Toz metalurjisi ile demir bazlı matrisli TiB2, takviyeli kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada titanyum diborür (TiB2) partikül takviyeli demir bazlı matrisli kompozitlerin toz metalürjisi yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. <10 mikron parçacık boyutlu demir tozuna ağırlıkça %3, 6,5 ve 10 oranlarında TiB2 partikülleri eklenmiştir. Toz karışımlarının 550 MPa basınçla soğuk preslenmesiyle elde edilen ham parçalar, 1000 oC ve 1120 oC sıcaklıklarda argon atmosferinde basınçsız sinterlenmiştir. Ayrıca bu bileşimlere, kullanılan titanyum diborür miktarının yarısı kadar titanyum eklenerek numuneler üretilmiştir. Demir matrise TiB2, Ti ve TiB2+Ti eklenmesinin kompozitlerin özellikleri üzerindeki etkisi incelenmesi amaçlanmıştır. Üretilen kompozit parçalar metalografik numune hazırlama işlemleri sonrasında optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapı incelemelerine tabi tutulmuştur. Kompozitlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla 3-nokta eğme testleri ve Brinell 10 skalasına göre makro sertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Osilasyonlu tribometre cihazında, 6 mm çaplı alümina bilya, 12 N yük altında aşınma testleri yapılarak, üretilen kompozitlerin aşınma oranları belirlenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde, TiB2 takviye partiküllerinin demir matrisi içinde homojen olarak dağıldığı gözlenmiştir. SEM incelemeleri sırasında gerçekleştirilen enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (EDS) spot analizlerine göre, TiB2 partiküllerinin etrafında demir borür fazının bulunduğu düşünülmüştür. Demir matrise titanyum diborür takviyesinin yapılmasıyla sertlik değerlerinde kayda değer bir artış gözlenmiştir. Takviye fazı içermeyen demirin sertlik değerleri yaklaşık 60 HB10 değerlerinde iken, TiB2 ilavesiyle sertlik 100 HB10 değerinin üzerine çıkmıştır. TiB2 takviyeli demir matrisli kompozitlere Ti ilave edilmesiyle üretilen kompozitlerin sertlik değerlerinde bir miktar daha artış gözlenmiştir. Eklenen TiB2 ve Ti oranlarının artmasıyla eğme dayanımı ve % şekil değişimi değerlerinde azalma gözlenmiştir. Aşınma deneyleri sonuçlarına göre demir matrisi içindeki TiB2 takviye miktarının artmasıyla, aşınma oranında önemli bir azalma meydana gelmiştir. % 10 oranında TiB2 içeren kompozitin aşınma oranının, takviyesiz matris malzemesinin aşınma oranının 1/8'i olduğu tespit edilmiştir.