Toz Metalurjisi ile Üretimde Karşılaşılan Yaygın Sorunlar ve Çözümleri

Toz metalurjisi (TM), karmaşık şekilli, net-shape (nihai şekle yakın) metal parçaların yüksek adetlerde ve uygun maliyetle üretilmesi için endüstride yaygın olarak kullanılan güçlü bir teknolojidir. Sürecin verimliliği ve esnekliği tartışılmaz olsa da, her ileri imalat yönteminde olduğu gibi, TM’de de üretim sırasında istenmeyen sonuçlara yol açabilecek potansiyel zorluklar bulunur. Başarılı ve tutarlı bir üretim, bu yaygın sorunları tanıma, nedenlerini anlama ve doğru çözümleri uygulama yeteneğine bağlıdır.

Bu yazıda, toz hazırlığından sinterleme sonrasına kadar TM üretim hattında karşılaşılabilecek en yaygın sorunları ve bu sorunların üstesinden gelmek için kanıtlanmış çözüm yollarını inceliyoruz.

Bölüm 1: Presleme (Sıkıştırma) Aşamasındaki Sorunlar

Ham parça (green part) üretimi, sürecin temelini oluşturur. Burada yaşanan sorunlar, genellikle sonraki tüm adımları etkiler.

Sorun 1: Ham Parçada Çatlaklar (Green Cracks) Parçanın kalıptan çıkarılması sırasında veya hemen sonrasında, özellikle keskin köşelerde veya ince duvarlarda görülen çatlaklardır.

• Nedenler:
  • Çok hızlı basınç uygulama veya bırakma (ani gerilim boşalması).
  • Toz karışımında yetersiz yağlayıcı (lubricant), bu da kalıp duvarı ile toz arasında aşırı sürtünmeye yol açar.
  • Karmaşık parça geometrisi ve keskin köşe tasarımları.
  • Aşırı yüksek presleme basıncı.
• Çözümler:
  • Presin hız profilini optimize ederek daha yumuşak bir sıkıştırma ve çıkarma döngüsü oluşturun.
  • Yağlayıcı türünü ve miktarını (%0.5 – %1.0 aralığında) toz karışımına göre optimize edin.
  • Mümkün olduğunca keskin köşelerden kaçının ve tasarıma radyuslar ekleyin.
  • Gerekli minimum presleme basıncını kullanın.

Sorun 2: Düşük veya Düzensiz Ham Yoğunluk Parçanın farklı bölgeleri arasında yoğunluk farklılıkları olması veya genel yoğunluğun istenen seviyenin altında kalmasıdır.

• Nedenler:
  • Kalıp boşluğunun tozla tam ve homojen olarak dolmaması (kötü toz akışkanlığı).
  • Yetersiz presleme basıncı.
  • Kalıp içinde havanın sıkışıp kalması.
• Çözümler:
  • Daha küresel partikül şekline sahip veya optimize edilmiş boyut dağılımına sahip tozlar kullanarak akışkanlığı iyileştirin.
  • Gerekli yoğunluğa ulaşmak için presleme basıncını artırın.
  • Homojen dolum için çift etkili (üst ve alt zımba) presler kullanın.
  • Presleme hızını düşürerek toz arasındaki havanın kaçmasına zaman tanıyın.

Bölüm 2: Sinterleme Aşamasındaki Sorunlar

Sinterleme, parçanın nihai özelliklerini kazandığı en kritik ısıl işlemdir ve en fazla sorunun görülebileceği aşamadır.

Sorun 3: Boyutsal Sapmalar ve Çarpılma (Distortion) Sinterleme sonrası parçanın ölçülerinin hedeflenen toleransların dışına çıkması veya şeklinin bozulmasıdır.

• Nedenler:
  • Düzensiz ham yoğunluk (düşük yoğunluklu bölgeler daha fazla çeker).
  • Parçaların fırın tepsisine yanlış yerleştirilmesi ve yerçekiminin etkisi.
  • Aşırı hızlı ısıtma veya soğutma oranları.
  • Yüksek sinterleme sıcaklığı nedeniyle malzemenin kısmen ergimesi.
• Çözümler:
  • Presleme sürecini optimize ederek homojen ham yoğunluk elde edin.
  • Parçaları fırına, şekillerini destekleyecek şekilde (gerekirse özel seramik tepsilerle) yerleştirin.
  • Malzemeye uygun, daha yavaş ısıtma ve soğutma profilleri kullanın.
  • Sinterleme sıcaklığının, malzemenin katılaşma sıcaklığının altında olduğundan emin olun.

Sorun 4: Düşük Nihai Yoğunluk ve Zayıf Mekanik Özellikler Parçanın sinterleme sonrası yeterli mukavemet veya sertliğe ulaşamamasıdır.

• Nedenler:
  • Yetersiz sinterleme sıcaklığı veya süresi (atomik difüzyonun tamamlanamaması).
  • Yanlış fırın atmosferi (örneğin, oksitleyici bir atmosferin sinterlemeyi engellemesi).
  • Başlangıçtaki ham yoğunluğun çok düşük olması.
• Çözümler:
  • Malzemenin gereksinimlerine göre sinterleme sıcaklığını ve/veya süresini artırın.
  • Fırın atmosferini kontrol edin ve genellikle indirgeyici (örneğin, Hidrojen-Azot karışımı) bir atmosfer kullanın.
  • Daha yüksek ham yoğunluk elde etmek için presleme parametrelerini iyileştirin veya DPDS (Çift Presleme-Çift Sinterleme) gibi yöntemleri düşünün.

Sorun 5: Yüzey Kusurları (Oksidasyon, Kabarma) Parça yüzeyinde renk değişimi (oksitlenme), pürüzlülük veya küçük kabarcıkların oluşmasıdır.

• Nedenler:
  • Fırın atmosferine hava (oksijen) sızması.
  • Toz içindeki veya yağlayıcıdaki safsızlıkların gaz çıkararak kabarmaya neden olması.
  • Yağlayıcının sinterleme öncesi tam olarak yakılmaması (burn-off).
• Çözümler:
  • Fırının sızdırmazlığını düzenli olarak kontrol edin ve yüksek saflıkta atmosfer gazları kullanın.
  • Gelen tozun ve kullanılan yağlayıcıların kalite kontrolünü yapın.
  • Yağlayıcı giderme (burn-off) adımının sıcaklık ve süresinin yeterli olduğundan emin olun.

Sonuç: Proses Kontrolü Başarının Anahtarıdır

Toz metalurjisi üretiminde karşılaşılan sorunların çoğu birbiriyle bağlantılıdır; kötü bir toz seçimi preslemeyi, hatalı bir presleme ise sinterlemeyi doğrudan etkiler. Bu nedenle başarı, hammaddenin girişinden nihai parçanın çıkışına kadar sürecin her adımının titizlikle kontrol edilmesine bağlıdır. Sorunları ortaya çıktıklarında doğru bir şekilde teşhis etmek ve sistematik bir yaklaşımla kök nedenlerini ortadan kaldırmak, TM’nin sunduğu sayısız avantajdan tam olarak yararlanmayı ve sürekli olarak yüksek kalitede ürünler sunmayı garanti eder.