Direnç kaynağında kullanılan W+Cu+(x) elektrodunun toz metalurjisi yöntemi ile üretimi, karakterizasyonu ve mikro işlenebilirliği.
Manufacturing, characterization and micro machinability of W+Cu+(x) electrode utilized in resistance welding through powder metallurgy method.
Yazar: ALİ ERÇETİN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER ERDOĞAN
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: CNC frezeleme = CNC milling ; Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Kaynak elektrodu = Welding electrode ; Mikrosertlik = Microhardness ; Toz karakterizasyonu = Powder characterization ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Bu çalışmanın amacı, piyasada kullanılan direnç elektrodunu toz metalurjisi (T/M) yöntemini kullanarak, farklı sinterleme teknikleriyle üretimini sağlarken, yüksek sıcaklıklara dayanabilen, elektriksel özellikleri iyileştirilmiş, ark kararlılığı arttırılmış, uzun ömürlü, akım taşıma kapasitesi geliştirilmiş, mikro işlenebilirlik özelliği daha iyi olan, tungsten esaslı farklı alaşım elementleri içeren bir direnç elektrodu malzemesi üretmektir. Bu yüzden tungsten esaslı farklı kompozisyonlara sahip elektrot malzemesi numuneleri üretilmek üzere; W, Cu, Ag, Ni ve Co metal tozları kullanılarak içeriği 12 farklı kompozisyondan oluşan ve her kompozisyondan 2'şer adet numune üretilebilecek kadar olmak üzere toplam 24 adet karışım oluşturulmuştur.

Hazırlanan kompozisyonlar 500 bar basınç altında preslenerek 24 adet numune sinterlenmeye hazır hale getirilmiştir. Sinterleme işlemleri ise saf  (%99 saflıkta) argon atmosferli tüp fırında, 1000 ºC ve 1100 ºC sıcaklıkları arasında 1,5 saat süre ile uygulanmıştır. Oluşturulan tungsten esaslı kompozit numunelerin mikroyapı, mikro vickers sertlik, mikro işlenebilirlik ve elektrik iletkenliği analizleri ile farklı oranlarda Cu, Ag, Ni ve Co metal tozları ilavesinin mekaniksel ve elektriksel özelliklerine etkileri araştırılmıştır.

Mikroyapı çalışmaları, X ışını difraksiyon analizi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Sinterleme sonrasında numunelerde meydana gelen tabakaların faz analizi, XRD analizi yapılarak belirlenmiştir. Numunelerin sinterleme sonrası yüzeyleri, mikro işleme sonrası kesici takım uçlarındaki aşınmış yüzeyler SEM ile incelenmiş ve tabaka/yüzey görüntüleri elde edilmiştir. Ayrıca numunelerin yüzey tabakalarının sertliği mikro vickers sertlik cihazında ölçülmüştür. Mikro işleme işlemi CNC dik işleme tezgâhında, soğutma sıvısı kullanılmadan, kesici takım ucunun sabit devir, sabit ilerleme hızı ve sabit derinlikte malzeme üzerinden talaş kaldırılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Kesici takım olarak 500 μm çapında kaplanmamış tungsten karbür esaslı mikro freze (WC) kesici takımı kullanılmıştır. Numune üzerinde oluşan kanallarda kesici takımın meydana getirdiği çapak miktarları ve yüzey pürüzlülükleri 3D profilometre ile tespit edilmiştir. Kesici takım uçlarındaki elementel dağılımları belirlemek için enerji dağılımı spektrometre (EDS) element analizleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucu elde edilen analiz sonuçları literatür verileri doğrultusunda incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Tungsten Elektrot, Toz Metalurjisi, Karakterizasyon, Mikro Frezeleme, Takım Aşınması, Kesme Kuvveti, Yüzey Pürüzlülüğü.

Abstract:
The purpose of this study was generation of a resistance electrode material by a resistance electrode used in the market through powder metallurgy method while providing its generation with different sintering technics. This generated resistance electrode material has a better micro machinability feature with containing tungsten base different alloys, a long life, an advanced current-carrying capacity, an increased arc stability, improved electrical properties, can resist high temperatures. Hence, in order to produce electrode material samples which have tungsten base different compositions, by using W, Cu, Ag, Ni ve Co metal powders, 24 in number mixtures in total were formed from 12 different compositions in terms of content while producing 2 in numer mixtures from each composition.  

By pressing prepared compositions under 500 bar pressure, 24 in number samples were made prepared for sintering process. In contrast, sintering processes were conducted between 1000 ºC and 1100 ºC  in  pure (%99 pure) argon  atmosphere tube furnace for 1,5-hour. By analyzing microstructure, micro vickers hardness, micro machinability and electrical conductivity of formed tungsten base composite samples, effects of adding Cu, Ag, Ni ve Co metal powders in different rates on mechanical and electrical properties were investigated. 

Microstructural studies were conducted through x-ray diffaraction analysis (XRD) and scanning electron microscobe (SEM). Phase analysis of Layers that occured after sintering process was determined by XRD analysis. Surfaces of samples after sintering process and weared surfaces took place at the tips of cutting tool after micromachining were analyzed by SEM and also layer/surface images were obtained. Furthermore, hardness of surface layers of samples was measured via micro vikers hardness. Micromachining process was carried out on CNC vertical machining stand with fixed feed rate and fixed rotation speed of the tip of cutting tool without cooling liquid. 500μm diameter uncoated tungsten base carbide micromilling (WC) cutting tool was used. The amount of burrs and surface roughnesses that took place in grooves occured on the samples caused by cutting tool were determined by 3D profilometer. Energy distribution spectrometer (EDS) elementary analyses were carried out so as to define elemental distributions. Analysis results that acquired as a result of experimental study were investigated in the direction of literature data.

Key Words: Tungsten Electrode, Powder Metallurgy, Characterization, Micro Milling, Tool Wear, Cutting Force, Surface Roughness.