Sert seramik katkıların Cr3C2-NiCr sermetlerin mekanik ve aşınma özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, Cr3C2-NiCr sermetlere sert seramik katkılar ilave ederek mekanik özelliklerde ve aşınma direncinde iyileştirmeler yapılması ve ticari yönden kullanılabilirlik potansiyellerinin arttırılması amaçlanmıştır. Bu sebeple, katkı fazı olarak tetragonal (3Y-TZP) zirkonya, kübik (8Y-Z) zirkonya ve silisyum karbür (SiC) seçilmiş ve ana kompozisyona katkılanmıştır. Gerek ana kompozisyon gerekse katkılı sermetlerin sinterleme kinetikleri incelenmiş, oluşan fazlar X ışınları difraksiyonu ile belirlenmiştir. Mekanik özelliklerin incelemesi için elastik modül, sertlik, mukavemet, kırılma tokluğu ve aşınma testleri yapılmıştır. Oluşan fazların ve göreceli yoğunluk değerlerinin ışığında mekanik özellikler irdelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu ile numunelerin sinterlenme özellikleri, mikroyapısı ve kırılma yüzeyleri incelenmiş; mekanik özellik mikroyapı ilişkisi bu analizler yardımıyla kurulmaya çalışılmıştır. Aşınma testlerinin değerlendirilmesinde de SEM yüzey analizlerinden ve profilometre sonuçlarından yararlanılmıştır. Ana kompozisyonda yoğunlaşma 1350 °C'de sağlanırken, % 2 zirkonya katkılanmış sermetlerde yoğunlaşma 1300 °C'de sağlanmış, daha küçük karbür ve katkı boyutuna sahip, neredeyse teorik yoğunluğa ulaşan bu sermetlerde kırılma tokluğu ve sertlik en yüksek değerine ulaşmıştır. SiC katkılanmış sermetlerde ise mekanik özelliklerde bir iyileşme sağlanamamıştır. Aşınma testlerinde ise en düşük aşınma hızları ana kompozisyonda elde edilmiş, tüm katkılarda ve artan katkı oranlarında, aşınma hızının arttığı görülmüştür. Metal-karbür faz sürekliliğinin katkılar sebebi ile korunamamış olması ve sert fazların yapıda üçlü aşınma sistemi oluşturması nedeniyle malzeme kaybına daha fazla sebep olması aşınma hızı değerlerinin artmasına yol açmıştır.In this study, Cr3C2-NiCr based cermets were reinforced with hard ceramics in order to improve their mechanical and wear properties, as well as to increase the commercial potential of these cermets. Towards this aim, tetragonal (3Y-TZP) zirconia, cubic (8Y-Z) zirconia and silicon carbide (SiC) were chosen as hard reinforcements and added to the master composition. Sintering kinetics of both the master cermet and the reinforced cermets were studied and formed phases were evaluated by X-ray diffraction analysis. Elastic modulus, hardness, three point bending strength and fracture toughness and wear tests were conducted in order to characterize the mechanical properties. The mechanical properties were evaluated in the light of formed phases and relative densities. Sintering behavior, microstructure and fracture surfaces of specimens were examined by SEM; mechanical properties were associated with the microstructure using these analysis results. SEM analysis and profilometer results were used for the evaluation of wear tests. The densification temperature of the master cermet was found to be 1350 °C; while it was 1300 °C for 2 w% zirconia reinforced cermets which led to smaller carbide grains, finer zirconias. This microstructure maximized the fracture toughness and the hardness. On the other hand, there was no improvement in mechanical properties of the SiC reinforced cermets. Best results were obtained from master composition for wear tests; wear rate increased for all reinforcements and increasing reinforcement ratios. The decrease in metal-carbide contiguity due to the hard reinforcements and three body wear system caused higher amount of material removal; therefore an increase in wear rates of reinforced cermets was observed.