Nikel esaslı süperalaşım malzemelerin toz enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada; IN718, IN625 ve Nimonic 90 ticari isimli üç farklı nikel esaslı süperalaşım tozundan TEK yöntemi ile süperalaşım malzemeler şekillendirilmiştir. Şekillendirilen malzemeler farklı sinterleme ve farklı ısıl işlem çevrimlerine maruz bırakılmışlardır. Hem sinterlenmiş durumdaki hem de ısıl işleme tabi tutulmuş durumdaki numunelerin mikroyapısal ve mekaniksel olarak karakterizasyon işlemlerinin gerçekleştirilerek en uygun üretim ve ısıl işlem parametrelerinin tespit edilmesi amaçlanmıştır.

Deneysel çalışmalara toz malzemelerin tane şekillerinin belirlenmesi amacıyla SEM görüntüleri alınarak ve tane boyut dağılımlarının tespiti için boyut dağılımı analizleri yapılarak başlanmıştır. Her üç malzeme tozu parafin mum (PM), polipropilen (PP), brezilya mumu (BM) ve stearik asit (SA) içeren çok bileşenli bir bağlayıcı sistemi ile karıştırılarak üç farklı besleme stoğu hazırlanmıştır. Elde edilen karışımlar granül haline getirilip enjeksiyonla standart çekme çubuğu ve kırma numunesi formunda kalıplanmışlardır. Kalıplanan numunelerin polimerik malzemelerden arındırılması amacıyla uygulanan bağlayıcı giderme işlemi, iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada solventle ayrıştırma uygulanmıştır. Bağlayıcı gidermenin ikinci aşaması yüksek saflıktaki argon atmosferi altında gerçekleştirilen ısıl bağlayıcı giderme işlemi olup, şartları çok bileşenli bağlayıcı sistemini oluşturan her bir bileşen için ayrı olarak yapılmış TG analizi (termogravimetrik analiz) ile belirlenmiştir. Bağlayıcı giderme işleminden sonra DSC (diferansiyel taramalı kalorimetri) ve dilatometrik ölçümlerle belirlenen aralıktaki farklı sıcaklık ve sürelerde vakum ortamında sinterlenen numunelerden en yüksek yoğunluğa ulaşılanlar farklı ısıl işlem çevrimlerine tabi tutulmuşlardır.

Hem sinterlenmiş durumdaki hem de yaşlandırılmış durumdaki numuneler, yoğunluk ölçümleri ve XRD (X-ışınları difraksiyon analizi) analizlerinden sonra; optik mikroskop, SEM (taramalı elektron mikroskobu), TEM (geçirgen elektron mikroskobu) ve EDS (enerji dağılımı spektrometresi) incelemeleri ile mikroyapısal olarak karakterize edilmişlerdir. Sertlik ölçümü, çekme deneyi, kırılma tokluğu deneyi ve darbe deneyi gibi mekanik testlerle numunelerin sinterlenmiş durumdaki ve ısıl işlem görmüş durumdaki mekanik özellikleri belirlenmiştir. Karakterizasyon işlemlerinde, ürün özelliklerini önemli ölçüde etkileyen sinterleme ve ısıl işlem koşullarının üzerinde detaylı olarak durulmuş, üretim parametrelerinin ürün özelliklerine olan etkileri belirlenmiştir. Her üç malzeme için de sinterleme sıcaklığı ve süresinin artmasına paralel olarak bağıl yoğunluk ve sertlik değerlerinin arttığı görülmüştür. Uygulanan ısıl işlemlerin malzemelerin mikroyapı ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkilediği; ısıl işlemler sonucu oluşan intermetalik çökeltilerin ve karbür çökeltilerinin her üç malzemede de sertlik ve mukavemet değerlerini arttırdığı, kırılma tokluğu ve darbe tokluğu değerlerini düşürdüğü tespit edilmiştir.