Toz metal parçaların indüksiyonla sinterleme prosesinin deneysel ve teorik olarak modellenmesi
Experimental and theoretical modeling of induction sintering process of powder metal parts
Yazar: GÖKSAN AKPINAR
Danışman: PROF. DR. ENVER ATİK
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektromanyetik indüksiyon = Electromagnetic induction

Özet:
Bu tez çalışmasında, demir esaslı toz metal parçaların indüksiyonla sinterleme işlemi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında %3 Cu, % 0,5 Grafit ve yağlayıcı olarak %0,8 Kenolube içeren Högenas ASC 100.29 demir tozu kullanılmıştır. Ön ısıtma, sinterleme süresi, konveyör bant hızı ve kademeli soğumanın, indüksiyonla sinterlemeye etkileri ve bu sinterleme parametrelerinin numunelerin mekanik özelliklerine etkileri deneysel ve nümerik olarak araştırılmıştır. 
Toz metal malzemelerin iç yapılarındaki gözenekliliğe bağlı mikro-mekanik özelliklerinin deneysel olarak saptanması oldukça güçtür. Bu özellikleri araştırmak amacıyla numunelerin SEM BEC modundaki iç yapı fotoğrafları görüntü işleme yöntemi kullanılarak gerçek mikro yapı görüntülerinin nümerik analizleri yapılmıştır. Toz metallerin sinterleme parametrelerinin değişimi mikro yapıyı ve dolayısıyla mekanik ve  mikro mekanik özelliklerini oldukça etkilediği görülmüştür.  Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, endüstriyel toz metal parçalarda, indüksiyonla sinterlemede kontrollü iç yapı oluşumu sağlanarak üstün mekanik ve fiziksel özelliklerin elde edilebileceği görülmüştür. 
İndüksiyonla sinterlemede malzemeler üzerindeki ısı kontrolü oldukça güçtür. Çalışmada, indüksiyonla ayarlanabilir düşük-orta (2,5-5 kHz) frekansta ön ısıtma işlemi denenmiştir. Bununla birlikte, indüksiyonla ısıtma işlemi nümerik olarak modellenerek numuneler içerisinde oluşan ısı dağılım grafikleri çıkarılarak, deneysel verilerle aktarılmış en doğru sonuçlar elde edilmeye çalışılmıştır. İndüksiyonla sinterlenen numunelere; 10 Amper akım değerinde, düşük frekansta (2,5 kHz), 600 °C derecede, 5 Kw gücünde ön ısıtma ve 17.5 Amper akım değerinde orta frekansta (45 kHz) 1120 °C derecede, 12 Kw gücünde, Argon gazı atmosferinde sinterleme işlemi uygulanarak numuneler üzerindeki ısıl şok engellenmiş ve üstün fiziksel ve mekanik özellikler sağlanmıştır.
İndüksiyonla sinterlemede geliştirilen PLC kontrollü konveyör bant ile optimum ısınma şartları gerçekleştirilmiştir. Hızı kontrol edilebilen konveyör bant ile seri üretime uygun bir sistem tasarlanmıştır. indüksiyonla sinterleme ile 10x10x55 mm boyutlarındaki numuneye göre en uygun sinterleme konveyör hızı saptanmıştır. Deneysel ve nümerik sonuçlara göre en uygun sinterleme parametreleri elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Toz Metalurjisi, İndüksiyon ile Sinterleme, Görüntü İşleme Analizi

Abstract:
In this study, induction of iron-based powder metal parts sintering process were investigated experimentally and theoretically. In the working used Högenas ASC 100.29 iron powder containing 3% Cu, 0.5% graphite and lubricant 0.8% Kenolube. Pre-heating, sintering time, the conveyor belt speed and gradually cooling, induction sintering and sintering parameters of the effects of macro-and micro size effects on mechanical properties of the samples were investigated experimentally and numerically.
Powder materials micro-mechanical properties is very difficult to determine experimentally of depending on the inner porosity. Because of searching this features, photos of the internal structure of the samples using the method of image processing, obtained real microstructure images were numerical analyzed. The sintering parameters changes is  greatly affected the micro and the macro mechanical properties. Obtained the results, in the industrial powder metal parts, induction sintering controlled by providing superior mechanical and physical properties was obtained of the internal structure.
Induction is very difficult to control the heat of materials. In the study, adjustable medium-low (2.5-5 kHz) frequencies induction pre-heating process were tested. Besides, induction heating process, the heat generated in the samples scatter graphs were modeled numerically and tried to get the most accurate results with the experimental data transferred. Induction sintered samples, preheating with 5 Kw power, 300 Amp. current value, a low frequency (2.5 kHz), 600 °C and also, sintering process with 12 Kw power, 850 Amp. current value of medium frequency (45 kHz),  1120 ° C on the argon gas atmosphere, the samples by applying superior physical and mechanical properties and thermal shock has been blocked. 
PLS-controlled conveyor belt for optimum induction heating sintering conditions were developed. Speed of the conveyor belt can be controlled with a system that is designed for mass production. With the induction sintering sintering, dimensions of 10x10x55 mm specimen was found the most suitable sintering conveyor speed. The appropriate sintering parameters were obtained by experimental and numerical results.

Keywords: Powder Metallurgy, Induction Sintering, Image Processing Analysis.