Farklı miktarlarda Mo ve Cr ilave edilen Fe-Cu-C alaşımlarının aşınma davranışlarının incelenmesi
Investigation of wear behaviors of Fe-Cu-C alloys added Mo and Cr with different amounts
Yazar: ELVAN BÜYÜKKAYACI
Danışman: PROF. DR. DURSUN ÖZYÜREK
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, toz metalürjisi yöntemi ile Fe-Cu-C alaşımının içerisine Cu-C oranlarını sabit tutularak % 0,5 , % 1 , % 2, % 4 oranlarında Cr ve Mo ilave edilerek üretilen alaşımların aşınma davranışları incelenmiştir. Çalışma kapsamında ticari olarak temin edilen Fe tozlarına Cu ve C tozları ilave edilmiştir. Mekanik öğütme cihazında 5 farklı öğütme süresinde mekanik öğütülerek Fe-Cu-C tozları üretilmiştir. Üretilen alaşımların toz boyut ölçümleri yapılarak, optimum öğütme süresi (Fe-Cu-C-Cr ve Fe-Cu-C-Mo için) 60 dak olarak belirlenmiştir. Optimum sürede öğütülen tozlar soğuk preslenerek (600 MPa) Ø12x6 mm boyutlarında ön şekillendirilmiş numuneler elde edilmiştir. Üretilen numuneler, atmosfer kontrollü fırında 1150 oC'de 1 saat sinterlenmiştir. Sinterlemeden sonra numunelerin yoğunluk ölçümleri, sertlik ölçümleri, aşınma testleri yapılarak üretilen numuneler karakterize edilmiştir. Böylece, bir toz metalürjisi yöntemi olan mekanik alaşımlama süresinin etkisi ile toz boyutu değişiminin mikro yapı ve aşınma davranışlarına etkisinin belirlenmesine çalışılmıştır.  Aşınma testleri pin-on-disk tipi aşınma cihazında, üç farklı yük (10-20-30 N) altında, beş farklı aşınma mesafesinde (400-800-1200-1600-2000 m) ve 1 ms-1 kayma hızı ile yapılmıştır. Bu aşamada yapılan çalışmalar sonucunda Fe-Cu-C alaşımlarında 60 dak mekanik alaşımlama süresine kadar toz boyutunun arttığı belirlenmiştir. Yapılan sertlik ve aşınma testleri ölçümleri sonucunda en yüksek sertlik 60 dak mekanik alaşımlanmış numunelerde elde edilirken, en düşük ağırlık kaybı da 60 dakika mekanik alaşımlanmış numunelerde elde edilmiştir. 

İkinci aşamada, ilave edilen Mo miktarı arttıkça sertliğin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca alaşımın yapısında α-Fe, γ fazlarını ve Mo3C2 oluştuğu belirlenmiştir. İlave edilen Cr miktarı arttıkça sertliğin arttığı belirlenmiştir. Alaşımın yapısında α-Fe, γ fazlarının yanı sıra, Cr23C6 ve Cr7C3 oluştuğu belirlenmiştir. Farklı miktarlarda Mo ilaveli mekanik alaşımlanmış Fe-Cu-C alaşımlarında yapılan aşınma testleri sonucunda bütün yükler altında (10-20-30 N) en yüksek ağırlık kaybı % 0,5 Mo içeren numunede elde edilirken, en düşük ağırlık kaybı % 4 Mo içeren numunede elde edilmiştir. Farklı miktarlarda Cr ilaveli mekanik alaşımlanmış Fe-Cu-C alaşımlarında yapılan aşınma testleri sonucunda bütün yükler altında (10-20-30 N) en yüksek ağırlık kaybı % 0,5 Cr içeren numunede elde edilirken, en düşük ağırlık kaybı % 4 Cr içeren numunede elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the wear behaviour of Fe-Cu-C alloys which CU-C ratios are kept constant and with adding cr and Mo %0,5 , %1 , %2, % 4 ratios, produced by powder metallurgy route were investigated. In the study, Fe-Cu-C powders were produced by mechanically grinding which Cu and C powders added to commercially available Fe powders by 5 different grinding times. The optimum grinding time (60 minutes for Fe-Cu-C-Cr and Fe-Cu-C-Mo) was determined by powder size measurements of the produced alloys. The powders which were milled in optimum time, were cold pressed (600 MPa) force and pre-shaped specimen with Ø12 mm diameter and 6 mm height were obtained. These specimen were sintered at 1150 oC for 1 hour in atmosphere controlled oven. After sintering, the specimen were characterized by density measurements, hardness measurements and abrasion tests. Thus, the effect of mechanical alloying time which is a powder metallurgy method and the effect of  
powder size change on microstructure and abrasion behavior were tried to be determined. Abrasion tests were performed with a pin-on-disk type wear device under three different loads (10-20-30 N), at five different wear distances (400-800-1200-1600-2000 m) and with a sliding speed of 1 ms-1. As a result of the studies carried out at this stage, it was determined that the powder size of Fe-Cu-C alloys increased up to 60 min mechanical alloying time. As a result of the hardness and abrasion tests, the highest hardness was obtained in 60 minutes mechanical alloyed specimen and the lowest weight loss was obtained in 60 minutes mechanical alloyed specimen.

In the second stage, it was determined that the hardness increased with increasing amount of Mo added. In addition, it was determined that α-Fe, γ phases and Mo3C2 were formed in the structure of alloy. It was determined that the hardness increased with increasing amount of Cr added.  In the structure of alloy, α-Fe, γ phases as well as Cr23C6 and Cr7C3 were determined. In the result of the wear tests which was performed on mechanically alloyed Fe-Cu-C alloys with different amounts of Mo, the highest weight loss was obtained in the specimen containing 0.5% Mo under all loads (10-20-30 N), and the lowest weight loss was obtained in the specimen containing 4% Mo. obtained. In the result of the wear tests which was performed on mechanically alloyed Fe-Cu-C alloys with different amounts of Cr, the highest weight loss was obtained in the specimen containing 0.5% Cr under all loads (10-20-30 N), and the lowest weight loss was obtained in the specimen containing 4% Cr. obtained.