Ni/Mo/B ilavesinin toz metalurjisi yöntemi ile dişli üretiminde kullanılacak Fe esaslı malzelere etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of Ni/Mo/B addition on Fe based materials to be used in gear production by powder metallurgy method
Yazar: TARIK GÜN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ŞİMŞİR
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Cu(Bakır), C(Karbon), yağlayıcı (çinkostearat) oranları sabit tutularak ve tamamlayıcı olan Fe(Demir) ile, her biri üç farklı orana sahip Ni(Nikel), Mo(Molibden) ve B(Bor) belirli oranlarda karıştırılmış, farklı sinterleme sıcaklık ve sürelerinde çalışma yapılmıştır.  Proses şartlarının ve ilave elementlerin, numunelerin mekanik ve mikroyapı özelliklerinin üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, çalışma 3 aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada Ni (%1.5-3.0-4.5), Mo(%0.6-1.2-1.8), B(%0.2-0.6-1.0), Cu(%2.0 sabit), C(%0.8 sabit), C36H70O4Zn(%0.6 çinko stearat) ve kalan Fe ile 27 farklı kompozisyon oluşturulmuştur. Numuneler 160°C'de 650MPa da 10x15 mm boyutunda ılık presleme yöntemi ile preslenmiş ve 1150°C'de argon (Ar) gaz atmosferinde 60 dakika sinterlenmiştir. Numunelerin yoğunluk ve sertlikleri ölçülmüş ardından parçalar indiksüyonla sertleştirilmiş ve sertlikleri tekrar ölçülmüştür. Sertleştirmeden sonra en yüksek sertlik 18 ve 27 nolu kompozisyonlarda 73,82 HRa ve 76,65 HRa ölçülmüştür. En düşük sertlik 7 ve 13 nolu kompozisyonlarda 62,92 HRa ve 63,63 HRa ölçülmüştür. İkinci aşamada en yüksek ve en düşük sertliğe sahip 7, 13,18 ve 27 nolu kompozisyonlar seçilmiş aynı koşullarında tekrar tozlar preslenmiş ve 1050°C, 1150°C, 1250°C sinterleme sıcaklığında 30dk, 60dk ve 90dk sinterleme sürelerinde 36 farklı koşulda numuneler üretilmiştir. Bu numunelerin sertlikleri ölçülmüş ve mikroyapı analizi yapılmıştır. Üçüncü aşamada 36 faklı şartta üretilen numunelerden, sinterleme sıcaklığı ve süresinin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkilerini incelemek için 18 adet numune seçilmiştir. Bu numunelere EDS ile elementel analizi yapılmış, XRD optik mikroskobisi incelenmiştir. Numunelere aşınma testleri yapılarak aşınma yüzeylerinden SEM fotoğrafları alınmış, aşınma mekanizmaları ile aşınma karakterizasyonları belirlenmiştir. İndiksüyonla sertleştirme yapmadan sinterleme sıcaklığı ve sinterleme süresinin optimizasyonu ile yüksek sertlik değerleri elde edilmiştir. En yüksek sertlik değeri Fe-%4.5Ni-%1.8Mo-%1.0B-%2.0Cu-%0.8C kompozisyonu ile preslenen numunelerde 1250°C'de 90 dk sinterleme süresinde 75,6 HRa (49,6 HRc) değeri elde edilmiştir. Elde edilen sertlikler, sertleştirmeye gerek kalmadan dişli üretiminde kullanılabilecektir.

Abstract:
In this study, Ni (Nickel), Mo (Molybdenum) and B (Boron), each having three different ratios, were mixed in certain proportions with Cu (Copper), C (Carbon), lubricant (zincostearate) ratios are kept constant and complementary with Fe (Iron). Samples were produced at different sintering temperatures and sintering times. The effects of production conditions and additional elements on the mechanical and microstructure properties of the samples were investigated. For this purpose, the study was carried out in 3 stages. In the first step 27 different compositions were created with Ni (1.5-3.0-4.5%), Mo (0.6-1.2-1.8%), B (0.2-0.6-1.0%), Cu (2.0% constant), C (0.8% constant), C36H70O4Zn (0.6%) zinc stearate) and the remaining Fe. The parts were pressed in a dimension of 10x15 mm by means of warm pressing method at 600MPa at 160°C and sintered for 60 minutes under argon (Ar) gas atmosphere at 1150°C. The density and hardness of the samples were measured, then the parts were hardened by induction and their hardness was measured again. The highest hardness after hardening was measured at 73.82 HRa (46.1 HRc) and 76.65 HRa (51.6 HRc) in compositions 18 and 27. The lowest hardness was measured 62.92 HRa and 63.63 HRa in compositions 7 and 13. Four compositions showing the best and worst hardness values were selected. In the second stage, powders were pressed again from these 4 different compositions under the same pressing conditions and samples were produced in 36 different conditions at sintering temperatures of 1050°C, 1150°C, 1250°C at 30 min, 60 min and 90 min sintering times. The hardness of these samples was measured. In the third stage, 18 samples were selected to examine the effects of sintering temperature and time on the mechanical and microstructure properties of the samples produced under 36 different conditions. Elemental analysis of these samples by EDS, XRD optical microscopy was examined. Wear tests were carried out on the samples and SEM photographs were taken from the wear surfaces and the wear mechanisms and wear characterizations were determined. High hardness values were obtained by optimization of sintering temperature and sintering time without induction hardening. The best hardness value was obtained 75.6 HRa (49.6 HRc ) of %4.5 Ni-%1.8Mo-%1.0B-%2.0Cu-%0.8C-%RestFe composition of the pressed samples at 1250°C sintering temperature at 90 min sintering time. The hardness obtained can be used in gear production without the need for hardening.