SiAlON Seramiklerinin Inconel 718 Süperalaşımı ile Kimyasal Etkileşimlerinin Araştırılması

Abstract

Süperalaşımlar sahip oldukları yüksek sıcaklıklarda yüksek mekanik dayanımları ve kararlı yüzey yapıları ile havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu malzemeleri yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun kılan mekanik ve ısıl özelikler, aynı zamanda talaşlı imalat sürecini de zor hale getirmektedir. Bu nedenle, süperalaşımlar “işlenmesi zor malzemeler” olarak tanımlanırlar. SiAlON esaslı seramikler sahip oldukları eşsiz yüksek sıcaklık özellikleri ile süperalaşımların yüksek hız torna ve freze operasyonlarında kesici takım malzemesi olarak kullanılmaktadırlar. Freze operasyonları başta olmak üzere süperalaşımların talaşlı işlenmesinde yüksek kesme hızına (>500 m/dk) bağlı olarak kesme bölgesi sıcaklığının 1000°C’nin üzerine çıktığı ve bu sıcaklıklarda kesici takım malzemesi ve süperalaşım arasında kimyasal reaksiyonlara bağlı aşınmanın gerçekleşmesi bilinmektedir. Bu projede, SiAlON esaslı seramik malzemelerin yüksek sıcaklıkta Inconel 718 süperalaşımı ile olan kimyasal etkileşim sürecinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için farklı özelliklere sahip SiAlON kompozisyonları ile Inconel 718 alaşımı yüksek sıcaklıkta kaynaklanarak difüzyon çiftleri oluşturulmuş, difüzyon arayüzey morforlojisi ve kimyasal kompozisyonu taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Elde edillen bulgular, düfüzyon tabaka kalınlığının önemli ölçüde SiAlON seramiklerinin z değeri, β-SiAlON içeriği, kullanılan ilave oksit türü ve sayısına bağlı olduğunu göstermiştir. Tabaka kalınlığının artan “z” değeri ve β-fazı içeriği ile azaldığı, Yb katkısının tabaka kalınlığının azaltılması açısından diğer ilave oksitlere kıyasla daha etkin olduğu bulunmuştur.

Superalloys with higher mechanical strength and surface stability at elevated temperatures, are widely utilized in aviation industry. The mechanical and the thermal properties of superalloys, which make them suitable for high temperature applications, make also the machining of these materials challenging. For that reason, superalloys are defined as “difficult to cut materials”. SiAlON ceramics are the attractive tool materials for high speed turning and milling of superalloys due to their unique high temperature properties. It is well-known that the cutting temperature exceeds 1000°C at the cutting zone due to high cutting speeds (>500 m/min) in especially milling operations, and therefore, wear, which is based on the chemical interactions between tool and workpiece material, takes place at these elevated temperatures. In this project, it was aimed to investigate the chemical interaction between Inconel 718 alloy and SiAlON based ceramic materials at high temperatures. In order to do that, diffusion couples of Inconel 718 alloy and different SiAlON composition were manufactured based on joining of a thin layer of Inconel 718 sample between two SiAlON pellets at the temperatures higher than 1000°C under vacuum environment. The morphology and chemical composition of diffusion interfaces were examined by scanning electron microscope (SEM). The results indicated that the diffusion zone thickness depends mainly on “z” value, β-SiAlON content, type and number of additive oxides. It was found that the zone thickness is inversely changes with increasing “z” value and β-SiAlON content and Yb is the most effective additives oxide compared to the other oxides for minimizing of interaction zone thickness.