ve alaşımlarından ince küresel tozlar üretilir

[11].

Şekil 10. Vakum atomizasyon yöntemi [11].

Şekil 11. Ultrasonik gaz atomizasyonu [18].

 

Ultrasonik gaz atomizasyon yönteminde ise, yüksek basınçlı gaz rezonans boşluklarının

birinden diğerine ivmelendirilerek ultrasonik ses dalgaları oluşturulur (Şekil 11) ve yüksek

katlılaşma hızına bağlı olarak çok ince ve küresel şekilli tozlar üretilir [17]. Atomizasyon

yöntemleriyle bir tozun ortalama boyutu, toz boyutu dağılımı, toz şekli, yüzey kompozisyonu

da dahil olmak üzere kimyasal bileşimi ve mikroyapısı kontrol edilebilir.  Bu temel özellikler,

tozların ve bitmiş parçaların görünür yoğunluk, sıkıştırılabilirlik ve tokluk gibi özelliklerini

belirler [18].  Bunların yanı sıra, atomizasyon yöntemlerindeki yüksek toz üretim hızı,

ekonomik olarak bir üstünlüktür.  Her atomize partikül bir ön alaşım veya küçük bir kütük

gibidir ve her partikülde bileşim aynıdır [1].

 

 

KAYNAKLAR DİZİNİ

[1] Lawley, A., 1992, Atomization: The production of metal powders, Metal Powder Industries 

Federation, Princeton, New Jersey, USA.

[2] German, R.M., 1994, Powder metallurgy science,2nd edition, Metal Powder Industries

Federation, USA.

[3] Sarıtaş, S., 1994, Toz metalurjisi, Makine müh. el kitabı, MMO, 2.Baskı, I.Cilt.

[4] TS 3087, 1978, Toz metalurjisi – terimler, TSE, Ankara.

[5] Ünal, R., 1995, Gaz atomizasyonu ile metal tozu üretimi değişkenlerinin araştırılması,

Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.

[6] Sinter Metal A.Ş., Katalog.

[7] Çiftçi, İ., 2003, Alüminyum esaslı kompozitlerde takviye oranı ve boyutunun mekanik

özellikler ve işlenebilirlik üzerine etkisinin araştırılması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi,

Ankara.

[8] Turan, H., 1993, Gaz atomizasyonu ile metal tozu üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi

Üniversitesi, Ankara.

[9] http://www.turktoz.gazi.edu.tr.

[10] Ersümer, A., 1970, Toz metalurjisi sert metal sinterleme, İstanbul Teknik Üniversite

Matbaası, İstanbul.

[11] Baksan, B., Gürler, R. 2003, Toz Metalurjisinin Savunma Sanayiinde Uygulanması,

Osmangazi Üniversitesi, Metalurji Enstitüsü, Eskişehir.

[12] Kaysser W.A., and Rzesnitzek, K., 1990, Principles of atomization, Science of Sintering, Ed.

D.P. Uskokovic, Plenum Press, 157 – 174.

[13] Sarıtaş, S., and Doğan, C., 1994, Metal powder production by centrifugal atomization, Int.

J. Powder Metallurgy, 30, 419 – 427.

[14] http://web.sakarya.edu.tr/~aokurt/dersler/tozuretim.htm.

[15] Lawley, A., 1977, An overview of powder atomization processes and fundamentals, Int. J.

Powder Metallurgy & Powder Technology, 13(3), 169 – 188.

[16] Champange, B., Angers, R., Fiset, M., 1984, Characteristics of powders produced by

rotating electrode process, MPR.

[17] Rai, G., Lavernia, E., and Grant, N.J., 1985, Powder size distribution in ultrasonic gas

atomization, J. Metals, 22 – 26.

[18] Klar, E., and Fesko, J.W., 1984, Production of metal powders, Metals Handbook, 9th ed.

Vol. 7, Powder Metallurgy, 25 – 51, Oh

Tozların karıştırılması

 Tozların karıştırılması V veya Y tipi karıştırıcılar adıyla bilinen çift borulu ve çift-koni

karıştırıcılarda yapılmaktadır (Şekil 1).  Karıştırma işlemi, tozların tane boyutuna ve şekline

göre yığılmasını önlerken, akma hızını ve görünür yoğunluğunu da değiştirir.  Karıştırma

işleminin uzun tutulması taneciklerin kırılarak küreselleşmesine ve önemli ölçüde plastik

deformasyona uğramasına sebep olabilir.  Buda tozun sıkıştırılabilme özelliğini azaltıp,

şekillendirme sırasında gerekenden fazla soğuk işlem gerektirir.Sinterleme dahil bütün işlem

kademelerinin değerlendirilmesi yapılmadan yeterli derecede karıştırma yapılıp yapılmadığına

karar vermek oldukça güçtür.

Şekil 1. Karıştırıcı.

 

Tozların Preslenmesi (Sıkıştırılması)

Sıkıştırma bir yük altında serbest yapıdaki toz partiküllerinin istenilen şekle dönüştürülmesi

için yoğunluk kazandırma işlemi olarak tanımlanabilir.  Tozların sıkıştırılmasındaki ana amaç

ham yoğunluk ve dayanımın elde edilmesidir [14].  Bu işlem için genellikle hidrolik, mekanik

ve pnömatik presler kullanılmaktadır.  Preslerin uyguladıkları basınç değerleri 70 ila 700 MPa

arasındadır ve pratikte kullanılan basınç değerleri ise genellikle 145 – 450 MPa arasındadır

[19].  Bir çok halde preslemeden önce tozlar 400 – 800 °C arasında bir ısıtmaya tabi tutulur.

Böylece oksitler, rutubet, karbon, kükürt ve fosfor mümkün mertebe ortamdan uzaklaştırılmış

olur.  Ayrıca ısıl işlem tozların sertliklerini de azaltır.  Böylece tozların sıkıştırılabilme imkanı

artar.  Sıkıştırılabilme tavlama sıcaklığı arttıkça, oksijen azaldıkça artar.  Presleme sıcak veya

soğuk yapılabilir [20].  Şekil 2’de tipik bir eksenel presleme işleminin basamakları

görülmektedir.

 

Şekil 2. Presleme işleminin basamakları; 1. İşlem başlangıcı, 2. Toz doldurma, 3. Presleme

başlangıcı, 4. Preslemenin bitişi, 5. Preslenmiş parçanın çıkarılması [9].

 

Anasayfa

Dersler

Projeler

Toz Metalurjisi

Haberler

Özgeçmiş

Sosyal Faaliyetler

İletişim

Toz Metalürjisi

Toz Üretimi

Şekillendirme

Sinterleme

İlave İşlemler

 

 

DPÜ TM Lab.

Faydalı sayfalar

 Sinterleme

 Sinterleme, gözenekli yapıda bir form kazandırılmış tozların yüzey alanının küçülmesi, partikül

temas noktalarının büyümesi ve buna bağlı olarak gözenek şeklinin değişmesine ve gözenek

hacminin küçülmesine neden olan ısıl olarak aktive edilmiş malzeme taşınımı olarak

tanımlanabilir.  Sıkıştırılmış toz parçalar arasındaki bağlantı yapışma, mekanik kitlenme ve

benzeri türden zayıf bağlar olup kristal kafes içerisindeki bağ dayanımına kıyasla çok zayıf

kalmaktadır [14].  Bu sebeple; sıkıştırılmış ham yoğunluktaki T/M parçalarına mukavemet ve

yüksek yoğunluk kazandırmak amacıyla ergime noktasının altındaki sıcaklıkta ısıl işlem

uygulanır.  Sinterlemenin başlaması noktasal olarak temas halinde bulunan toz parçacıklarının

katı-hal bağına dönüşümü ile olur.  Sinterleme işlemi sırasında, nokta teması ile başlayan, ara

parçacık bağının gelişmesi ile devam eden mekanizmaya çift-küre sinterleme modeli

denilmektedir (Şekil 1).  Bu modelde, parçacık temasının sonucunda oluşan boyun

büyümesiyle yeni bir tane sınırı oluşur ve iki parçacık tek bir parçacık oluşturacak şekilde

birleşir.

Şekil 1. Çift-küre sinterleme modeli [2].

 

Sinterleme sıcaklığı, tek bileşenli sistemlerde metalin ergime sıcaklığının 2/3 veya 4/5’i

alınarak tespit edilirken, birden fazla bileşenli sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı, ergime

sıcaklığı yüksek olan bileşenin ergime sıcaklığının altında, ergime sıcaklığı düşük olan

bileşenin ergime sıcaklığının üzerinde seçilir.  Demir alaşımları 1000 – 1300 °C, refrakter

metaller 2000 – 2900 °C arasındaki sıcaklıklarda sinterlenirler [20].  Sinterleme süresi

kullanılan malzemeye göre değişir.  Sinterleme sıcaklığı yükseldikçe sinterleme süresi kısalır. 

Toz kütlelerinde, sahip oldukları büyük yüzeylerden dolayı yüzey enerjisi bulunur.  Sinterleme

sırasında tozların birbiriyle bağlanması ve toz yüzeylerinin düzelmesiyle yüzey alanları azalır

ve böylece yüzey enerjisi de azalır.

Bölüm 1. GİRİŞ

 

Toz metalürjisi çok küçük partikülleri birbirine bağlayarak parça haline getirme işlemidir. Daha geniş bir ifade ile toz metalürjisi, toz şeklindeki malzemelerin preslenesi ve takiben yüksek sıcaklıkta sinterlenmesi ile parça imalatını kapsamaktadır. İnce partikül şeklindeki saf metaller, alaşımlar, karbon, seramik ve plastik malzemeler birbirleriyle karıştırılarak basınç altında şekillendirilirler. Daha sonra bu parçalar ana bileşenin ergime sıcaklığının altında bir sıcaklıkta sinterlenerek partiküllerinin temas yüzeyleri arasında kuvvetli bir bağ oluşturulur ve böylece istenilen özellikler elde edilir. Toz metalürjisi küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına son derece uygundur. Malzeme kaybı çok azdır, belirli derece porozite (gözenek) ve geçirgenlik elde edilir.

Metal tozlarının boyutları mikron mertebesindedir. Presleme işlemi oda sıcaklığında ve bazen de yüksek sıcaklıklarda yapılır. Toz metalürjisi ile üretilen parçaların büyük bir kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı işlem gibi ekstra operasyonlara olan gereksinimi ortadan kaldırmaktadır.

 

Bölüm 2. METALSEL TOZLAR

 

 

Toz metalürjisinde kullanılan malzeme madenler,

alaşımlar, madensel metalloid tozların karışımlarıdır. Bu

tozların hazırlanmasında sanayide bir çok usuller vardır.

Bu usuller mekanik ve fiziko-kimyasal olarak iki kısma

ayrılır. Bu tozlar arasında tane büyüklüğü, tane şekli ve

granülometrik intizam bakımından önemli farklar vardır.

 

2.1 TOZLARIN HAZIRLANMASI

 

2.1.1 Mekanik Usuller:

 

a-)Kaba ve ince öğütme:Metalsel tozlar elde etmek

gayesiyle kullanılan bu çok basit usul, metali tornalama,

planyalama, frezeleme ve eğeleme gibi işlemelerde

mekanik olarak küçük zerreler haline getirilmesinden

ibarettir. Fakat bu şekilde elde edilen demir ve

magnezyum tozlarının toz metalürjisinde önemli bir

tatbikatı yoktur.

Hammadde kafi derecede kırılgan ise, kaba bir

öğütmeden sonra ince bir öğütme yapılır. Çimento

endüstrisindeki gibi sert maddelerin öğütülmesinde

kullanılan tesisat, toz metalürjisinde malzeme miktarı az

olduğundan fazla kullanılmaz. Malzemenin cinsine göre

sert porselenden bilyeli öğütücüler veya sert alaşımla

kaplı çelik öğütücüler kullanılır.

Ancak az sayıda metaller (manganez, krom,

antimon, bizmut gibi) bilyeli öğütücülerde

öğütülebilirler. Bu mahzur muhtelif usullerle

giderilebilir. Mesela mümkün olduğu kadar yüksek

safiyette bir demir cevherinden, direkt redükleme ile

elde edilecek gözenekli demir, bilyeli öğütücülerde

istenildiği kadar ince bir toz haline getirilebilir.

Redükleme esnasın da elimine edilmeyen ve toza

karışan gayri safiyetlerin mevcudiyetlerini unutmamak

gerekir.

Diğer taraftan, elektroliz yolu ile, kırılgan ve

küçük taneli elektrolitik demir de elde edilebilir. Bu da

bilyeli bir öğütücüde istenen incelikte bir toz haline

getirilebilir. Böylece elde edilen demir tozu özellikle

yüksek frekans bobinlerinin nüvelerinde kullanılır.

Demir-Nikel alaşımlarının magnetik özelliklerinin

iyiliği ve nüve imalinde yumuşak demir imalinde

kullanabilecekleri anlaşılınca, bu alaşımları toz

metalürjisi yolu ile hazırlamak icabetti. Kolaylıkla

haddelenebilmeleri ve sıcakta dövülebilmeleri için demir

– nikel alaşımları manganez ve magnezyum vasıtasıyla

deokside ve desülfüre etmek düşünüldü. Manganez ve

magnezyum ilavesi ihmal edilse bile malzeme belirli bir

minimum sıcaklığın altında yapılırsa malzeme

parçacıklar (kırıntılar) haline gelir.Küçük taneler elde

etmek için blok yüksek sıcaklığa kadar ısıtılır ve

müteaddid haddeleme tabi tutulur. Son haddeleme

sıcaklığını yukarda sözü edilen minimum sıcaklığın

biraz üstünde olacak şekilde seçmelidir. Böylece son

haddeleme ile metal toz haline gelir.

Sünek metallerinin bilyeli öğütücülerde öğütülmeleri

imkan bulunamamıştır, zira öğütme esnasında iri taneler

sadece yuvarlaklaşmakta, küçük taneler ise öğütücü

cidarlarına ve bilyelere yapışmaktadır. Tok bileşenli

metallerin pervaneli öğütücülerde arzu edilen

granülometrik terkipte bir toz haline getirilebilmeleri

önemli bir ilerlemedir. Bu usule “Hametag” usulü denir.

Bu usul tok metallerin (demir, bakır, alüminyum gibi)

tozların hazırlanmasında, kaba toz haline getirilmiş

kırılgan alaşım ve metallerin ince olarak

öğütülmelerinde kullanılır.

 

Pervaneli öğütücü, içinde karşılıklı iki mil üzerinde sert

manganezli çelikten veya sinterlenmiş sert alaşımdan

birer pervane bulunan bir kaptan ibarettir. Bu pervaneler

ters yönde çok yüksek ve eşit hızlarda dönerler. Toz

haline getirilecek malzeme böylece öğütülürken

meydana gelen iki ters ve çok hızlı gaz cereyanı da toz

haline gelmiş partikülleri sürükler. Öğütücüler otomatik

olarak yüklenebilirler. Toz partiküllerinin

oksitlenmesine mani olmak için genellikle azot gibi

redükleyici veya inert bir atmosfer altında çalışabilir.

Pervanelerin şekillerine, boyutlarına ve dönüş hızlarına

bağlı olarak muhtelif şekilli taneler ve farklı

granülometride tozlar elde edilir. Bu tozların müstesna

sıkıştırılabilme özellikleri vardır. Kullanılma sahalarına

misal olarak: makine parçaları ve gözenekli yatak

imalinde kullanılan bakır tozları gösterilebilir.

Yukarıda sözü geçen toz hazırlama usullerinin

avantajları, basitlikleri ve ucuz olmaları; dezavantajları

ise elde edilen tozlarda, öğütülen maddeden ileri gelen

gayri safiyetlerin bulunmalarıdır.

 

b-)Granülasyon ve pülverizasyon:Ergimiş bir metalin

granülasyonu metalsel tozların hazırlanmasında kolay

tatbik edilen ve çok ucuz bir usuldür. Granülasyon, suda

granülasyon veya ergimiş metalin katılaşması esnasında

karıştırılarak elde edilen granülasyon diye ikiye ayrılır.

Su içine ergimiş metalin dökülmesiyle elde edilen

granülasyon eskiden beri bilinmektedir. Mesela ergimiş

kurşun su ile dolu bir kaba bir elekten geçirilerek

dökülür. Kurşun damlaları daha havada düşerken önemli

bir soğumaya uğrarlar. Kurşuna arsenik ilave ederek

damlaların uzaması önlenir.

Birçok metaller katılaşırken karıştırıldıklarında

toz haline gelirler. Bu usul, kaba alüminyum tozlarının

elde edilmesinde kullanılır. Ergimiş alüminyum

soğuması esnasında mekanik olarak karıştırılır.

Kadmiyum, çinko, kalay tozları da bazen böyle elde

edilir. Bu usulle kurşun – kalay alaşımı tozlarının

hazırlanması teklif edilmiştir. Tozun hazırlanması denge

diyagramının likidüs ve solidüs eğrileri arasındaki

sıcaklık aralığında olur.

Pülverizasyon usullerinden biri, sıvı dar bir

püskürtücüden fışkırtmak ve fışkıran metal hüzmesi

üzerine su buharı, basınçlı hava veya başka bir gaz

cereyanı yollamaktan ibarettir. Böylece sıvı metal toz

haline getirilirken aynı zamanda da partiküllerin çabuk

soğumaları sağlanır. Tozun oksidasyonu azdır. Tanelerin

boyut ve şekilleri su buharının, basınçlı hava veya gazın

hızı ayarlanarak değiştirilebilir. Bu usul bilhassa

alüminyum, bakır ve demir tozlarının elde edilmesinde

kullanılır.

Diğer bir usul de şöyledir:Suyla çevrelenmiş ince bir

metal malzemesi, yüksek hızla dönen ve kanatları haiz

bir disk vasıtasıyla santrifüj kuvvetten faydalanarak ince

partiküllere ayrılır(şekil 2.2).Bu usulle bileşenleri

karışabilen bütün alaşımlar toz haline getirilebileceği

gibi aynı usul bileşenleri sadece sıvı halde karışabilen

alaşımlara da tatbik edilebilir(Fe-Cu ve Cu-Pb

alaşımları).

 

  

2.1.2 Fiziko –Kimyasal Usuller:

 

a-)Gaz fazından itibaren hazırlanması:Genellikle

kaynama sıcaklıkları düşük olan metal tozlarının

hazırlanmasında kullanılan bu usul, önce metali

buharlaştırmak ve bu buharı yoğunlaştırmaktan ibarettir.

Çinko tozu bu usulle hazırlanır. Çinko oksidinin karbon

ve karbon monoksit vasıtasıyla redüklenmesiyle elde

edilen çinko bir karni içinde buharlaştırılır. Elde edilen

buhar yoğuşturulur. Karbon monoksit atmosferinin

içinde az miktarda karbon dioksit ve oksijen

bulunmalıdır. Böylece yoğuşan çinko partikülleri ince

bir oksit tabakasıyla kaplanır. Bu ise partiküllerin

aglomerasyonunu önler.

Çinko partikülleri küresel olup dış görünüşleri

karbonil metallerinkine benzer. Karbonil usul, özellikle

sanayide saf demir ve nikel tozlarının hazırlanmasında

kullanılır. Yüksek basınç altında demir ve nikel

mineralleri karbon oksidi ile muamele edilir; bunlardan

en önemlileri demir pentakarbonil [Fe(CO)5] ve nikel

tetrakarbonil [Ni(CO)5] ‘dir.

 

b-)Yüksek sıcaklıkta metalsel terkiplerin

redüklenmesi:Bu usulle hazırlanan volfram ve

molibden tozları, elektrik ampulleri ve vakumlu tüplerin

imalinde, kobalt tozu ise sert alaşımların elde

edilmesinde kullanılır. Bu tozlar tercihen oksitlerin

hidrojenle redüklenmesiyle elde edilirler. Aynı usul ile

büyük miktarlarda demir, nikel ve bakır tozları

hazırlanabilir. Redükleme sıcaklığı metalin veya

metalsel terkibin ergime sıcaklığının altında olmalıdır.

Oksit partiküllerinin boyutlarının, hidrojenin saflığının

ve rutubet derecesinin, redükleme müddet ve

sıcaklığının uygun olarak seçilmesiyle toz tanelerinin

şekli, büyüklük ve dağılışını belirli sınırlar içinde

değiştirmek mümkündür. Genel olarak en ince tozlar

alçak sıcaklıkta redükleme ile elde edilir. Toz tanelerinin

iriliği redükleme sıcaklığı ve müddetiyle ve redükleyici

gazın içindeki su miktarıyla artar. Redükleyici olarak

hidrojen, karbon monoksit, amonyak, metal buharları

(alkali metal buharları gibi) kullanılabilir. Endüstride bu

işlem devamlı çalışan fırınlarda yapılır. Kullanılan oksit,

nikel veya demirden mamul yassı sepetler içinde fırına

sokulurken aksi yönde de hidrojen sevk edilir.

 

c-)Ergimiş veya erimiş tozların redüklenmesi:

Metalin tuzlu bir solüsyonunun, redüksyonla kimyasal

olarak çökeltilmesi, metalsel tozların hazırlanmasında

kullanılan en eski usullerden biridir. Platin, altın ve

gümüş tozları bu usulle elde edilir. Diğer bir misal de,

çok ince kalay tozlarının çinko talaşları ile, kalay

klorürlü bir klorüdrik solüsyonda çökeltilmesidir.

Çökeltme gereci olarak alüminyum da kullanılabilir.

Redükleme veya alüminyum tozunun oksit tabakalarını

elimine etmek ve böylece reaksiyonu mümkün kılmak

için bir aktivasyon vasıtası kullanılmalıdır(sulandırılmış

bir kloridrik asit, sodyum klorür veya cıva klorürü

solüsyonu gibi).

Çökelen metalin sünger gibi bir görünüşü olup

öğütme ile kolayca toz haline getirilebilir. Tantal,

niobyum, titan ve diğer nadir metallerin (uranyum,

toryum, berilyum, zirkonyum) tozlarını hazırlamak için

metalin klorür, florür gibi alkali veya alkali toprak bir

metalle ergimiş bir tuzunu bir bomba içinde dekompoze

edebiliriz. Elde edilen reaksiyon ürünü suda yıkanıp saf

metalsel bir toz elde edilir.

 

d-)Metalsel tozların elektrolitik olarak

hazırlanması:Ergimiş veya erimiş bir tuzun elektrolizi

ile metalsel tozların hazırlanması teknikte önemli bir yer

işgal eder. Sulu solüsyonların elektrolizi, demir, bakır,

kurşun ve kalay tozlarının hazırlanması için bilhassa

uygundur. Direkt olarak metalsel tozun elde edilmesi

için akım şiddetinin büyük, elektrolit solüsyonunun hızlı

banyo sıcaklığının yüksek olması gerekir. Uygun tuz

karışımının elektrolizi başlıca vanadyum, niobyum,

tantal, titan, zirkonyum, toryum ve uranyum tozlarının

hazırlanmasında kullanılır.

 

 

   e-)Diğer fiziko – kimyasal usuller:Oksitlerin veya diğer metalsel tertiplerin yüksek sıcaklıkta dekompozisyonu ile de metalsel tozlar hazırlanabilir.

Metalsel bir hidrürü (kalsiyum hidrür gibi)

metalsel bir oksit (titan veya zirkonyum oksit ) üzerine

tesir ettirerek ve meydana gelen hidrürü ayrıştırarak

kullanılan oksidi meydana getiren metalin tozunu elde

etmek mümkündür.

 

f-)Sert mamullerin tozlarının hazırlanması:Sert

alaşımların imalinde kullanılan volfram, molibden, titan

ve tantal karbürlerin sert tozları, tozların ise (kurum)

müvacehedesinde 1300° ile 1900° arasında

ısıtılmalarıyla elde edilir. Karbürler genellikle levhalar

halinde çökelirler. Bu levhalar bilyeli veya pervaneli

öğütücülerde ince toz haline getirilir.

Ergime dereceleri yüksek nitrürler metal tozunun

veya karbon ve metalsel oksit karışımının azot veya

amonyak cereyanı içinde yüksek sıcaklıkta (1100° ile

1300° derece) ısıtılmasıyla elde edilir. Toz haline saf

borür, saf metal tozunun bor ile vakumda 1800° ila 2200°

derece arasında ısıtılmasıyla elde edilir.

Metalsel silisyürler de metal tozunun silisyum

veya silisyürler üzerinde etkimesiyle elde edilirler.

2.2 METALSEL TOZLARIN FİZİKO-KİMYASAL

ÖZELLİKLERİ

 

Sinterlenen cisimlerin özellikleri kullanılan

metalsel tozun kimyasal fiziksel özelliklerine sıkı sıkıya

bağlıdır.

2.2.1 Fiziksel özellikleri:Bu özelliklerden en önemlileri

yığmadan evvel ve sonraki hacim, tanelerin şekli ve

büyüklüğüdür.

 

a-)Yığmadan evvel ve sonra hacim ve

yoğunluk:Yığmadan evvel ve sonraki hacim, imalatın

endüstriyel kontrolünde çok kullanılan kaba bir kriterdir.

Yığmadan evvelki yoğunluğu bulmak için toz, hacmi

bilinen bir kaba doldurulur. Kap hacmi genellikle 100

cm³ alınır. Kap tartılır(boyut: gr/100 cm³). Tozun

ağırlığı bulunduktan sonra, yığmadan evvelki yoğunluğu

(boyut: gr/1 cm³) bulmak için 1 cm³ tozun ağırlığı hesap

edilir. Yığmadan evvelki yoğunluğun tersi yığmadan

evvelki özgül hacmi verir (boyut:cm³/1 gr). Bu değer

daha ziyade belirli bir miktarda tozu (mesela 100 gr) bir

silindire doldurarak ve silindir üzerinden tozun işgal

ettiği hacmi okuyarak tayin edilir (boyut: cm³/100 gr).

Yığmadan sonraki hacmi tayin etmek için belirli

ağırlıkta toz (tercihen 100 gr) bir silindire doldurulur ve

elle veya mekanik bir tertibatla sıkıştırılır. Böylece

mümkün olduğu kadar yoğun bir aglomerasyon elde

edilir. Tozun işgal ettiği hacim silindirin üzerinden

okunur. 1 gr tozun işgal edeceği hacim hesaplanarak

yığmadan sonraki özgül hacim bulunur (boyut: cm³/1

gr). Bu değerin tersi yığmadan sonraki özgül kütle veya

yığmadan sonraki yoğunluğu verir (boyut:gr/1 cm³).

 

b-)Tanelerin büyüklüğü ve granülometrik

analizi:Metalsel bir tozun tanelerinin boyut ve şekilleri

birbirinden farklıdır. Toz metalürjisinde kullanılan

tozların tanelerinin boyutları 1ila 4 mikron arasındadır.

Granülometrik dağılımı tayin etmek için toz tanelerinin

ortalama büyüklüğüne göre elek analizi, mikroskobik

muayene vs. gibi farklı usuller tatbik edilir.

Elek analizi:Bu usulle, tanelerin 50 mikrondan büyük

olmaları halinde, granülometri hakkında bir fikir

edinilebilir. Analizin laboratuarda yapılması için

muhtelif boyda elekleri bulunan birçok ticari aletler

vardır. Elekler metalsel veya ipek tellerden yapılmıştır.

Birim alanda mevcut delik sayısı eleği karakterize eder.

Elek analizinde standart bir ölçü tavsiye edilir.

Bunun için 100gr. toz belirli bir zaman sarsılır. Muhtelif

eleklerde toplanan tozlar tartılarak granülometrik

dağılım elde edilir. Sarsma müddetini değiştirerek

yapılan muhtelif analizlerin neticeleri arasındaki farklar,

sarsma müddeti uzadıkça azalır. Sarsma müddetini 20

dakika alırsak hata ihmal edilebilir. 3 ila 5 dakikalık bir

sarsma neticesinde yapılacak hata da kabul edilebilir.

n tane elek kullanılırsa n+1 sınıfa ayrılır. Genellikle tozu

4 veya5 sınıfa ayırmakla iktifa edilir

 

Mikroskobik

analiz:50

mikrondan

küçük tanelerin

büyüklük ve

dağılımını

veren yegane

direkt metot olan

mikroskobik

analiz

sayesinde

tanelerin hakiki

boyutları,

belirli bir

miktar

toz içindeki tane sayısı tespit edilir. Bu

metot aynı zamanda tanelerin şekli hakkında

kati bilgiler de verir.

Tanelerin boyutlarını ölçmek için toz ince bir tabaka halinde bir levha üzerine yayılır veya özel bir malzeme içine gömülür. Mesela volfram tozu bakır veya bronz tozu ile karıştırılıp sinterlenir veya bakırın veya bronzun ergime noktasına kadar ısıtılır. Gömme işleminin saydam (Plexiglass gibi) plastik malzeme içinde yapılması çok pratiktir. Plastik malzemenin tozu ile incelenen metalsel toz karıştırılarak elde edilen karışım takriben 150° sıcaklıkta preslenir. Bu şekilde hazırlanan malzeme adi bir metalografik preparat gibi muamele edilir. Partiküllerin boyutları direkt olarak ölçüldüğü gibi, görüş alanı içindeki bir bölgede mevcut partiküllerin sayısı da tespit edilir. Bu son halde, yardımcı maddenin belirli bir hacmi içindeki toz miktarından hareketle tanelerin büyüklüğü hesap edilebilir. Hakiki D çapı ile, ölçülen ortalama d çapı arasındaki bağıntı aşağıdaki gibi olur

c-)Tanelerin şekli:Tanelerin şekli ve

yüzeysel yapıları tozun sıkıştırılabilme

özellikleri üzerine çok tesir eder. Partiküllerin

şekli tozun hazırlanışına bağlıdır.

Mekanik usullerle hazırlanan metalsel

tozların şekilleri küresel olmaktan çok

uzaktır.Lamel şeklinde olan partiküllerin

kenarları gayrı muntazam ve dantelli olup

genişlik ve uzunlukları genellikle

kalınlıklarından daha büyüktür.

Granülasyon ve pülverizasyonla elde

edilen veya bir gaz fazından itibaren

hazırlanan tozların şekilleri genellikle

küreseldir. Bunların yüzeyleri düz ve

muntazam (karbonil metaller, çinko, kurşun)

olabileceği gibi, pürtüklü ve çatlak

(Alüminyum, demir) da olabilir.

Metalsel bir terkibin yüksek sıcaklıkta

redüklenmesi ile veya erimiş veya ergitilmiş

bir tuzun redüklenmesi ile hazırlanan tozların

taneleri iğne şeklinde olup sünger gibi

yapıları vardır. Elektronik mikroskopla

bakılınca, bu tozlar bir “Kaktüs” görünüşünü

andırırlar. Bunun sebebi iğne şeklinde

kristallerin mevcudiyetidir. Bu iğneler en

büyük kristallere saplanmışlardır.

Elektrolize hazırlanan metalsel tozların

“Fujer” şeklinde dendritik yapıları vardır.

Redükeme ve elektrolize hazırlanan tozların

dış görünüşleri arasında bir benzerlik vardır.

Alçak sıcaklıkta hazırlanan sert mamul

tozlarının tane şekilleri temel metallerin

tozlarının tane şekillerine benzer. Yüksek

sıcaklıkta hazırlanan sert maddelerin tozları

genellikle mekanik olarak öğütülmesi

gerekir. Bunların mikroskobik görünüşleri

sert taş parçacıklarına benzer.

d-)Akma faktörü: Bu faktör, gözenekli

yatak imalatçıları tarafından tayin edilen ve

sıvıların viskozitesine benzeyen bir

büyüklüktür. Bu büyüklük tepe açısı belirli,

konik bir kabın alt kısmında açılan bir

delikten birim zamanda geçen toz miktarıyla

ölçülür. Akma faktörü, yatak malzemelerinin

imalinde sık sık kullanılan mekanik preslerin

çalışma intizamının tayininde mühim rol

oynar. Bu faktör, ölçüldüğü yerin sıcaklığına

ve rutubet durumuna göre değişir.

 

e-)Tozların sıkıştırılabilmesi: Yukarda

incelenen fiziksel özellikler, tozların

preslenmesinde büyük rol oynayan

faktörlerdir. Tozun preslenme esnasındaki

hareketi, şekil verilebilme özelliğine (yani

presleme ile elde edilen parçanın şekil ve

kenarlarının kararlılığına) ve sıkıştırma

endisi’ne (yani bir basınç tatbikiyle elde

edilen numunenin yoğunluğuna) tabidir.

Şekil verebilme özelliği herhangi şekilli

parçalar üzerinde tayin edilebilir. Granüle

tozdan mamul (mesela karbonil demir tozu)

preslenmiş malzemenin sıkıştırma endisi

nispeten büyük; şekil ve açıların muhafaza

edilme özelliği ise kötüdür. Dolayısıyla bu

malzemeler, sıkıştırmadan sonra dikkatle

kullanılmalıdır.

 

2.2.2 Kimyasal özellikler:Metalsel tozların

en önemli kimyasal özellikleri saflıklarıdır.

Saflık adi kimyasal analizle tayin edilebilir ve

sinterlenmiş cisimlerin imalatına ve bilhassa

özelliklerine birinci derecede tesir eder.

Metalsel tozların saflığı büyük ölçüde temel

maddelerin sağlığına bağlıdır . Mesela kendi

oksitlerinin hidrojenle redüklenmesiyle elde

dilen volfram, kobalt ve demir tozlarının

saflığı, pratik olarak, kullanılan oksidin

saflığındadır.

Oksijen ve karbon gibi gayri safiyetlerin

malzeme içinde ne şekilde bulundukları da

önemlidir. Mesela oksijen levhaları, erimiş

oksit veya absorbe edilmiş gazlar halinde

bulunabilir. Oksitlerin redüklenmesi ile

hazırlanan metalsel tozlar genellikle

muntazam oksit enlüzyonları (kalıntı) ihtiva

ederler. Elektroliz, granülasyon veya

pülverizasyonla elde edilen tozlardan oksijen

genellikle oksit enlüzyonları halinde bulunur.

Karbon ise serbest karbon (grafit), karbür

veya katı solüsyon hallerinde bulunur.

Mekanik olarak hazırlanmış metalsel

tozlar öğütücü organlarından ileri gelen gayrı

safiyetler ihtiva ederler (demir, manganez,

karbon vs.). Mesela sert alaşımların imalinde

kullanılan sert mamullerin veya bir karbürle

bir yardımcı metal karışımının ince tozları,

%0,5 ila 1,5 demir ihtiva ederler. Elektrolize

hazırlanan metalsel tozlar çok saftır; toplam

gayrı safiyet %2 yi geçmez. Karbonil tozların

ihtiva ettikleri oksijen ve karbon miktarı

%1,5’e kadar yükselebilir. Karbon monoksitin

dekompozisyonundan ileri gelen bu gayrı

safiyetler tozun bir ön ısıtma ameliyesinden

sonra sinterlenmesiyle elimine edilebilirler.

Demirde bulunan kükürt, fosfor, manganez

silisyum gibi gayrı safiyetler tozlarda

bulunmazlar. Granülasyonla elde edilen

tozların kimyasal bileşimi ergiyen metalin

bileşimine tekabül eder. Bunların ihtiva

ettikleri oksit filmleri hidrojen içinde yapılan

bir tretmanla elimine edilirler.

Metalsel bir tozun kimyasal kararlılığı

yüzeyi çok büyük olduğundan topak metalin

kararlılığından çok daha azdır. Mesela tel

veya yaprak halinde bulunan tantal, asitlere

iyi dayanan metallerden sayıldığı halde toz

halinde, kloridrik asit, sülfürik asit ve nitrik

asit tarafından nispeten daha kolaylıkla

etkilenir. Metalsel tozların, havada bir oksit

tabakasıyla kaplanmaya, örtülmeye

temayülleri de yüzeylerinin büyük olmasıyla

izah edilebilir. enm.blogcu.com.Su buharı da

ince metalsel tozlar tarafından kolaylıkla

absorbe edilir (yüzeye yapışır). Metalsel

karbürlerin imali gibi bazı hallerde, ince

tozların kimyasal afiniteleri bir avantaj teşkil

eder. Volfram, hidrojen içinde, 1400°ila 1600°

arasında kömür veya grafitle karbür

vermediği halde, volfram tozu-is karışımı,

1250° nin üzerinde ısıtılarak kolayca volfram

karbür elde edilebilir.

Birçok hallerde tozlarda bazı gayrı

safiyetlerin bulunmasına müsaade edildiği

gibi, sinterlenen malzemenin tozlarına

bilhassa yabancı maddeler katılır. Mesela

elektrik ampullerinde kullanılan volfram

tellerinde yeniden billurlaşmayı önlemek için

saf volfram tozuna toryum veya alüminyum

oksit ilave edilir.

Metalsel tozların renkleri kimyasal

bileşimlerine, bilhassa ihtiva ettikleri oksijen

miktarına bağlıdır. Elektrolize hazırlanmış

bakır tozu, genellikle başlangıçta bakırın tipik

kırmızı rengindedir. Fakat, elektrolitin

elimine edilmesi ve yüzeysel kurutmadan

sonra, bakır tozu oksidasyona uğrayarak

parlaklığını kaybeder ve kırmızı-kahverengi

bir renk alır. Redükleme ile hazırlanarak

billurlaşmış ve oksijen ihtiva etmeyen

volfram tozu açık gri renkte, alçak sıcaklıkta

redüklenen ve çok az oksijen ihtiva eden

tozun rengi koyu gri ile siyah arasındadır.

Tozun rengi tanelerin büyüklüğüne de çok

bağlıdır. Eşit miktarda oksijen ihtiva eden

tozlardan ince öğütülmüş olanları kaba

öğütülenlerden daha koyudur.

Çok miktarda 1 mikrondan küçük

partiküller ihtiva eden ince metalsel tozlar

piroforik özellikler gösterirler. Bu özellikler

bir taraftan tozun geniş yüzeyine dolayısıyla

büyük kimyasal afinitesine, diğer taraftan

metalsel oksitlere bağlıdır.

Oksalatın redüklenmesiyle elde edilen

tozların ani tutuşma özellikleri bilhassa

kobalt, nikel ve demir tozlarında görülür. Bu

piroforik özellikler, yeni redüklenen tozun

karbon dioksitle soğutulması veya

redüklemenin grafit sepetlerde yapılmasıyla

önlenir. Tozun kendi kendine tutuşması ise

redüklemenin tekrar edilmesiyle önlenir.

Yukarda bahsi geçen bütün kimyasal özelliklerin, metalsel tozların sinterlemede kullanılabilmelerine büyük tesirleri vardır. Oksijen, karbon, kükürt, fosfor, demir vs. gibi gayrı safiyetlere ve karbon dioksit, su buharı vs. gibi absorbe edilmiş gazlara büyük ehemmiyet verilmelidir

Bölüm 3. PRESLEMEDEN EVVEL TOZUN

ISIL İŞLEMİ

Birçok hallerde, metalsel tozun preslemeden evvel, 400° ila 800° arasında bir ön redükleme işlemi gerekir. Böylece oksitler, rutubet, absorbe edilmiş gazlar, karbon, kükürt ve fosfor mümkün mertebede elimine edilmiş olur. Gayrı safiyetlerin kısmen veya tamamen elimine edilmesinden gayrı olarak, ısıl işlem, mekanik usullerle hazırlanmış metalsel tozların sertliklerinin azalmasını da sağlar. Böylece tozun sıkıştırılabilme imkanı da artar. Havadaki oksijen, su buharı vs. gibi yeni gayrı safiyetlerden sakınmak için tozun bu ısıl işleminden hemen sonra işlenmesi gerekir. Bu redükleyici ısıl işlem, saf metal veya alaşımların hazırlanmalarında, karbonil toz kullanılması halinde tavsiye edilir. Karbon ve oksijen ihtiva eden demir veya nikel karbonil tozu 600°ila 800° arasında hidrojen içinde ısıtılırsa gayrı safiyet oranı 0,0001 mertebesine indirilebilir. Toz nadiren 1000° nin üzerinde ısıtıldığında nikel-krom veya molibden rezistanslı fırınlar tavsiye edilir.

Demir tozu 30 dakika müddetle hidrojen içinde 900° de tavlanırsa sıkıştırılabilme özelliği iyileşir. Ayrıca içindeki karbon, kükürt ve oksijen oranı da azalır. Aşağıda bu işleme tabi tutulan ve tutulmayan demir tozlarının bileşimleri görülmektedir

Demir tozlarının sıkıştırılabilmesi özellikleriyle sinterlemeye uygunluklarının sıcaklıkla değişimi aşağıda verilmiştir. Sıcaklık arttıkça ve oksijen azaldıkça tozun sıkıştırılabilme özelliği artar.

Dövme işlemine tabi tutulmuş bakır tozunun da 700º ila 940º arasında ısıtılmasıyla sıkıştırılabilme özelliği iyileşir. Neticeler aşağıdaki tabloda verilmiştir

Sıkıştırılabilme özelliğini veren değerler hassasiyetle tarif edilmemiştir. Fakat numunelerin belirli bir basınç altında preslenmesiyle elde edilen yoğunluklarla mukayese edilebilirler.

Saf sinterlenmiş kobalt veya kobalt ihtiva eden sinter alaşım tozları hidrojen içinde ısıtılmadan evvel bol miktarda su içinde yıkanmaları gerekir. Böylece kobalt oksidinin çökelmesinden ileri gelen alkaliler yok edilmiş olur. Tungstik asidin karbonla redüklenmesiyle elde edilen volfram tozu (teknik volfram tozu) asitler içinde eriyebilen gayrı safiyetlerinden (alkaliler, demir, yabancı metallerin karbürleri) arınarak kloridrik asitle yıkanıp sinterlemeye müsait duruma gelir. Süngerleşmiş demir tozu gang tabir edilen kısmından magnetik elemeyle ayrılır.

Metalsel tozların buraya kadar sözü edilen ön-ısıl işlemlerinin hedefi tozun saflaştırılması ve sıkıştırılabilme özelliğinin iyileştirilmesidir. Kurşun tozunun elektrolitik olarak bir bakır tabakasıyla kaplanması (veya bakırın kurşunla kaplanması) bakır-kurşun yatak alaşımları imalinde kullanılır. Sert alaşımların imalinde, sert maddelerin elektrolitik olarak yardımcı bir metalle korunması teklif edilmiştir. Alkol veya su içinde erimiş toryum nitratın tungstenik aside ilavesi, lambaların enkandesan volfram filamanlarında çok önemli olan tanelerin büyümesini önler. Aynı

şekilde, az miktarda alümin ilavesiyle de demir grubundaki saf metal esaslı sinterlenmiş cisimlerin tanelerinin büyümesini önler.

Tozun sıkıştırılabilme özelliği yetersiz ise sentetik reçineler, kolofan, aseton, eter-parafin (veya kafuru) solüsyonları gibi organik terkipler ilave edilir. Bu ilaveler daha sonra sinterlemede buharlaşırlar. Karbonun elde edilecek parçaya fena tesir edeceği hallerde bu işlemlerden kaçınılır. Bu organik terkipler en iyi şekilde metalsel tozla birlikte öğütülerek katılırlar. Toz, organik maddeler ihtiva eden eriyiklerle nemlendirilince, organik terkiplerden ekonomi sağlanabilir. Volfram tellerinin imalinde organik kolloidler ve amalgamlar kullanılır.

İnce öğütme, basit tozların veya toz karışımlarının sinterlemde en önemli ön işlemleridir. Tek bileşenli tozların kuru veya rutubetli olarak ince öğütülmesiyle kristaller parçalanır, billursal malzeme parçalara ayrılır. Bunun sonucu olarak da yığmadan önceki ve sonraki hacimler azalır ve bunlara tekabül eden yoğunluklarda artar. Mesela demir karbonil tozu 12 yerine 96 saat öğütülürse, yığmadan evvelki yoğunluk % 20, sinterlemeden sonraki yoğunluk ise % 25 artar. Birden fazla bileşenli sistemlerde ise (metalloid, metal-metal, metalsel terkipler), ince öğütme, karışımının daha homojen olmasını ve plastik bileşenlerin sert bileşenler üzerine ince bir tabaka halinde dağılmasını temin eder. Bir tozun rutubetli olarak çamurun kolloidal yapısını elde edene kadar iletilebilir.

Aşağıdaki tabloda bir volfram-karbür (%92 WC , %8 CO) karışımının hidrojen içinde rutubetli öğütülmesinin yığmadan önceki ve sonraki hacimler üzerindeki tesiri görülmektedir. Tane boyutları, küçüldükçe sözü geçen hacimlerin arttığına dikkat edilmelidir

 

Bölüm 4. TOZLARIN PRESLENMESİ 

Toz metalürjisindeki en öneli adım preslemedir.

Metal tozlar, özel olarak hazırlanmış çelik kalıp

içersinde basınç etkisiyle kompakt bir hale getirilir. Bu

işlem için genellikle hidrolik, mekanik ve pnömatik

presler kullanılmaktadır. Preslerin uyguladıkları basınç

değerleri 70 ila 700 MPa arasındadır ve pratikte

kullanılan basınç değerleri ise genellikle 145-450 MPa

arasındadır. Presleri büyük bir kısmının kapasitesi 100

ton civarındadır. Son zamanlarda 200-300 ton kapasiteli

presler yapılmıştır ve hatta 3000 tonluk bir pres imal

edilmiştir.Toz metalürjisi ürünlerinin kesit alanı

maksimum 2000 mm²dir. Ancak yüksek kapasiteli özel

preslerin kullanılması halinde bu değer 6500 mm²ye

kadar çıkabilmektedir.

Uygulamaların çoğunluğunda, toz karışım

yerçekimi etkisiyle kalıbı doldurur, fazla kısımlar alınır

ve tozu sıkıştırmak için pres kapatılır. Toz miktarı için

hacim veya ağırlık esasına göre bir başlangıç ölçüsü

oluşturulur.

Sıkıştırma işlemi esnasında toz partikülleri önce

uygulanan kuvvet yönünde hareket ederler.Tozlar sıvı

gibi akmaz; kalıp yüzeyi ile partiküller arasında

sürtünme neticesi bir reaksiyon kuvveti gelişir. Bu

kuvvet uygulanan kuvvete eşit bir değere ulaşana kadar

sıkışma eksenel yönde devam eder. Daha sonra

partiküller yatay yönde hareket ederler. Basınç bir darbe

şeklinde uygulanırsa, maksimum yoğunluk ıstampanın

hemen altında meydana gelir ve ıstampa ile temas eden

yüzeyden itibaren artan mesafe ile birlikte azalır. Bu

yüzden ürün boyunca homojen yoğunluğun sağlanması

amacıyla basıncın homojen bir şekilde transferi nadiren

mümkündür. Çift aksiyonlu presler daha homojen

yoğunluk elde edilmesini ve daha kalın ürünlerin

kalıplanabilmesini sağlarlar. Yoğunlaştırma veya

sıkıştırma işleminde kenar duvarların sürtünmesi anahtar

bir faktör olduğundan, presleme ile elde edilen yoğunluk

kalıplanan parçanın kalınlığı ve genişliğinin bir

fonksiyonudur.Homojen yoğunluk dağılımını

sağlayabilmek için kalınlık : genişlik (t/w) oranı 2 den

küçük olmalıdır. Kalınlık : genişlik oranı 2 den büyük

olan ürünlerde yoğunluk parça içinde bir noktadan diğer

bir noktaya değişiklik gösterebilir.

Yukarıda da belirtildiği üzere ürün yoğunluğu kalınlığın bir fonksiyonu olduğundan, çoklu kalınlığa (kalınlığın parça içinde bir bölgeden diğerine değişimi) sahip parçalarda şekilde gösterildiği gibi tek bir ıstampa hareketi ile homojen yoğunluk eldesi olanaksızdır

Farklı kalınlıklara sahip parçaların üretiminde bu nedenle daha kompleks pres ve metotlar kullanmak zorundadır. Aşağıdaki şekilde iki farklı et kalınlığına sahip bir parçanın preslenmesinde kullanılan iki metot gösterilmiştir

Istampalar değişik miktarlarda hareket

ettirilerek üniform olarak sıkıştırılmış parça

üretilebilir. Son derece girifit ürünlerin

preslenmesi için partiküller bir plastik kalıba

veya kaba yerleştirilerek ve basınçlı bir gaz

veya sıvıya daldırılır. Bu yöntem izostatik

presleme (üniform basınç) olarak

adlandırılır. Presleme hızı son derece

düşüktür., ancak ağırlığı yüzlerce kg a varan

parçalar etkin bir şekilde preslenebilirler.

Homojen yoğunluk eldesinin diğer bir yolu

toz karışımdaki yağ oranının arttırılmasıdır.

Yağlayıcı, tozlar ile kalıp duvarı arasındaki

sürtünmeyi azaltır ve karşıt sürtünmenin

meydana gelebilmesi için daha fazla toz

hareketini gerektirir. Ancak yağlayıcı

oranının artışı preslenmiş ürünlerin yaş

mukavemetini azaltarak ürünlerin kalıptan

çıkarılması ve taşınmaları esnasında kırılma

ve dağılmalara sebep olur.

Presleme hızı dakikada 6 ile 100 parça

arasında değişebilir. Presleme sonrası,

parçalar mekanik olarak kalıptan çıkarılırlar.

Partiküllerin hareketi, bireysel deformasyonu

ve kırılma ile toz ürünlerinin yoğunluğu

dövme ve dökümle üretilen parçaların

yoğunluğunun %80 ine ulaşmaktadır.

Presleme sırasında partiküllerin

yüzeyindeki çıkıntılar ve düzgünsüzlükler

kaybolur. Kayma, dönme ve yuvarlanma

hareketleriyle partiküller kalıp içinde daha

düzenli bir şekilde dizilirler. Büyük partiküller

arasındaki boşluklar küçük partiküllerle

doldurularak parçaların yoğunluğu arttırılır

ve buna paralel olarak sertlik ve mukavemet

değerleri de yükselir.

Preslemede kullanılan yüksek basınç

altında toz partikülleri kalıp duvarlarının

zamanla aşınmasına neden olur. Bu sebeple

kalıplar takım çeliklerinden imal edilirler.

Özellikle aşındırıcı tozların

şekillendirilmesinde ve üretilecek parça

sayısının fazla olduğu hallerde kalıp

malzemesi olarak karbürlü malzemeler

(sinter karbür) kullanılır. Kalıp yüzeyleri

oldukça parlak ve kalıp yüksek basınca

dayanabilecek kesit kalınlıklarına sahip

olmalıdır. Bazı hallerde toz karışıma yağlayıcı

ilavesi yerine kalıp yüzeylerine sprey

uygulanır. Pres basıncındaki artışa paralel

olarak kalıplanmış ürünlerin yaş

mukavemetleri artar.

 

Enjeksiyon kalıplama:Konvansiyonel

metoda alternatif olarak basınçlı dökümde

kullanılan metoda benzeyen bir enjeksiyon

kalıplama yöntemi geliştirilmiştir. Daha

önceleri sadece hassas dökümle veya talaşlı

işlemle üretilen küçük ve karmaşık şekilli

parçalar artık günümüzde metal tozların

termoplastik bir malzeme ile harmanlanarak

takiben plastik bir forma gelene kadar ısıtılıp,

basınç altında kalıp boşluğuna enjeksiyonu

ile üretilebilmektedir. Kalıptan çıkarılan

parçalardaki bağlayıcı malzeme solvent

ekstraksiyonu veya kontrollü ısıtma ile

buharlaştırılarak uzaklaştırılmaktadır. Daha

sonra uygulanan normal sinterleme

süresince parçalarda % 20-25 oranında

hacimsel büzülme meydana gelir, yoğunluk

ideal koşulların % 95 ine kadar yükselir ve

özellikler artar.

Bağlayıcının uzaklaştırılması bu

prosesin en pahalı ve zaman alıcı yanıdır.

Isıtma hızı, sıcaklık ve yeniden bağlanma

(bağlayıcıların uzaklaştırılmasından sonra

partiküller arasında yeni bir bağın teşekkülü)

süresi dikkatlice kontrol edilmeli ve parça

kalınlığı ile uyumlu olmalıdır. İşlem süresi et

kalınlığı büyük parçalarda üç güne kadar

uzayabilir. Yeni keşfedilen ve suda

çözünebilen metil-selüloz bağlayıcı bu

dezavantajları kısmen ortadan

kaldırmaktadır. Bağlayıcıdaki su ısıtma

esnasında buharlaşır ve metil-selüloz

sinterleme sırasında yanar.

Enjeksiyon kalıplama veya presleme

yukarıda ifade edildiği üzere diğer

proseslerle eldesi güç küçük, kompleks ve

ince et kalınlığına sahip parçaların üretimine

oldukça caziptir. Ancak kalıp dizaynı ve kalıp

imalatı oldukça pahalı olduğu için seri ve

kütlesel üretimde kullanılır. Bununla birlikte

nihai yoğunluğun ideal yoğunluğun % 94-98

ine ulaşması ve % 0,3-0,5 mertebesindeki

boyutsal toleransların elde edilmesi bazı

uygulamalar için bu yöntemi daha da cazip

hale getirmektedir. Spor, diş, tıp

malzemeleri, büro makineleri ve ev aletleri

parçaları, uzay ve uçak, dizel ve türbin

motorları parçaları günümüzde bu yöntemle

üretilmektedir.

Soğukta preslemede genellikle

basıncın bir veya daha çok doğrultuda tatbik

edilmesini sağlayan hidrolik presler veya

mekanik presler yer alır. Günümüzde

ekseriyetle üstte sıkıştırıcı altta ise dışarı itici

pistonlar bulunan hidrolik presler kullanılır.

Otomatik mekanik presler bilhassa gözenekli

bronz yatakların ve basit makine parçalarının

seri imalatında elverişlidir.

Sıcakta presleme veya basınç

altında sinterleme soğuk presleme ve

sonra sinterlemeye nazaran daha az

pratiktir. Sadece sert alaşımdan tel çekme

haddelerinin, elmas alaşımlarının imali gibi

istisnai hallerde kullanılmış olan bu usul,

tozların veya özel bir şekilde ısıtılmış kömür,

çelik veya grafit bir matris içine

yerleştirilerek sıkıştırılmış parçaların

sinterlenmesi esnasında basınç tatbik

edilmesinden ibarettir.

 

4.1 PRESLEMEDE GÖRÜLEN OLAYLAR

 

Teorik olarak düzlemsel ve temiz iki

yüzeyin başlangıçta temasları sağlandığı

taktirde, bu iki yüzeyin adi sıcaklıkta

birleşmeleri prensip olarak mümkündür.

Metallerin yüzeyinde, oksit tabakaları gibi

fena tesirleri olan maddeler olmadığını farz

edelim. Bu durumda dahi kendini çekme

kuvvetleri tesirinin görülebilmesi için

yüzeyler arasındaki mesafenin çok küçük

olması lazımdır. Adi sıcaklıkta ve yüksek

basınçlar altında, iki masif metal cismin

nazari olarak düzlemsel yüzeylerini atom

mertebesinden temasa getirmek için,

halledilmeyecek derecede zorluklarda

karşılaşıldığı düşünülürse, metalsel bir tozun

preslenmesinde yukarıdaki ideal durumdan

ne kadar uzak bulunulduğu anlaşılır. Bunun

başlıca üç sebebi vardır:

1-Toz partiküllerinin yüzeyleri genellikle

gayrı muntazam ve çok komplekstir.

Dolayısıyla karşılıklı temas yüzeyi çok

küçüktür.

2-Tozların saflığı imalat şekline göre

çok değişir; ayrıca partiküller havada çok

moleküllü oksit ve gaz tabakalarıyla kaplıdır.

Bu ise çekme kuvvetlerinin tesirini engeller.

3-Ergime ile elde edilen bir metal

yüzeyini çevreleyen atom tabakasının yapısı,

içinde bulunan bir kristalin dış

tabakasındakinden genellikle tamamen

farklıdır. Ayrıca taneler arasındaki birim

hakiki temas alanına tekabül eden kohezyon

kuvveti ve ergime ile elde edilmiş bir metal

kristalitlerin arasındakinden farklı ve

genellikle daha küçüktür.

Metalsel bir tozdan, basınç tesiri altında

katı cisim elde edebilmek, basınç yardımıyla

yüzeysel kuvvetlerin hiç olmazsa bir

kısmından faydalanmak demektir. Fakat bu

gibi hallerde mekanik kuvvet çok ufaktır.

Buna sebep yukarda izah edilen üç faktörün

tamamen yok edilmemesidir. Preslemenin

tesirleri şöyle sıralanabilir:

1-Toz partiküllerinin toplam temas

yüzeyi, karşılıklı yaklaşma sonucu artar.

2-Basınç tesiri altında, birçok taneler

birbirleriyle sürtünür. Bu ise birçok noktada

oksit ve gaz tabakalarının yüzeylerinin

temasını sağlar.

3-Toz tanelerinin karşılıklı sıkıştırılmaları

çok kısa süreli lokal sıcaklık yükselmelerine

sebep olarak atomların temas yüzeyinde

yeni ve kısmi bir organizasyon sağlanır

(atom hareketleri, sıcakta birleşme).

Soğukta presleme ile elde edilmiş

parçaların mekanik kuvvetleri basınçtan

başka tozun plastik özelliklerine de bağlıdır.

30 lt/cm² lik basınçla, kompakt bakır

yoğunluğunun %95 ila 97 sine erişerek,

yüksek mukavemetli çubuklar elde edilebilir.

Buna karşılık, redükleme ile elde edilmiş

volfram tozuna çok yüksek basınçlar tatbik

edilse dahi teorik yoğunluğun sadece %65 ila

75 kadarı elde edilebilir. Aynı zamanda bir

volfram çubuğun mukavemeti çok az

olduğundan, parçalanmaması için çok

dikkatli davranmak gerekir. Sünek

sinterlenmiş kaba volfram tozu kullanılırsa,

bu volfram partiküllerinin plastisiteleri daha

büyük olduğundan, daha mukavemetli

cisimler elde edilir.

Presleme esnasında iki ideal durum

düşünülebilir : elastik deformasyon ve

plastik deformasyon. Birinci halde, yozun

ideal elastikliğine ilave olarak şu hipotezleri

yapacağız : toz mümkün olduğu kadar ince

ve çok muntazam, basit şekilli, parlak yüzeyli

partiküllerden ibarettir; presleme tek

taraftan, çelik bir matris içinde, ortalama bir

basınçta yapılmaktadır ; basınç yavaş yavaş

artmaktadır. Bu ideal şartların

gerçekleşmesiyle, basınç kalıp içinde, sıvı

içindeki hidrostatik bir basınç gibi,

muntazam olarak dağılır. Böylece maksimum

kesafet elde edilir. Çekme kuvvetleri, toz

partiküllerinin atomsal temasta oldukları

noktalara tesir ederler. Presin hareketli

pistonu civarında yoğunluk daha büyüktür.

Kalıbın titreşmesi de bir avantaj teşkil eder.

Partiküllerin tuğla gibi üst üste yığılmalarının

iyi olmadığı yerlerde, bilhassa bazı partiküller

basıncı bir kubbenin taşları gibi taşınıyorsa,

bu kubbe altında birçok boşluklar vardır.

Yoğunluğun bu gayrı muntazamlığını göz

önüne almazsak, yukarda izah edilen ideal

presleme usulünde toz partikülleri hiçbir

plastik deformasyona maruz kalmazlar. Bu

çok basit limit bir hal olduğundan, hiçbir sıvı

faz görülmediği kabul edilirse, sonradan

yapılacak ısıtma esnasında ortaya çıkacak

sinterleme olayları (billurlaşma gibi) da çok

basit olacaktır.

 

İkinci limit hal yukarıdakilere zıt şartlarda görülür. Toz partikülleri kaba, yüzeyleri gayrı muntazam, kompleks ve dantelli, toz çok plastik ve basınç çok yüksekte, partiküllerin tuğla gibi muntazam olarak dizilmesiyle kesafette muntazam bir artış sağlanamaz.Elemanter partiküllerin plastik deformasyonu daha önem kazanır, zira yoğunluğun artması partiküllerin birbirlerine yaklaşabilmelerine bağlıdır. Temas yüzeyleri halinde gelir. Partiküllerin kohezyonu, çekme kuvvetlerinin bazı noktalarda değil, fakat bölgelerde tesir etmesiyle ve hacimli parçaların kaba olarak tuğla gibi dizilmeleriyle elde edilir. Bütün bunlardan, bu gibi cisimlerin yüksek mekanik mukavemetlerinin sebebi anlaşılmaktadır. Sinterleme esnasında görülen olaylar, bilhassa billurlaşma olayları (yeniden billurlaşma) tabii ki daha karışıktır. Toz partiküllerinin iç kararsızlıklarına sebep olan faktörler de rol oynar

5.1 TEK BİLEŞENLİ SİSTEMLERİN SİNTERLENMESİ

5.1.1 Sinterlemeye başlama, Sinterleme sıcaklığının tarifi:

Sıcaklığın yükselmesiyle çekme kuvvetlerinin aktiviteleri artarken, sinterlemeyi zorlaştıran tesirler de ortadan kalkar. Ayrıca sıcaklığın artması billurlaşma şartlarını da müsait hale getirir. Adi sıcaklıkta, toz partiküllerinin gerektiği kadar plastik olmamaları, yüzeylerinde gaz ve oksit tabakalarının mevcudiyeti, partiküller arasındaki temasın mükemmel olmaması, presleme esnasında toz içinde zararlı gazlar bulunması, sinterlemenin yüksek sıcaklıkta yapılmasını mecbur kılar. Yukarda sözü geçen zararlı unsurlar önemli değişiklikler gösterirler ve tozun hazırlanma şartlarına büyük ölçüde bağlıdırlar. Bu sebeple tozun sinterlemeden evvel tabi olduğu işlemler çok önemlidir. Sinterleme başlangıcı sıcaklığı hakkında verilen bilgiler hiçbir şey ifade etmemekle beraber, bu sıcaklığın bilinmesi pratik önemi haizdir. Sinterleme sıcaklığını tayin etmek için birçok eser yazılmıştır. Sinterlenmiş cisimlerin yapı değişiklikleri mikroskopta incelenerek, preslenmemiş demir dozlarının sinterlenmesi etüt edilmiş, preslenmiş silindirik küçük parçaların çekme mukavemetleri tayin edilmiştir. Gümüş, bakır, kurşun, alüminyum, magnezyum komprimerlerinin mukavemeti 150° ile 300° arasında artarak değiştiği görülmüştür. Bu artış sinterlemenin başladığını gösterir. Aynı malzemeden iki yüzey sadece basınç tesiriyle, birbiri üzerine tatbik edildiği takdirde, belirli bir sıcaklığın üzerinde bu iki yüzeyin aderansı yüksek değerler alır. Bu sıcaklığa aderans sıcaklığı denir ve sinterleme başlangıcı sıcaklığı olarak kabul edilebilir (demir için 550°, nikel için 600°, volfram için 1250°)

5.1.2 Sinterleme şartlarının fiziksel ve mekanik özelliklere tesiri:

a)Yoğunluk, Gözeneklilik, Kendine Çekme:

Önce sinterleme sıcaklığı, sinterleme müddeti ve toz taneleri büyüklüğünün yoğunluğa tesiri incelenecektir. (Şekil 5.1)da muhtelif basınçlarda, yoğunluğun sinterleme sıcaklığı ile değişimi şematik olarak gösterilmiştir. (Şekil 5.2)’da ince molibden tozlarıyla (Şekil 5.3)de ise ince bakır tozlarıyla (2 mikrondan küçük taneler) yapılan deneylerin sonuçları görülmektedir. 1000°’ye doğru molibdenin, 400°’ye doğru ise, bakırın yoğunluğunun artması esas sinterleme olayının başlangıcı ile, bakırın yoğunluğunun artması esas sinterleme olayının başlangıcı ile ilgilidir. Çok az veya normal bir basınç altında tozların belirli bir sıcaklıkta sinterlenmeleriyle meydana gelen kendini çekme de normaldir. Aksine, çok yüksek basınçlar altında preslenen cisimler (30t/cm2’ye kadar) kendileri çekmedikleri gibi, bir hacim büyümesi de gösterirler. Mesela, 600°’de sinterlermiş ve yüksek basınç altında preslenmiş bir bakır parçasının yoğunluğu alçak basınç altında preslenmiş parçanınkinden çok daha küçüktür.

 

 

 

a. Sıkıştırılmamış.

b. Orta basınç altında sıkıştırılmış (takriben 5t/cm2.

c. Yüksek basınç altında sıkıştırılmış (takriben 30t/cm2).

Sinterleme müddetinin yoğunluk ve kendini çekmeye tesirine gelince, yoğunluk artmasının büyük kısmı nispeten kısa bir zamanda meydana geldikten sonra artış azalır. Sinterleme sıcaklığı ne kadar yükselirse, kendini çekmenin büyük kısmı da o kadar kısa zamanda meydana gelir; yani yüksek sıcaklıklarda zamanın tesiri gittikçe azalar. (Şekil 5.4).

Basınç ve sinterleme sıcaklığı ve müddetinden ayrı olarak kullanılan tozun tane büyüklüğü de yoğunluk ve kendini çekmeye büyük ölçüde tesir eder

 

Aynı bir metalin muhtelif tane büyüklüklerindeki tozlarını aynı basınç altında presledikten sonra elde edilen numunelerin, aşnı şartlar altın-değişim kanunu bulunur. (Şekil 5.5).

 

b) Yapı:

Basınç, sinterleme sıcaklığı, müddeti ve atmosferdeki gibi sinterleme şartlarının, sinterlenmiş maddelerin sertlik, mekanik mukavemet, elektrik iletkenliği gibi özelliklerine tesiri incelenmeden evvel, tanelerin süratle büyüme olayının tetkik edilmesi gerekir. Tanelerin büyümesi bazı hallerde mekanik mukavemet, sertlik, kopma uzaması, yoğunluk gibi özelliklere fevkalade tesir eder. Plastik metal tozlarının, mutlak ergime sıcaklıklarının 2/3 ile 3/4’ü arasındaki belirli sıcaklıklarda ısıtılmasıyla tanelerin çok büyüdükleri görülmüştür. Tane büyümesinin başlangıç sıcaklığı presleme basıncından bağımsızdır. Bu olaya tanelerin ani büyümesi denir ve ilk olarak redükleme ile elde edilmiş ince bakır tozlarında müşahade edilmiştir. 1 ile 5t/cm2 arasında değişen basıncın 720° olduğu tespit edilen tane büyümesi başlangıcına ait sıcaklığa tesir etmemesi tane büyümesinin soğukta bir ön deformasyon neticesinde meydana

gelmediğini gösterir.; dolayısıyla, normal metallerin soğukta deformasyonlarından sonra görülen yeniden billurlaşmaları hipotezi burada kabul edilemez.

Az miktarda gayri safiyelerin bir sıvı faz meydana gelmesine ve dolayısıyla bir billurlaşmaya sebebiyet verip vermediklerini anlamak için, müteakip saflaştırmalara tabi tutulmuş bakır tozu üzerinde deneyler yapılmıştır. Bu tozla, 5t/cm2 basınç altında sinterlenmiş cisimlerde , 720°’de tanelerin büyüdüğü görülmüştür. Buradan, bakırın büyük sarfiyatının tane büyümesi başlangıç sıcaklığına tesir etmediği neticesine varılmıştır.

Hiçbir soğuk ön-işleme tabi tutulmamış tozlarda, tane büyümesi normal yeniden billurlaşma sıcaklıklarda meydana gelmektedir. Halbuki 520°’de yarım saat sinterlenmiş numuneler soğuk deformasyona tabi tutulduğu takdirde, tane büyümesi sıcaklığı, soğuk deformasyona tabi tutulduğu takdirde, tane büyümesi sıcaklığı, soğuk deformasyonun şiddetine göre, 720°’den 420°’nin altına kadar düşmektedir. Böylece sentetik metalsel malzemelerin tane büyümeleri, ergime ile elde edilmiş metallerin yeniden billurlaşma sahasına getirilmiştir(Tablo5.2)

 

Bakırın mukavemeti yüksek sıcaklıkta bir maksimumdan geçtikten

sonra biraz azalır; bu maksimum, sinterleme sıcaklıklarında tanelerin

süratle büyümesine bağlıdır.

(Şekil 5.12)’de kopma uzaması ve mukavemeti sinterleme sıcaklığı ile değişimi

şematik olarak görülmektedir. Bu eğriler 3 ile 4t/cm2 arasındaki basınçlar için çizilmiş

olup, daha yüksek basınçlarda aşağı doğru yer değiştirirler.

Sinterlenmiş demir numuneleri üzerinde yapılan deneylerde elde edilen kopma uzaması ve mukavemetin sinterleme müddeti ile değişim eğrileri (Şekil 5.13)de verilmiştir. Bu eğriler kaba hatlarla diğer metaller için de varittir. Neticeler tane büyüklükleri 0.075 ile 0.1 mm arasında olan 6t/cm2 basınç altında preslenerek 800°’de farklı müddetlerde sinterlenmiş demir tozu üzerinde elde edilmiştir. Isıtmanın birinci saati içinde çekme mukavemeti süratle yükseldikten sonra eriştiği değeri muhafaza eder. Uzama eğrisinin de benzer bir gidişi varsa da 480 dakikalık bir ısıtma müddeti içinde bir maksimuma erişmez

Tane büyüklüğünün çekme mukavemeti ve uzamasının; sinterleme

yoğunluğa ve sertliğe tesiri gibidir.

 

e)Elektrik İletkenliği:

 

(Şekil 5.14)’de farklı basınçlar altında preslenmiş karbonil nikel tozunun

özdirencinin değişimi görülmektedir. Özdirençlerin ölçülmesi deney parçalarının

soğumasından sonra oda sıcaklığında yapılmıştır. Sıcaklığın artmasıyla elektrik direnci

önce süratle, yüksek sıcaklıklarda ise daha yavaş azalır. Özdirenç ayrıca alçak

sıcaklıkta elde edilen numuneler için, deney parçasının hazırlanmasında kullanılan

basıncın küçüklüğü nispetinde artar.

 

 

Sinterlenmiş bir metalin toplam direnci kristalitlerin kendi dirençleri ile kristalitler

arasındaki temas dirençlerinin toplamıdır. Toz partikülleri, absorbe edilmiş bir gaz

tabakasıyla çevrilmiş olduklarından temas dirençleri çok büyüktür. Dolayısıyla

preslenmiş metalsel bir tozun direnci de çok yüksektir. Basıncın yükselmesi

partiküllerin yaklaşmaları ve temas yüzeylerinin artmasına ve dolayısıyla toplam

direndin azalmasına sebep olur. Sıcaklık yükselirse absorbe edilmiş gazların

yayılmaya başlamasıyla elektrik direnci azalır. Daha sonra sinterlemenin ilerlemesi

esnasında, billurlaşma sebebiyle kristalitler arasındaki elektrik irtibatları iyileşir.

Absorbe edilmiş gaz tabakaları ve oksit filmlerinin elektrik direnci üzerine

etkilerini ortaya koymak için, preslenmiş karbonil nikel tozlarının sinterleme

esnasındaki sıcaklık-özdirenç eğrileri çıkarılmıştır. (Şekil 5.15).

 

 

5.2 ÇOK BİLEŞENLİ SİSTEMLERİN SİNTERLENMESİ

 

Toz metalürjisi metotları sayesinde, temel malzemelerin özelikleri ve katı veya

sıvı halde karşılıklı eriyebilme şartları ile ilgilenmeden çeşitli cisimlerin herhangi bir

terkibi elde e6ilebilir. Metalleri, metalloidlerle veya metalsel terkiplerle birleştirmek

mümkündür. Prensip olarak herhangi bir terkip herhangi bir oranda gerçeklenebilir. Bir

bileşenli sistemlerde presleme ve sinterleme esnasında görülen olaylarla sinterlenmiş

cisimlerin fiziksel ve mekanik özelliklerini kapsayan kanunların çok bileşenli sistemler

için genelleştirilmelerinin mümkün olup olmadıklarını anlamak için sistemler 2 gruba

ayrılır:Sinterlenmeleri esnasında bir sıvı faz meydana gelmeyen sistemler ve

sinterleme esnasında bir kısmı sıvı halde bulunan sistemler.

 

5.2.1 Sıvı faz olmadan çok bileşenli sistemlerin sinterlenmesi:

 

Bileşenlerin ergime sıcaklıkları çok farklı değilse (demir-nikel, demir-kobalt,

demir-kobalt-nikel, vs. gibi) sinterleme sıcaklığı bütün bileşenlerin ergime

sıcaklıklarından düşük alınmalıdır. Bir bileşenli sistemler için kurulan teorilerin bu gibi

sistemleri de kapsamalarının mümkün olup olmadığı denge diyagramından anlaşılır. İki

ayrı durum vardır. Bileşenlerin sıvı veya katı halde (hiç olmazsa katı halde)

birbirlerini eritmemeleri ve billurlar veya karışımların teşekkülü. Birinci gruba

giren sistemler için, sıvı faz meydana gelmeyecek bir sinterleme sıcaklığında (yani

ötektik sıcaklığının altında) bir bileşenli sistemler için geliştirilen bilgiler geçerlidir.

Farklı iki metalin yüzeyleri arasındaki çekme kuvvetleri bir metalin partikülleri

arasındaki çekme kuvvetlerinden az farklıdır. Buna sebep aderansın fiziki bir olay olup

üzerinde kimyasal afinitelerin hiç bir rol oynanamamasıdır. Bununlar beraber, yüksek

sıcaklıkta meydana gelen billurlaşma olayları bileşenlerden her birinin kendi sahasında

gelişirler. Bazen bu olaylardan faydalanılarak mesela volfram’ da olduğu gibi bazı

oksitlerin (thO2, CaO2, vs.) ilavesiyle iri tanelerin teşekkülüne mani olunur. Bu birinci

tipe misal olarak pratikte önemli olan şu alaşımları verebiliriz: volfram-bakır, demir-

grafit, gümüş-grafit vs. Yukarıdaki misallerden demir-gümüş ve demir-bakır

sistemlerini daha yakından inceleyelim. Demir ve gümüşün katı veya savı halde

birbirlerini eritmelerine rağmen toz metalürjisi metotları sayesinde mekanik

mukavemetleri iye olan demir-gümüş alaşımları elde etmek mümkündür. Gözenekler,

sinterlemeden sonra yapılan bir sıcakta dövme ile yok edildikleri takdirde, bu

alaşımların mukavemet ve sertlikleri karışımlar kanunundan bulunur. bir demir ve bakır

tozları karışımının bakırın ergime sıcaklığının altında sinterlenmesiyle hazırlanmış

parçalar incelenerek elde edilen yoğunluk ve mekanik mukavemetin saf metallerinki

mertebesinde olduğu görülmüştür.

Bileşenler katı halde karışık billurlar veya karışımlar teşkil

ettikleri takdirde, bir bileşenli sistemler için meydana getirilen

kanunlara ekseriya yeni olaylar ilave olunur. Bu durumda, bileşenlerin

birbiri içinde yayınma derecesinin tesiri katidir. Daha evvel izah

edildiği gibi D.P.G. usulüyle muhtelif tertiplerde alaşım tozları

hazırlamak mümkündür. Toz haline getirilmiş bir alaşımdan hareket

edilirse, bileşenler kimyasal dengede olduklarından olaylar bir

bileşenli sistemlerdekinin aynı olarak cereyan eder. Karışık

billurlardan veya metalsel karışımlardan meydana gelen toz

partiküllerinin saf metallere nazaran daha az şekil

değiştirebildiklerine ve daha zor billurlaştıklarına dikkat etmek

lazımdır. Karışık billurlardan teşekkül eden tozların zor billurlaştıkları

bir kısmı karışık oksit kristallerinden, bir kısmı da oksit

karışımlarından elde edilerek sinterlenmiş kobalt-nikel alaşımları

üzerinde yapılan deneylerle ispat edilmiştir. Toz haline getirilmiş bir

alaşım yerine, saf bileşenleri kalıp içinde karıştırıp presledikten sonra

sinterliyelim (saf bileşenler yerine henüz denge haline varmamış

fazlar da alınabilir); sinterleme esnasında mukavemet artacak,

muhtelif bileşenler arasındaki yayınma sebebiyle muhtemelen fiziksel

özellikler de iyileşecektir. Yayınma derecesi bazı gaktörlerde

(sinterleme sıcaklığı ve müddeti, tane büyüklüğü gibi) bağlı

olduğundan bu gibi çok bileşenli maddelerin fiziksel özellikleri de aynı

olduğundan bu gibi çok bileşenli maddelerin fiziksel özelikleri de aynı

faktörlere tabi olacaktır. Sinterlenmiş demir-nikel alaşımları halinde

olduğu gibi, karışık billurlardan meydana gelmiş ve sadece

sinterlenmiş sistemlerin özelliklerinin saf bileşenlerinkinden az bir ark

göstermesi tamamlanmamış bir yayınma ve gözeneklilik

sebebiyledir.

Metalsel tozların yayınmaları hakkında en önemli deney

neticeleri şu şekilde özetlenebilir:

1-İyi karıştırılmış metalsel tozlar kompakt metallere nazaran

daha kolay yayınırlar; kullanılan toz ne kadar ince ise numune de o

kadar homojen olur;

2-Yayınma hızı sıcaklıkla üssel olarak artar;

3-Kullanılan tozlar ısıl işlem esnasında yapı değişimlerine

uğradığı takdirde, bu değişimler yayınmanın gelişmesine tesir

edebilir;

4-Çekmeye mani olan faktörler atom hareketlerini frenler:

5-Az miktarda sıvı bulunduğu takdirde (mesela oksitler,

sülfürler, fosfürler vs.) bilhassa sıvı faz oksit filmlerini ve diğer gayri

safiyetleri eritebiliyorsa, yayınma çok daha çabuk olur.

Bu istisnai durumlar hariç, kompakt metallerin yayınma

kanunları, metalsel tozların yayınması için de muteberdir.

Dolayısıyla, yayınma olayı şu şekilde düşünülebilir: Denge

diyagramına göre. Kafi derecede yüksek sıcaklıkta görünmeleri

beklenen denge durumundaki kristaller önce tanelerin çevresinde

teşekkül ederler. Bu şekilde meydana gelen tabakaların kalınları

birçok faktörlere bağlıdır. Mesela A ve B gibi iki metal mevzubahis ise

bu gaktörler şöyle sıralanabilir: sıcaklık, ısıtma müddeti, A ve B

metallerinin her yeni tabaka boyunca yayınma hızları, her iki metalin

her yeni tabaka içindeki kütleleri ve bunların oranı, A ve B

metallerinin yayınma zamanının her tabakanın kalınlığıyla artma

şekli.

 

5.2.2 Sıvı faz mevcudiyetinde çok bileşenli sistemlerin sinterlenmesi:

 

Sıvı faz mevcudiyetinde sinterlenen çok bileşimli sistemler adı altında toplanan

grupta endüstride önemli olan birçok sinter mamuller vardır. Misal olarak sinterlenmiş

sert alaşımlar, wqolfram-bakır-nikel ağır alaşımı gözenekli yataklar için bronz vs.

gösterebiliriz.

Bu sistemler içinde, sinterlemenin oluşumu başlıca denge diyagramına tabidir.

Sınıflandırmada kriter olarak malzemenin sinterlemeden sonraki homojen veya

heterojen durumu alınacaktır.

Sinterlenmiş bir homojen alaşım halinde, sıvı faz ancak ani olarak teşekkül

edebilir. Sıvı faz belirli bir sıcaklıkta teşekkül ettikten sonra yayınma ile kütle

tarafından absorbe edilir. Bu esnada katı karışık billurlar teşekkül eder. Bunun

endüstride uygulanması, gözenekli yataklar için sentetik bronz ihmali gösterebiliriz.

Mesela %10 kalay ihtiva eden sentetik bronz şu şekilde hazırlanır: Bir kalıp

içinde bakır ve kalay iyice karıştırılıp preslenir ve karışım 700° ile 800° arasında

redükleyici atmosferde sinterlenir. Sinterleme esnasında, kalayın 232° olan ergime

sıcaklığına erişildiğinde, kalay kozu komprimenin içinde sıvılaşır. Sıvı kalayın

bakır partikülleri boyunca süratle yayınmasıyla, 1 saatten az bir müddet zarfında

homojen bir faz meydana gelir. Bu faz X-bronzunun katı karışık billurlarından

ibarettir.

Demir-nikel alüminyum sinter mıknatısların imali için ince demir

ve nikel tozlarıyla, istenen alüminyum oranının sağlanması için %50

alüminyum ihtiva eden bir demir-alüminyum alaşımı tozu kullanılır.

Toz karışımının sinterlenmesi, koruyucu gaz içinde 1200° ile 1300°

arasında yapılır. 1150°’ye doğru bu ön-alaşım ergiyerek sıvı halde

demir ve nikel partikülleri boyunca çok çabuk ve muntazam olarak

yayınır. Bu şekillerde, nispeten kısa bir zamanda, karışık billurlardan

meydana gelen homojen katı bir faz teşekkül eder. Sinterleme ile

önemli bir kendini çekme olayı da vuku bulduğundan preslenmemiş

fakat sinterlenmiş mıknatısların yoğunluğu, teorik yoğunluğun %97

ile 99’una erişir. Sinterleme esnasında bir miktar sıvı teşekkül etmesi

yoğunluğunun büyük olmasını ve homojen karışık billurların meydana

gelmesini sağlamaktadır. Mesela %13 alüminyum ve %60 demirden

ibaret sinterlenmiş bir mıknatısın imalinde , 1115° civarında %26 sıvı

teşekkül eder. Sıvı faz mevcudiyetinde yapılan sinterleme esnasında,

meydana gelen sıvı miktarı numunenin iskeletini tahrip etmeyecek

kadar olmalıdır.

Çok bileşenli heterojen bir sistemin sinterlenmesinde şartlar daha başkadır.

Sıvı fazın meydana gelmesine ergime sıcaklığı en düşük olan bileşenin ergime

noktasının aşılması veya alçak sıcaklıkta ergiyen bir ötektiğin teşekkülü sebep olabilir.

Endüstriyel bakımdan çok mühim olan bu duruma klasik misal olarak sert alaşımların

ve volfram-bakır-nikel ağır alaşımının sinterlenmesi gösterilebilir. Burada nisbeten az

miktarda olan sıvı faz katı kalmış bileşenler için “birleştirici” veya “çimento” rolü

oynar; bu bileşenlerin kendi hallerine bırakılması halinde ise sinterleme için çok yüksek

sıcaklıklara çıkmak gerektiği gibi bu sıcaklıkta dahi sinterleme tam olmaz.

Misal olarak volfram-kobalt-karbon üçlü sistemini alarak sert bir

alaşımın sinterlenme ve ergimesinde görülen olayları daha yakından

incelemeyim. Mesela %94 volfram karbür ve %6 kobalt ihtiva eden

bir alaşımın sinterlenmesinde ortaya çıkan olaylar, volfram-kobalt-

karbon sisteminin denge diyagramının WC-Co ikili sistem kesitinde

net olarak görünürler. (Şekil 18). İnce volfram karbür ve kobalt tozları

karışımının sinterleme sıcaklığı 1400° olarak seçilir. Alınan bileşime

(%6 kobalt) tekabül eden noktadan bir düşey ve sinterleme

sıcaklığına (1400°) tekabül eden noktadan bir yatay çizilirse,

diyagramdan her sıcaklıkta muhtelif tozların oranlarıyla bileşimi

bulunur. numune, oda sıcaklığından sinterleme sıcaklığına kadar

ısıtıldığı takdirde, önce volfram karbür ve kobalt kristalleri arasında

bir atom değişimi, yani katı halde yayınma olur. Bir miktar volfram

karbürün kobalt içinde erimesiyle kobalt bakımından zengin katı

karışık billurlar teşekkül eder. Bu durumda kobaltın ergime sıcaklığı

da düşer; olay bu şekilde devam ettikçe bir sıvı faz meydana gelir.

Bu sıvı miktarı bütün kobalt sıvı hale gelinceye kadar artar. Sıvı

içindeki kobalt oranı da %62’ye kadar düşer. Özet olarak, volfram

karbür ve kobalt karışımının 1400°’de sinterlenmesi esnasında saf

kobalt (a noktası) kaybolurken, a ve b noktaları arasında, ok yönünde

b bileşimli sıvıya doğru gidildiği görülür. Dolayısıyla 1400°’de

sinterlenen malzemenin takriben %90 volfram karbür (c noktası) ve

%10 sıvı (b noktası) ihtiva eder. Numune soğutulursa, volfram karbür

sıvıdan ayrılır. Zira sıcaklığın azalmasıyla volfram karbürün kobalt

içinde eriyebilme özelliği de gittikçe zayıflar. Bu şekilde ayrılan

volfram karbür katı halde kalmış olan volfram karbür partikalleri

etrafında billurlaşır. Volfram karbür partikülleri her yerde saf kobalt

tarafından sarılmış olup, kobalt kohezyonu sağlamaktadır

Volfram karbür ancak çok yüksek sıcaklıkta ayrışır. Fakat bu ayrışma

sıcaklığının altında kalındığı müddetçe, yukarda izah edilen ve sert

alaşım sinterlenmesinin karakteristikleri olan transformasyonlar

önemli bir değişmeye uğramaz. Volfram karbür yalnız başına

2600°’de ayrıştığı halde, kobalt mevcudiyetinde ayrışma daha düşük

sıcaklıkta olur. Şekil 16’da verilen denge diyagramında %6 kobalt

ihtiva eden volfram karbür-kobalt alaşımının 2400°’de ayrıştığı

görülür. Bu sıcaklığın altında 1400° için etraflı olarak izah edilen

transformasyonlar mevzubahistir. Pratikte 1500° veya 1600°’den

yüksek sinterleme sıcaklıklarına çıkılmaz. Aksi takdirde sinterlenen

cismin içinde kabarcıklar meydana gelir. Sıcaklık 2400°’ye yükseldiği

zaman sıvı nispeti artar. Bunun sebebi, sıcaklık arttıkça daha çok

miktarda volfram karbürün sıvı içinde edilebilmesidir. Soğuma

esnasında, daha az sayıda katı tane üzerine daha çok miktarda erimiş

karbür çökeleceğinden yapının değişeceği aşikardı. Aynı tesir

(tanelerin büyümesi) sinterleme müddetinin uzatılması veya

sinterlemenin tekrarıyla uzun zaman alır. Ayrıca, küçük partiküller

irilerinden daha kolay eriyebildiklerinden, volfram karbür

partiküllerinin sıvı içinde erimezi toz taneler iriliğine bağlıdır.

Sinterleme birkaç defa tekrar edildiği takdirde ince partiküllerin

sayısında tedrici bir azalma ve en iri karbür partiküllerinde bir

irileşme görülür. Bu, teknik bakımdan, istenmeyen bir olaydır. Bu

sinterleme müddeti sınırlandığı gibi, mümkün olduğu kadar ince bir

volfram karbür tozundan hareket edilir. Böylece tane iriliğinden

erimiş ve çökelmiş volfram karbür nispetini de çıkarmanın

imkansızlığı anlaşılır.

Şimdi ergime ile elde edilmiş bir “sert alaşımın” ergimesinde görülen

olayları inceleyelim. 2400°’de başlayan volfram karbürün ayrışması 2550°’de sona

erer. Bu iki sıcaklık arasında, kobalt ihtiva eden sıvı faz içinde erimemiş olan

volfram karbür tedricen ve grafit olmak üzere ayrışır. Sıcaklığın daha da artmasıyla

grafit de erir; 2700°’ye doğru bütün kütle sıvı hale gelir. Karbürün ayrışması

(endotermik) ısı alan cinsten olduğundan, bu olay ani değildir. Tamamen ergimiz

olan alaşım soğutulursa aynı olaylar ters yönde vuku bulur. Önce karbon sıvıdan

büyük siyah lameller halinde ayrılır (ergime ile elde edilen sert alaşımın

karakteristiği olan primer grafit).

Çok yavaş olarak soğutma yapılırsa, karbon 2550°’ye doğru tekrar volframla

birleşerek volfram karbür meydana gelir. Bu reaksiyon kullanılan soğutma hızlarında o

kadar yavaştır ki, mühim bir transformasyon meydana gelmez. Soğutmaya devam

edilirse, derişik içindeki volfram karbür (WC+W2C) primer kristaller haline ayrılır. Bu

kristaller sıvı içinde serbestçe gelişebilirler. Kalan sıvı da bir ötektik teşekkülü ile

katılaşır. Soğuma hızı yüksek olduğundan, grafit, volfram karbür, kobalt bileşenlerinin

ötektik içinde mevcudiyeti anlaşılmayabilir. Mikroskobik muayene ile, primer grafit

lamelleri, billurlaşmış primer volfram karbür kristalleri ve üniform bölgeler görülür. Bu

bölgeler son olarak katılaşan ve genellikle mühim miktarda volfram karbür ihtiva eden

sıvıya tekabül eder. Ergime ile elde edilen “sert alaşım”ın kırma ameliyesi ve rutubetli

öğütülmesiyle hazırlanmış ince tozunun preslenmeli ve 1400° ile 1500° arasında birkaç

defa sinterlenmesiyle elde edilen malzemenin özelliklerinin normal yollarla hazırlanan

sinter “alaşımın” özelliklerine tekabül etmesi şayanı dikkattir.

Kısaca, sinterlenmiş bir “sert alaşım” ile aynı terkipte ve ergime

ile elde edilmiş alaşım arasında aşağıdaki farklar vardır. Sinterlenmiş

malzemenin yapısında çok sayıda küçük karbür taneleri mevcuttur.

Bu taneler yan yana muntazam olarak dizilmiş ve volfram karbür

ihtiva etmeyen bağlayıcı bir metalle birleştirilmişlerdir. Birçok

noktalarda, volfram karbür partikülleri birbirleriyle köprüler

vasıtasıyla birleşmişlerdir. Ergime ile elde edilmiş alaşımın karbür

kristallerinin boyutları ise 10 ile 20 kere daha büyüktür. Çevreleri net

olan bu kristaller birbirlerinden de uzaktır. Ayrıca, tozun kırma ve

öğütme ile hazırlanması esnasında meydana gelen volfram karbür

kristallerinin parçaları sinterlenmiş yapıda mevcuttur. Ergime ile elde

edilen yapıda ilk partiküller görünmezler. Sıvıdan sinterleme yolu ile

sert alaşım imalinin hedefi, tozdaki ilk karbür partiküllerini muhafaza

etmek ve bunları sünek bir bağlayıcı ile birleştirmektir.

Sinterlenmiş yapının avantajları aşikardır. Tanelerin inceliği ve intizamı

sayesinde, primer kristaleri iri ve katılaşmış atık-sıvı kütlesi kırılgan olan, ergime ile

elde edilmiş yapıya nazaran mekanik mukavemet daha iyi, sünekliği daha büyüktür.

Sert alaşımın sinterlenmesinde sıvı faz aglomerasyonu hızlandırdığı gibi mekanik

mukavemeti de arttırır. Sinterlenmiş sert alaşımın sünekliğini ve mukavemetini,

bağlayıcının aynı özelliklerine borçluyuz. Karbür kristalitleri arasındaki çekme

kuvvetleri ve bir karbür iskeletinin teşekkülü ancak ikinci derecede rol oynarlar.

Demek ki çok bileşimli heterojen bir sistemin sıvı bir faz mevcudiyetinde sinterlenmesi

ile bir bileşenli veya çok bileşenli homojen sistemlerin sinterlenmesi arasında bir

prensip farkı vardır.

Bu farkı daha iyi anlamak için volfram-bakır-nikel ağır alaşımının

sinterlenmesinde görülen olayları kısaca inceleyelim. %87 ile 93 volfram, %4 ile 6

nikel ve %2 ila 4 bakır ihtiva eden bir alaşımın sinterlenmesi teferruatlı olarak

incelenmiştir. Esası saf volfram tozu olan deney çubuklarının çok yüksek, hatta ergime

noktasına yakın bir sıcaklıkta sinterlenmeleriyle dahi elde edilen cisimler, çok

gözenekli ve nispeten kırılgandır. İnce taneli bir volfram tozuna %5 nikel ve %2 bakır

kattıktan sonra elde edilen karışımın 1 saat 1400° ile 1500° arasında sinterlenmesiyle

yoğunluğu teorik yoğunluğa çok yakın ve mukavemeti 63 kg/mm2 olan cisimler elde

edilmiştir. Isıl işlem % 17 ila %20 arasında bir lineer büzülmeye sebep olur ve

optimum şartlarda tamamen gözeneksiz bir yapı elde edilmesini sağlar. Bu alaşım irice

saf volfram küreciklerinden meydana gelmiştir. (takriben 0.004 mm’lik kristaller). Bu

kürecikler bir nikel-bakır-volfram alaşımı ilavesiyle aglomere olmuşlardır. Sinterleme

esnasında, bakır ve nikel tozları birbiri içinde yayınırlar. Bakırın ergime sıcaklığına

erişildiği zaman, henüz nikelle birleşmemiş olan bakır tozu ergimeye başlar. 1350°-

1450°’ye doğru bakır-nikel alaşımı tamamen ergir. Bu alaşım içinde bu sıcaklıkta

takriben %18 volfram eriyebilir. Burada da en küçük volfram partikülleri ilk olarak

erirler. Dolayısıyla maksimum yoğunlukta bir alaşım elde etmek için kullanılan toz

içinde mümkün olduğu kadar çok miktarda ince volfram tosu bulunması gerektiği

anlaşılır (1 ile 5 mikron arasında taneler).En büyük yoğunluğun volfram, bakır ve nikel

tozları karışımının rutubetli öğütülmesiyle elde edildiği görülmüştür; buna sebep sadece

bu şekilde elde edilen tanelerin inceliği değil, aynı zamanda bileşenlerin muntazam

dağılmış olmalarıdır. Ayrıca, alaşımın soğuması esnasında, sinterleme sıcaklığında

erimiş olan volframın bir kısmı yeniden ayrılır ve mevcut olan iri volfram kristalleri

üzerine çökelir. Fakat soğuma esnasında vuku bulan bu ayrılma olayları mikrografide

kolayca tanınan iri volfram kristallerinin teşekkülü izaha kafi değildir. Sinterleme

esnasında şu reaksiyonların olması mümkündür: En küçük volfram bakımından doymuş

sıvıdan ayrılan bu partiküller katı halde olan iri volfram kristalitleri üzerine çökelirler.

Bu alaşımın sinterleme esnasında gösterdiği büzülme olayı kısmen, eriyebilme

özelliğinin sıcaklıkla değişmesi ve bilhassa meydana gelen sıvının yüzey gerilimi ile

izah edilebilir. Ayrıca, ince volfram partikülleri ve yüzey enerjileri yüksek olan

billursal kristalitler, termodinamik bakımdan en kararlı durumda bulunmaya

meyillidirler, bu olayın rolü ihmal edilemez.

Sinterlenecek iki metalin ergime sıcaklıkları arasında büyük fark

olması mutlaka şart değildir. Gerçeklenmesi gereken şartlar şunlardır:

Sinterleme esnasında, belirli incelikte katı partiküller ve bu katı

partikülleri kısmen içinde eritebilecek bir sıvı mevcut olmalıdır. Bu

şartlar (Şekil 19a ve 19b)’de tipleri şematik olarak gösterilen bir

takım sistemler için gerçeklenebilir. Sinterleme, denge diyagramının

“katı-sıvı” bölgesinde vuku bulmalıdır. Bu tiplerin her biri için,

gözeneksiz çok bileşenli bir cisim elde edilmesi için erekli şartların

gerçeklendiği bir bileşim ve sinterleme sıcaklığı mevcuttur. Tablo 20

birkaç pratik misal vermektedir (alaşımın bileşimi ve sinterleme sıcak

Sert alaşım ve volfram-bakır-nikel ağır alaşımı tipinden çok bileşenli sistemlerin

sinterlenmesi, bir bileşenli veya çok bileşenli homojen sistemlerin sintirlenmesinden

farklıdır. Sinterleme esnasında erimeyen toz partikülleri sıvı faz tarafından çimento gibi

birleştirilirler.

Bu bağlayıcı elde edilen mekanik mukavemetin başlıca sebebidir. Erimemiş toz

partikülleri arasındaki çekme kuvvetlerinin tesiri ikinci derecedendir. Aglomerasyon

fazı ile bunun çevrelediği erimemiş toz partikülleri arasında mevcut kuvvetler

kohezyon için esastır. Ergime ile elde edilmişi metallerde, erimemiş fazla bağlayıcı faz

arasındaki limitler tane sınırlarına tekabül ederler. Sıvı faz, katı partikülleri tamamen

sararsa, ideal şartlar gerçekleşmiş demektir. Bunun için sinterleme sıcaklığında sıvının,

alaşımının ergime sıcaklığı yüksek olan bileşeni içinde eritebilmesi lazımdır. Eğer

sıvının bu içinde eritme kabiliyeti yoksa, yukarıdaki izah edilen ideal sarma mümkün

olamaz. Bu takdirde sıvının ergime sıcaklığı yüksek olan bileşeni “ıslatmadığı”

söylenir.

Bölüm 6. TOZ METALURJİSİ ÜRÜNLERİNİN ÖZELLİKLERİ

 

Sinter ürünlerinin özellikleri partiküllerin şekli, boyutu, kompozisyonu, yağlayıcı

tipi, pres basıncı, sinterleme sıcaklığı ve süresi, bitirme işlemleri ve benzeri gibi çok

sayıda değişkene bağlı olduğundan özellikler hakkında genel bilgi vermek güçtür.

Ürünlerin yoğunlukları geniş bir aralıkta değişirken, çekme mukavemetleri 70 MPa ila

1250 MPa arasındadır. Bazı hallerde çekme mukavemetini 1250 MPa nın üzerine

çıkarmak mümkündür. Sinter ürünlerin büyük bir kısmının çekme mukavemeti 275-350

MPa arasındadır. Genellikle mekanik özelliklerin çoğunluğu yoğunluğa büyük bir

bağımlılık göstermektedir; tokluk, süneklilik ve sürünme direncinin bağımlılığı

mukavemet ve sertlikten daha yüksektir.Düşük mukavemetli metallerden imal edilen

sinter ürünlerin mekanik özellikleri dövme ürünlerinkine eşdeğerdir. Yüksek

mukavemetli toz eldesi için ilave edilen alaşım elementi oranı kritik bir oranın ötesinde

arttırılmaya devam edilirse, eşdeğer dövme ürünlerine göre özelliklerinde dikkate değer

oranlarda azalma meydana gelir. Daha yüksek yoğunluklu parçaların imali için yüksek

kapasiteli presler veya sıcak izostatik presleme yöntemi kullanılır. Böylece elde edilen

toz ürünlerin özellikleri dövme ürünlerinin özelliklerine yaklaşır. %100 yoğunluğa

ulaşılması ve çok ince tane boyutunun sağlanması halinde ise toz parçaların özellikleri

dövme ürünlerinin üzerine çıkar.

Fiziksel özelliklerde porozite tarafından etkilenir. Korozyon direnci artan

porozite oranı ile birlikte azalır. Elektrik, ısıl ve mağnetik özelliklerde yoğunlukla

birlikte değişir. Öte yandan porozite ses ve titreşim söndürme özelliğini arttırmaktadır.

Bu nedenle toz metalürjisi ürünlerinin önemli bir kısmı porozitenin sağladığı

avantajları kullanmak üzere dizayn edilmiştir.

 

6.1 TOZ METALURJİSİ ÜRÜNLERİNİN DİZAYNI

 

Toz metalürjisinin ana amacı özel mühendislik uygulamaları için kaliteli ve

ekonomik bir şekilde parça üretimini sağlamaktır. Başarıya ulaşmada ilk adım dizayn

kademesidir. Bunu malzeme seçimi ve uygun fabrikasyon takip etmektedir. Toz

metalürjisi parçaların dizaynında dikkate alınması gereken bazı ana kurallar aşağıda

özetlenmiştir:

1-) Parça şekli preslemeden sonra kalıptan çıkarmaya uygun olmalıdır.

2-) Parça şekli tozun ince duvarlar ve keskin köşeler gibi küçük boşlukların

doldurulmasını gerektirmemelidir.

3-) Parça şekli dayanıklı kalıp imaline müsait olmalıdır.

4-) Parça şekli presleme ile elde edilebilecek kesit kalınlığı değerlerine uygun

olmalıdır.

5-) Parçaların değişik kesit kalınlıkları arasındaki fark mümkün olduğunca az

olmalıdır.

6-) Bazı şekillerdeki parçaların toz metalürjisi dışındaki yöntemlerle üretilmesi

maliyet ve uygulama açısından mümkün olmadığından bu avantajı kullanabilecek

şekilde dizayn yapılmalıdır.

7-) Parça ve kalıp dizaynı esnasında atölyedeki teçhizatların teknik özellikleri

dikkate alınmalıdır. Presleme alanı pres kapasitesi ile uyumlu olmalıdır ve kalınlık

sayıları kullanılabilir pres hareketleri sayısına eşdeğer olmalıdır.

8-) Ürünlerin boyutsal toleransları dikkate alınmalıdır. Istampa ekseni veya

presleme yönüne paralel olan boyutlara (ıstampanın hareket yönü) göre radyal yöne

paralel boyutlarda daha yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirliğin elde edildiği

gözlenmiştir. Bu olgu dizayn esnasında mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır.

9-) Sinterleme esnasındaki büzülme gibi preslemeden sonra boyutlarda meydana

gelecek değişimler kalıp dizaynı esnasında dikkate alınmalıdır.

Mukavemetin bütün parça boyunca homojen olması için yoğunluğunda homojen

olması gerektir. Bu sebeple parçalar üniform kesitli ve kesit boyutlarına göre kalınlık

değerleri küçük olacak şekilde dizayn edilmelidir. Dizayn, eksenleri presleme yönüne

dik delikleri içermemelidir. Delik çaplarının basamaklı olarak değişiminden, yandan

girişli deliklerden, oyuklar ve parça altında radyal boşluklardan kaçınılmalıdır.

Kesitlerde ani değişimler istenmez. Doğrusal çizgi formuna yakın dalgalı şekiller

kolaylıkla kalıplanabilir. Alt ve üst kalıp ıstampaları arasındaki birleşme düzlemi

silindirik veya düzlemsel olmalıdır. Bu düzlem hiçbir şekilde küresel olmamalıdır.

 

6.2 TOZ METALÜRJİSİ ÜRÜNLERİ

 

Toz metalürjisi ile imal edilen ürünler beş grupta sınıflandırılabilir:

1-Yatak, filtre, basınç veya sıvı regülatörü gibi gözenekli ve geçirgen ürünler ;

Toz ürünlerinin büyük bir kısmını bakır veya demir alaşımlarından yapılan yağ

emdirilmiş yataklar teşkil etmektedir. Bu yataklar yağlamaya ve kullanım esnasında

bakıma ihtiyaç duymadıklarından otomotiv endüstrisinde ve ev aletlerinde yaygınca

kullanılmaktadır. Sinter filtreleri hemen her boyutta gözeneğe sahip şekilde

üretilebililer ve en küçük gözenek çapı 0,0025 mm’ dir.

2-Diğer proseslerle üretilmeleri halinde aşırı miktarda talaşlı işleme gereksinim

duyulan girift parçalar;

Küçük boyutlu dişlilerin büyük bir kısmı toz metalürjisiyle üretilmektedir. Toz

prosesleri ile elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey bitirme kalitesi çoğu zaman ilave

bir işlemi gerektirmez ve bazı özel hallerde sadece çok küçük oranlarda yüzey işleme

yeterlidir. Kam ve küçük manivela kolları gibi diğer girift parçalar da toz yöntemiyle

oldukça ekonomik bir şekilde üretilebilmektedir.

3-Talaşlı işlemi güç veya yüksek ergime noktalı malzemelerden yapılan parçalar ;

Toz metalürjisi modern anlamda ilk kez tungsten lamba flamaları ve tungsten

karbür kesici takımların imalinde kullanılmıştır.

4-İki veya daha fazla metalin kombine özelliklerinin istendiği parçalar ;

Bileşenlerin özelliklerini parçalara kazandırabilme kabiliyetinden dolayı toz

metalürjisi özel kullanım alanı olan veya bazı amaçlar için dizayn edilen parçaların

üretiminde yaygınca kullanılmaktadır. Motor veya jeneratör parçaları bu amaçla bakır

ve grafitten imal edilmektedir. Bakır elektrik iletkeni görevini görürken grafit yağlama

işlevini yerine getirir. Benzer şekilde yataklar, grafit-demir, grafit-bakır veya grafit-

bakır-kalay alaşımı gibi ikili malzeme gruplarından yapılmaktadır. Yumuşak metal, sert

metal matrisi içerisinde dağıtılır. Elektrik anahtarı kontaklarında çoğunlukla bakır veya

gümüş; tungsten, nikel veya molibden elementlerinden biriyle birleştirilir. Bakır veya

gümüş yüksek iletkenlik sağlarken, yüksek ergime sıcaklıklı malzeme ark esnasında ve

devrenin kapalı olduğu süre boyunca ergimeye karşı direnç sağlar.

5-Toz metalürjisi proseslerinin diğer proseslere göre üstün özellik sağladığı ürünler ;

%100 yoğunluğa ulaşmak amacıyla geliştirilen proseslerle imal edilen

mamullerin özellikleri alternatif yöntemlerle üretilen ürünlerin özelliklerini aşmıştır.

Uçak sanayi gibi kritik döneme sahip alanlarda ilave maliyetler özelliklerin

geliştirilmesi ile haklı görülebilir. Toz metalürjisi mağnetlerin üretiminde önemli bir

avantaj sağlar ; sinterleme öncesinde partiküllerin dizilmesi mağnetik bir alanda

yapılarak toz mağnetlerde daha yüksek bir fluks yoğunluğuna ulaşabilir.

6.3 TOZ METALÜRJİSİ ÜRÜNLERİNİN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

Diğer imal usullerinde olduğu gibi toz metalürjisinin de belirli avantaj ve

dezavantajları vardır. Toz yönteminin ekonomik bir şekilde ve başarıyla

uygulanabilmesi için avantaj ve dezavantajların başlangıçta değerlendirilmesi

gerekmektedir.

 

6.3.1 Avantajları:

1)      Talaşlı işlem gereksiniminin azaltılması veya tamamen elimine edilmesi:

Toz yöntemiyle elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey bitirme kalitesi çoğu

ürün veya uygulama alanı için yeterli olduğundan ilave talaşlı işleme gerek yoktur.

İstisnai şekilde boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesinin talebi halinde ürünler basma ve

boyutlandırma gibi sekonder operasyonlara tabi tutulabilirler.

2)      Yüksek üretim hızları :

Toz prosesindeki bütün adımlar basittir ve otomatizasyona uygundur. İş gücü

gereksinimi düşüktür, ürün homojenliği ve aynı kalitede tekrar üretilebilirlik oranı diğer

yöntemlere göre daha yüksektir.

3)      Karmaşık (girift) şekillerin üretimi :

Yukarıda sözü edilen sınırlar dahilinde dişli çark ve kam mili gibi oldukça girift

parçalar imal edilebilir. Ekonomik olarak talaşlı işlem ve dökümle şekillendirilemeyen

parçalar toz yöntemiyle üretilebilirler.

4)      Çok geniş bir kompozisyon aralığı :

Kompozisyon açısından oldukça yüksek saflığa sahip parçalar üretilebilir. Metal

ve seramikler gibi birbiri içinde çözünmeyen ve farklı karakterdeki malzemeler de bir

araya getirilebilir. Katı eriyik veya çözünürlük sınırları aşılarak aşırı doymuş katı

çözelti alaşımları veya yüksek alaşımlı malzemelerde elde edilebilir. Düşük ve yüksek

alaşımlı veya birbiri içinde çözünmeyen partiküllerden meydana gelen kompozit

malzemelerden üretilen parçaların makroskobik ölçekte (bir iki partikül boyutu

mesafelerde) kompozisyonal homojenitesi diğer yöntemlerle üretilenlerden daha

yüksektir.

5)      Özelliklerin geniş bir aralıkta değişimi :

Toz metalürjisiyle üretilen parçaların yoğunluğu ve dolayısıyla içerdikleri

gözenek oranı geniş bir aralıkta değişir. Çok yüksek oranda gözenek içeren filtreler gibi

fonksiyonel amaçlı parçaların üretimi yanı sıra konstrüksiyon amaçlı yüksek

mukavemetli parçalarda üretilebilir. Toz ürünlerin titreşim söndürme özellikleri

yüksektir. Poröz yapılar döküm işleminde yağlayıcıların daha etkin ve istisnai bir

şekilde kullanılmasını sağlamaktadır. Sürekli dökümde kalıp başlıkları içerisine

yerleştirilen toz plakalar gözenekli oldukları için yağlayıcılar bu gözeneklerden sürekli

olarak kalıp-ingot ara yüzeyine sevk edilebilir. Böylece yapışmaya mani olunarak hem

ingotların yüzeylerin kalitesi arttırılır ve hem de çalışanlar için son derece tehlikeli olan

sıvı metal akıntılarının oluşumu (kanama) önlenir. Modern sıcak başlık kalıplarının

imalatında bu plakaların kullanılmalarının diğer bir nedeni ise plakaların kalıp duvarı

boyunca ısı transferini (primer soğuma) önleyerek kalıp içinde primer soğuma ile

gerçekleşen katılaşmanın ortadan kaldırılmasıdır. Böylece kalıp içindeki katılaşma

kalıp altı su spreyinin etkisiyle gerçekleştirilir ve ingot dökümlerdeki birbirinden farklı

karakterdeki yapısal zonların teşekkülü önlenir. Magnetik, aşınma ve diğer özellikler

özel bir uygulama alanının gereksinimlerini karşılayacak şekilde kontrollü olarak

dizayn edilebilir (kontrollü fabrikasyonla ürünlere istenilen özellikler kazandırılabilir).

6)      Hurda miktarının azaltılması veya eliminasyonu :

Toz metalürjisi bilinen imal usulleri içerisinde malzeme kaybına sebep olmayan

tek yöntemdir. Döküm, talaşlı işlem ve pres forming operasyonlarında hurda miktarı

başlangıçtaki malzeme miktarının yarısına (%50) ulaşmaktadır. Hurda oranı özellikle

pahalı malzemelerin şekillendirilmelerinde daha da önem kazanmaktadır. Toz

metalürjisi ile bazen toplam maliyeti arttırmadan daha pahalı malzemeler kullanarak

parça imalatı gerçekleştirilebilir.

 

6.3.2 Dezavantajları:

1) Düşük mekanik özellikler :

Çoğu kez toz metalürjisi parçalarının mekanik özellikleri döküm ve dövme ile

üretilenlerin özelliklerinden daha düşüktür. Yüksek gerilmelerin söz konusu olduğu

uygulama alanlarında bu parçalar kullanılamaz. Bununla birlikte ilave masrafların göze

alınması halinde ürünlerin mukavemet değerleri farklı malzeme, alternatif yöntem veya

ikincil proses teknikleri kullanımıyla yükseltilebilir.

2) Nispeten yüksek kalıp maliyeti :

Toz prosesinde yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve şiddetli aşınma söz konusu

olduğu için kalıplar pahalı malzemelerden ve büyük kütleler halinde yapılmaktadır. Bu

nedenle toz metalürjisi ile üretilecek parça sayısı en az 10.000 adet olmalıdır.

3) Yüksek malzeme maliyeti :

Birim ağırlık esasına göre toz malzemeler dövme ve döküm malzemelerden daha

pahalıdır. Ancak hurda şeklinde malzeme kaybının olmayışı ve talaşlı işlemin

eliminasyonu yüksek malzeme maliyetini dengelemektedir. Toz metalürjisi daha çok

birim parça başına malzeme maliyetinin yüksek olmadığı küçük parçaların imalatında

kullanılır.

4) Dizayn sınırlamaları :

Toz metalürjisi prosesi bazı şekillerdeki parçaların üretimi için uygun değildir.

Parçalar kalıptan kolay çıkarılabilecek şekillerde olmalıdır. Kalınlık : çap oranı

sınırlıdır. İnce kesitlerin eldesi güç olup parça boyutu pres kapasitelerinin belirlediği

sınırları içinde olmalıdır.

5) Parça kesiti boyunca özelliklerin değişim göstermesi :

Yoğunluğun parça içinde bir noktadan diğer bir noktaya değişimi özelliklerin de değişimine neden olmaktadır. Bunun ana nedeni parçaların tasarımı yapılırken dizayn kriterlerine riayet edilmemesidir. Üniform olmayan şekillerin toz metalürjisi ile üretilmesi halinde bu tip problemlerle karşılaşılabilir

Kaynaklar :

 

1) ERSÜMER Aram, ‘Toz Metalürjisi’, İ.T.Ü. Makine Fakültesi ,

1970, İstanbul

 

2) ÇİĞDEM Mustafa, ‘İmal Usulleri’, Çağlayan Kitapevi, 1996

 

3)      ANIK Selahattin, DİKİCİOĞLU Adnan, VURAL Murat, ‘İmal

Usulleri’, Birsen Yayınevi, 1997

 

4)      MAYSAN A.Ş.

Organize sanayi bölgesi, P.O. BOX:128, 16371 Bursa /

TÜRKİYE