Toz Metalurjisinde İkincil İşlemler: Yoğunluğu ve Hassasiyeti Artırma Yöntemleri
Toz metalurjisinin (TM) temel “presle ve sinterle” süreci, karmaşık şekilli metal parçaların seri üretiminde son derece verimli ve ekonomiktir. Ancak bu süreçle üretilen parçalar, genellikle %85-95 aralığında bir yoğunluğa sahiptir ve sinterleme sırasında meydana gelen hafif boyutsal değişimler nedeniyle her zaman en hassas toleransları karşılayamayabilir. Peki, bir parçanın neredeyse tam yoğunluğa ulaşması, bir saat mekanizması kadar hassas olması veya aşırı aşınmaya dayanıklı olması gerektiğinde ne yapılır?
Cevap, ikincil işlemlerde gizlidir. Sinterleme sonrası uygulanan bu kritik adımlar, standart bir TM parçasını “mükemmelleştirmek” için tasarlanmış bir dizi mühendislik tekniğidir. Bu yazıda, yoğunluğu ve hassasiyeti artırarak parçalara üstün özellikler kazandıran en yaygın ikincil işlemleri inceliyoruz.
İkincil İşlemlerin Temel Amaçları
Sinterleme sonrası uygulanan operasyonlar genellikle dört ana hedefe hizmet eder:
- Yoğunluğu ve mukavemeti artırmak.
- Boyutsal hassasiyeti ve toleransları iyileştirmek.
- Mekanik özellikleri (sertlik, aşınma direnci) geliştirmek.
- Yüzey özelliklerini (korozyon direnci, görünüm) iyileştirmek.
1. Boyutlandırma ve Hassasiyet Artırma: Sizing ve Coining
Sinterlenmiş bir parçanın boyutsal doğruluğunu artırmak için en yaygın kullanılan yöntemdir.
- Sizing (Kalibrasyon): Bu işlem, sinterlenmiş parçanın, nihai boyutlarına çok yakın toleranslarda işlenmiş bir kalıp (sizing die) içinde tekrar preslenmesidir. Temel amaç, sinterleme sırasında oluşabilecek hafif çarpılmaları düzeltmek ve parçayı istenen nihai ölçülere getirmektir. Bu işlem, özellikle yataklar ve burçlar gibi hassas iç ve dış çap gerektiren parçalar için kritiktir.
- Coining (Damgalama): Sizing işlemine çok benzer ancak temel amacı yüzey detaylarını oluşturmak ve yüzey yoğunluğunu artırmaktır. Parça üzerine logo, numara veya ince detaylar basmak için kullanılır. Aynı zamanda, parçanın yüzeyini pürüzsüzleştirerek daha iyi bir yüzey kalitesi sağlar.
2. Yoğunluk ve Mukavemet Artırma: Daha Güçlü Parçalar İçin
Standart sinterleme ile ulaşılamayan yoğunluk ve mukavemet seviyeleri için daha ileri teknikler kullanılır.
- Tekrar Presleme (Repressing): Bu yöntem, yoğunluğu önemli ölçüde artırmak için kullanılır. Süreç genellikle Çift Presleme – Çift Sinterleme (DPDS) olarak bilinir. Parça önce preslenir, daha düşük sıcaklıkta ön sinterlemeden geçirilir, ardından soğuk olarak tekrar preslenir ve son olarak tam sıcaklıkta nihai sinterlemesi yapılır. İkinci presleme adımı, ilk sinterlemede kapanmayan gözenekleri kapatarak yoğunluğu %96’nın üzerine çıkarır.
- Toz Dövme (Powder Forging – PF): Toz metalurjisinin en üst düzey yoğunlaştırma işlemidir. Sinterlenmiş bir ön form (preform), ısıtılır ve kapalı bir dövme kalıbı içinde tek bir darbeyle dövülür. Bu işlem, tüm gözenekleri tamamen kapatarak %100’e yakın teorik yoğunluk sağlar. Sonuç, dövme çeliklerin mekanik özelliklerine rakip olabilen, olağanüstü mukavemet ve yorulma direncine sahip bir parçadır. Otomotivdeki biyel kolları gibi yüksek stres altında çalışan parçalar için idealdir.
- Sızdırma (Infiltration): Sinterlenmiş demir bazlı bir parçanın gözeneklerini, erime noktası daha düşük bir metalle (genellikle bakır) doldurma işlemidir. Sinterleme fırınında, bakır eriyik hale gelir ve kılcal hareketle demir iskeletin gözeneklerine sızar. Bu işlem, parçanın yoğunluğunu ve mukavemetini artırır, basınca karşı sızdırmazlık sağlar, ısıl ve elektriksel iletkenliği iyileştirir ve parçanın işlenebilirliğini önemli ölçüde kolaylaştırır.
3. Yüzey ve Mekanik Özellikleri İyileştirme
- Isıl İşlem (Heat Treatment): TM parçalarının sertliğini ve aşınma direncini artırmak için, tıpkı geleneksel metaller gibi ısıl işlemden geçirilebilirler. Su verme ve menevişleme (Quenching & Tempering) veya sementasyon (Case Hardening) gibi yöntemlerle parçanın yüzeyi veya tamamı sertleştirilebilir.
- Buharla Oksitleme (Steam Treatment): Parçaların yüksek sıcaklıktaki buhar ortamında tutulmasıyla, yüzeylerinde ve bağlantılı gözeneklerinde kontrollü bir siyah demir oksit (Fe₃O₄ – manyetit) tabakası oluşturulur. Bu tabaka, hem sertliği ve aşınma direncini artırır hem de korozyona karşı etkili bir bariyer görevi görür.
4. Son Şekillendirme ve Kaplama
- Talaşlı İmalat (Machining): Kalıplama ile oluşturulamayan dişler, kanallar, yivler veya alttan kesmeler gibi özellikler, sinterlenmiş parçaya tornalama, frezeleme veya delme gibi talaşlı imalat yöntemleriyle eklenebilir.
- Kaplama (Plating): Korozyon direncini artırmak veya dekoratif bir görünüm kazandırmak için TM parçaları çinko, nikel, krom gibi malzemelerle kaplanabilir.
Sonuç: İhtiyaca Özel Mükemmellik
Toz metalurjisi süreci, sinterleme fırınının kapısında bitmek zorunda değildir. İkincil işlemler, standart bir TM parçasını, en zorlu uygulamaların gereksinimlerini karşılayacak şekilde özelleştirmek için zengin bir araç kutusu sunar. Yoğunluğu artırmaktan hassas toleranslar elde etmeye, yüzey sertliğini artırmaktan korozyon direncine kadar, bu post-sinterleme adımları, toz metalurjisinin esnekliğini ve yeteneklerini en üst düzeye çıkarır. Doğru ikincil işlemin seçimi, nihai parçadan beklenen performans, hassasiyet ve maliyet dengesine bağlıdır ve bu denge, modern mühendisliğin temelini oluşturur.
