Biçimlendirme Öncesi İşlemler

3.7.4.1. Preslemeden Önce Metalsel Tozun Isıl İşlemi

Birçok hallerde, metalsel tozun preslenmesinden önce, 400 °C ile 800 °C arasında bir ön- redükleme işlemi gerekir. Böylece, oksitler, rutubet, absorbe edilmiş gazlar, karbon, kükürt ve fosfor mümkün mertebe temizlenmiş olur. Yabancı maddelerin kısmen veya tamamen elimine edilmesinden başka, ısıl işlem, mekanik usullerle hazırlanmış metalsel tozların sertliklerinin azalmasını da sağlar. Böylece tozun sıkıştırılabilme özelliği de artar. Havadaki oksijen, su

buharı vs. gibi yeni oksitleyici maddelerden sakınmak için tozun ısıl işleminden hemen sonra işlenmesi gerekir.

Bu redükleyici ısıl işlem, saf metal veya alaşımların hazırlanmasında, karbonil toz kullanılması da tavsiye edilir. Karbon ve oksijen ihtiva eden demir veya nikel karbonil tozu 600 °C ile 800 °C arasında hidrojen içinde ısıtılırsa yabancı madde oranı 0,0001 mertebesine indirilebilir. Toz nadiren 1000 °C nin üzerinde ısıtıldığında nikel-krom veya molibden dirençli fırınlar tavsiye edilir [91].

3.7.4.2. Karıştırma ve Harmanlama

Toz metalurjisi tekniğinde tek bileşenli sistemlerden çok, birden fazla bileşenden oluşan toz karışımları kullanıldığından presleme işleminden önce tozların karıştırılması gerekir.

Tek bir boyut ve sabit kompozisyona sahip bir tozun belirli bir ürüne istenen karakteristikleri kazandırması çok nadir gerçekleşir. Bu nedenle çoğu zaman başlangıç malzemesi değişik şekil, boyut ve farklı kompozisyondaki tozlar, yağlayıcı ve bağlayıcıdan oluşan bir karışımdır. Kaba tozlar ince tozlarla karıştırılarak aralarındaki boşluklar doldurulur. Böylece küresel geometriye sahip tozlarda teorik yoğunluğun %65' inin üzerinde bir yoğunluğa ulaşılır. Yüksek ürün yoğunluğu mukavemet ve kırılma direnci gibi mekanik özellikleri arttırmaktadır. Değişik boyutlardaki tozların karışımı teorik olarak daha yüksek yoğunluğa preslenebilmektedir. Ancak doldurma esnasında küçük boyutlu tozlar büyük boyutlu tozlardan ayrılarak belirli bölgelerde toplanma eğilimi sergilerler.

Nihai ürün kompozisyonu ön alaşımlandırılmış malzeme kullanımı yerine genellikle saf metal ve alaşım elementi ihtiva eden tozların karıştırılması ile ayarlanır. Sinterleme esnasında atomlar difüzyonla taşınarak parçaların bütün bölgelerinde homojen bir alaşım elementi dağılımı ve üniform bir yapı elde edilir. Diğer bir değimle alaşımlar sadece kompozisyon ayarlaması yapılmış alaşımların ergitilmesi ve atomizasyonu ile değil aynı zamanda farklı kompozisyondaki tozların uygun oranlarda karışımı ile de elde edilebilirler. Alaşım sinterleme esnasında oluşur.

Herhangi bir yağlayıcı ilavesi yapılmaksızın preslenen tek bileşenli sistemler hariç diğer tüm sistemlerde karıştırma işlemi her zaman uygulanır. Karıştırma işlemi metal partiküllerinin birbirleri üzerinden kayma hareketi yapmasını sağlayacak fakat partiküllerin karıştırıcı içinde serbest düşme hareketlerini engelleyecek şekilde yapılmalıdır. Partiküllerin serbest düşme hareketi segregasyona neden olur.

Karıştırma işleminde önemli olan diğer bir faktör karıştırma sırasında meydana gelen deformasyon sertleşmesidir. Bakır ve demir gibi yumuşak metallerin tozlarının hızlı ve şiddetli karıştırılmaları deformasyon sertleşmesine neden olur. Buda sıkıştırılabilme özelliğini azaltır.

Şiddetli bir karıştırma partiküller arasında sürtünmeyi arttırdığından karışım sıcaklığının yükselmesine neden olur. Toza ilave edilen yağlayıcılar bu ısının etkisiyle kısmen eridiklerinden partiküller aglomera olur. Bu da serbest akma özelliğini bozar.

Harmanlama mekanik bir homojenizasyon işlemidir ve karışım, boyut, şekil ve kompozisyon açısından üniform bir hale getirilir. Harmanlama veya karıştırma işlemleri yaş veya kuru halde yapılabilir. Duman oluşumunu önlemek, patlama tehlikesini azaltmak ve daha iyi karışım oluşturmayı sağlamak için su veya diğer sıvılar (solvent) kullanılır.

Şekil 3.22. Preslemede optimum yoğunluk ince ve kaba taneli tozların karıştırılması ile elde edilir [87].

3.7.4.3.Kullanılan Yağlayıcılar

Toz ile kalıp yüzeyi arasında ki sürtünme nedeniyle, şekillendirme enerjisinde büyük kayıplar oluşur. Bunun yanı sıra bitişik tanecikler arasında toz ile zımbalar ve maşalar arasında zımbalar ile kalıp yüzeyi arasında da sürtünme vardır. Bu nedenle hem şekillendirme hem de kalıptan çıkarmada etkili olacak ve sinterlemeyi etkilemeyecek bir yağlama düzenini ihtiyaç vardır. Bunun için tozlar içerisine belirli oranlarda karıştırılan toz şeklindeki yağlayıcılık görevi üstlenen maddeler vardır, bunlar [92];

-Stearatlar

-Çinko stearat : Zn (C18N33.1.2.O2)2

-Lityum stearat: Li(C18N33.1.2.O2)2

-Kalsiyum: Ca (C18N33.1.2.O2)2

-Stearik asit: CH3(CH2)16COOH

Yağlayıcının toz karışımına ilave edilmesinin bir avantajı sadece preslenen parça ile kalıp yüzeyi arasında sürtünmeyi değil aynı zamanda toz partikülleri arasındaki sürtünmeyi de azaltması ve daha yoğun kompaktların elde edilmesidir. Karışımdaki tüm toz partiküllerinin yağlayıcı ile temas etmeleri için yağlayıcı tozun mümkün olduğu kadar ince olması istenir. Yağlayıcı miktarı preslenen parçanın şekline bağlı olarak %1/2-3/2 kadardır. Karmaşık şekilli

parçaların düşük basınçlarla kalıptan çıkarılmaları için basit parçalara göre yağlayıcı miktarı fazla olmalıdır.

Grafit tozu preslemede yağlayıcılık görevi ve sinterleme esnasında karbon kaynağı olarak alaşımlandırma gibi iki işlevi aynı anda yerine getirebilir. Grafit ve sitrik asit gibi yağlayıcılar yaş mukavemeti (preslenmiş halde) azaltmalarına rağmen karışımın kalıp doldurma ve preslenebilme kabiliyetini arttırırlar [93].

Yağlamanın diğer bir şekilde sadece kalıp yüzeylerinin yağlanmasıdır. Böylece yağlayıcı ihtiyaç duyulduğu yerde kullanılmış ve tozun özelliklerini de etkilememiş olur. Yağlama işlemi kalıba elle uygulanabileceği gibi püskürtme de kullanılabilir. Endüstriyel uygulamada otomatik yağlama yapılır. Kalıp yağlamada kullanılan yağlayıcı genelde süspansiyon şeklindedir. Yağlayıcılar sinterleme sırasında ayrışıp gaz haline dönüşerek fırın atmosferinden gaz akışı ile uzaklaştırılmaları gerekir. Vakum fırında veya yüksek frekanslı indüksiyon fırınında sinterlenecek parçaların ayrı bir işlemle yağdan arındırılması gerekir.

3.7.5. Presleme

Preslenmiş metal tozlarının sinterlenmiş durumdaki mukavemet ve yoğunluğu toz özelliklerine ve presleme basıncına bağlıdır. Belirli bir toz karışımını ve sabit presleme basıncı için mukavemet ve yoğunluk parça geometrisine bağlı olarak değişir. Yumuşak metal tozları düşük basınçlarda yeterli bir mukavemet kazanabilirken, sert tozlar için daha yüksek basınçlara ihtiyaç duyulur. Partiküllerin levhasal veya küresel bir simetriye sahip olmaları da presleme mukavemetini ve yoğunluğunu etkiler. Yüzey teması levhasal yapılı tozlarda daha fazla olduğundan yüksek yoğunlukta presler elde edilebilir. Küresel şekilli partiküllerin presleme özellikleri iyi değildir ve yüksek basınçların uygulanmasını gerektirir.

Preslemenin ilk aşamasında birbirine gevşek olarak bağlı olan partiküllerin düzeninde bir bozulma meydana gelir, partiküller arası mesafe değişir. İkinci aşamada elastik ve plastik deformasyonlar görülür. Elastik deformasyon önemli bir etkiye sahip değildir. Plastik deformasyon miktarı ise tozların sünekliliğine bağlı olan tungsten veya tungsten karbür gibi sert metal tozlarından ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak tozların bakır ve demir tozları gibi yeterli bir plastisiteye sahip olmaları durumunda tozlarda deformasyon sertleşmesi oluşur ve bunun sonucunda gerilme altında daha ileri derecede bir deformasyon zorlaşır. Üçüncü aşamada ise uygulanan basınç altında partiküllerde kırılma ve küçük parçalara ayrılma görülür.