Süper alaşımların işlenmesine yönelik SİALON seramiklerin tane sınır fazı kristalizasyonunun incelenmesi

Abstract

SiAlON seramikleri sahip oldukları üstün yüksek sıcaklık, mekanik ve termal özelliklerinden dolayı kesici uç uygulamalarında geniş kullanım potansiyeline sahiptirler. Bu malzemeler düşük aşınma oranları, yüksek sıcaklık dayanımları nedeniyle süper alaşımları yüksek hızda işlemede potansiyel malzeme haline gelmişlerdir. Ancak mevcut SiAlON kesici uçların süper alaşım işleme performansları, ticari olarak kullanılan Al2O3-SiCw kesici uçlara oranla daha düşük kırılma tokluğu ve kimyasal aşınma direncinden dolayı hala Al2O3-SiCw kesici uçlar kadar iyi değildir. SiAlON'ların kimyasal aşınma direnci kompozisyon, mikroyapı, ikincil takviye fazları, sinterleme ilavesi türü ve miktarı, tanelerarası faz kimyası (amorf veya kristal) ve katı çözünürlük (z) değeri ile kontrol edilmektedir. Malzemenin kimyasal aşınma özelliğinde çok etkili parametre olan SiAlON'un katı çözünürlük (z) değeri ve tane sınır fazı kristalizasyonu ilişkisini araştırmak önemlidir. Daha önceden yapılan çalışmalarda z değerinin sürünme, aşınma, termal şok direnci, mukavemet, kırılma tokluğu, sertlik ve yoğunlaşma davranışı üzerine etkisi araştırılmıştır. Ancak z değerinin tane sınır fazı kristalizasyonu üzerine etkisi çalışılmamış bir konudur. Bu amaçla 25?':75ß' faz oranında farklı dopant sistemleri (Y2O3-Sm2O3-CaO, Er2O3-Sm2O3-CaO, Yb2O3-Sm2O3-CaO) kullanılarak z değeri 0.6 olan, farklı miktarlarda sinterleme ilaveleri ile TiN ilaveli ve ilavesiz kompozisyonlar tasarlanarak, dopant türüne bağlı olarak z değerinin değişimi ve tane sınır fazı kimyası araştırılmıştır.Gerçekleştirilen çalışmalar sonrasında kristal tane sınır fazına sahip yüksek z değerlerinde SiAlON malzeme (0.6-0.9) gelişimi sağlanmış, kristalizasyon için en uygun dopant sisteminin Yb2O3-Sm2O3-CaO olduğu görülmüş ve z değeri yüksek, kristal tane sınır fazı ve yeterli sertlik ve kırılma tokluğuna sahip malzeme eldesi başarılmıştır.Anahtar Kelimeler Süper alaşım işleme, kesici uçlar, sinterleme, SiAlON-TiN kompozit

SiAlON ceramics have the extensive usage potential in cutting tool applications due to the superior high temperature resistance, mechanical and thermal properties. This tools have become a potential material in high speed superalloy machining because of their low wear rate, high temperature strength. However, because of lower fracture toughness and chemical wear resistance, superalloy machining performance of current SiAlON tools are not as good as Al2O3-SiCw cutting tools which are still used commercially. Chemical wear resistance of SiAlONs is controlled by microstructure, types and amounts of sintering aids, secondary reinforcement phases, intergranular phase chemistry (amorphous or crystalline) and the solid solubility (z) value. Research the grain boundary phase crystallization and solid solubility (z) value relationship which is a very effective parameter on chemical wear properties of the material is important. In previous studies effect of the z value on creep behaviour, wear behaviour, thermal shock resistance, strength, fracture toughness, hardness and density behaviour was investigated. However effect of the z value on grain boundary phase crystallisation is unstudied. For this purpose change of the z value depending on the dopant systems and grain boundary phase chemistry were investigated using with different dopant systems (Y2O3-Sm2O3-CaO, Er2O3-Sm2O3-CaO, Yb2O3-Sm2O3-CaO), different amount of sintering aids, designing with and without TiN additive compositions and having with 0.6 z value and 25?'75ß' phase ratio.After performed studies development of SiAlON material was provided having with crystalline grain boundary phase at high z values (0.6-0.9) and Yb2O3-Sm2O3-CaO dopant system was seen the most suitable system for crystallisation and material production with high z value, crystalline grain boundary phase and appropriate hardness and fracture toughness property was achieved.Key Words: Süperalloy machining, cutting tools, sintering, SiAlON-TiN composite.