Toz Metalurjisi / Metalürjisi
T/M üretim yöntemi metal tozlarının üretimi ve üretilen bu tozların imalatı istenilen parçaların şekline dönüştürülmesi işlemidir. Bu yöntem toz üretimi, üretilen tozların karıştırılması, tozların preslenmesi, sinterleme ve isteğe bağlı işlemler (infiltrasyon, yağ emdirme, çapak alma, vb..) olmak üzere belirli aşamalardan oluşur [1]. Bu yönteme ait imalat basamakları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekil 1. Toz Metalürjisi yöntemi ile parça üretim aşamaları
Toz, boyutu 1 mm’den daha küçük, ince olarak bölünmüş katı parçacıklardır. Tozlar genel olarak metaliktir. Bir tozun en önemli karakteristiği yüzey alanının hacmine göre yüksek olmasıdır [1]. Toz metalurjisi yöntemi demir ve demir dışı metallerden parça üretiminde kullanılan gelişmiş bir üretim yöntemidir. Toz metal parça üretiminde genellikle tozlar öncelikle soğuk sıkıştırma ile şekillendirilir ve sinterleme işleminden sonra bitirme işlemleri uygulanır. TM yöntemi ile tozların soğuk şekillendirilmesi ve kalıptan çıkarılması sırasında metal tozları ile kalıp yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltarak kalıp ömrünü artırmak amacıyla yağlayıcılar kullanılır. Malzemeye uygun yağlayıcılar ağırlık olarak % 0.5-2 oranlarında ilave edilerek karıştırılırlar. Bu süreçte tozların başarılı bir şekilde sıkıştırılarak şekillendirilmesi birinci basamaktır [3,4]. Karışımı hazırlanan tozlar istenilen geometrideki kalıplarda preslenir. Presleme işlemi esnasında dağınık halde bulunan tozlar kalıp içerisinde parçanın şeklini alır. Bu aşamada elde edilen parçalar düşük mukavemet değerine sahiptir. Bu mukavemet değerine ham mukavemet (green strength) denir. Ham mukavemet değeri parçanın kalıptan çıkartılıp sinterleme ortamına yerleştirilmesine olanak verecek değerlerde olmalıdır fakat bu değer parça üzerine uygulanacak yüksek değerlerdeki kuvvetleri taşımak için yeterli değildir. Kalıptan çıkartılan parçaların mukavemet değerlerini artırmak için parçalara sinterleme işlemi uygulanır [1]. Sinterleme genellikle atomik ölçekte gerçekleşen, kütle taşınımları yoluyla katı parçacıkları birbirine yoğun bir yapı oluşturacak şekilde bağlayan ısıl işlem veya süreçtir. Sinterlenecek malzeme tek çeşit saf metal veya seramik gibi bir malzemeden oluşuyorsa tek bileşenli sistem, birden çok malzemeden oluşuyorsa çok bileşenli sistem adını alır. Tek bileşenli sistemlerde sinterleme sıcaklığı malzemenin ergime sıcaklığının 0,8 katıdır. Çok bileşenli sistemlerde ise sinterleme sıcaklığı bileşimde en düşük ergime sıcaklığına sahip malzemenin ergime sıcaklığın hemen altındadır. Ergime sıcaklığının altında yapılan sinterlemeye katı faz sinterlemesi, çok bileşenli sistemlerde ise bileşenlerden en az birinin ergime sıcaklığının üzerinde yapılan sinterlemeye ise sıvı faz sinterlemesi denir [5]. Sinterleme sonrasında parçalar isteğe bağlı olarak bazı işlemlerden geçerek (infiltrasyon, birleştirme, tekrar sıkıştırma..) kullanıma hazır hale getirilirler. T/M Avantajları T/M küçük, karmaşık ve boyutsal hassasiyeti yüksek parçaların seri imalatına son derece uygundur. Belirli derecede porozite ( gözenek ) ve geçirgenlik elde edilir. T/M ile üretilen parçaların büyük bir kısmında elde edilen boyutsal hassasiyet ve yüzey kalitesi talaşlı işlem gibi ekstra operasyonlara olan gereksinimleri ortadan kaldırması ve malzeme kaybının çok az olması T/M yönteminin ekonomik bir üretim yöntemi olduğunun göstergesidir [13]. Bazı metallerin ergime sıcaklığı çok yüksek olması ve bu sıcaklıklara ulaşılamaması ( tungsten, molibden gibi ), bazı özelliklerin ancak T/M ile sağlanabilmesi ( kendi kendine yağlanan yataklar ), süper alaşım ve sert metaller gibi önemli malzemelerin bu yöntem ile üretilmesi toz metalurjisini zorunlu kılan başlıca sebeplerdir. Çok sayıda üretim söz konusu olduğunda en iyi uygulanabilen bir metot olması, boyut kontrolü ve şekil karmaşıklığı T/M yönteminin en bariz avantajlarıdır [11]. T/M yönteminin genel olarak avantajları aşağıda maddeler halinde verilmiştir :
· Yüksek malzeme kullanım oranı, düşük malzeme kaybı. · Yüksek üretim hızları. · Düşük maliyet · Düzgün yüzey, yakın tolerans değerlerinin elde edilmesi. · Karmaşık şekilli parçaların imalatı. · Yüksek ergime sıcaklığına sahip metallerin imalatı. · Yüksek yoğunluğa sahip parça üretimi. · Metal matriks kompozit ve metal alaşımları üretimi. · Üstün mikro yapısal özelliklere sahip parça üretimi. · Belirli derecede gözeneklilik ve geçirgenlik [12].
T/M Uygulama Alanları T/M uygulama alanları oldukça geniştir. Tungsten lamba teli, diş dolguları, kendinden yağlamalı yataklar, otomotiv güç aktarma dişlileri, zır delici mermiler, elektrik kontakları ve fırçaları, mıknatıslar, nükleer güç yakıtları elemanları, ortapedik protezler, iş makinesi parçaları, yüksek sıcaklık filtreleri, şarz edilebilir piller ve jet motoru parçalarının üretimi T/M kullanım alanlarına örnek olarak verilebilir. Metal tozlar boyalar, patlayıcılar, kaynak elektrotları, roket yakıtları, mürekkepler, sert lehim bileşikleri ve katalizörlerde kullanılmaktadır [8]. T/M kullanım alanlarından bir tanesi de savunma sanayisidir. Ateş sanatı olarak bilinen piroteknik uygulamalar savunma sanayisi için oldukça önemlidir. Piroteknik reaksiyonlar çok yüksek sıcaklık oluşturduklarından aydınlatmaya yol açarlar. Piroteknikler havai fişek, işaret fişeği ve flaş tozu olarak kullanılırlar [14]. Genellikle demir parçalarının üretiminde kullanılan T/M yöntemi otomotiv endüstrisinde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Düşük yoğunlukta parçalara ihtiyaç duyulduğu otomotiv endüstrisi T/M yöntemini daha hafif parça üretimine doğru yöneltmektedir [4].
|
