Toz metalurjisi çeliklerine kalay ilavesinin mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of tin addition to powder metallurgy steels on microstructure and mechanical properties
Yazar: KEMAL GÜL
Danışman: PROF. DR. UĞUR SOY
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma deneyleri = Wear tests ; Demir alaşımları = Iron alloys ; Elektron mikroskobu = Electron microscope ; Kalay = Tin ; Kırınım yöntemi = Diffraction method ; Sıcak presleme = Hot pressing ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Günümüzde kullanılan bir çok alaşım, demir ve kalaya göre daha maliyetlidir. Bu çalışmada amaç, toz metalurjisi yöntemi ile belirli bir oranda demir ile kalay tozu karıştırılarak bakır esaslı ve diğer alaşımlara alternatif olarak, yeni bir alaşım üretmektir. Üretilen malzemenin ağır yük ve düşük dönme hızında çalışan yataklar, debriyaj ve fren balataları için alternatif yaratması için yapılmıştır. Ayrıca bu çalışmada kalayın ergime derecesi 231,9°C olup, demirin ergime derecesinden düşük şekilde sıcak preste uygulanabilirliğini incelenmiştir. Demir ve kalay içeren alaşımın mikroyapısı ve mekanik özellikleri incelenerek literatüre katkı sağlanması amaçlanmıştır.
Toz metalurjisi yöntemi ile demire %4, %6, ve %8 kalay ilave edilerek iki merdaneli karıştırıcı ile 90 dakika 600 rpm hızla karıştırılmıştır. Karıştırılan tozlar, sıcak pres ile 40 MPa basınçta, 950°C'de 90 dakikada sinterleme işlemi yapılmıştır. Üretilen alaşımların mikroyapı incelemesi için taramalı elektron mikroskopu (SEM), x-ışını kırınım yöntemi (XRD) ve optik mikroskop incelemesi yapılmıştır. Mekanik testleri için aşınma, sertlik, eğme gibi testler yapılmıştır. Yapılan yoğunluk ölçümü sonucunda kalay ilavesi sonrasında gözeneklilik %12,90'dan %5,43'e düşmüştür. Mekanik özelliklerin aşınma testinde ise kalay ilavesi sonrasında aşınma oranı 32,9 kat düşmüştür. Sertlik testinde kalay ilave sonrası ise 4 kat artmıştır. Eğme testinde ise 2 kat artmıştır. Genel olarak bakıldığında kalay ilavesi sonrası alaşımların mekanik özellikleri artmıştır. Fakat kalay miktarı artıkça aşınma ve eğme mukavemeti artmış, sertlik ise düşmüştür. 
Anahtar Kelimeler: Toz metalurjisi, sıcak pres, demir, kalay, aşınma testi, sertlik, eğme testi, SEM, XRD

Abstract:
Many alloys used today are more costly than iron and tin. The aim of this study is to produce a new alloy, creating an alternative to copper-based and other alloys by mixing iron and tin powder at a certain rate by powder metallurgy method. It is made to create an alternative for bearings, clutches and brake pads operating at heavy loads and low rotational speeds. In addition, in this study, the melting point of tin is 231.9°C, and the applicability of the iron in a hot press is lower than the melting point was investigated. It is aimed to contribute to the literature by examining the microstructure and mechanical properties of the alloy containing iron and tin.
With the powder metallurgy method, 4%, 6%, and 8% tin was added to the iron and mixed with a two-roll mixer at 600 rpm for 90 minutes. The mixed powders were sintered with a hot press at 40 MPa pressure, at 950°C for 90 minutes. Scanning electron microscope (SEM), x-ray diffraction method (XRD) and optical microscope examination were performed for the microstructure examination of the produced alloys. For mechanical tests, tests such as abrasion, hardness, bending were carried out. As a result of the density measurement, the porosity decreased from 12.90% to 5.43% after the addition of tin. In the wear test of mechanical properties, the wear rate decreased 32.9 times after the addition of tin. In the hardness test, it increased 4 times after adding tin. In the bending test, it increased by 2 times. In general, the mechanical properties of the alloys increased after the addition of tin. However, as the amount of tin increased, the abrasion and bending strength increased, and the hardness is decreased.
Keywords: Powder metallurgy, hot press, iron, tin, abrasion test, hardness, bend test, SEM, XRD