Metallere uygulanan mikrodalga ile termal işlemlerin modellenmesi ve bu işlemlerin özelliklere etkisi
The modelling of microwave thermal processes in metallic metarials and the effect of processes on properties
Yazar: SAADET GÜLER
Danışman: PROF. DR. KAZIM ÖNEL ; PROF. DR. MUSTAFA DEMİRCİOĞLU
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Toz Metalurjisi prosesinin en önemli kademelerinden biri sinterlemedir. Sinterleme, preslenip şekillendirilmiş numunelerin (ham kompakt) ısıtılması ile sıkıştırılmış parçaçıkların (partiküllerin) difüzyon prosesi ile bağlanarak yoğunlaşma sonucu dayanımın arttığı ısıl işlemdir. Kompaktın nihai özelliklerinin kazandırıldığı bu aşama aynı zamanda enerji ve zamanın en çok tüketildiği prosestir. Bu çalışmada geleneksel tüp fırın ve mikrodalga fırın yardımıyla toz metalurjisi ile üretilen 3-nokta eğme numuneleri sinterlenerek, her iki fırın ortamında da ısıl modelleme yapılmıştır. Bu çalışma başlangıç olup, bu konuda yapılan ilk çalışma olma özelliğine sahiptir. Bu tez kapsamında, hacimce yüzde üç, altı ve dokuz oranlarında titanyumkarbür ve silisyumkarbür katkılı TM demir matris kompozit malzemeler üretilmiştir. Demir tozları ve karışım tozlar tek eksenli preste yediyüz MPa basınçta sıkıştırılmış ve bin yüz altmış/bin ikiyüzelli santigrad derecede farklı sürelerde geleneksel ve mikrodalga yöntemleriyle sinterlenmiştir. Sinterleme atmosferleri olarak her iki işlemde de yüzde doksan azot yüzde on hidrojen gaz karışımı kullanılmıştır. Kompaktların geleneksel ve mikrodalga sinterlemedeki sıcaklık dağılımları Comsol Multiphysics 5.0. bilgisayar destekli (simülasyon) programı ile elde edilmiş ve numune üretiminde öncelikle mikrodalga enerjisi ile sinterlemenin uygulanabilirliği incelenmiştir. Çalışmada numuneler mikrodalga ve tüp fırında teorik olarak modellenmiş ve bu model Comsol Multiphysics programı kullanılarak zamana bağlı olarak çözdürülmüştür. Bu modelde atanan süre ile numunede gerçekleşen sıcaklık dağılımları simüle ettirilerek çizdirilmiştir. Bu çalışmada her iki sinterleme yönteminin de benzer tane boyutuna sahip mikroyapılar ortaya çıkardığı, ayrıca mikrodalga sinterlemede kısmen daha küçük ve daha yuvarlak gözenek yapısı oluştuğu gözlenmiştir. İlave olarak, özellikle ince parçacıklı  saf Fe ve seramik toz kullanımı (SiC, TiC) her iki yöntem ile sinterlenen numunelerde fiziksel ve mekanik özellikleri geliştirmiştir.

Abstract:
One important stage of PM (powder metallurgy) process is sintering. Sintering is the thermal treatment where energy is consumed to densify and strengthen the green compact by bonding the metallic powder particles thurough diffusion process. In this work Transverse bending samples of iron and iron matrix composites are produced by sintering in conventional and microwave furnaces. The simulation work of the heating process of samples in these furnaces is also carried out, as the first effort on this subject. In this work PM iron and, three, six and nine volume percent (vol%) TiC and SiC containing iron matrix PM composite samples are produced. Powder mixtures are compacted using seven hundred MPa uniaxial pressure and sintered for one hour at 1160 and 1250 degrees Celsius in the atmosphere containing ninety percent nitrogen and ten percent hydrogen. The examination of the samples show that the both sintering methods yield microstructures of similar grain size, the microwave sintered samples exhibiting pores of smaller size and round shape. The use of fine powder and the additions of TiC and SiC improves physical and mechanical properties of samples sintered by conventional and microwave methods. Among all the compositions best mechanical properties are shown by the samples containing nine percent SiC. The samples containing six and nine percent SiC have better mechanical properties than those with TiC reinforcement. It is also observed that in the case of microwave sintering the addition of reinforcement phase improves sinterability of the samples. Computer-aided modeling of conventional and microwave heating processes of the samples are carried out using Comsol Multiphysics 5.0. The heating processes of the samples of given dimentions in the conventional and microwave furnaces are simulated and temperature distributions of the samples are obtained for a determined duration.