Sialon- Si3N4 Esaslı Seramik Kesici Uçların Isıl İletkenliğinin İncelenmesi

Abstract

Demir esaslı veya demir dışı metal ürünlerin yüksek hızlarda işlenerek üretilmesinde kullanılan kesici uçlar ileri teknoloji seramik ürünlerden elde edilmektedir. Çalışmada Kennametal firması tarafından üretilen ve kesici takım olarak kullanılan saf silisyum nitrür (Si₃N₄) esaslı KY3500 model ve Sialon esaslı KY 2000 model iki farklı ucun ısıl iletkenliği deneysel ve sayısal olarak belirlenmiştir. Deneysel olarak yapılan çalışmalarda sıvı ile yer değişim yöntemi ile yoğunluk (ρ), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) sistemi kullanılarak özgül ısı (c) ve zamana bağlı ısı iletimi esasına dayanan Laser Flash teknolojisi ile ısıl yayılım katsayısı (α) ölçümü yapılmıştır. Yapılan ölçümlerden malzemenin efektif ısıl iletkenlik değeri (k=α.ρ.c) ifadesinden bulunmuştur. Sayısal çalışmada ilk önce kesici uçların taramalı elektron mikroskobu görüntüleri (SEM) alınmıştır. Bu görüntüler Autocad programı kullanılarak sonlu eleman esaslı bir yazılım olan Ansys için hazır hale getirilmiştir.  Ansys’te iki boyutlu ve sabit yüzey sıcaklığı sınır şartları altında efektif ısıl iletkenlik hesaplanmıştır. Çalışada SEM görüntüleri ve Element Analizi (EDS) sonuçlarını kullanarak kesici uçların ısıl iletkenliği esasına dayanan yeni  bir sayısal metot kullanılmıştır. 

Keywords

• Isıl iletkenlik,kesici uç,sialon,Si3N4

Investigation of Thermal Conductivity of Ceramic Cuttin Edge Based Sialon- Si3N4

Abstract

High speed processing of ferrous or non-ferrous metal products  used cutting edge can be produced from high-tech ceramics. Used as a cutting tool in the study Sialon(KY 2000) and silicon nitride(KY3500) (Si3N4) based thermal conductivity of the two corners are determined experimentally and numerically. Studies conducted in experimental density by liquid displacement method (ρ) measurement, differential scanning calorimetry (DSC) using system specific heat (c) measurement and Laser using Flash technology thermal diffusivity coefficient (α) measurements were performed. Experimental measurement of the effective thermal conductivity of the material (k=α.ρ.c) is found from the expression.  For numerical solution scanning electron microscope images (SEM) was used.  These images using AutoCAD software finite element based software that has been made ready for Ansys. Ansys two -dimensional and effective thermal conductivity calculated at constant surface temperature boundary conditions. A new numerical method based on the thermal conductivity principle of the inserts was used in the study using SEM images and Element Analysis (EDS) results. 

Keywords

• Thermal conductivity,cutting edge,sialon,Si3N4

References

1. [1] Doğan B, Çekel N.,” Two-Dimensional And Numerical Analysis Of Sialon-Based Cutting Tıps Thermal Conductivity By Using Sem Images”, International Interdisciplinary Journal of Scientific Research, 1(2): 29-42, (2014).
2. [2] Çalışkan F., Tatlı Zz., Kılıç S., ve Sönmez H., “α- Si3N4-β SiAlON Seramiklerinin Kesici Takım Potansiyelinin İncelenmesi” APJES, 2(2): 07-12, (2014).
3. [3] Joshi B., Gyawali G., Wang H., Sekino T., and Lee S., “Thermal And Mechanical Properties of Hot Pressed Translucent Y2O3 Doped Mg–α/β-Sialon Ceramics” Journal of Alloys and Compounds, 557: 112–119, (2013).
4. [4] Yaman B., ve Mandal H., “Sialon Seramikleri ve Fe-Esaslı Alaşımlar Arasında Meydana Gelen Kimyasal Etkileşimlerin İncelenmesi”, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22( 2): 234-245, (2009).
5. [5] Kushan S., Uzun I., and Doğan, B.,Mandal H.,“Experimental and Finite Element Study of the Thermal Conductivity of α-SiAlON Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc., 90(12): 3902–3907, (2007).
6. [6] Yokota H., and Ibukiyama M.,“Effect Of Lattice İmpurities on The Thermal Conductivity of B-Si3N4”, Journal of the European Ceramic Society, 23(1): 55–60, (2003).
7. [7] Yokota H., Yamada S., and M. Ibukiyama,“Effect of Large β-Si3N4 Particles on The Thermal Conductivity of β-Si3N4 ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, 23(1): 1175–1182, (2003).
8. [8] Baysal M.S.S., Silindirik Elyaf ve Tanecik Katkılı Karma Malzemelerin Efektif Isı İletim Katsayısı, Doktora Tezi, İTÜ, İstanbul, 2001.

9. [9] Mandal H., “New Developments in α-Sialon Ceramics”, J. Eur. Ceram. Soc., 19(13): 2349–2357, (1999).
10. [10] Mıtomo M., Hirosaki N., and Mitsuhashi T. “Thermal Conductivity Of Sialon Ceramics” Journal of Materıals Scıence Letters, 3(10): 915—916, (1984).
11. [11] William S., Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Literatür Yayıncılık, İstanbul, (2001).
12. [12] Donald A., Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, Nobel Yayınları, Cilt 1, İstanbul, (1998). [13] Donald A., Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, Nobel Yayınları Cilt 2, İstanbul, (1998).
13. [14] Incopera F.P., ve Dewitt D.P., Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, Literatür Yayıncılık, İstanbul, (2001).