Fe-Nb-B esaslı kompozitlerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Toz metalurjisi, metal işleme teknolojileri arasında çok büyük farklılık gösteren bir üretim tekniğidir. Literatürde borür esaslı kompozit malzemelerin ferro alaşımlardan üretimi son derece sınırlıdır. Ti, Nb, Cr, V ve W elementlerinin karbürleri ile sınırlıda olsa çalışmalar mevcuttur. Fe-Ti-TiC esaslı kompozit malzemenin kesici takım uygulamaları ve aşınma uygulamalarında kullanılabileceği belirtilmektedir. Bunun yanında niyobyum borürler, yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sertlik, yüksek elektrik iletkenliği ve süper iletkenlik özelliğine sahiptirler. Bu amaçla çalışmada aşınma ve korozyona dirençli Fe-B-Nb esaslı kompozit malzemelerin üretimi hedeflenmiştir. Çalışmalar, Bor Araştırma Enstitüsü projesi kapsamında yürütülerek projenin ilk aşaması olan malzeme üretimini kapsamaktadır. Bu amaçla ilk aşamada karakterizasyonları yapılan ferro-bor, ferro-niyobyum ve demir tozları farklı oranlarda karıştırılarak atritörde 20 saat süreyle mekanik alaşımlama işlemine tabi tutulmuştur. Farklı bileşimlerde hazırlanan kompozit toz karışımları Ø6x9mm boyutlarda 60MPa basınç altında preslenerek şekillendirilmişlerdir. Numuneler 1250, 1300, 1350 ve 1400°C'de 30, 60 ve 120 dakikayla kontrollü atmosferde sinterlenmek suretiyle kompozit karakterdeki Fe-B-Nb esaslı malzemeler üretilmiştir. Kompozit malzemelerin karakterizasyonları, mikroyapı (optik ve elektron mikroskobu (SEM-EDS), faz analizi (XRD), yoğunluk (Archimed) ve sertlik (vickers mikrosertlik) gibi özellikleri incelenerek gerçekleştirilmiştir. 1350°C'de 120 dakika süreyle sinterlenen malzemelerde tüm analiz ve testler açısından oldukça iyi özelliklere ulaşılmıştır.

Powder metallurgy is a production technique differs from the other production techniques. In the literature, there are a few studies about boride base composite coatings from the ferrous alloys. Furthermore, there is some limited study about Ti, Nb, Cr, V and W carbides. It is explained that the Fe-Ti-TiC based composites can be used for cutting tools and some abrasive applications. In addition, Niobium borides have got high melting points, high hardness, good electrical conductivity and super conductivity properties. For this reason, in the present study, it was aimed that the production of the Fe-B-Nb based composites with high wear and corrosion resistance. Present study is a production step of the project supported by National Boron Research Institute of Turkey. In the present study, Ferrous-Niobium, Ferrous-Boron and Iron powders were mixed in some defined percentages and grinded in an attritor for 20 h. Composite powders prepared different compositions were green shaped pressed in a mold at the dimensions of Ø6x9 mm under the pressure of 60MPa. Pressed samples were sintered at 1250, 1300, 1350 and 1400°C for 30, 60 and 120 min in the controlled atmosphere (Ar). So, Fe-Nb-B based composite materials were prepared. Prepared composite materials were investigated metallographically (Optical and SEM study), phase analysis were realized by X-ray diffraction analysis, densities was measured with a four digit balance using Archimed formulas and hardness of the composites was measured with Vickers micro-hardness tester. Best results for the composite materials produced at 1350°C for 120 min sintering conditions are defined.