Investigation of the Effect of Vacuum Cementation on Sinterability and Mechanical Properties of Fe-Based Composite Materials Produced by Powder Metallurgy Method

Öz

In this study; Fe-based composite materials with 100% Fe and 0.2-0.4% graphite content were produced by powder metallurgy (P/M) method. The samples produced were subjected to only sintering, sintering + vacuum cementation + tempering and only vacuum cementation + tempering processes. Three point bending test and microhardness measurements were performed to determine the mechanical properties of the samples. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) were used to examine the microstructure and three-point bending fracture surfaces of the samples. As a result of the examinations, it was observed that the neck formation between the powder grains and the sintering process occurred in the samples that were only subjected to vacuum cementation. In this way, the hardening and sintering processes of Fe-based composite materials by vacuum cementation method can be done together. Thus, it will be possible to increase the usage areas of composite materials produced by the P/M method, to reduce production costs, to reduce the consumption of natural resources and to protect the ecosystem.

Anahtar Kelimeler

• Fe Based composite material
• Powder metallurgy
• Gas cementation
• Sintarability
• Mechanical properties
• vacuum cementation

Toz Metalurjisi Yöntemi ile Üretilen Fe Esaslı Kompozit Malzemelerde Vakum Sementasyon İşleminin Sinterlenebilirlik ve Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada; %100 Fe ve %0.2-0.4 grafit içeriğine sahip Fe esaslı kompozit malzemeler toz metalurjisi (T/M) yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen numuneler sadece sinterleme, sinterleme + vakum sementasyon + temperleme ve sadece vakum sementasyon + temperleme işlemine tabi tutulmuştur. Numunelerin mekanik özelliklerini belirlemek için üç nokta eğme testi ve mikrosertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Numunelerin mikroyapı ve üç nokta eğme testi kırık yüzey incelemeleri için Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektroskopisi (EDS) ile görüntü analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda, sadece vakum sementasyon işlemi uygulanan numunelerde toz taneleri arasında boyun oluşumunun meydana geldiği ve sinterleme işleminin gerçekleştiği görülmüştür. Bu şekilde Fe esaslı kompozit malzemelerin vakum sementasyon yöntemi ile sertleştirilmesi ve sinterleme işlemleri bir arada yapılabilmektedir. Böylelikle T/M yöntemiyle üretilen kompozit malzemelerin kullanım alanlarının artırılması, üretim maliyetlerinin düşürülmesi, doğal kaynakların tüketiminin azaltılması ve ekosistemin korunmasına katkı sağlanabilecektir.

Anahtar Kelimeler

• Fe Esaslı kompozit malzeme
• Toz metalurjisi
• Gaz sementasyon
• Sinterlenebilirlik
• Mekanik özellikler
• Vakum sementasyon

Kaynakça

1. [1] ASM Handbook, Vol. 7, “Powder Metallurgy”, ASM International, USA, (1998).
2. [2] Chawla N., Deng X., “Microstructure and Mechanical Behavior of Porous Sintered Steels,” Materials Science and Engineering, A 390: 98-112, (2005).
3. [3] German M. Randal., Editörler: Sarıtaş, S., Türker, M. ve Durlu, N., “Toz metalurjisi ve parçacıklı malzeme işlemleri”, Türk Toz Metalurjisi Derneği, Ankara, (2007).
4. [4] Özer E. Kübra., “Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen sade karbonlu Çeliklerin statik deformasyon yaşlanması davranışlarının incelenmesi”, Yüksek Lisans, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2019).
5. [5] Höganas A. B., “Höganas handbook for machining guidelines”, 65-70, (1996).
6. 6] Ünlü N., Çavuşoğlu L., “Toz Metalurjisinin Yaygın Kullanım Alanları”, Metal Dünyası Teknik Yazı, İstanbul, 12-13, (1995).
7. [7] Dere M. Ayşe., “Toz metalurjisi ile demir bazlı matrisli TiB2 takviyeli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu”, Yüksek Lisans, Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2019).
8. [8] Yavuz N., Güner R., “Demir esaslı toz metal parçaların elektrik direnç kaynağında optimum kaynak şartlarının belirlenmesi”, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi [ergisi, 7(1):221-228, (2002).

9. [9] Özdeşlik M., Sindel L., Keskin S., “Düşük basınç sementasyon ve yüksek basınç gaz ile sertleştirme”, Türk Mühendis ve Mimar Odaları Birliği Metalurji ve Malzeme Mühendisleri Odas, 180: 31-36, (2016).
10. [10] Vysotskii V.T., Lovshenko F.G., “Feasibility of combining the sintering and arburizing processes for powder alloys”, Metal Science and Heat Treatment, 30(1): 62-66, (1988).
11. [11] Ghermec O., Ghermec C., Popescu T., “A new technology to obtain ecological steels”, Environmental Engineering and Management Journal, 8(5): 1141-1144 (2009).
12. [12] Ghermec O., Ghermec C., Dubovan S., Rusănescu C. O., “Improving the environmental performances of iron powders carburizing process in a methane-bearing atmosphere”, Environmental Engineering and Management Journal, 12(10), 2019-2023, (2013).
13. [13] Savaşkan T., “Malzeme bilgisi ve muayenesi”, Trabzon, (2009).
14. [14] Askeland, D.R., Editör: Erdoğan, M., “Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri”, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara, (1998).
15. [15] Çelik E., Güven Gök M. ve Çelik Ö., “Toz metalurjisi yöntemiyle üretilen elmaslı kesici takımlara sinterleme sıcaklığının etkisi”, 13th International Materials Symposium (IMSP’2010), 1527-1534, (2010).
16. [16] Gao, F., Zong, X., Tian, L. ve Quan, S. “Microstructure and mechanical properties of low temperature carburizing layer on AISI 440C martensitic stainless steel”, Materials Express, 10(6): 841-847, (2020).
17. [17] Widanka, K., “Effect of interconnected porosity on carbon diffusion depth in vacuum carburising process of iron compacts”, Powder Metallurgy, 53:4, 318-322, (2010).
18. [18] Aksöz, S., Kaplan, Y., & Tan, E., Boro-sinterleme işleminin ham T/M parçaların mikroyapı ve sertlik özelliklerine etkilerinin incelenmesi. Bor Dergisi, 4(2), 77-84, (2019).
19. [19] Uzun, H. Ve Kılıç, İ. “Demir esaslı T/M parçaların kırılma tokluğu, sertliği ve mikroyapısal karakterizasyonu”, SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 6:76-83, (2002).
20. [20] Üllen, B. N., Ersoy, M., “toz metal dişlilerin aşınma davranışı üzerine farklı ısıl işlem proseslerinin etkisi”, 16th International Materials Symposium (IMSP'2016), 1696-1703,(2016).
21. [21] Çivi, C. ve Atik E., “Bakır ve Grafit İçeren Demir Esaslı Malzemelerin İndüksiyon ile Sinterlenmesinde Sinterleme Sıcaklığının Malzeme Dayanımına Etkisi”, CBÜ Fen Bil. Dergisi, 13(2): 467-473, (2017).