Karbür katkılı mermer kesici takımların çalışma performansına sinterleme parametrelerinin etkisi
Effect of sintering parameters on sawing performance of marble cutting tools with carbide
Yazar: SERKAN ISLAK
Danışman: PROF. DR. HALİS ÇELİK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı / Mekanik Metalurji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, Bronz-B4C matris bileşimine sahip mermer kesme işlerinde kullanılan elmaslı soketler toz metalurjsi (TM) yöntemiyle üretilmiştir. Ortalama 20 µm tane boyutuna sahip olan bor karbür bronza ağırlıkça % 2, 5 ve 10 oranlarında ilave edilmiştir. Soketlerin üretimi 35 MPa basınç altında 600, 650 ve 700 °C sinterleme sıcaklığında 3 dakika süreyle yapılmıştır. Hazırlanan matris karışımına toplam olarak 30 konsantrasyonunda 30/40 ve 40/50 mesh tane boyutuna sahip sentetik elmas taneleri ilave edilerek mikserde karıştırılmıştır. Bronz-B4C/elmas karışımı sıcak preste preslenerek elmaslı soket haline dönüştürülmüştür. Üretilen soketler 300 mm çapındaki çelik gövdelere % 40 gümüş bileşimine sahip gümüş lehimle kaynak edilmiştir.Soket matrislerinin deneysel yoğunlukları ve bağıl yoğunlukları Archimedes prensibine göre tespit edilmiştir. Matrislerin sertlikleri sertlik ölçme cihazı ile 62.5 kg yük altında ve 2.5 mm çaplı bilye kullanılarak brinell olarak ölçülmüştür. Soketlerin eğme mukavemeti üç noktalı eğme testi ile tespit edilmiştir. Bor karbürlü soketlerin kesme performansı PLC sistemli mermer kesme makinesinde Ankara andezit taşı kesilerek belirlenmiştir. Aşınma miktarı dijital kumpasla testerelerin çapları ölçülerek belirlenmiştir. Soketlerin mikroyapısı ve kimyasal bileşimi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışın difraktogramı (XRD) ve X ışını enerji dağılım spektrometresinden (EDS) faydalanılarak incelenmiştir.Deneysel çalışmalar sonucunda bor karbür tanelerinin bronzun tane sınırlarında yoğunlaştığı, nispeten homojen bir dağılım sergilediği ve bor karbür ilave miktarı arttıkça gözeneklerde artış olduğu ve bu gözenekliliğin sinterleme sıcaklığı arttıkça azaldığı tespit edilmiştir. Matrisin sertlik ölçümleri çalışmasında bor karbür miktarı ve sinterleme sıcaklığı artışı ile sertliklerde artış gözlenmiştir. Soketlerin deneysel yoğunluklarında ve bağıl yoğunluklarında bor karbür ilavesine bağlı olarak düşüş tespit edilmiştir. Sinterleme sıcaklığı artışı ile yoğunluklarda artış olduğu ölçümler sonucunda belirlenmiştir. Soketlerin üç noktalı eğme testi sonucunda bor karbür ilavesinin soketlerin eğme mukavemetlerini düşürdüğü, fakat sinterleme sıcaklığı artışı ile nispeten eğme mukavemeti değerlerinde artış olduğu tespit edilmiştir.Bor karbür katkılı elmaslı kesici takımlarla andezit taşı kesiminden sonra her bir testerenin aşınma oranı hesaplanmıştır. Bor karbür ilave miktarının ve sinterleme sıcaklığının artışı ile aşınma oranlarında düşüş tespit edilmiştir. En düşük aşınma oranına % 5 B4C oranında ve 700 °C sinterleme sıcaklığında ulaşılmıştır. Buna rağmen ağırlıkça % 10 B4C oranında aşınma oranlarında artış olmuştur. Bu sonuçlar sinterleme parametreleri ile ilişkilendirilmiştir.

Abstract:
In this study, the diamond segments with Bronze-B4C matrice content used to cut marble were manufactured using powder metallurgy (PM) process. Boron carbide powder with an average grain size of 20 ?m powder was added to bronze as 2, 5 and 10 wt. % percents. The production of segments was made under 35 MPa pressure at 600, 650 and 700 °C sintering temperatures with a 3 minutes sintering time. The synthetic diamond grains with grain sizes of the 30/40 and 40/50 mesh with a final concentration of 30 were added to Bronze-B4C matrice prepared, and then the matrice and diamond were mixed by mixer. The diamond segments were produced by hot pressing of the Bronze-B4C/diamond mixture. The segments were welded to the steel disc with a diameter of 300 mm using the solder having wt. 40 % silver composition.The experimental and the relative density measurements were carried out with the Archimedes method. The hardness of matrices was measured using hardness tester with a ball of 2.5 mm diameter under the load of 62.5 kgs. The bending strength of segments was identified by a three-point bending tester. The cutting performance of segments with boron carbide was examined by cutting Ankara andesite stone in a marble cutting machine with PLC system. The amount of the wear was determined by measuring of diameters of saw blades with a digital caliper before and after the cutting process. Microstructure and chemical composition of segments were determined by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis.The results of the experimental studies show that the boron carbide particles formed in the bronze grain boundaries and it has a partially homogenous distribution. It was determined that the more boron carbide was added, the more pore formed and the porosity was inversely proportional to the sintering temperature. The hardness of the matrice increased with an increasing amount of boron carbide and sintering temperature. The addition of boron carbide decreased the experimental and relative densities of the segments. However, both of the densities increased as the sintering temperature increased. The boron carbide caused the bending strength of the segments to decreased, but the sintering temperatures increased the bending strength of the segments.The wear rate of each saw blade was calculated after the andesite stone cutting by diamond cutting tools with boron carbide. The wear rate of the segments decreased with increasing amount of boron carbide and sintering temperature. The lowest wear rate was obtained at wt.5 % B4C rate and 700 °C sintering temperature. Nevertheless, the addition of wt.10 % B4C rate increased the wear rate. The results were associated with the sintering parameters.