Siaion kesici takım üretimi ve kesme performansının incelenmesi

Abstract

Anahtar Kelimeler : Si3N4, α - β -SiAlON, kesici takımlar Silisyum nitrür esaslı silisyum alüminyum oksi-nitrür olarak bilinen SiAlON'lar ileri teknoloji seramik malzemelerinden biridir. Çeşitli olanlarda kullanılabilen teknik olarak önemli seramiklerdendir. Alümina (Al2O3), silisyum nitrür (Si3N4) ve alüminyum nitrürün (AlN) reaksiyon sinterlemesiyle elde edilebilmektedirler. En önemli özellikleri yüksek sıcaklık mukavemeti, yüksek sıcaklıklardaki korozyon direnci, diğer seramiklerle karşılaştırıldığında düşük termal genleşme katsayılarından dolayı çok iyi termal şok direnci, düşük yoğunluğa sahip olması, yüksek sıcaklıklarda sertliğini korumasıdır. Bu yüzden SiAlON yüksek sertlik ve mukavemet istenen yerlerde (işleme teknolojilerinde kesici takım olarak), yüksek sıcaklık korozyonunun görüldüğü yerlerde (türbin elemanları gibi), rulmanların üretiminde kullanılması olarak sıralanabilir. Bu çalışmada Si3N4 tozlarından üretilen β-SiAlON seramiğinin kesici uç olarak kullanılmasının performansı incelenmiştir. β-SiAlON genel formülündeki z=1 değerliliğine göre hesaplanıp hazırlanan sıvı faz sinterlemeyi kolaylaştırıcı oksit katkılar ( Y2O3, MgO ), kullanılarak toz kompozisyonları hazırlanmıştır. Hazırlanan toz kompozisyonları soğuk preste kesici uç formuna getirildikten sonra soğuk izostatik preste 250 MPa basınçta sinterleme öncesi maksimum ham yoğunluğa ulaştırılmıştır. Daha sonra yüksek sıcaklık grafit fırında koruyucu azot gazı ortamında numuneler 1450–1750°C'de, 30-150 dk bekleme sürelerinde sinterleme işlemleri yapılmıştır. Sinterleme sonrası numunelerin Arşimet prensibine göre yoğunluk ölçümleri yapılmıştır. Taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) numunelerin mikroyapı analizleri yapılmıştır. XRD analizleri yapılarak Si3N4 faz dönüşümü dönüşümü ve yaklaşık α-β oranları tespit edilmiştir. Malzemelerin mekanik özelliklerini incelemek için serlik ve kırılma tokluğu değerleri incelenmiştir. Sertlik deneyleri 1 kg yük altında Vickers sertlik cihazında gerçekleştirilmiştir. Kırılma tokluğu deneyleri de yine aynı cihazda Indentasyon tekniğiyle oluşturulan çatlak boyları üzerinden ilgili formül kullanılarak hesaplanmıştır. Daha sonra bu çalışmada üretilen β-SiAlON kesici takımları ve endüstride kullanılan WC kesici takımları aynı deney şartlarında sertleştirilmiş AISI 4140 çeliğini kesme işlemine tabi tutulmuştur. Sertleştrilmiş AISI 4140 çeliğini β-SiAlON kesici takımları ile işlenmesinde yüksek ilerleme ve kesme hızlarında pürüzsüz bir yüzey elde edilmiştir.

Keywods : Si3N4, α - β –SiAlON, cutting tools. SiAlON's which is known as silicium aluminium oxy nitride based silicium nitride, is one of the high-tech ceramic materials. This, which can be used in different places, is one of the important ceramics technically. It's made of sintering reaction with alumina (Al2O3), silicium nitride (Si3N4) and aluminium nitride (AlN). The most important features of that are high temperature resistance, corosion resistance at high temperatures, because of their low thermal expansion coefficients comparing to the other ceramics, very good thermal shock resistance, having low density and protecting hardness at high temperatures. Because of this, SiAlON's can be used at places required high hardness and resistance (as cutting components at processing technoogies), at places that high temperature corosion is occured (like turbine components), in producing ball bearing. In this study, it's researched that the performance of using β-SiAlON ceramics that is produced from Si3N4 powders, as a cutting point. With using liquid phase sintering facilitative oxide additives which is made with calculating as for the equality of z=1 at general formul of β-SiAlON, powder compositions had been made. This powder compositions had been conveyed to maximum pure density after being made to the form of cutting point before sintering at 250 MPa pressure at pressing cold isostatic. After that, sintering process of samples at 1450-1750 C, at 30-150 min. waiting moments in high temperature graphite oven in protecting nitrogen atmosphere, had been made. After sintering, density results of samples had been obtained as for Archimed principle. Micro-structure analyses of samples had been got with scanning electron microscope (SEM). With making XRD analyses, Si3N4 phase transformations and approximate α- β rates had been determined. For researching mechanical features of materials, hardness and breaking density rates had been studied. Strength tests had been made under the load of 1 kg at Vickers strength machine. Breaking density tests had been calculated at the same machine with using the formul on crack lengths with technique of Indentation. After that, β-SiAlON cutting tools which is made at this work and WC cutting tools which is used in industry had been subjected to cutting process of AISI 4140 steel which is hardened in the same experiment conditions. High improvement on processing hardened AISI 4140 steel with β-SiAlON cutting tools and a smooth surface had been obtained at cutting forces.