Karbon katkılı bakır içeren demir tozu peletlerinin sinterleme sonrası özellikleri
The sintered properties of carbon added copper containing iron powder pellets
Yazar: MELEK CUMBUL ALTAY
Danışman: PROF.DR. ENVER OKTAY
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, karbon katkısının bakır içeren demir tozu peletlerinin sinterleme sonrasımikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. Yüksek safiyetteki demirtozlarına bakır içeriğinin etkisinin incelemesi amacıyla da ağırlıkça % 1, % 3 ve % 8oranlarında bakır ilave edilerek 3 ayrı toz grubu elde edilmiştir. Bakır içeren demirtozlarına karbon katkısının etkisinin irdelenmesi amacıyla bu toz gruplarına, ağırlıkça% 0.1, % 0.2, % 0.4, % 0.6, % 0.8 ve % 1 oranlarında karbon ilave edilerek 21 adetfarklı toz bileşimi elde edilmiştir. Toz bileşimleri laboratuar tipi karıştırıcıda homojenolarak karıştırılmıştır. Homojen şekilde karıştırılan tozlar, çift yönlü presteh (yükseklik) / d (çap) oranı 2 olacak şekilde silindir biçiminde çelik kalıpta yaklaşık500 MPa basınçta preslenmiştir. Presleme sonucu üretilen ham numunelerin sinterlemeöncesi bulk yoğunlukları belirlenmiş, daha sonra numuneler 1393 K sıcaklıkta 25dakika süre ile parçalanmış amonyak fırın atmosferinde sinterlenmiştir.Tüm numunelerin sinterleme öncesi ve sonrası bulk yoğunlukları ve % hacimseldeğişimleri belirlenmiştir. Demir esaslı sinterlenmiş numunelerin bakır içerikleriarttıkça numunelerde hacimsel büyüme gerçekleştiği saptanmıştır. Sıvı bakırın tanesınırlarına sızmasıyla kompaktlarda hacimsel büyüme olmuş ve sıvı bakırın taneleriçerisine difuzyonu bu büyümeyi arttırmıştır. Bakır içeren demir esaslı numunelerinhacimsel büyümesi artan karbon miktarları ile birlikte azalmıştır. Bu büyümeazalmasının muhtemel nedeni karbonun demir içerisinde bakır çözünürlüğünüazaltmasından kaynaklanmaktadır.Sinterlenmiş numunelerin karbon ve kükürt içerikleri C/S analiziyle belirlenmiştir.Ağırlıkça % 0.2 ve daha fazla karbon ilave edilen numunelerin karbon içerikleriparçalanmış amonyak atmosferinde 1393 K sıcaklıkta 25 dakika süre ile sinterlemesonrası azaldığı belirlenmiştir. Bu karbon içeriklerindeki azalmanın nedeni iseparçalanmış amonyak atmosferinin dekarbürleyici bir etkiye sahip olmasıdır.Sinterlenmiş numunelerin sertlik değerleri Rockwell B skalasından ölçülmüştür. Buölçüm sonuçlarından artan karbon miktarlarıyla birlikte sinterlenmiş numunelerin sertlikdeğerinin arttığı bulunmuştur. Sinterleme sıcaklığında çözünmüş olan bakırın soğumasırasında çökelmesinden dolayı maksimum sertlik değerini ağırlıkça % 8 bakır ve %0.85 karbon içeren sinterlenmiş demir esaslı numunede elde edilmiştir. Numuneninortalama sertlik değeri 81.7 HRB olarak ölçülmüştür.Bu tozlardan üretilen parçalar genellikle basma yüklerine maruz kalan yerlerdekullanıldıklarından, mekanik özellikleri belirlemek amacıyla sinterlenmiş numunelerebasma deneyi yapılmıştır. Basma deneyi sonuçlarından sinterlenmiş numunelerinkarbon içeriklerinin arttıkça akma ve maksimum basma mukavemet değerlerinin dearttığı bulunmuştur. Ağırlıkça % 1 Cu ve % 0.82 C içeren numunede maksimum basmamukavemeti 1046 MPa olarak ölçülmüştür.Sinterlenmiş numunelerin Young modülü, kayma modülü, sıkıştırma modülü ve poisonoranını belirlemek amacıyla ultrasonik yöntem kullanılarak numunelerde boyuna veenine dalga hızları ölçülmüştür. Bakır içeren karbon katkılı demir esaslı numunelerinultrasonik karakterizasyonu sonucunda elde edilen sıkıştırma modülü, kayma modülü,elastik modül ve Poison oran değerlerinin sinterlenmiş numunelerin karbon içerikleriyledeğişmediği, sadece bulk yoğunlukları ile orantılı olduğu belirlenmiştir.Numunelerin mikroyapıları ve özellikleri Işık Metal Mikroskop ve Enerji DağılımSpektrometre çalışması yapılarak incelenmiştir. Bakır içeren demir esaslı numunelerdeartan karbon miktarıyla birlikte mikroyapıya perlit fazı hakimdir. Bakır, sinterlenmişnumunelerin mikroyapısında tane sınırlarında görülmektedir. Yüksek bakır içerennumunelerin mikroyapılarında tane sınırlarında çözünmemiş bakır fazlarıgözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of carbon addition to the microstructure and mechanicalproperties of sintered iron based-copper containing powder pellets were investigated. Toinvestigate the effect of copper content on the high purity iron powders, three differentpowder groups that consisted of wt. 1 %, 3 % and 8 % Cu were prepared. Thepercentages of carbon additions to these powders were wt. 0.1 %, 0.2 %, 0.4 %, 0.6 %,0.8 % and 1 %. In this way, 21 different powder compositions were obtained.The powders were mixed homogeneously in a laboratory type mixer. These powderswere then pressed in a steel mould under 500 MPa to a cylindrical shape with h (height)/ d (diameter) ratio of 2. Bulk densities of the pressed samples were calculated. Thepressed samples were sintered at 1393 K temperature for 25 minutes in dissociatedammonia atmosphere.After the sintering process, the bulk densities of the samples and volume changes werecalculated. A volumetric increase in the samples was determined as the copper contentwas increased. The liquid copper was filled in the grain boundaries and diffused into thegrains. However, this increase in the volume was decreased with the addition of carbon,given that the solubility of the copper in the iron was decreased with the increasedcarbon content in the samples.The sintered samples were subjected to the C/S analysis. It was found that after thesintering process at 1393 K temperature for 25 minutes in the dissociated ammoniaatmosphere, the carbon content of the samples that contained more than wt. 0.2 % Cwas decreased. This was not surprising since the ammonium atmosphere hasdecarburising ability.The hardness of the samples was measured using the Rockwell B Scale. The resultsshowed that the hardness of sintered samples was increased with increased carboncontent. The solutionised copper in the sintering process precipitated to give rise tohardness. Therefore, the maximum hardness value was found at samples with wt. 8 %Cu and 0.85 % C. The average hardness of the samples was determined to be 81.7 HRB.Since most of powder metallurgy products are used in areas where they are subjected tocompression stresses, the compression properties of the samples were determined. Theresults showed that as the carbon content increased, the yield and ultimate compressionstress were increased. The maximum compression stress was found to be 1046 MPawhich was reached at the sample with wt.1 % Cu and 0.82 % C.Ultrasonic method was used (longitudinal and transverse wave velocities weremeasured) to determine the Young module, shear module, compression module andPoisson ratio of the sintered samples. It was found that the values of these modules werenot affected by the carbon content, but only by the density of the samples in which therewas a linear relationship.The microstructural assessment of the samples was carried out in light metalmicroscope and energy dispersive spectrometer. In the iron based-copper containingsamples, it was observed that perlite phase was dominant in the microstructure with theincreasing carbon content. The copper phase was detected in the grain boundaries. Itwas also observed that there were remnants of undissolved copper phases in the grainboundary of samples that contained high copper.