Süper alaşımların işlenmesine yönelik SİALON seramiklerin tane sınır fazı kristalizasyonunun incelenmesi

Abstract

SiAlON seramikleri sahip oldukları üstün yüksek sıcaklık, mekanik ve termal özelliklerinden dolayı kesici uç uygulamalarında geniş kullanım potansiyeline sahiptirler. Bu malzemeler düşük aşınma oranları ve yüksek sıcaklık dayanımları nedeniyle süper alaşımları yüksek hızda işlemede potansiyel malzeme haline gelmişlerdir. Ancak mevcut SiAlON kesici uçların süper alaşım işleme performansları, ticari olarak kullanılan Al2O3-SiCw kesici uçlara oranla daha düşük kırılma tokluğu ve kimyasal aşınma direncinden dolayı hala Al2O3-SiCw kesici uçlar kadar iyi değildir. SiAlON’ların kimyasal aşınma direnci kompozisyon, mikroyapı, ikincil takviye fazları, sinterleme ilavesi türü ve miktarı, tanelerarası faz kimyası (amorf veya kristal) ve katı çözünürlük (z) değeri ile kontrol edilmektedir. Malzemenin kimyasal aşınma özelliğinde çok etkili parametre olan SiAlON’un katı çözünürlük (z) değeri ve tane sınır fazı kristalizasyonu ilişkisini araştırmak önemlidir. Daha önceden yapılan çalışmalarda z değerinin sürünme, aşınma, termal şok direnci, mukavemet, kırılma tokluğu, sertlik ve yoğunlaşma davranışı üzerine etkisi araştırılmıştır. Ancak z değerinin tane sınır fazı kristalizasyonu üzerine etkisi çalışılmamış bir konudur. Bu amaçla 25α':75β' faz oranında farklı dopant sistemleri (Y2O3-Sm2O3-CaO, Er2O3-Sm2O3-CaO, Yb2O3-Sm2O3-CaO) kullanılarak z değeri 0.6 olan, farklı miktarlarda sinterleme ilaveleri ile TiN ilaveli ve ilavesiz kompozisyonlar tasarlanarak, dopant türüne bağlı olarak z değerinin değişimi ve tane sınır fazı kimyası araştırılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmalar sonrasında kristal tane sınır fazına sahip yüksek z değerlerinde SiAlON malzeme (0.6-0.9) gelişimi sağlanmış, kristalizasyon için en uygun dopant sisteminin Yb2O3-Sm2O3-CaO olduğu görülmüş ve z değeri yüksek, kristal tane sınır fazı ve yeterli sertlik ve kırılma tokluğuna sahip malzeme eldesi başarılmıştır. Yüksek z değerinde tane sınır fazının kristalizasyonu başarılarak literatüre özgün katkı yapılmıştır.

SiAlON ceramics have the extensive usage potential in cutting tool applications due to the superior high temperature resistance, mechanical and thermal properties. This materials have become a potential material in high speed superalloy machining because of their low wear rate and high temperature strength. However superalloy machining performance of current SiAlON tools are not as good as Al2O3-SiCw cutting tools which are still used commercially because of their lower fracture toughness and chemical wear resistance,. Chemical wear resistance of SiAlONs is controlled by microstructure, types and amounts of sintering aids, secondary reinforcement phases, intergranular phase chemistry (amorphous or crystalline) and the solid solubility (z) value. It is important to investigate solid solubility range (z) and intergranular phase crystallisation relationship of SiAlONs in respect of their effectiveness on chemical wear resistance. Previous studies have shown that the z value is very effective parameter on creep behaviour, wear behaviour, thermal shock resistance, strength, fracture toughness, hardness and density. Although the effect of the z value on grain boundary phase crystallisation has not been emphasized yet. For this purpose, 25α'75β' SiAlON compositions (z:0.6) were designed with and without TiN addition and different dopant systems (Y2O3-Sm2O3-CaO, Er2O3-Sm2O3-CaO, Yb2O3-Sm2O3-CaO) and sintering aid contents. Change in z value and intergranular phase chemistry has been investigated depend on dopant systems, sintering aid content and TiN addition. After performed studies, development of SiAlON ceramics was provided having with crystalline intergranular phase chemistry at high z values (0.6-0.9). The results showed that Yb2O3-Sm2O3 CaO dopant system has beter intergranular phase crystallisation tendency with high z values and the material has appropriate hardness and fracture toughness. By this way with succeed in crystallisation of grain boundary phase at high z value unique contribution has been made into the literature.