316l bimetal üretimi

7/29/2019 316L bimetal retimi

1/13

1

DKM YNTEMYLE 316L PASLANMAZ ELK TAKVYEL BI-METALRETM ve MEKANK ZELLKLERNN NCELENMES

Levent Cenk KUMRUOLU*, Orhan AKIR**, Glsm AKIR**, Ali ZER*

* Cumhuriyet niversitesi Mhendislik Fakltesi, Metalurji ve Malzeme Mhendislii Blm** Akda Dkm A..

ZET

Bu almada, bi-metal dkm teknii kullanlarak iki farkl metalin, farkl mekanikzellikleri, korozif diren zellikleri ve stnlkleri gz nnde bulundurularak tasarm veretim aamasnda kompozit malzeme olarak retilmesi incelenmitir. Yzey ksmndayksek anma direnci ve korozyon direnci; i ksmnda ise tokluk, ekonomik yntemlerle

retilebilirlik ve yzey metali ile dkm durumunda ara yzey yapabilme zelliklerinigerektiren bir dili tasarlanm ve retilmitir. retilen dilinin yzey ksmnda yksekanma direnci ve korozyon direnci elde edilmi, i ksmda ise dkmle retilebilecekekonomik adan dk-orta maliyetli alaml dkme elik baaryla retilmitir. Boyunatakviye malzemesi olarak 316L paslanmaz ubuk kullanlm, matris malzemesi olarak30NCD8 (Afnor) dkm elii kullanlmtr. Alamlar seilirken, retilen dilinin zelliklegda sektrnde kullanlan makinelere dili eleman olarak seilecei gz nne alnarakyzeyin anma zelliinin iyi olmasnn yannda, farkl korozif ortamlardaki oksidasyondirencinin yksek olmas da ok nemli bir detay olarak gz nnde bulundurulmutur.

Anahtar Kelimeler: Bi-Metal Kompozit Dkm, Anma Direnci, Bi-layer dkm, Difzyon

SUMMARY

In this study, by considering different mechanical properties, corrosive resistance propertiesand superiorities of two different metal alloys in design and production stages, bi-metalcasting technique used for producing composite materials were investigated. A gear wasproduced, that has good ability of bonding at the interface in as cast situation with surfacemetal, productive by economic methods, toughness, high wear and corrosion resistance .At the surface of the produced gear, high wear and corrosion resistances were obtained. Thegears were produced by bi-metal casting methods as cost effective. 316 L stainless steel

cylindrical rod was used as reinforcement fibre, and 30NCD8 casting alloy steel as matrix.When selecting matrix alloy and reinforcement fibre, it was considered that the gear willgenarally be used in food prepearing machines so the gear materials must have high corrosionand wear resistance.

Keywords: Bi-metal composite casting , Wearing resistance, Bi-layer casting, diffusion


2/13

2

1. GR

Metal dkm tarihi bir retim aacna sahip olup yllar boyunca farkl aralardanyararlanlmtr ve endstri devriminde nemli bir rol oynamtr. Metal dkm, bilindiizere, bir metalin ergime scaklnn zerine stlarak ergitilmesi daha sonrada ierisinde

boluklar ve maalar ieren kalba istenen ekil elde edilmek zere dklmek suretiyleyaplmaktadr.

Bi-metaller iki farkl zellikteki metalin beraberce oluturduu bir yap zellii gsterirler.rnein alminyum-giydirmeli elik tellerde olduu gibi, elik teller mukavemet ve yksekdayanm zelliklerini salar, alminyum ise korozyon direnci ve elektrik iletkenlii zelliiile bi metal bnyesinde grev yapar. Bi- metal retim mant iki farkl metalden, bazzellikleri kullanma gre stnlk salayan metalleri btnleik ama ayn amalakullanmaktr, retilen paralar dk maliyet, hafiflik, yksek mekanik dayanm, anmadirenci ve korozyon direnci zelliklerini iermelidir.[1]

Bi-metal retimi ve rn tasarm zerine bir ok yntem bulunmaktadr. ekil 1de zellikleeki retimi iin uygun tasarm gsterilmitir, ekicin orta blmnde yksek toklukgereksinimi ve alt ksmnda da srekli anmaya maruz kalacak olan sert ve anma direnciyksek malzemeye gereksinim duyulmaktadr. [2]

a) b)ekil 1: a)Anmaya mukavim ve tokluu yksek Bi-metal eki, b)D eperinin anma direnci yksek, iksm tok silindirik hub.

ekil 2. D eperinin anma direnci yksek, i ksm tok silindirik bar, bu zellii ile ektrzyon vidas, krcsegman olarak kullanlabilecek bir bi-metal parann kesiti [2]


3/13

3

Bi-metal dkm paralar bir ok malzemeden retilebilmektedir. Bunlardan en yaygnanma direnli olanlardr. Bu tr dkmler genellikle beyaz dkme demir ve dk alamlelikler kullanlarak ve baarl bir dkm metoduyla salanmaktadr. Aratrmalargstermitir ki, kmr krc olarak kullanlan konvansiyonel yksek Mnl elie nazaranbeyaz dkme demir yzeyli ve dk karbonlu altlkl bi-metal 5 kez daha fazla yaam

evrimine sahiptir. [3]

ekil 3. Metalurjik (Dkm) balanma ile retilen beyaz dkme demir ve dk karbonlu elik bi-metal ekicinara yzey formunun ematik grnts(sol) ve mikro yap fotoraf (sa)[3]

Bi-metal dkm; santrifj dkm yntemi, srekli dkm[4], hassas dkm (kuyumculuk)

yntemi, maa eklinde veya kalp eklinde yerletirilmi n stma uygulanm metalparalarn iine ve etrafna dklmek suretiyle uygulanabilmektedir[5]. Bunlardan baka birde ekstrzyon ile dkm yntemi bulunmaktadr[6].

ekil 4. Bi-metal dkm iin tasarlanm bir kalp

Ticari olarak retilen bir ok bi-metal dkm paras olup, bu paralarn geometrik ekline veanma-tokluk alanlarna ve yzeylerine gre, farkl tip kalp tasarmlar dizayn edilmektedir.ekil 5 iki farkl alamn ergitilmek suretiyle tek bir kalba dklp bi-metal elde etmek iintasarlanm bir kalb gstermektedir. Temel olarak bu sistemin alma sistemi yledir. 1


4/13

4

numaral yolluktan altlk malzeme dklr, dkm 1 numaral yolluk havas dolana kadardevam eder, bu seviye metal yaklak olarak 3 numara ile gsterilen mavi yatay izgiseviyesine ular, daha sonra baz uygulamalarda 2 numaral yolluktan ara yzey oluturmasiin ikinci bir metal ve takiben yine 2 numaral yolluktan anma direnci yksek nc metaldklr, dkm 2. numaral yolluk havas dolana kadar srdrlr. kinci bir uygulama ise 1.

numaral yolluktan alttk(tokluu yksek) metal dkldkten sonra, ikinci yolluktan amadirenci yksek olan malzeme yolluk az dolana kadar dklmeye devam edilir. Sonu olarak3 numaral mavi izgi boyunca iki ergime seviyesi ve ergime seviyesinin altnda olan ikimalzeme difzyon ve birbiri iinde ergime ve metalurjik olarak karmak suretiyle baoluturur.

ekil 5. Bi-metal dkm ile retilmi, kromlu dkme demir ve dk alaml elikten oluan krc eki iinmikro yap ve malzemeler aras sertlik geii

ekil 5 de bi-metal dkm ile retilmi krc ekice ait ara tabaka mikro yaps ve sertlik

gei diyagram verilmitir [7].Bi-metal dkmnn karmak bir proses olmasndan dolay baz dkm hatalarn daberaberinde getirmektedir, bu dkm hatalarna ait baz fotoraflar ekil 6da gsterilmitir.

a b c

d ef

ekil 6. a:yzey atla, b:ikincil atlak, c:byk ekinti, d:iri por, e:arafaz boyunca atlak, f:souma srasndahasl olan arafaz boyunca stres atla


5/13

5

2. DENEYSEL ALIMALAR

2.1. Malzeme-Yntem

Tablo 1. Bi-metal malzemelerinin ve ara yzeyin spektrometrik elementel analizi

2.1.1. Dkm ve Modelleme

Dkmn salkl yaplabilmesi iin elik boru eklinde dkm kalb (ekil 7) kesildi,silindirik ekildeki dkm kalbnn st ksmna x ekilli konstrksiyon kaynatld, xeklindeki konstrksiyonun, tam merkez noktasna 5 mm apl delik ald, ve daha sonrakidili dkm iin ise x eklindeki konstrksiyonun merkezine 30 mm apl bir emberi itenteet olarak 360 derece dnecek ekilde 5mm apl 13 adet delik ald. 5 mm apnda ve 150mm uzunluunda olan paslanmaz elik ubuklar 40 mm apl, 15 mm et kalnlndakidisklere dik bir ekilde kaynak yaplmadan sk geme yntemiyle monte edildi.

Monte edilen paslanmaz elik ubuklar, disk aada kalacak ekilde dz ve sert bir zemindesabitlendi, ve diskin zeri shell kabuk ile kapatld, daha sonra shell kumundan imal edilen

yolluk ve kalp paslanmaz elik ubuk ve ubuklar merkezde kalacak ekilde i ie konuldu,shell kalbn etraf silis kumuyla dolduruldu, yolluk az ve kalp azna 10 mm kala, siliskumu ilavesi bitirildi. Paslanmaz elik takviye ubuklar 350-450 C scakla stld. Busistem standardnda yan yana, 5 adet sistem yerletirildi. ndksiyon ocanda ergitilen30NCD8 kodlu alaml elik, potalarla kalplara dkld.

Katlamann ve soumann tamamlanmasn takiben kalplar ald, yzey temizlii yapld,takiben numunelere normalizasyon ve gerilim giderme ilemi yapld. Isl ilemden kannumuneler, takiben numunelerde olas boluklar ve atlaklar tespit iin ultrasonik muayeneyapld, ultrasonik muayeneden sonra, dkm parasndan enine kesit eklinde numune alnd,bu numunelere sv penetrant testi uyguland, paslanmaz elik ubuklarn evresinde

oluabilmesi olaan , souma atlaklar arand, sv penetrant muayenesinin ardndan DIN125standardna gre ekme deneyi numunesi olarak ilendi, ve ekme deneyi uyguland, takibennumunelerin metalografik incelemesi yapld.

Matris malzemesi olarak kullanlan eliin spektrometrik elementel analizi(Alloy 30NCD8)C Si Mn P S Mg Cr Ni Mo Cu0.223 0.235 0.353 0.018 0.014


6/13

6

ekil 7. Dkm kalbnn kat model ve tel kafes grnts 1) Yolluk girii 2)Silis Kumu 3) Shell kalp4) x eklinde kaynatlm para sabitleme eleman 5) Paslanmaz ubuk ve ubuklarn yerleimde grlen stksm 6) elik borudan kesilmi derece

ekil 8. Shell kumundan hazrlanan yolluk ve dkm boluu ile paslanmaz elikubuk (ubuklarn) teknik resmi

ekil 9. Shell maann etrafna yerletirilmi paslanmaz elik dkm paras ve bu baradan enine kesilmi dili


7/13

7

2.1.2. ekme ve Sertlik Deneyleri

ekme deneyi HECHERT 990 marka, 20 tonluk ekme cihaznda, sertlik deneyleri ise Bulut Makine DijirockRB Sertlik Cihaznda HRc modunda, 187.5kg ile elmas batc ula, HB modunda ise 2.5 mm elik bilya ile yine187.5 kgda yaplmtr.

2.1.2.1. ekme Deneyi Sonular

Tablo 2. Bi-metal kompozit, takviye ve matris malzemelerin mekanik zellikleri

Numunelerekmemukavemeti(MPa)

Uzama Akma(MPa)

Kompozit 758 %1.40 Gzlenmedi316L(takviye) 485 %40 17030NCD8(matris) 1250-1400 %9 1040

Yaplan ekme testlerinde orta ksmda takviyeli malzemeler kullanld ve iki malzemeninbirlemesinden dolay akma gzlenememi olup ekme mukavemetinde art grlmtr.

ekme deneyi numuneleri DIN 51125 normunda ve ekil 10 gsterilen l ve toleranslardailenmitir.(lo 50, do 10 mm)

ekil 10: ekme numunesi teknik resmi ve standard

2.1.2.2. Sertlik Deerleri

Tablo 3. Sertlik Deerleri

Sertlik Deeri 316 L 30NCD810 lm ortalamas 200-210 HB 35.9(HRc)


8/13

8

2.1.3. Sv Penetrant ve Ultrasonik Muayene Testleri

2.1.3.1. Sv Penetrant Testi

Sv penetrant testlerinde Beta Marka, BT-68 WWD kullanld, developer olarak BT-70

kulanld. Bekleme sresi 20 dakika, gelime sresi 0-20 dakika, yzey temizleme kuma ileyapld.

Silindirik numuneden 10 mm aralklarla enine kesitler alnd ve sv penetrant testi yapld vepaslanmaz elik ubuklarn etrafnda yzey atla gzlemlenmedi.

2.1.3.2. Ultrasonik Muayene

Ultrasonik muayene iin PANAMETRICS Epoch LT cihaz kullanld, prob olarak iseKrautkramer 2 MHz MSEB-2TR kullanld, kalibrasyon aral 100 mm ve numune kalnl28 mm olarak girilerek test uyguland. Numunede aranan hata, dkme elikle paslanmaz elik

ara yzeyinde boluk-atlak olup olmad idi. Yaplan tekrarl testlerde ara yzeylerdeuyumsuzlua rastlanmad.

2.1.4. Metalografik nceleme

(a) 50X


9/13

9

(b) 100X

(c) 100X


10/13

10

(d) 100X


11/13

11

(e) 100X

Mikro yaplarda ekil (a) grld gibi ok ynnde paslanmaz elikten matris malzemesinedoru yaynma, ve yer yer ergimeye bal olarak iki alam aras gei olumutur. ekil (b)de grld gibi paslanmaz elik ergiyerek 30NCD8 ierisinde kalm ve matrisin iindekatlamtr, matris yaps genel dkm yaps olarak dentritik uzantlar eklindedir. ekil (c)de boyuna alnan kesitteki ara yzeyin, iki malzeme arasnda ok iyi artlarda balandgrlmektedir ve yine 30NCD8 in ara yzey izgisinden paslanmaz elik iine doru geiyapt blge grlmektedir. Bunun nedeni ise dkm esnasndaki yksek scaklktan dolayeliin de ksmi ergiyerek dkm malzemesine difze olmasdr. Bu tip ara yzeylerdenalnan spektro analizlerinde de ortalama metal deerleri ((316L + 30NCD8 )/ 2)bulunduundan byle bir yargya varlmtr. ekil (d) de gsterilen iki metalin kartalandan alnan spektrometrik analiz bi-metal bileenlerinin analiz deerlerinin ortalamas birdeere yaklaacan gstermektedir.

3. TARTIMA ve SONULAR

1. Bi-metal retim mant, genelde iki farkl metalin, farkl; mekanik, kimyasal,fiziksel, elektriksel zelliklerinin ve stnlklerinin gz nnde bulundurularak,tasarm ve retim aamasnda uygun proses seilerek, daha uzun mrl veperformansl kompozit malzeme yapma mantna dayanr. Sz konusu zelliklerdebi-metal retiminde, retilen parann ekonomik olmas da yine nemli birparametredir. Genel olarak DIN 1681 normunda dk maliyetle retilebilen bir

elikle, DIN EN 12513 standardnda (anma direnci yksek) yine dk retimmaliyetli bir dkme demir veya elik kullanlmaktadr. Sz konusu alamlar krceki olarak bi-metal eklinde retilebilmekte yzeyde sertlik ve anma deeriyksek bir malzeme almakta i ksmda ise ekonomik yntemlerle retilebilen bir


12/13

12

malzeme beraberce almaktadr. Bir ok krc eki uygulamasnda bi-metalparalar, yksek mangan ierikli eliklere nazaran daha uzun anma mr olduugzlenmitir. Ancak bi-metal paralarn, baz kullanm alanlar vardr ki yzeydesertlik zelliinden daha ok korozyon dayanm gerektirmektedir. zellikle gda vekimya alannda kullanlan makinelerin bu tr yksek korozyon dayanm gerektirmesi

zorunludur. Bu mantkla retilen bi-metal dilisinde yzeyde paslanmaz elikubuklar kullanlmtr. ksmda kullanlan 30NCD8 malzeme ise kimyasalbileiminin 316L paslanmaz elie yakn olmas nedeniyle ve dkmle retilebilirliinedeniyle tercih edilmitir.

2. Gda hazrlama makineleri sektrnde (chloride ortamnda) kullanlmak zeredkmden hari alternatif retim yntemleri incelenmi ve paslanmaz elik dilinin ,muhtelif kalnlklardaki paslanmaz elik saclardan, laser, tel erezyon, plazma v.b.yntemler ile kesilebilecei tespit edilmitir. Ancak bu yntemlerde (laser) retilendilinin et kalnlnn, mevcut saclarn et kalnlyla snrlanaca ve kesimesnasnda nitrojen gaz kullanlmamas durumunda yzeyde oksidasyon olaca veilave yzey bitirme ilemleri gerektirecei aikar olacaktr. Tel erezyonda, kesim

ileminin yava olacandan maliyetin ok yksek olaca, plasma ynteminde isetermal etkiden dolay yapsnn deiecei ve oksidasyona urayan yzey oluturacada istenilmeyen bir sonu olarak tespit edilmitir, yine bu tr ileme yntemleriounlukla iki boyutta olduu iin, karmak geometrili paralarn retilmesiimkansz hale gelmektedir.

3. Yaplan metalografik inceleme sonucunda takviye malzemesi olarak kullanlan 316Lpaslanmaz ubuun etrafnda ksmen stres atla gzlenmitir. Bu atlan, iki farklmalzemenin termal genleme miktarlarnn farkllndan olduu dnlmektedir.

4. Takviye elemann boyuna alnan kesitteki mikro inceleme iki farkl malzemenin okiyi bir kaynak yaptn gstermitir.

5. Yaplan deneylerde mekanik zellikler bakmndan, kompozit malzeme mantnauygun bir ekilde kullanlan malzemelerin mekanik zellikleri arasnda deerlereulalmtr.

6. 30NCD8 malzemenin dili parasnn i ksmnda bulunmas, yksek torklardayklemelere kar dayanm gsterecektir.

TEEKKR

Bu almada, bi-metal dkmleri, mekanik deneyler, ultrasonik muayene ve penetrant testleriAkda Dkm bnyesinde yaplmtr, kendilerine katklarndan dolay teekkr bir bor

biliriz.

KAYNAKLAR

[1] Xiuling Su, 2001 Computer Aided Optimization of An Investment Bi-metal Casting Process,Department of Mechanical, Industrial and Nuclear Engineering of the College of Engineering, Division ofResearch and Advanced Studies of the University of Cincinnati, PhD Thesis

[2] www.vautid.de/englishversion/pdfdocs/bimetalguss.pdf

[3] Dr. Jae-Young JUNG, Bimetallic Casting Wear-Resistant Materials, Metallic Materials and CoatingProcess Research Team, Pohang, Korea RESEARCH INSTITUTE OF INDUSTRIAL SCIENCE ANDTECHNOLOGY

[4] E.I. Marukovich a, A.M. Branovitsky a, Young-Sang Na b,*, Jong-Hoon Lee b, Ki-Young Choi a, February2005 Journal ofMaterials and Design Study on the possibility of continuous-casting of bimetalliccomponents in condition of direct connection of metals in a liquid state


13/13

13

[5] J.C. Viala*, M. Peronnet, F. Barbeau, F. Bosselet, J. Bouix, France 2002 , Journal of Composites, Interfacechemistry in aluminium alloy castings reinforced with iron base inserts

[6] B. Vamsi Krishna, P. Venugopal*, K. Prasad Rao, Agust 2004, Journal of Powder Technology Analysis ofdeformation during simultaneous plastic deformation of dissimilar powder metallurgical preforms

[7] http://www.fonda.cn/english/www/Manage/img/sms1.rar

316l bimetal üretimi

Documents