Toz enjeksiyon kalıplama yönteminde insört kullanarak büyük hacimli parçaların üretiminin araştırılması
The investigation of large sectioned components production by powder injection molding using inserts
Yazar: ASGHAR SAFARIANGHARASAGHAL
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN KARATAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Toz Enjeksiyon Kalıplama (TEK) yöntemi, metal veya seramik tozundan oluşan küçük ve karmaşık parçaların üretiminde kullanılan bir yöntemdir. Toz Enjeksiyon Kalıplama yöntemi toz ve bağlayıcının karıştırılması, enjeksiyon, bağlayıcı giderme ve sinterleme olmak üzere dört adımdan oluşmaktadır. Büyük ve kalın parçaların üretiminde parçanın kalınlığına bağlı olarak TEK yöntemi ile üretim yapmanın bazı sınırlamaları vardır. Bu sınırlandırılmaların nedeni, parça kalınlığı arttığında bağlayıcının uzaklaştırılmasının zorlaşması, parça üretim zamanının artması ve neticede üretim maliyetinin yükselmesidir. Bu tez kapsamında, büyük parçaların üretiminde karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek için TEK'de yeni bir yöntem kullanılarak 316L paslanmaz çelik malzemesinden büyük hacimli parçaların (20 mm çapında) üretimi yapılmıştır. Bu yöntemde kalıp içine hazır çekirdek (insört) konulmasına ve parçanın tümünün değil sadece insört çevresine besleme stoğunun enjekte edilmesi prensibine dayanarak bağlayıcı giderme işlemi sonucunda oluşan problemler azaltılmıştır. İnsört/parça çap oranına bağlı olarak bağlayıcı giderme zamanı %90 azaltılmıştır. Sinterleme şartlarının, esas malzeme (besleme stoğu) ile insört malzemesi arasındaki difüzyon etkisi incelenmiştir. Çalışma sonucunda insört ile esas malzeme (besleme stoğu) arasındaki difüzyonda sinterleme sıcaklığı ve insört çap oranının en etkin faktörler olduğu tespit edilmiştir. Difüzyon ile birleşme, insörtün yüzey pürüzlülüğüne bağlı olmak üzere, yüzey pürüzlülüğü büyüdükçe daha iyi olduğu tespit edilmiştir. Deneyler sonucunda insört/parça çap oranı, sinterleme şartları ve insört yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak insört ve esas malzeme (besleme stoğu) arasında en yüksek 360 MPa kesme gerilmesi değeri elde edilmiştir. İnsört/esas malzeme arasındaki difüzyon SEM, ışık mikroskopu, EDS ve mikrosertlik analizler ile incelenmiştir.

Abstract:
Powder injection molding (PIM), is a unique method to produce small and complex shaped components using metal or ceramic powders. Powder Injection Molding consists of four main steps: mixing, injection, debinding and sintering. Based on the thickness of parts, PIM has limitation in producing parts with large section. This limitation is because of the debinding step and difficulties in extraction of binder from the inside regions of these parts. Thicker the parts are, more difficult, longer and cost consuming the PIM process is. In this thesis by introducing a new method in PIM, the mentioned difficulty was solved and parts with large sections (diameter of 20 mm) were fabricated from 316L stainless steel. During this study thick parts fabrication was carried out using the principle of injecting the feedstock on a preformed insert located inside the mold, therefore decreasing the needed time for debinding. Depending on insert/part diameter ratio, the debinding time was decreased as much as 90 %. Sintering condition was examined to determine the effects of sintering on diffusion bonding between insert and injected area. Sintering temperature and insert/part diameter ratio were found to be the most effective factors. Diffusion bonding was found to be dependent on insert surface roughness, the shear strength between outer area and inserts having rougher surfaces were larger. Depending on insert/part diameter ratio, sintering condition and insert surface area, the shear strength of bonding area was measured up to 360 MPa. The existence of diffusion bonding were studied by using SEM and optic microscopic views, EDS and microhardness analyses.