Elazığ vişne mermerinin işlenebilirliğine kesici takım matris bileşenlerinin etkisi
The effect of cutting tool matrix components Elazığ cherry marble workability
Yazar: SİNAN İNCİ
Danışman: DOÇ. MEHMET KAPLAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aşınma = Wear ; Mermer kesme makineleri = Marble cutting machinery ; Metalurji eğitimi = Metallurgy education ; Sert lehimleme = Brazing ; Sinterleme = Sintering ; Sinterleme = Sintering ; Takım aşınması = Tool wear ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Bu çalışma, Elazığ Vişne Mermerinin (EVM) İşlenebilirliğine Kesici Takım Matris Bileşeninin Etkisini belirlemek amacı ile yapılmıştır. Mermer üretim maliyeti, esas itibariyle kesici takım performansı ile kontrol edilmektedir. Mermerin kesilebilmesi için öncelikle aşınma türü ile mermer taşı arasındaki etkileyici faktörlerin belirlenmesi gerekir. Mermer kesici takımlarının aşınmasını etkileyen faktörlerin başında aşındırıcı soket matrisi ve elmas partikülleri ile kayaç özellikleri arasındaki üçlü ilişki gelmektedir. Bu çerçevede kesici takım soketini oluşturan metallerin üretim yöntemlerinin mermer kesici takım (MKT) ömrünü nasıl etkileyebileceğinin bilinmesi de önemlidir. Bu nedenle kesici takım ömrünü uzatarak mermer üretim maliyetini düşürebilmek için kesici soketler de kullanılan metal ve bileşimleri ile bunların % miktarlarının ve üretim tekniklerinin EVM ve diğer mermer taşlarına göre belirlenmesi büyük bir önem arz etmektedir.Bu çalışmada özellikle EVM'nin kesme işleminde kullanmak amacıyla 85Cu15Sn bronzu ile %5 Co, %15 Cu ve %2-11 Ni katkılı matris bileşimine sahip elmaslı soketler toz metalürjisi (TM) yöntemiyle üretilmiştir. Ağırlıkça % 2, 5, 8 ve 11 oranlarında ve ortalama 2,5 µm tane boyutlu Nikel tozu matris bileşimine ilave edilmiş ve soketlerin üretimi 270 N basınç altında ve 670°C sinterleme sıcaklığında 4,5 dakika süreyle yapılmıştır. Hazırlanan matris karışımına toplam olarak %27 konsantrasyonunda 40/50 mesh tane boyutuna sahip sentetik elmas tozu ilave edilerek karıştırıcıda karıştırılmıştır. Daha sonra bu matris karışımı sıcak presleme yöntemiyle elmaslı soket haline dönüştürülmüştür. Üretilen soketler 350 mm çapındaki çelik testere disklerine 40Ag19Cu21Zn20Cd kimyasal bileşime sahip ve 1,2 mm çaplı lehim teli ile sert lehim yapılarak birleştirilmiştir.Soket matrislerinin gerçek öz kütleleri ile bağıl öz kütleleri Archimedes prensibine göre tespit edilip teorik öz kütleleri ile karşılaştırma yapıldı. Soket matrislerin sertlikleri Brinell Sertlik Ölçme Cihazı ile 62,5 kg yük altında ve 2,5 mm çaplı bilye kullanılarak ölçülmüştür. Soketlerin eğme mukavemeti üç noktalı eğme testi ile belirlendi.Deney amaçlı üretilen Ni katkılı ve katkısız MKT soketlerinin kesme performansı (aşınma miktarı) Elazığ'da bulunan Alacakaya Mermer, Şaheser Mermer ve Asmer Mermer Fabrikalarındaki PLC sistemli mermer kesme makinelerinde EVM kesilerek belirlenmiştir. Soketlerin aşınma miktarı beş ayrı yerden kumpasla ölçülerek belirlenmiştir.Soketlerin mikro yapı ve kimyasal bileşimi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve enerji dağılımlı X-ışını spektrometresinde (EDX) tekniklerinden faydalanılarak incelenmiştir.Deneysel çalışmalar sonucunda Ni ve diğer metal tozlarının MKT matrisi içerisinde oldukça homojen bir dağılım sergilediği gözlenmiştir. Ayrıca artan Ni katkı miktarı ile MKT matrislerinin sertliklerinde de artış olduğu tespit edilmiştir. Başka bir ifadeyle Ni katkı miktarı artışı ile MKT bünyesindeki gözenekli yapı azalmış olup bu azalmaya bağlı olarak numunelerin sertliklerinde bir miktar artış gözlenmiştir. Soketlerin gerçek öz kütlesi ile bağıl öz kütlelerinde de Ni ilavesine bağlı olarak artış olduğu görülmüştür. Üç noktalı eğme deneyi sonuçlarına göre %2-8 Ni katkılarında soketlerde eğme mukavemetinin arttığı, ancak daha sonra %11 Ni ilaveli numunelerde bu değerin düştüğü gözlenmiştir.SEM incelemelerinde, elmas tozlarının ve matristeki diğer alaşım elementlerinin dağılımının düzenli olduğu ve sinterleme etkisiyle elmas tanecikleri ile matris arasındaki gözeneklerin yok denecek kadar az olduğu tespit edilmiştir. Bu durum, MKT matrisi bünyesindeki Ni katkı oranının artması ile açıklanabilir. Aynı zamanda matris karışımının çok iyi sinterlendiği ve bu paralelde taneciklerin birleşerek boyun verdiği görülmüştür. Taneciklerin boyunlaşarak birleşmesi, sinterleme işleminin tam olarak amacına ulaştığı anlamına gelmektedir.XRD incelemelerinde sinterleme işlemi etkisiyle Cu327,92Sn88,08, CoCu2Sn, Cu41Sn11, CoCu2Sn, Co3Sn2, CoNiSn, Cu2Ni3Sn3, CoSn, Co3Sn2, NiSn, Cu5Sn, Ni4Sn, CuNi2Sn, CuSn, Co3Sn5, Cu9NiSn3, Cu5,6Sn, CoNiSn, Ni4Sn faz ve bileşiklerin oluştuğu tespit edilmiştir. Ayrıca önemli bir bulgu olarak %8?11 Ni katkılı matrislerin XRD incelemesinde monoklinik yapı olan ?-Bronzu (Cu6Sn5) kırılgan fazının oluştuğu gözlenmiştir.Diğer bir önemli bir bulgu ise NR (Referans Numunesi) dahil N1, N2 ve N3'te Co3C fazı, N4'te ise CoCx fazı oluşmuştur. Ayrıca % 11 Ni katkılı N4 numunesinde Co3C ? CoCx dönüşümü gerçekleşmiştir. Bu tespit aşınma sonuçları ile karşılaştırılırsa; özellikle %8?11 Ni'li numunelere ait aşınmış yüzey fotoğraflarında aşınma çizgilerinin iyice azalması şeklinde kendini göstermiştir. Bu da %2-11 Ni katkılı matris malzemesinin aşınma mukavemetinin referans malzemesine göre daha artmış olduğunu göstermektedir.Maksimum gerilme ve kopma gerilmesi değerlerinde %8 Ni katkısına kadar artma, %8?11 Ni katkılarında azalma olduğu tespit edilmiştir. Bu azalmaya %8?11 Ni katkılarının etkisi ile matriste oluşan ?-Bronzu (Cu6Sn5) kırılgan fazının sebep olduğu düşünülmektedir. Hatta matriste oluşan ?-Bronzu fazının sertlik artışının da bir nedeni olduğu düşünülmektedir. Bu arada Ni katkılı MKT'lerde Ni ilave miktarının artışı ile aşınma dirençlerinde de bir miktar artış olduğu görülmüştür. En yüksek aşınma direnci % 11 Ni katkılı numunelerde elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Mermer Kesici Soketi, 85Cu15Sn, Cu, Co, Ni, Mermer Kesici Takım Matrisi, Sıcak Presleme, Toz Metalürjisi, Mermer Kesici Takım Aşınması, Elazığ Vişne Mermeri, ?-Bronzu?

Abstract:
In this study, the Effect of Cutting Tool Matrix Component Elazig Cherry Marble workability was conducted to determine. A marble production cost, mainly with the performance of the cutting tool is controlled. In order to cut marble, marble stone between the impressive factors first necessary to determine the type of wear. Marble cutting tools at the beginning of the factors affecting is three-way relationship between the abrasive wear of the socket matrix and the diamond particles with the characteristics of the rock. In this context, marble cutting tool life of the cutting tool socket forming metals also important to know how you can influence. For this reason, the marble to reduce production costs by extending life of the cutting tool for used of sockets for cutting metal, and combinations % of these amounts and production techniques according to Elazig Cherry Marble and other marble stones determination is of great importance.In this study, especially in cutting process Elazig Cherry Marble in order to use, 85Cu15Sn bronze with 5% Co, 15% Cu and 2-11% Ni added diamond has a combination of matrix sockets made of powder metallurgy method. It was added by weight of 2, 5, 8 and 11 percent and the average particle sizes of 2.5 µm of powder nickel and the sockets in the production matrix composition under 270 N pressures and the sintering temperature of 670°C was performed for 4.5 minutes. By the addition of the prepared matrix mixture at 27% concentration of 40/50 mesh particle size synthetic diamond powder was stirred with a mixer. Then a mixture of the matrix, with method of hot pressing is transformed into a diamond socket. The produced sockets, 40Ag19Cu21Zn20Cd chemical composition and 1.2 mm diameter solder wire with combined brazing done?The socket matrices the densities of the real with the density of relative according to the principle of Archimedes determined and were compared with the theoretical densities. Socket matrix hardness Brinell Hardness Tester with a 62.5 kg load and 2.5 mm in diameter using a ball were measured. Sockets flexural strength was determined by three-point bending test.Built as an experimental Ni-doped and undoped Marble Cutting Tool sockets cutting performance (amount of wear) in Elazig Alacakaya Marble, Şaheser Marble and Asmer Marble factories PLC system marble cutting machines were located Elazig Cherry Marble cutting.The sockets amount of wear determined by measuring a compass from five separate. Microstructure and chemical composition of the sockets, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) techniques were benefiting.As a result of experimental studies, Ni and other metal powders in of marble cutting tool exhibited a very homogeneous distribution. Also additives increasing the amount of Ni hardness of Marble Cutter Tool matrices has been determined that an increase. In other words, Ni Marble Cutting Tool within the porous structure with an increased amount of the contribution has been reduced and the amount of this reduction depending on the hardness of the samples increased. Sokets relative to the mass of the actual self-bodies were also increased due to the addition of Ni. According to the results of the three-point bend test sockets bending strength increased by 2-8% Ni additives, but then this value will fall 11% Ni-added specimens.SEM examination, diamond powders and other matrix, the effect of alloying elements and sintering the diamond particles and the regular distribution of the pores of the matrix was found to be negligible. This contribution Marble Cutting Tool with increasing Ni can be explained within the matrix. At the same time mixture of matrix when sintered a very good and in parallel particles combine has been found that the neck. The combinations of the particles in the neck, the sintering process are exactly the purpose of the reaches of the means.XRD patterns of the effect of the sintering process, Cu327,92Sn88,08, CoCu2Sn, Cu41Sn11, CoCu2Sn, Co3Sn2, CoNiSn, Cu2Ni3Sn3, CoSn, Co3Sn2, NiSn, Cu5Sn, Ni4Sn, CuNi2Sn, CuSn, Co3Sn5, Cu9NiSn3, Cu5,6Sn, CoNiSn, Ni4Sn phases and the compounds was detected. It is also important as finding matrices with added 8-11% Ni the XRD examination of the monoclinic structure ?-Bronze (Cu6Sn5) phase is observed fragile.Another important finding is NR (reference sample), including the N1, N2 and N3 Co3C phase, in N4 CoCx phase is formed. In addition, 11% Ni-added sample N4 Co3C ? CoCx transformation took place. This finding is compared with the results of wear, particularly photographs of worn surfaces of 8-11% Ni added samples showed itself in the form of reduced wear lines thoroughly. This is added to 2-11% Ni matrix material has an increased wear strength than the reference material.Maximum stress and tensile stress values up to 8% increase in the contribution of Ni, 8-11% Ni additives were found to be decreased. This is a decrease of 8-11% Ni matrix with the effect of the contributions of ?-Bronze (Cu6Sn5) is thought to be caused by brittle phase. Even with the increase in hardness of the matrix phase comprising ?-Bronze is thought to be a reason. In the meantime, an additional amount of Ni marble cutting tools Ni added a slight increase with the increase of wear resistance has been observed. 11% Ni added to the samples that high abrasion resistance is obtained.Keywords: Marble Cutter Socket, 85Cu15Sn, Cu, Co, Ni, Marble Cutting Tool Matrix, Hot Pressing, Powder Metallurgy, Marble Cutting Tool Wear, Elazig Cherry Marble, ?-Bronze ...