Investigation of Achieving Internal Screw Geometry in Part Produced by Powder Injection Molding

Öz

Powder injection molding (PIM) is an ideal technique for the production of precision geometry parts from metal and ceramic powders. In PIM method, a moving core system is needed to obtain screw geometry inside the part. However, making this system is both difficult and time-consuming. In this study, the internal screw geometry in the part has been tried to be obtained with the insert. For this, the part was produced by injecting 316L stainless steel feedstock into the mold, then a hole was drilled with a suitable drill and the M4 screw was pulled. Screw geometry inserts to be placed in the part are coated with hexagonal boron nitride and chrome resistant to high temperature. Thus, it is aimed to prevent the diffusion of the screw geometry in the feedstock area with the insert. The samples prepared were sintered at two different sintering temperatures (1260 °C - 1340 °C) and time (30-90 minutes). In the study, the effect of intermediate layers applied on the insert on screw geometry was investigated. As a result of the experiments, it was determined that hexagonal boron nitride and chromium interlayers on the screwed insert did not prevent diffusion.

Anahtar Kelimeler

• Powder injection molding
• Screw geometry
• Interlayer
• Chrome
• Hexagonal boron nitride
• Sintering
• 316 L feedstock

Toz Enjeksiyon Kalıplama ile Üretilen Parçada İç Vida Geometrisinin Elde Edilmesinin Araştırılması

Öz

Toz enjeksiyon kalıplama (TEK), metal ve seramik tozlarından hassas geometrili parçaların üretimi için kullanılan ideal bir tekniktir. TEK yönteminde parçanın iç kısmında vida geometrisi elde etmek için hareketli maça sistemine ihtiyaç vardır. Fakat bu sistemin yapılması hem zor hem de zaman alıcıdır. Bu çalışmada iç vida geometrisi, parça içerisindeki insört ile elde edilmeye çalışılmıştır. Bunun için, 316L paslanmaz çelik besleme stoku kalıp içerisine enjekte edilerek parça üretilmiş sonrasında uygun matkapla delik delinmiş ve M4 vida çekilmiştir. Parça içerisine konulacak vida geometrili insörtler yüksek sıcaklığa dayanıklı hegzagonal bor nitrür ve krom ile kaplanmıştır. Böylece besleme stoku bölgesindeki vida geometrisinin insört ile difüzyonunun engellenmesi amaçlanmıştır. Hazırlanan numuneler iki farklı sinterleme sıcaklığı (1260 °C - 1340 °C) ve süresin de (30-90 dakika) sinterlenmiştir. Çalışma da insört üzerine uygulanan ara katmanların vida geometrisine etkisi araştırılmıştır. Deneyler sonucunda vidalı insört üzerindeki hegzagonal bor nitrür ve krom ara katmanlarının difüzyonu engellemediği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Toz enjeksiyon kalıplama
• Vida geometrisi
• Ara katman
• Krom
• Hegzagonal bor nitrür
• Sinterleme
• 316 L besleme stoku

Kaynakça

1. 1. Çakır, M.C., 2006. Modern Talaşlı İmalatın Esasları, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara.
2. 2. Uzun, G., 2013. Ti6Al4V Titanyum Alaşımında Kılavuz ile Vida Açma Problemlerinin Araştırılması, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 110.
3. 3. Şahinoğlu, A., Rafighi, M., 2020. Investigation of Vibration, Sound Intensity, Machine Current and Surface Roughness Values of AISI 4140 During Machining on The Lathe, Arabian Journal For Science And Engineering, 45(2), 765–778.
4. 4. Şahinoğlu, A., Rafighi, M., 2020. Optimization of Cutting Parameters with Respect to Roughness for Machining of Hardened AISI 1040 Steel, Materials Testing, 62 (1), 85-95.
5. 5. Ţalu, Ş., Kulesza, S., Bramowicz, M., Sağlam, H., Kus, R., 2020. Fractal Geometry of Internal Thread Surfaces Manufactured by Cutting Tap and Rolling Tap, Manufacturing Letters, 23, 34-38.
6. 6. Karataş, Ç., Sarıtaş, S., 1998. Toz Enjeksiyon Kalıplama: Bir Yüksek Teknoloji İmalat Metodu, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 13(2), 193.
7. 7. German, R.M., Bose, A., 1997. Injection Molding of Metals and Ceramics (First Edition). Metal Powder Industries Federation. New Jersey: Princeton, 5-280.
8. 8. Koçak, H., Subaşı, M, Karataş, Ç., 2019. Sinter Bonding of AISI 4340 and WC-Co Using Ni Interlayer by Inserted Powder Injection Molding, Ceramics International, 45, 22331-22335.

9. 9. Aust, E., Limberg, W., Gerling, R., Oger, B., Ebel, T., 2006. Advanced TiAl6Nb7 Bone Screw Implant Fabricated by Metal Injection Moulding, Advanced Engineering Materials, 8, 5, 365-370.
10. 10. Meng, J., Ngiap, H.L., Gang, F., Bee, Y.T., Shu, B.T., 2011. Micro Powder Injection Moulding of Alumina Micro-Channel Part, Journal of the European Ceramic Society, 31, 1049–1056.
11. 11. Bianchi, G., Vodermayer, A., Ortona, A., 2018. Net Shape CMC Components Produced by Composite Flow Moulding, Pyrolysis and Reactive Silicon Infıltration, Ceramics International, 44, 12204–12209.
12. 12. Joon-Phil, C., Geon-Yong, L., Jun-Il, S., Won- Sik, L., Jai-Sung, L., 2015. Sintering Behavior of 316L Stainless Steel Micro Nanopowder Compact Fabrical by Powder Injection Molding, Powder Technology, 279, 196-202.
13. 13. Urtekin, L., Taskin, A., 2017. Ti-6Al-4V Alloy Cortical Bone Screw Production by Powder Injection Molding Method, Materıals Express, 7(4), 245-252.
14. 14. Yılmaz, O., Samet, K., Koçak, H., Karataş, Ç., 2019. Toz Enjeksiyon Kalıplamada Krom Arayüzeyi Kullanılarak Montajlı Parça İmalatının Araştırılması, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34(2), 621-634.
15. 15. Koçak, H., Samet, K., Yılmaz, O., Karataş, Ç., 2018. Nikel Ara Katman Kullanılarak İnsörtlü Toz Enjeksiyon Kalıplama Yöntemiyle WC- Co/HSS Kompozit Parça Üretiminin Araştırılması, GU J Sci, Part C, 6(2), 374-384.
16. 16. Subaşı, M., Samet, K., Karataş, Ç., 2020. İnsörtlü Toz Enjeksiyon Kalıplamada İnsört Malzemesinin Araştırılması, GU J Sci, Part C, 8(2), 475-485.
17. 17. Sun, R., 1958. Diffusion of Cobalt and Chromium in Chromite Spinel, The Journal of Chemical Physics, 28(2), 290-293.
18. 18. Gale, W.F., Totemeier, T.C., 2003. Smithells Metals Reference Book. Butterworth- Heinemann.
19. 19. Takasawa, K., Yamazaki, Y., Takaki, S., Abiko, K., Iijima, Y., 2002. Diffusion of Cr and Fe in a High-purity Fe-50 Mass% Cr-8 Mass% W Alloy, Materials Transactions, 43(2), 178-181.
20. 20. Handan, A., 2018. Nanoyapılı Hegzagonal Bor Nitrür Üretimi ve Karakterizasyonu, Fırat Üniv. Müh. Bil. Dergisi, 30(2), 269-275.
21. 21. Pease, R.S., 1952. An X-ray Study of Boron Nitride, Acta Crystall, 5, 356- 361.
22. 22. Dreissig, D.H., 2002. Synthesis of BN Powders, Doktora tezi, Chemistry Dep. of The University of New Mexico, 295.
23. 23. Materials Handbook for Refractories, 2002. Traditional & Advanced Ceramics, Ceramic Industry, January, 26-136.
24. 24. Gmelins Handbook of Inorganic Chemistry, 1988. Boron Compounds BN Special Issue, 8th edition, Springer Verlag, 1-89.
25. 25. Lide, B.D.R., 1995. CRC Handbook of Chemistry and Physics, Student Edition, 76th Edition, CRC Press, 1550.
26. 26. Chartier, T., Delhomme, E., Baumard, J., Veltl, G., Ducloux, F., 2001. Injection Moulding of Hollow Silicon Nitride Parts Using Fusible Alloy Cores. Ceramics International - CERAM INT. 27, 821-827.
27. 27. Attia, U., Hauata M., Walton I., Annicchiarico D. ve Alcock J., 2014. Creating Movable Interfaces by Micropowder Injection Moulding, Journal of Materials Processing Technology, 214(2), 295-303.
28. 28. Williams, N., Whittaker, P., 2010. PM2010: Case Studies Highlight Global Success of Metal and Ceramic Injection Moulding. Powder Injectiong Moulding International, 4(4), 48-54.