toz metalurjisi - Doç. Dr. N. Sinan KÖKSAL

TOZ METALURJİSİ
Toz metalürjisi;
metal tozlarının üretimi ve
üretilen bu tozların imalatı istenilen parçaların
şekline dönüştürülmesi işlemlerini içeren bir
üretim yöntemidir.
Bu yöntem ;
• Toz üretimi,
• Üretilen tozların karıştırılması,
• Tozların preslenmesi,
• Sinterleme,
• İsteğe bağlı infiltrasyon, yağ emdirme gibi
işlemler olmak üzere belirli aşamalardan oluşur.
Kullanım Alanları
Toz Metalürjisinin Önemi
• Karmaşık şekilleri ekonomik olarak üretilebilme ve şekil verebilme özelliği
sağlanır.
• T/M parçaları, son şekil veya son şekle yakın olarak seri üretilebilir.
• T/M işleminda kayıp az, başlangıç tozunun yaklaşık %97’si mamule
dönüştürülür.
• Toz teknolojileri, tekrar tekrar aynı ürünü̈ kopyalamaya izin veren kalıp
boşlukları sayesinde çok sayıda üretim yapılmasına imkan sağlarlar.
• T/M parçaları gözenekli metal parçaları imal etmek için belirli bir gözeneklilik
seviyesinde yapılabilir. Örnekler: Filtreler, yağ emdirilen yataklar ve dişliler.
• Toz teknikleri, hemen hemen her malzemeye uygulanabilir.
Toz metalürjisi yoluyla üretilen ürünlerin pek çoğu; mesela kompozitler, yüksek sıcaklık
seramikleri, bazı polimerler, bakırlı çelikler, refrakter metaller, geniş bir dağılım gösteren
intermetalikler, sermetler ve karışık fazlı bileşimler, döküm yoluyla üretilemezler.
Yüksek oranda malzeme kullanımı ve izafi olarak daha düşük enerji tüketimi sağlayan
otomasyonun, toz süreçlerinde kullanımı da ekonomik kazançlar sağlamaktadır [4].
İşlenmesi zor bazı metaller toz metalürjisiyle şekillendirilebilir (ampullerdeki tungsten
filamentler gibi)
Toz metalürjisi ile yapılan belirli alaşım kombinasyonları ve sermetler, başka
bir yöntemle imal edilemez [2].
Toz metalürjisi teknikleri ile üretilen mamuller her yerde kullanılır.
Yüksek şiddetli ışıklar, diş yenileme, yataklar, otomobil transmisyon milleri,
zırh delici mermiler, elektrik temas elemanları, nükleer güç yakıt çubukları,
ortopedik protezler, yüksek sıcaklık filtreleri, uçak fren balatları, yeniden
doldurulabilen piller, saat gövdeleri, elektronik kapasitörler ve jet motoru
türbinleri kullanım alanlarından bazılarıdır [4].
Özellikle TM uygulamalar
arasında en büyük
gelişimlerden birisi de,
demir esaslı malzemelerde
olmuştur.
Kendinden Yağlamalı Burçlar
Paslanmaz Parçalar
Toz Metalürjisinin Zayıflıkları
Yüksek takım ve ekipman maliyetleri.
Metal tozlarının pahalılığı, depolama ve nakliyeyle ilgili problemleri.
Metal tozlarının presleme sırasında kalıp içinde paralel olarak akmaması
nedeniyle parça geometrisinde sınırlamalar.
Parça boyunca yoğunluktaki olası değişimler [2].
ÜRETİM SÜRECİ
1. Toz hazırlama
2. Presleme
3. Sinterleme
4. Ölçüleme
5. Buharlama prosesi
6. Çapak alma
7. Yağ emdirme
Toz ve Toz Üretimi
Toz, boyutu 1 mm’den küçük ince olarak
bölünmüş katı parçacıklardır.
Bir tozun en önemli karakteristiği; yüzey
alanının hacmine göre yüksek olmasıdır [1].
Mühendislik tozları, metaller ve seramiklerdir.
Geometrik özellikleri;
parçacık boyutu ve dağılımı,
parçacık şekli ve iç yapısı ve
yüzey alanıdır [4].
Küresel bir parçacık için boyut tek bir parametre olup, çap olarak verilir.
Ancak parçacık şekli daha karmaşık olduğunda boyutu tek bir
parametre ile belirlemek zordur.
Yassı veya pul şeklinde bir parçacıkta boyutu tanımlamak için çap ve
genişliğin her ikisi de gereklidir. Şeklin düzensizleşmesiyle parametre
sayısı da artar.[4]
Toz Karakterizasyonu
Tipik bir toz karakterizasyonu için şu kavramlar bilinmelidir:
•Parçacık boyut ve dağılımı
•Parçacık şekli ve boyuta bağlı olarak değişimi
•Yüzey alanı
•Parçacıklar arası sürtünme
•Akışkanlık ve paketleme
•Parçacık mikroyapısı
•Bileşim, homojenlik ve kirlilik
Parçacık Boyut ve Dağılımı
İlk yapılacak iş, analiz için toz numunesi
almaktır.
Sadece birkaç gram kullanılacak olup bu
partinin kabul edilebilmesi bu çok az olan
numuneye bağlıdır.
Dolayısıyla parti, numunenin tamamını temsil
etmelidir.
En düşük numune alma hataları için döner bir
numune bölücü kullanılmalıdır.
Parçacık boyutu ölçümünde en yaygın yöntem, farklı ızgara boyutlarında elekler
kullanılmasıdır.
Izgara numarası, eleğin doğrusal 1”(inç) başına delik sayısını gösterir. Dolayısıyla daha
büyük ızgara numarası daha küçük parçacık boyutu anlamına gelir [2]. Parçacık boyutu için
uygun birim mikrometredir(μm).
Toz metalürjisinde kullanılan parçacığının boyutu 0,1-200 μm arasında değişir.
Seramik parçacıklar genellikle daha küçük, plastik parçacıklar daha büyüktür. Referans
olarak insan saçı 100 μm civarındayken, boyalar ve pigmentler 1 μm civarındadır [3].
Mikroskop ile inceleme:
Parçacık boyutu ölçmenin evrensel
yolu, sayısallaştırılabilen veya dijital
ortama aktarılabilen bir görüntü elde
edebilmektir.
Basit
bir
yaklaşım,
parçacık
görüntülerinin
üzerini
çeşitli
boyutlarda dairelerle örterek, herbir
boyuttaki parçacık adedini saymaktır.
Günümüzde bu mikroskoba bağlı
bilgisayarlarla
otomatik
olarak
gerçekleştirilir.
Sedimantasyon yoluyla, bir akışkan içinde
çöken tozlar, boyutlarına ve akışkan
vizkositesine bağlı olarak bir son hıza oluşur.
Bu esasa göre parçacık boyutu, çökme
hızından yola çıkılarak hesaplanır [4].
Bu yöntemlere ek olarak elektriksel alan
algılaması, ışık engelleme gibi yöntemlerde
vardır.
Bir tozun boyutunu veya diğer özelliklerini
doğru olarak belirlemek için tozun uygun bir
biçimde dağıtılması gerekir.
Boyutla ters orantı kuralına göre, dağıtma
işlemi parçacık boyutu ne kadar küçük olursa
o kadar güçleşir [4].
Parçacıklararası sürtünme ve akış karakteristikleri
Parçacıklar arasındaki sürtünme bir tozun akış
kolaylığını
ve
paket
sıkılığını
etkiler.
Parçacıklararası sürtünmenin yaygın ölçümü, bir
toz kümesinin dar bir huniden dökülürken
oluşturduğu yığılma açısıyla anlaşılır.
Bu testte;
Daha küçük parçacık boyutları genel olarak daha
büyük sürtünme ve daha dik açılar gösterir.
Küresel şekiller en düşük parçacıklararası
sürtünmeye sahiptir.
Şekil küreselden saptıkça parçacıklararası
sürtünme de artma eğilimine girer [2].
Parçacık yoğunluğunun ölçülmesi
Gerçek yoğunluk malzemenin gerçek hacminin yoğunluğudur. Yani tozların
katı bir kütle haline eritilmesi halindeki malzeme yoğunluğudur.
Kütle yoğunluğu ise, tozların döküldükten sonra gevşek durumdaki
yoğunluğudur.
Parçacıklar arasındaki gözenekler nedeniyle kütle yoğunluğu, gerçek
yoğunluktan daha düşüktür.
Paketleme faktörü ise, kütle yoğunluğu / gerçek yoğunluktur.
Gevşek tozlar için tipik değer 0,5-0,7 aralığındadır.
Farklı toz boyutları mevcutsa, küçük olan tozlar aradaki havaların yerini
alır ve daha yüksek paketleme faktörüne neden olurlar.
Paketleme faktörü titreşimle arttırılabilir.
Sıkıştırma sırasındaki basınç, tozları yeniden düzenler ve parçacıkları
deforme ederek tozların paketlenmesini arttırır.
Gözeneklilik
Tozların içindeki gözenek hacminin
(boş yerlerin) kütle hacmine
oranıdır.
Prensip olarak;
Gözeneklilik + Paketleme Faktörü = 1
dir.
Bu durum parçacıkların bazılarında
kapalı gözeneklerin muhtemel varlığı
nedeniyle karmaşıklaşır.
Eğer iç gözenek hacimleri de
gözeneklilik olarak eklenirse eşitlik
tam olur.
Kimyasal Bileşim ve Yüzey Filmleri
Metalik tozlar aşağıdaki gibi sınıflandırılır:
Elemanter: Metalik tozda bir saf metalin varlığı
Ön-alaşımlanmış: Her bir parçacığın bir alaşım olması.
Muhtemel yüzey filmleri arasında oksitler, silikatlar, absorbe edilmiş
organik malzemeler ve nem bulunur.
Kural olarak bu filmlerin, şekillendirme işleminden önce uzaklaştırılmaları
gerekir.
Toz Üretimi Yöntemleri
Toz üretimi yöntemleri ;
1. Mekanik üretim yöntemleri ,
2. Elektrolizle üretim yöntemleri,
3. Kimyasal üretim yöntemleri ,
4. Atomizasyon üretim yöntemleri
olarak dört ana gruba ayrılır.
1. Mekanik üretim yöntemleri:
Darbe: Malzemeye çekiçle vurmak gibi çok hızlı ve anlık uygulamaları içerir ve malzeme
küçük parçalara ayrılır.
Gevrek malzemeler için, yüksek hızlı gerinme darbesi uygulayan toz üretim teknikleri
kullanışlıdır. Zayıf malzemeleri 1 mm parçacık boyutuna indirmek için çeneli kırıcıları
kullanmak iyi bir uygulamadır.
Parçacık boyutunu daha da küçültmek amacıyla sert kanatçıklı yüksek hızlı darbeli
öğütücüler kullanılır, ancak üretim hızları düşüktür.
Darbeli tekniklerin değişik bir uygulaması kendinden darbeli öğütme veya jet öğütme
olarak bilinir.
İki farklı toz akışı, karşılıklı olarak birbiri üzerine yönlendirilir. Momentum, parçacıkları
yüksek hızlı çarpışmaya taşır. Bu yöntemin amacı, hedef malzemeden kaynaklanan
kirlenmeyi önlemektir. Gevrek malzemelerden 50 μm boyut aralığında tozlar üretilir.
Aşındırarak Öğütme
Aşındırıcıların birbiri üzerinde sürtünme
hareketi sayesinde parçacıkların boyutunun
küçültülmesidir.
İşlem, karıştırmalı bir değirmene konulmuş
bilye ve element tozların karışımı ile başlar.
Mikroskobik ölçüde tekrarlanan çarpışma,
soğuk kaynak ve kırılma olayları istenilen
kompozit tozları üretir.
Başlangıçta karışım halindeki parçacıklar,
fazların dağılımıyla birlikte kaplanmış
parçacık haline gelir.
Diğer öğütme tekniklerinden farklı olarak,
parçacık boyutu oldukça sabit kalır.
Organik bir akışkanın ortam olarak
seçilmesi, mekanik alaşımlamada, öğütme
ve kaynaklanma arasındaki dengeyi
sağlamak için önemlidir.
Öğütme
Sert bilyeler, çubuklar veya çekiçler kullanılarak
yapılan mekanik darbe işlemini kapsar ve gevrek
malzemelerden toz üretmede kullanılan klasik bir
yöntemdir.
En basit cihaz içerisine bilyeler ve öğütülecek
malzeme konulan bir değirmendir. Değirmen
döndükçe bilyeler toz malzemeye sürekli çarpar ve
daha küçük parçalara ayırır. Öğütme sünek
malzemeler için kullanışlı değildir. Verim de oldukça
düşüktür.
Gevrek ya da gevrekleştirilmiş malzemeler için
uygundur. Bu yöntemle elde edilmiş tozlar; sert,
düzensiz şekilli ve zayıf akma ve paketlenme
özelliğine sahip olduklarından dolayı öğütme sonrası
tavlama gerekebilir.
Kesme; talaşlı imalatta olduğu gibi kesme işlemi ile malzemenin
parçalanmasıdır. Diş dolgu malzemelerinde kullanılan gümüş gibi pek
çok metal tozu önceden tornalama ile elde ediliyordu. Kesme ile
oluşturulan tozların büyük olma eğilimi vardır.
Basma
kuvvetleri;
bir
malzeme
kırılma
deformasyona uğratıldığında toz haline gelir.
noktasına
kadar
2. Elektrolizle Üretim Yöntemleri
Bir elektroliz hücresinin katodu üzerinde, belirli çalışma şartlarında element tozları
biriktirilebilir. Elektroliz yönteminin ana üstünlüğü yüksek ürün saflığıdır.
Hücreye uygulanan voltaj altında anodun çözünmesi başlar. Elektrolit içerisinden
taşınım katot üzerindeki birikintinin saflaştırılmasında kullanılır. Katot üzerindeki
gözenekli birikinti sıyrılır, yıkanır, kurutulur ve öğütülerek toz haline getirilir. Daha sonra
gerilmeleri azaltmak ve uçucu maddeleri gidermek amacıyla tavlama işlemi uygulanır.
Elektroliz tekniği ile üretilen tozlar genellikle dendritik veya süngerimsi şekillidir. Ancak
parçacık boyutu ve şekli önemli ölçüde kontrol edilebilir.
Tozların özellikleri, biriktirme sırasındaki banyo şartları ve sonraki işlem basamaklarına
bağlıdır.
Yüksek akım yoğunluğu, düşük iyon derişimi, asidik hücre kimyasalları ve kolloidal
katkılar, katotta gözenekli ve tozumsu birikinti oluşumunu kolaylaştırır.
3. Kimyasal Üretim Teknikleri
Isıl Bozunma: Toz parçacıkları buhar bozunması ve yoğuşturmanın birlikte
kullanılması ile üretilebilir.
İşlem bir metal ile karbonmonoksitin tepkimesiyle başlar. Örneğin nikel
karbonil üretmek için biçimlendirilebilir nikel ile CO eş zamanlı ısıtma ve
basınç uygulanarak tepkimeye sokulur. Karbonil molekülü 43 0C ye kadar
soğutularak sıvı hale getirilir ve saflaştırmak için kısmi damıtma kullanılır.
Sıvı bir katalizörle birlikte tekrar ısıtıldığında buhar bozunmasıyla toz elde
edilir.
Elde edilen nikel tozları küçük parçacık boyutlu ve %99,5 saflıkta, düzensiz,
yuvarlak veya zincir şeklindedir.
Toz boyutunu 0,2-20 μm arasında elde etmek mümkündür.
Sıvıda Çökeltme: Nitrat klorür veya sülfat gibi çözünmüş bileşikler
kimyasal işleme tabi tutularak çökeltilmiş parçacıklar üretilebilir. Örnek
olarak içerisinde gümüş nitrat bulunan çözeltideki reaksiyonu ele alalım
Ele edilen katı gümüş çökelti öğütülerek toz haline getirilir. Alternatif
olarak metal iyonları hidrojen ile tepkimeye girerek metal çökeltileri
oluşturur. Yaygın örnekleri %99,8 saflıkta bakır, nikel ve kobalt tozlarıdır.
Kimyasal olarak çökeltilmiş tozlar 1 μm civarındadır, fakat boyut işlem
değişkenleri sayesinde ayarlanabilir. Küçük parçacık boyutları nedeniyle
topaklanma eğilimi gösterir.
Gazda Çökelme:
Gaza dayalı tepkimeler küçük tozların az kirlilik ile üretilmelerinde kullanılır. Örnek bir işlem
molibden oksitin (MoO3) saf hidrojen ile tepkimeye girmesi sonucu molibden tozu üretilmesidir.
Vanadyum, niyobyum, volfram, hafniyum, titanyum, gümüş, kobalt, nikel veya zirkonyum gibi
metallerin klorürleri, florürleri veya oksitleri gazda çökeltme işlemi için uygundur. Burada bakır
0,2 mikronluk katı parçacık halinde şeklinde çökelir ve diğerlerinin tamamı buhardır.
Bu parçacıklar 10-10000 nm boyut aralığındadır ve kolayca topaklanır.
Kompozit tozlar veya ısıya dayanıklı kaplamalar bunun gibi buhar fazı tepkimeleri ile oluşturulur.
Pahalı bir toz üretim yolu olmasına rağmen parçacık boyutu, saflığı, şekli ve topaklanması buhar
tepkimesi koşullarıyla ayarlanabilir.
4. Atomizasyonla Üretim Yöntemleri
Atomizasyon, ergimiş sıvıya ve sıvının damlacıklar parçalanmasına dayanır. Damlacıklar
donarak parçacık haline gelirler. Ticari atomizasyon üniteleri 400 kg/dk üretim hızlarına
kadar çalışabilmektedir.
Yöntem çoğunlukla metaller, alaşımlar ve intermetalikler için kullanılmakla birlikte, polimer
ve seramiklere de uygulanmaktadır.
Yöntem iyi işlem kontrolü ile farklı malzemelere uygulanabilirliğinden dolayı caziptir.
Atomizasyon çarpışma hızı genellikle sesten yavaştır. Bunun sonucu olarak çarpışma hızı
bütün atomizasyon tekniklerinde ısı çekilmesini, parçacık boyutunu ve enerji verimini
sınırlar.
Atomizasyonda enerji verimi düşüktür.
Atomizasyon akışkanının debisi arttıkça,
oluşan parçacık boyutunda çok az küçülme gerçekleşir.
Gaz Atomizasyonu
Sıvı ve Su Atomizasyonu
Savurma Atomizasyonu
Plazma Atomizasyonu
Geleneksel Presleme ve Sinterleme
Metal tozları üretildikten sonra üç aşama vardır:
1. Öğütme,
2. Sıkıştırma,
3. Sinterleme;
(a) Parçacıkların durumunu
(b) Üretim sırasında işlemi ve/veya
parçayı göstermektedir.
Ek olarak;
Boyutsal doğruluğu iyileştirmek,
Yoğunluğu arttırmak ve
diğer nedenlerle
ikincil işlemler uygulanabilir.
1. Tozların Öğütülmesi ve Karıştırılması
Sıkıştırma ve sinterlemede başarılı sonuçlar için başlangıç tozları homojen olmalıdır.
Öğütme aynı kimyasal bileşimde ancak farklı parçacık boyutlarındaki tozlar birbirine
benzetilir, gözeneklilik azaltılır.
Karıştırma farklı kimyasal bileşimdeki tozlar birbiriyle karıştırılır. Toz metalürjisi
sayesinde diğer yöntemlerle imal edilmesi zor veya olanaksız olan değişik metallerin
alaşımlarla karışması sağlanır.
2. Sıkıştırma
Parçanın
basınçla,
zımbalar
arasında
sıkıştırılarak
istenen
şekle en yakın hale
getirilmesi
için
gerçekleştirilen işleme
denir.
Tozları istenen şekle en yakın hale getirmek için
yüksek basınç uygulama işlemidir. Geleneksel
sıkıştırma yöntemi zıt yönlü zımbaların tozları bir
kalıp içinde sıkıştırdığı preslemedir.
Henüz yeterince sıkıştırılmamış olan parça ıslak
sıkıştırma olarak adlandırılır.
Islak sıkıştırma halindeki parçanın dayanımı
yeterli olmakla birlikte sinterlemeden sonraki
değerinin çok altındadır.
Yoğunluğun sıkıştırma basıncıyla değişimi.
Sinterleme
Metalik parçacıkların dayanımını ve sertliğini arttırmak için yapılan bağ oluşturan ısıl
işlemdir.
Genellikle metalin ergime sıcaklığının %70-90’ı arasında yapılır.
Sinterlemeyle birlikte gözenek boyutları azalır ve parçada büzülme oluşur.
Yoğunlaştırma ve Boyutlandırma
Sinterlenmiş
parçanın
yoğunluğunu
arttırmak,
doğruluğunu iyileştirmek veya ilave şekil vermek için
ikincil işlemler uygulanır.
Yeniden presleme, sinterlenmiş parçanın yoğunluğunu
arttırmak ve özelliklerini iyileştirmek için preslemektir.
Boyutlandırma;
sinterlenmiş
parçanın
boyutsal
doğruluğunu arttırmak için yapılan preslemedir.
Kabartma; sinterlenmiş bir parçanın yüzeyindeki
ayrıntıları güçlendirmek için yapılan presleme
Talaşlı işleme; diş, kenar delikleri veya diğer ayrıntılar gibi
preslemeyle oluşturulamayan geometrik özelliklerin
kazandırılması işlemleridir.
Emprenye ve Gözenek Doldurma
Gözeneklilik toz metalürjisinde ayrılmaz ve doğal bir karakteristiktir. Bulunan
gözenekleri yağ, polimer veya metalle doldurarak özel mamuller oluşturulabilir.
Emprenye; sinterlenmiş bir parçanın gözeneklerine yağ veya başka bir sıvı emdirilmesi
işlemidir.
Yağ emdirilmiş yataklar, dişliler bunlara örnektir. Alternatif bir uygulama parçalara
polimer reçine emdirerek, gözenek boşluklarının sıvı formda doldurulması ve
katılaştıktan sonra basınç altında sızdırmazlık özelliğine sahip bir parça elde edilmesidir.
İnfiltrasyon; Parçanın gözeneklerinin erimiş bir
metalle doldurulması işlemidir.
Dolgu metalinin erime sıcaklığı, asıl metalinkinin
altında olmalıdır.
Sinterlenmiş parça ile temas halindeki dolgu
metalinin ısıtılmasını ve dolgunun kapiler etkiyle
gözeneklere dolmasını içerir.
Oluşan yapı göreceli olarak gözeneksizdir ve infiltre
edilmiş parça daha üniform bir gözenekliliğe sahip
olup tokluğu ve dayanımı artmıştır.[2]
Alternatif Presleme ve Sinterleme Teknikleri
• İzostatik presleme (Soğuk=CIP ve Sıcak=HIP)
• Toz enjeksiyon kalıplama
• Toz haddeleme, Ekstrüzyon ve Dövme
• Kombine presleme ve sinterleme
• Sıcak presleme
• Kıvılcım sinterleme
• Sıvı faz sinterleme (Erime sıcaklıkları farklı iki tür tozun karıştırılması ve
tozlardan birinin eritilmesi)
Parçacık Etkileri
Sıkıştırılabilirlik, preslenme sırasında görünür yoğunlukta ham yoğunluğa
değişmedir ve genellikle 550 MPa gibi sabit bir basınçla ölçülür.
Parçacık boyutu sıkıştırılabilirliğin önemli bir faktörüdür. Küçük
parçacıkların görünür yoğunluğu düşüktür genellikle serttir ve sıkıştırma
sırasında hızlı iş sertleşmesine uğrar. Bu sebeplerden dolayı preslenmeleri
daha zor olur.
Kalıpta presleme ile yüksek ham yoğunluğa sıkıştırılabilecek şekilde
tasarlanmış tozlar genelde yumuşak ve büyüktür.
Küçük tozlar sıkıştırılmaya direnç gösterir bundan dolayı da nano ölçekli
tozların sıkıştırılabilmeleri çok zordur. İç yapılarındaki gözenekleri direnç
göstermesinden dolayı zor sıkıştırırlar. Aynı zamanda, küçük ve sünger
tozlar kalıptan çıkartması sırasında, daha fazla yaylanma yapacağından
çatlak oluşum ihtimali de fazladır.
• Ham mukavemet bağlayıcıdan veya parçacıkların temasından
oluşur. Eğer parçacıklar yumuşaksa, bunlar temas
noktalarında sıvanarak bağ meydana getirirler.
• Yüzeylerinde kirlilik bulunan tozların filmini kırmak için, daha
yüksek sıkıştırma basıncına ihtiyaç vardır.
• Düzensiz yapıdaki tozlar, yüksek ham yoğunluğa sıkıştırıldığı
zaman, parçacıklar soğuk kaynak olur ve mekanik olarak
kilitlenir. Sıvama ve kilitlenme her ikisi de daha yüksek ham
mukavemete katkıda bulunur.
• Yuvarlatılmış fakat düzensiz şekildeki parçacıklar daha iyi
ham mukavemet verir. Bunlarda sinterlemeden sonra önemli
mukavemet değerine ulaşır. Bundan dolayı, özellikle sert
tozlarda ham mukavemeti arttırmak için polimer bağlayıcılar
sıklıkla kullanılır.
Malzeme Özelliklerinin Etkisi
Yüksek sertlik tüm sıkıştırma basınçlarında ham yoğunluğu düşürür.
Genellikle parçacık sertliği malzeme mukavemetiyle artar. Hatta güçlü olan
sünek malzemeler dahil sıkıştırmaya direnç gösterir. Alaşımlama
mukavemeti artırır, fakat sıkıştırabilirliği azaltır.
Karbon, mukavemet için arzu edilir, ancak bir alaşım elemanı olarak
sıkıştırılabilirliğin azalmasına sebep olur. Dolayısıyla sinterlenmiş
çeliklerlerde kolay sıkıştırılmayı sağlayabilmek için karbon grafit olarak
demir tozuna karıştırılır ve sinterleme sırasında demir içerisinde çözünerek
çelik oluşumu sağlanır.
Diğer taraftan, kromun sıkıştırılabilirliğe daha az etkisi vardır ve genel
olarak demir içerisine ön alaşımlaması yapılır. Bu sebeple
sıkıştırılabilirlikten endişe edilen durumlarda genellikle karışım tozlar
preslenir ve sinterleme parçacıkların birbirlerine nüfuz ederek alaşım
oluşumu için kullanılır.
• Sert ve yumuşak parçacıkların karışımı, orta derece sıkıştırılabilirlik
gösterir. Az miktarlarda sert parçacıkların sıkıştırmaya etkisi
düşüktür. Fakat sürekli iskelet oluşturmaya yetecek miktarda sert
parçacıklar olduğu zaman sıkıştırılabilirliği ciddi derecede etkiler.
• Sıkıştırılabilirliği iyileştirmek için, bir bağlayıcı ilavesiyle sert
parçacıklar topaklanarak granül haline getirilir. Bu granüller orta
basınçta sıkıştırılır. Granüller deforme olur fakat parçacıklar
deformasyona uğramaz.
• Sıkıştırılmış kütlede parçacıklar teorik yoğunluğu %55-60
oranındadır ve bağlayıcı gözeneklerin çoğunu doldurduğu için,
ham mukavemet sağlamış olur.
Kaynakça
[1] Toz Metalurjisi(www.metaldunyasi.com.tr)
[2] Toz Metalurjisi Ders Notları( kocaeli.edu.tr )
[3] Toz Metalurjisi Ders Notları (Prof. Dr. Muzaffer ZEREN)
[4] Toz Metalurjisi Ders Notları (Yrd. Doç. Dr. Afşın A. CERİT)