JOINING OF MICROWAVE SINTERED Fe-26Al, Fe-30Al, Fe-26Al-14Ti AND Fe30Al-14Ti POWDER MIXTURES BY DIFFUSION BONDING USING Cu INTERLAYER

Öz

In this study, the joinability by diffusion bonding of Fe26Al, Fe26Al14Ti, Fe30Al and Fe30Al14Ti elemental powder mixtures microwave sintered at 550○ C for 1 hr have been investigated by using electrolytic Cu interlayer. Following the sintering, the ordered B2(FeAl) phase was observed in the specimens Fe30Al and Fe30Al14Ti, however, another type of ordered phase of D03(Fe3Al) which is found in Fe-Al alloys was not detected in any of the powder mixtures examined in this study. Diffusion bonding was carried out at 550○ C for 1 hr and it was shown that, based on the results from shear testing applied on the weld zone of diffusion bonded specimens, shear stresses of the specimens diffusion bonded by using Cu interlayer are independent of composition. The average shear stress was measured to be 23 MPa. Scanning electron microscopy (SEM) studies revealed that a diffusion zone was observed within elemental powders of Fe, Al and Ti that form the mixtures and in Cu interlayer that is in contact with these elements. Elemental distribution analysis on these zones was also made in order to predict the chemical reactions and their kinetics in the diffusion bonded area. 

Anahtar Kelimeler

• Powder metallurgy
• Microwave sintering
• Diffusion bonding
• Mechanical properties

MİKRODALGA İLE SİNTERLENMİŞ Fe-26Al, Fe-30Al, Fe-26Al-14Ti ve Fe-30Al-14Ti TOZ KARIŞIMLARININ Cu ARATABAKALI DİFÜZYON KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMESİ

Öz

Bu çalışmada, mikrodalga sinterleme yöntemi ile 550 ○C de 1 saat süreyle sinterlenmiş Fe-26Al, Fe-30Al, Fe-26Al-14Ti ve Fe-30Al-14Ti toz karışımlarının, elektrolitik bakır aratabaka kullanılarak difüzyon kaynağıyöntemiyle birleştirilebilirliği araştırılmıştır. Sinterleme sonrası Fe-30Al ve Fe-30Al-14Ti karışımlarındaB2(FeAl) düzen kristal yapısının oluştuğu ancak Fe ve Al alaşımlarında ortaya çıkan diğer bir düzen kristalyapısı olan D03(Fe3Al) kristal yapının oluşmadığı gözlemlenmiştir. Difüzyon kaynağı, 550○C de 1 saat beklemesüresi ile gerçekleştirilmiş ve kaynak bölgesine uygulanan kesme dayanım testleri sonucunda, Cu aratabakalıdifüzyon kaynağı ile birleştirilen numunelerin kesme mukavemetlerinin bileşimden bağımsız olduğubulunmuştur. Ortalama kesme dayanım değerleri 23 MPa olarak ölçülmüştür. Karışımı oluşturan Fe, Al ve Titozlarının kendi arasında ve bu tozların temas halinde olduğu Cu aratabaka ile yayınım reaksiyonuna girdiği,SEM çalışması sonucunda görülmüştür. Bu bölgelerde element dağılım analizi yapılarak kimyasal reaksiyonlarve difüzyon kinetiği hakkında bilgi elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Toz metalurjisi
• Mikrodalga sinterleme
• Difüzyon kaynağı
• Mekanik özellikler.

Kaynakça

1. Anık, S., Kaynak Tekniği, Birsen Yayınevi,
2. İstanbul, 1996.
3. Albom, M.J., “Solid State Bonding”, Welding
4. Journal, s491-504, June, 1964.
5. Taşgetiren, S., Aslantaş, K., ve Çakmakkaya, M.,
6. “Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilmiş Cu ve Çelik
7. Levhalarda Birleşme Hatasının Kırılma Mekaniği
8. ile Analizi”, Makine Teknolojileri Elektronik

9. Dergisi, Cilt 1, No 1, 9-16, 2004.
10. Kurt, B., Orhan, N., “Difüzyon Kaynağı ile
11. Birleştirilmiş Ti-6Al-4V Alaşımı ve 316
12. Paslanmaz Çelik Çiftinin Ara Yüzey
13. Mikroyapısının İncelenmesi”, Doğu Anadolu
14. Bölgesi Araştırmaları, 65-68, 2005
15. Ay, İ., Çelik, S., ve Otmanbölük, N., “Difüzyon
16. Kaynak Aparatı ve Koruyucu gaz (Argon)
17. Atmosferi Altında Bir Uygulama” 7. Denizli
18. Malzeme Sempozyumu, 2--4 Nisan, 500-505,
19. -
20. Babayev, Y., Kahraman, F. ve Karadeniz, S., “ A
21. New Approach on Diffusion Welding of Fe-Cu-C
22. and Fe-Zn-C Powder Metal Parts”, Materials and
23. Manufacturing Processes, Cilt 25, No 11, 1292-
24. , 2010
25. Yokota, T., ve arkadaşları, “Solid Phase Welding of
26. Alloy Aa6061 And SiC-P Reinforced Alloy
27. Aa6061 at Intermediate Temperature”, Materials
28. Science Forum, Cilt 242, 225–230, 1996.
29. Kurşungöz, N., Kurşungöz, H., “Difüzyon
30. Kaynağı”, Uluslararası Kaynak Teknolojisi
31. Sempozyumu, 203-211 1996.
32. Park, J.W., Moon, I.G. ve Yu J., “Effect of Order-
33. Disorder Transformation Modes on the
34. Anomalous Yield Behavior of Fe3Al Intermetallic
35. Compounds”, Journal of Materials Science, Cilt
36. , 2685-2693, 1991.
37. Stoloff, N.S., “Iron Aluminides: Present Status
38. and Future Prospects”, Materials Science and
39. Engineering A, Cilt 258, No 1-2, 1-14 1998.
40. Liu, C.T., George, E.P., Maziasz, P.J., ve
41. Schneibel, J.H., “Recent Advances in B2 Iron
42. Aluminide Alloys: Deformation, Fracture and
43. Alloy Design” Materials Science and
44. Engineering A, Cilt 258, No 1-2, 84-98, 1998.
45. Li, J., Liu, Q., Shi, RX., Wen Y., ve Yin, YS.,
46. “Preparation and Mechanical Properties of
47. Fe3Al(Ti)/TiC”, Journal of Materials Processing
48. Technology, Cilt 208, No 1-3, 105-110, 2008.
49. Yajiang, L., Juan, W., Yansheng, Y. ve Haijun,
50. M., “Diffusivity of Al and Fe Near The Diffusion
51. Bonding Interface of Fe3Al with Low Carbon
52. Steel”, Bulletin of Materials Science, Cilt 28, No
53. , 69–74, 2005.
54. Naoi, D and Kajihara, M., “Growth Behavior of
55. Fe2Al5 During Reactive Diffusion Between Fe and
56. Al at Solid-State Temperatures”, Materials
57. Science and Engineering A, Cilt 459, 375–382,
58. -
59. Selcuk, C., Bond, S., Woollin, P., “Joining
60. Processes for Powder Metallurgy Parts: A
61. Review”, Powder Metallurgy, Cilt 53, No 1, 7–
62. , 2010.
63. Kejanli, H., Taksin, M., Kolukisa, S., ve arkd.,
64. “Transient Liquid Phase (TLP) Diffusion Bonding
65. of Ti45Ni49Cu6 P/M Components Using Cu
66. Interlayer”, International Journal of Advanced
67. Manufacturing Technology, Cilt 44, No 7-8,
68. -699, 2009.
69. Çakmakkaya, M., Demir Esaslı İntermetalik
70. Malzemelerin Mikrodalga Sinterleme İle
71. Üretimi ve Difüzyon Kaynağı ile Birleştirilmesi,
72. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri
73. Enstitüsü, Doktora tezi, Haziran 2010.
74. Brząkalik, K., Frackowiak, J.E., “A Mössbauer
75. And Structural Study of Disordered Alloys
76. Fe3−XTixAl (0< X <1)”, Nukleonika, Cilt 48
77. (Supplement 1), 13−16, 2003.
78. Talas, Ş., Mekhrabov, A.O., Akdeniz, V., “Long
79. Range Ordering Characteristics of Fe-26al-X
80. (X=Cu, Ti) Intermetallics”, 4th Discussion
81. Meeting on the Development of Iron
82. Aluminides, Switzerland., Ekim 2007.
83. Mehrer, H., Eggersman, M., Gude, A., Salamon,
84. M. ve Sepiol, B., “Diffusion in Intermetallics
85. Phases of the Fe-Al and Fe-Si Systems”,
86. Materials Science and Engineering A, Cilt 239-
87. , 889-898, 1997.
88. Ni, J., Ashino, T. ve Iwata, S., “Kinetics of
89. Ordering and Disordering in the Fe-Al-Ti Ternary
90. Alloy”, Acta Materialia, Cilt 48, 3193-3199,
91. -
92. Mekhrabov, A.O., Akdeniz, V., “Effect of Ternary
93. Alloying Elements Addition on Atomic Ordering
94. Characteristics of Fe-Al Intermetallics”, Acta
95. Materialia, 47, 2067-2075, 1999.
96. Bahadur, A., Mohanty, O.N., “The Development
97. of Fe-Al Intermetallics”, Journal of Materials
98. Science, Cilt 26, 2685-2693, 1991.
99. Prakash, U., Sauthoff, G., “Structure and
100. Properties of Fe-Al-Ti Intermetallic Alloys”,
101. Intermetallics, Cilt 9, 107–112, 2001.
102. Uenishi, K., Ogata, Y., Iwatani, S., Adachi, A.,
103. Sato, T. ve Kobayashi, K.F., “Laser Cladding of
104. Fe-Cu Based Alloys on Aluminum”, Solid State
105. Phenomena, Cilt 127, 331-336, 2007.
106. Http://www.Crct.Polymtl.Ca/Fact/Phase_Diagram.
107. Php?File=Cu-Fe.Jpg&Dir=Sgte.
108. Http://www.Crct.Polymtl.Ca/Fact/Phase_Diagram.
109. Php?File=Al-Cu.Jpg&Dir=Sgte.
110. Http://www.Crct.Polymtl.Ca/Fact/Phase_Diagram.
111. Php?File=Cu-Ti.Jpg&Dir=Sgte.
112. Hamil, J.A., “What Are the Joining Processes,
113. Materials and Techniques for Powder Metal
114. Parts”, Welding Journal, Cilt 72, No 2, 37–45,
115. -
116. Krishna, B.V., Venugopal, P., Rao, K.P., “Solid
117. State Joining of Dissimilar Sintered P/M Preform
118. Tubes by Simultaneous Cold Extrusion”,
119. Materials Science and Engineering A, Cilt 386,
120. No 1-2, 301-317, 2004.
121. Oikawa, H., ve Karashima, S., “On the Self
122. Diffusion of Coefficients of Al in Cu (Rich)-Al
123. Solid Solutions”, Transactions of Japanese
124. Insitute of Metals, Cilt 11, 431-433, 1970
125. Oliker, V.E., Mamonova, A.A. ve Shaposhnikova,
126. T.I., “Structure and Phase Composition of the Ti-
127. Cu Diffusion Zone”, Powder Metallurgy and
128. Metal Ceramics, Cilt 35, No 3-4, 173-175, 1996.
129. Okamoto, H., “Cu-Ti (Copper-Titanium)”,
130. Journal of Phase Equilibria, Cilt 23, No 6, 549-
131. , 2002.
132. Anklekar, R.M., Bauer, K., Agrawal, D.K. ve
133. arkd., “Improved Mechanical Properties and
134. Microstructural Development of Microwave
135. Sintered Copper and Nickel Steel PM Parts”,
136. Powder Metallurgy, Cilt 48, No 1, 39-46, 2005.
137. Negari, A.N.M., Mamoory, R.S., Simchi A. ve
138. arkd., “Determination of the Physical and
139. Mechanical Properties of Iron Based Powder
140. Materials Produced by Microwave Sintering”,
141. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Cilt
142. , No 9-10, 423-428, 2007.
143. Anklekar, RM, Agrawal, DK, Roy R.,
144. “Microwave Sintering and Mechanical Properties
145. of PM Copper Steel”, Powder Metallurgy, Cilt
146. , No 4, 355-362, 2001.
147. Saitou, K., “Microwave Sintering of Iron, Cobalt,
148. Nickel, Copper and Stainless Steel Powders”,
149. Scripta Materialia, Cilt 54, No 5, 875-879, 2006.