Effect of Zinc Stearate and Pre-Compaction Pressure on Sintering of Alumix123 Powder

Abstract

Tr en Toz metalurjisi yönteminde (TM) kullanılan yağlayıcılar, metal tozların sıkıştırılabilirliğini, akıcılığını, görünür, ham ve sinter parçların yoğunluğunu ve mukavemetlerini önemli miktarda etkilemektedir. Bu çalışmada, ön karışımlı Alumix 123 tozuna ilave edilen ağırlıkça % 1,5 çinko stearat (ZnSt) yağlayıcı katkılı karışım tozun sıcak preslenmesi ile toz metal (T/M) malzemeler üretilmiştir. Yağlayıcı katkılı ön karışımlı Alumix 123 tozlar, üç boyutlu karıştırma cihazında 40 dakika süreyle karıştırılmış ve 100, 300 ve 500 MPa basınçlarda ön sıkıştırma gerçekleştirilmiştir. Daha sonra 300-450 °C arasında kalıp sıcaklığı 50 °C artırılıp 15 dakika sürelerle bekletilerek toplam 1 saat yağlayıcı giderme işlemi yapılmıştır. Devamında, 540 °C sıcaklıkta 50 MPa basınç altında 30 dakika süreyle sıcak presleme aktif sinterleme işlemi uygulanmıştır. Yağlayıcı katkısız ön karışımlı Alumix 123 tozlarına da karıştırma süreci hariç aynı işlemler uygulanmıştır. Üretilen T/M malzemelere ötektik sıcaklık değişimli (548C10C) difüzyon tavlaması (DT) uygulanmıştır. T/M malzemelerin Arşimed prensibine göre yoğunluk ölçümleri ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Aynı zamanda üretilen bu parçaların metalografik inceleme yapılarak optik mikroskop, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM/XRF) ve X-Işınları Kırınımı (XRD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Yağlayıcısız T/M malzemelerde ön sıkıştırma basıncının artması, gözenek yoğunluğunu azaltarak bağıl yoğunluğu artırmıştır. Ancak yağlayıcı içeren numunelerde artan ön sıkıştırma basıncıyla azalan yağlayıcı giderme etkisi, T/M malzemelerde gözenek miktarını artırarak bağıl yoğunluğu düşürmüştür. Yağlayıcısız üretilen numunelerin yoğunlukları, sertlikleri ve alaşımlanma oranının yağlayıcılı malzemelerden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Lubricants used in the Powder Metallurgy (PM) method significantly affect the compressibility, flowability and apparent density of metal powder and also strength of sinter parts. In this study, sintered powder metal (P/M) materials were produced by hot pressing of pre-mixed Alumix 123 powder with w.t. 1.5% zinc stearate (ZnSt) lubricant. The pre-mixed Alumix 123 powder with lubricant were mixed for 40 minutes in the three-dimensional mixing device and pre-compression was carried out at pressures of 100, 300 and 500 MPa. Then, the die temperature was increased by 50°C and kept for 15 minutes in between 300-450°C. By this way, a total of 1 hour lubricant removal process was performed. Subsequently, hot pressing active sintering was applied for 30 minutes under a pressure of 50 MPa at 540°C. The same processes were applied to the pre-mixed Alumix123 powders without lubricant, except the mixing process. Diffusion annealing (DA) with eutectic temperature change (548C10C) was applied to the produced P/M materials. Density measurements according to Archimedes principle and hardness measurements of P/M materials were made. Metallographic examinations of these produced parts were carried out. At the same time optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM/XRF) and also X-Ray Diffraction (XRD) analyzes were performed. Increasing the pre-compression pressure in lubricant-free P/M materials decreased the pore density and increased the relative density. The lubricant removal effect with increasing pre-compression pressure and the relative density of P/M materials reduced. It has been determined that the density, hardness and alloying rate of the samples produced without lubricant are higher than those with lubricant.