Toz metalurjisi yöntemi ile krom karbür takviyeli bakır matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Production of chromium carbide-reinforced copper matrix composite materials with powder metallurgy method and investigation of wearness behaviors
Yazar: MEHMET MEHDİ MUNİS
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MAHİR UZUN
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmeler arttıkça endüstride kullanılan geleneksel malzemeler ve üretim yöntemleri, ihtiyacı karşılamadığından farklı özelliklere sahip malzemelere ihtiyaç duyulmuştur. Bu ihtiyaçları karşılamak için de geleneksel yöntemlerden daha farklı üretim yöntemleri geliştirilmiştir. Toz metalürjisi ile üretim yöntemi, geliştirilmiş olan bu yöntemlerden biridir. Toz metalurjisi yönteminde bileşenler mekanik özelliklerini kaybetmezler. Kompozit malzemeler, birden fazla malzemenin en iyi özelliklerinin daha üstün özellikli tek bir malzemede toplanmasıyla ortaya çıkan malzemelerdir. Metal esaslı kompozitler, aşınma direncinin iyi olması, sünekliğin yüksek olması ve yüksek sıcaklıklarda çalışma olanağına sahip olduklarından endüstride çok yaygın olarak kullanılan malzemelerdir.
Bu çalışmada, CrC parçacık takviyeli bakır matrisli kompozitler toz metalurjisi tekniği ile üretilmiştir. Bakır matrisli kompozitlerin üretiminde, CrC takviye oranları ağırlıkça %5, %10, %15 ve %20 olarak kullanılmıştır. Numuneler 450 MPa yük altında 1 dakika bekletilerek preslenmişlerdir. Presleme aşamasından sonra elde edilen 15 adet numune, Protherm GSL-1500X Marka Tüp fırın kullanılarak sinterlenmişlerdir. Sinterleme işlemi 950 0C sıcaklıkta koruyucu atmosfer olarak argon gazı kullanılarak yapılmıştır. Sıcaklık 950 0C'ye 1 saat sürede çıkarılmış ve 950 0C'de numuneler 1 saat bekletilmiş ve daha sonra 1 saat soğuma süresi bittikten sonra numunelerin sinterleme aşaması tamamlanmıştır. Böylelikle 12 mm çapında metal matrisli kompozit malzemeler üretilmiştir. Sinterleme aşaması tamamlanan numunelerin mikroyapı analizi yapılmıştır. Numuneler, SEM cihazına yerleştirilerek mikroyapı fotoğrafları alınmış ve elementer dağılım analizi yapılmıştır. Daha sonra numuneler Rigaku Marka cihaza konularak XRD patternleri oluşturulmuştur. Numuneler Mitutoyo marka sertlik ölçüm cihazında sertlik deneyine tabi tutulmuşlardır. Bu aşamadan sonra aşınma testi Pin-on disk cihazında yapılmıştır. Hazırlanmış olan toplam 30 adet numuneden 15 adedine 50 N ve diğer 15 adedine de 75 N yük uygulanmış ve her bir numunenin 2m/sn'lik sabit hızda 1000 m yol sonunda aşınma verileri alınmıştır. Bu deney sonucunda, numuneler AND HR-250AZ marka terazide tartılarak ağırlık kayıpları bulunmuştur. Daha sonra numuneler SEM cihazına konularak, aşınma sonucu numunede oluşan aşınma yüzeyi çapı ölçülmüştür, aşınma derinliği ve sürtünme katsayısı verileri alınarak, bu değerlere göre değerlendirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak, presleme basıncının artmasıyla yoğunluğun arttığı, porozitenin azaldığı, numunelerin sertlik değerlerinin arttığı ve aşınma direncinin artış gösterdiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Aşınma, bakır, krom, karbon, kompozit, sinterleme, toz metalürjisi.

Abstract:
As technological developments have increased, traditional materials and production methods used in the industry have required materials with different characteristics as they did not meet their needs. In order to meet these needs, different production methods have been developed than traditional methods. The method of production by powder metallurgy is one of these improved methods. In powder metallurgy the components do not lose their mechanical properties. Composite materials are materials that result from the collection of the best properties of two or more materials together into a new and superior single material. Metal matrix composites are materials that are widely used in industry as they have high modulus of elasticity and abrasion resistance, high yield strength and temperature resistance.
In this study, CrC particle reinforced copper matrix composites were produced by powder metallurgy technique. In the production of copper matrix composites, CrC reinforcement ratios were used as 5%, 10%, 15% and 20% by weight. The samples were pressed under 450 MPa load for 1 minute. The 15 samples obtained after the pressing step were sintered using a Protherm GSL-1500X Brand Tube oven. Sintering was carried out at 950 °C using argon gas as the protective atmosphere. The temperature was removed at 950 °C for 1 hour and the samples at 950 0 C were allowed to stand for 1 hour and then the sintering stage of the samples was completed after 1 hour of cooling down. Thus, metal matrix composite materials with a diameter of 12 mm were produced. Microstructure analysis of sintering stage completed samples was done. Samples were placed on a SEM device and microstructure photographs were taken and elementary dispersion analysis was performed. The samples were then placed on the Rigaku Brand device and XRD patterns were created. The samples were subjected to hardness test on the Mitutoyo brand hardness tester. After this step the wear test was carried out on the Pin-on disc device. A total of 30 specimens were loaded with 50 N loads for 15 specimens and 75 N loads for the other 15 specimens, and each specimen received wear data at a constant speed of 2 m / s at the end of 1000 m. As a result of this experiment, the samples were weighed on a scale of AND HR-250AZ and weight loss was found. The specimens were then placed in a SEM device and the diameter of the wear surface formed in the wearer sample was measured, and wear depth and friction coefficient data were taken and evaluated according to these values. As a result, it was seen that as the pressing pressure increased, density increased, porosity decreased, hardness values of samples increased and wear resistance increased.

Keywords: Wear, copper, chrome, carbon, composite, sintering, powder metallurgy.