İtek yöntemiyle tokluğu yüksek sementit karbür takımının geliştirilmesinde insört malzemenin yüzey pürüzlülüğünün difüzyona etkisinin incelenmesi

Abstract

Malzemelerin özelliklerini iyileştirmek amacıyla ısıl işleme tabi tutulmaları yaygın olarak başvurulan bir yöntemdir. Isıl işlem sırasında meydana gelen olayların temelinde difüzyon söz konusudur. Difüzyon kaynağı birçok ileri teknolojik malzemeler için, özellikle geleneksel ergitme kaynağı işlemlerinin yetersiz kaldığı durumlarda etkili bir birleştirme yöntemidir. Yöntemin en büyük avantajı farklı malzeme türlerini birleştirebilmesidir. Bu çalışmada, geleneksel ergitme kaynağıyla birleştirilmesi oldukça zor olan çelik ve seramik malzemelerin difüzyon kaynağı ile birleştirilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda difüzyon kaynağı için yeni bir yöntem olan İnsörtlü Toz Enjeksiyon Kalıplama (İTEK) teknolojisi kullanılmıştır. Farklı yüzey pürüzlülüklerine sahip çelik insörtler ile WC-Co seramik malzeme arasındaki difüzyon kaynağı incelenmiştir. Ön deneylerde, insörtler üzerine WC-Co besleme stoğu Toz Enjeksiyon Kalıplama (TEK) yöntemi ile enjekte edilmiştir. Ardından numunelere kimyasal ve termal bağlayıcı giderme işlemi uygulanmıştır. Bir sonraki adımda numuneler sinterlenmiştir. Sinterleme deneyleri sonuçlarına göre insört ile WC-Co malzeme arasındaki difüzyon mekanizması ve en iyi birleşmeyi sağlayan sinterleme parametreleri belirlenmiştir (Ç4340 çelik insört kullanılarak 1300˚C sıcaklık ve 240 dakika sinterleme süresi). En iyi birleşmenin sağlandığı parametrelere, sertlik ölçümü, kesme dayanımının belirlenmesi gibi mekanik testler ile SEM, EDS analiz sonuçları birlikte değerlendirilerek belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise farklı ortalama yüzey pürüzlülüklerine (0,4-1,5-2,4-3,3-4-4,6 µm) sahip insörtler kullanılarak TEK aşamaları gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmiş insörtlü numunelerde basma testleri gerçekleştirilmiş, kesme dayanımları ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülüğü arttıkça kesme dayanımının da arttığı tespit edilmiştir. En yüksek mukavemet değeri 4,6 µm yüzey pürüzlülüğünde 118,45 MPa kesme dayanımı ölçülmüştür.

Heat treatment is a widely used method to improve the properties of the materials. Diffusion is the key process on the basis of the events occurring during the heat treatment. The diffusion bonding is an effective bonding method for many high-tech materials, especially in cases where conventional welding processes are insufficient. The biggest advantage of the method is that it can combine different types of materials. In this study, it is aimed to combine steel and ceramic materials with diffusion bonding which are very difficult to combine these materials with the traditional welding method. Instead of the conventional pressing method applied for diffusion bonding, a new method, the Inserted Powder Injection Molding (IPIM) technology has been used to accomplish this aim. The effect of diffusion bonding mechanism and effect of surface roughness on diffusion bonding have been investigated between steel inserts having different surface roughness and WC-Co ceramic material. In the preliminary experiments, WC-Co feedstock has been injected to the inserts via Powder Injection Molding (PIM) method. Then chemical and thermal debinding have been applied for the samples. In the next step the samples have been sintered. According to the results of the sintering experiments, the diffusion mechanism and the sintering parameters which provide the best bonding strength between the inserts and WC-Co materials has been determined. According to the results, it was determined that optimum conditions for diffusion bonding have been obtained in the samples sintered with 4340 steel material at a temperature of 1300˚C with a holding time of 240 minutes. The mechanical properties such as hardness measurement, determination of compressive strength and SEM, EDS analysis have been evaluated together to decide the optimum parameters. In the second stage of the study, PIM steps have been carried out by using inserts having different average surface roughness, 0,4-1,5-2,4-3,3-4-4,6 µm. Then, sintered samples have been subjected to compression tests to specify the bonding strengths. As a result of the study, the highest bonding strength (118,45 MPa) has been measured in the experiment with an average surface roughness of 4,6 µm.