An investigation on abrasive wear behaviour of Fe-C-Mo-FeCr composite produced by powder metallurgy

Abstract

Keywords: Powder metallurgy; Ferrous based composite.

1. Gi̇ri̇ş

Günümüzde ileri teknoloji uygulamaları için, sürekli olarak yeni ve nitelikli yöntem ve malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Toz metalürjisi yönteminin çeşitlilik, malzeme tasarrufu, karmaşık şekillerde parça üretimi, mikro yapısal ve kimyasal homojenlik gibi özelliklerinden dolayı, ileri malzemelerin üretiminde önemi giderek artmaktadır. [1,2]. Yakın toleransta parça üretimi ile malzeme tasarrufu ve düşük enerji tüketimine bağlı olarak özellikle seri üretimlerde maliyeti oldukça düşürmektedir [3]. Yöntemin temel özelliklerinden biri de esnek bir üretim sürecine sahip olmasıdır. Birbirinden farklı sert ve sünek fazları bir araya getirerek özel amaçlar *

Sorumlu Yazar/Corresponding Autor: e-posta: ahascalik@firat.edu.tr, Tel: (0424) 237 00 00/6544

doğrultusunda malzeme üretmek mümkündür. Bu yöntemle üretilen çelikler aşınmanın etkin olduğu alanlarda yaygın olarak kullanılmasına rağmen, diğer yöntemlerle üretilen çeliklerle karşılaştırıldığında aşınma davranışları ile ilgili araştırmalar oldukça sınırlıdır [4]. Aşınmaya dirençli metal matrisli kompozit malzemelerin üretimi genellikle nispeten sünek bir matriste karbür, borür ve nitrür gibi sert fazlar ilave edilerek yapılmaktadır. Mikroyapı bileşenleri işlevleri doğrultusunda seçilmekte ve metal matris yeterli bir tokluk sağlarken, sert partiküller aşınmayı engellemektedir. Aşınma direnci sert partiküllerin miktarına, boyutuna, dağılımına ve matris ile takviye elemanlarının sertliğine ve kırılma tokluğuna bağlıdır [5]. Bileşenler arasında mekanik bağlanmanın yanısıra, kimyasal bağlanmanın da olması mukavemeti artırır [6]. Mikroyapı içerisindeki karbür ile malzemenin diğer bileşenleri arasındaki ilişki ve aşınma davranışı ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır [7]. Genellikle, artan karbür fazı ve karbon miktarının abrasiv aşınma direncini artırdığı ifade edilmektedir. Bir arayer alaşım elementi olarak karbon, sinterleme işleminde demir içerisinde çok hızlı yayınmaktadır. Molibden, katı eriyik sertleşmesi sağlaması ve karbona karşı yüksek, oksijene karşı düşük ilgisinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır [8]. Son yıllarda nikel alaşımlı çeliklere alternatif olabilecek yüksek molibden içeriğine sahip çelikler toz metalurjisi yöntemiyle üretilmektedir. Bu çeliklerde molibden miktarı % 3,5 olup, mekanik özellikleri ile ilgili yeterli bilgi bulunmamaktadır [9]. Bu çalışmanın amacı toz metalürjisi yöntemiyle üretilen Fe-C-Mo-FeCr kompozitinin abrasiv aşınma dayanımı üzerinde farklı tane boyutuna sahip FeCr partiküllerinin çözünmesiyle oluşan M7C3 karbürlerinin etkisini incelemektir. M7C3 tipi karbürler sementit fazına nazaran yüksek sertlik ve tokluğa sahiptir [10,11]. Bu sayede çelik matris içerisinde sert fazların ince dağılımı ile aşınmaya dirençli bir yapının elde edilmesi amaçlanmaktadır.

2. Materyal VE Metot

Deneylerde kullanılan numunelerin hazırlanmasında kimyasal analizi Tablo 1’ de verilen ortalama 25 µm, 50 µm ve 80µm tane boyutlarındaki ferro-krom tozu, % 99,9 saflıkta 75 µm tane boyutuna sahip demir tozu, 90 µm tane boyutundaki molibden tozu ve grafit tozu kullanılmıştır. Tablo 1. Ferro-krom tozunun kimyasal bileşimi (% ağırlık) Cr 64,05

Özellikleri yukarda belirtilen tozlardan öncelikle demir tozu, ağırlıkça %3 molibden ve % 1.5 grafit tozu ile mekanik bir karıştırıcıda 15 dakika süre ile karıştırılmış, daha sonra ortalama 25 µm, 50 µm ve 80 µm tane boyutundaki ferrokrom tozları ağırlıkça % 4, % 8 ve % 12 olmak üzere üç farklı oranda katılarak tekrar mekanik karıştırıcıda 15 dakika süre ile karıştırılarak homojen bir dağılım elde edilmiştir. Hazırlanan bu karışımlar 700 MPa basınç altında soğuk preslenerek Ø15x15 mm ebatlarında numuneler elde edilmiştir. Elde dilen bu numuneler, argon gazı ortamında 1120 ºC’ de 45 dakika sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Numunelerin karşım oranları ve sertlikleri Tablo 2 de verilmiştir. Deney numunelerinin mikroyapılarını ve oluşan fazları belirlemek amacıyla, üretilen numuneler 80-1200 meshlik su zımparasına sırasıyla tutularak yüzeyleri temizlenmiştir. 1µ ve 6µ elmas pastadan geçirilen numuneler % 1 lik nital çözeltisiyle dağlananarak optik ve elektron mikroskoplarında incelenmiştir. Mikroyapıda oluşan fazları belirlemek amacıyla X- ray ve elektron mikroskobunda EDS analizleri yapılmıştır. Numunelerin sertlikleri RB skalasında belirlenmiştir. Numunelerin abrasiv aşınma deneyleri pim-disk aşınma deney cihazında yapılmış ve abrasiv aşındırıcı olarak, 80 mesh’ lik silisyum karbür (SiC) zımpara kağıtları kullanılmıştır. Deneyler üç ayrı yük altında (10N , 20N, 30N), 90 dev dak-1 ile dönen disk üzerinde aşındırıcı kağıda temas ettirilerek, dıştan merkeze doğru 30 m yol şartlarında yapılmıştır. Deney öncesi ve

An Investigation on Abrasive Wear Behaviour… sonrası numuneler 10-4 gr hassasiyetinde bir teraziyle tartılarak ağırlık kaybı tespit edilmiştir. Her bir deney üç defa tekrarlanıp ortalama değer alınmıştır. Tablo 2. Numunelerin karışım oranları Numune No

25 µm % 4 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 50 µm % 4 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 80 µm % 4 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 25 µm % 8 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 50 µm % 8 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 80 µm % 8 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 25 µm % 12 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 50 µm % 12 FeCr- %3 Mo-%1.5 C 80 µm % 12 FeCr- %3 Mo-%1.5 C

4. Sonuçlar

Bu çalışma ile elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi genelleştirilebilir. 1. Mikroyapı perlit fazı, ikincil fazlar ve FeCr partikülleri içeren ferritik tip matristen meydana gelmiştir. İkincil fazların Cr7C3 ve (Cr2.5Fe4.4Mo0.1)C3 karbürleri olduğu belirlenmiştir Takviye fazındaki Cr, Mo ve C atomları matris ve matris-takviye fazı sınırına difüze olmakta ve malzemenin mikroyapısı adacıklar şeklinde perlitik alanlardan meydana gelmektedir. 2. FeCr’nin artan tane büyüklüğü ile çözünürlük düşmekte ve ikincil fazların oluşumu azalırken, perlitik oluşumlar ise artmaktadır. Buna bağlı olarak, matris sertliği ve aşınma direnci düşmektedir. 3. Takviye fazının oranının artmasıyla aşınma direnci artmakta, buna karşın tane boyutu arttıkça aşınma direnci düşmektedir. Deney şartlarında en yüksek aşınma direnci 25µm tane boyutlu ve % 12 oranında FeCr içeren numunelerde elde edilmiştir.

Teşekkür

Bu çalışma F.Ü. Bilimsel Araştırmalar Birimi (FÜBAB) tarafından desteklenmiştir.

Share and Cite