Elazığ vişne mermerinin işlenebilirliğine kesici takım matris bileşenlerinin etkisi

Bu çalışma, Elazığ Vişne Mermerinin (EVM) İşlenebilirliğine Kesici Takım Matris Bileşeninin Etkisini belirlemek amacı ile yapılmıştır. Mermer üretim maliyeti, esas itibariyle kesici takım performansı ile kontrol edilmektedir. Mermerin kesilebilmesi için öncelikle aşınma türü ile mermer taşı arasındaki etkileyici faktörlerin belirlenmesi gerekir. Mermer kesici takımlarının aşınmasını etkileyen faktörlerin başında aşındırıcı soket matrisi ve elmas partikülleri ile kayaç özellikleri arasındaki üçlü ilişki gelmektedir. Bu çerçevede kesici takım soketini oluşturan metallerin üretim yöntemlerinin mermer kesici takım (MKT) ömrünü nasıl etkileyebileceğinin bilinmesi de önemlidir. Bu nedenle kesici takım ömrünü uzatarak mermer üretim maliyetini düşürebilmek için kesici soketler de kullanılan metal ve bileşimleri ile bunların % miktarlarının ve üretim tekniklerinin EVM ve diğer mermer taşlarına göre belirlenmesi büyük bir önem arz etmektedir.Bu çalışmada özellikle EVM'nin kesme işleminde kullanmak amacıyla 85Cu15Sn bronzu ile %5 Co, %15 Cu ve %2-11 Ni katkılı matris bileşimine sahip elmaslı soketler toz metalürjisi (TM) yöntemiyle üretilmiştir. Ağırlıkça % 2, 5, 8 ve 11 oranlarında ve ortalama 2,5 µm tane boyutlu Nikel tozu matris bileşimine ilave edilmiş ve soketlerin üretimi 270 N basınç altında ve 670°C sinterleme sıcaklığında 4,5 dakika süreyle yapılmıştır. Hazırlanan matris karışımına toplam olarak %27 konsantrasyonunda 40/50 mesh tane boyutuna sahip sentetik elmas tozu ilave edilerek karıştırıcıda karıştırılmıştır. Daha sonra bu matris karışımı sıcak presleme yöntemiyle elmaslı soket haline dönüştürülmüştür. Üretilen soketler 350 mm çapındaki çelik testere disklerine 40Ag19Cu21Zn20Cd kimyasal bileşime sahip ve 1,2 mm çaplı lehim teli ile sert lehim yapılarak birleştirilmiştir.Soket matrislerinin gerçek öz kütleleri ile bağıl öz kütleleri Archimedes prensibine göre tespit edilip teorik öz kütleleri ile karşılaştırma yapıldı. Soket matrislerin sertlikleri Brinell Sertlik Ölçme Cihazı ile 62,5 kg yük altında ve 2,5 mm çaplı bilye kullanılarak ölçülmüştür. Soketlerin eğme mukavemeti üç noktalı eğme testi ile belirlendi.Deney amaçlı üretilen Ni katkılı ve katkısız MKT soketlerinin kesme performansı (aşınma miktarı) Elazığ'da bulunan Alacakaya Mermer, Şaheser Mermer ve Asmer Mermer Fabrikalarındaki PLC sistemli mermer kesme makinelerinde EVM kesilerek belirlenmiştir. Soketlerin aşınma miktarı beş ayrı yerden kumpasla ölçülerek belirlenmiştir.Soketlerin mikro yapı ve kimyasal bileşimi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve enerji dağılımlı X-ışını spektrometresinde (EDX) tekniklerinden faydalanılarak incelenmiştir.Deneysel çalışmalar sonucunda Ni ve diğer metal tozlarının MKT matrisi içerisinde oldukça homojen bir dağılım sergilediği gözlenmiştir. Ayrıca artan Ni katkı miktarı ile MKT matrislerinin sertliklerinde de artış olduğu tespit edilmiştir. Başka bir ifadeyle Ni katkı miktarı artışı ile MKT bünyesindeki gözenekli yapı azalmış olup bu azalmaya bağlı olarak numunelerin sertliklerinde bir miktar artış gözlenmiştir. Soketlerin gerçek öz kütlesi ile bağıl öz kütlelerinde de Ni ilavesine bağlı olarak artış olduğu görülmüştür. Üç noktalı eğme deneyi sonuçlarına göre %2-8 Ni katkılarında soketlerde eğme mukavemetinin arttığı, ancak daha sonra %11 Ni ilaveli numunelerde bu değerin düştüğü gözlenmiştir.SEM incelemelerinde, elmas tozlarının ve matristeki diğer alaşım elementlerinin dağılımının düzenli olduğu ve sinterleme etkisiyle elmas tanecikleri ile matris arasındaki gözeneklerin yok denecek kadar az olduğu tespit edilmiştir. Bu durum, MKT matrisi bünyesindeki Ni katkı oranının artması ile açıklanabilir. Aynı zamanda matris karışımının çok iyi sinterlendiği ve bu paralelde taneciklerin birleşerek boyun verdiği görülmüştür. Taneciklerin boyunlaşarak birleşmesi, sinterleme işleminin tam olarak amacına ulaştığı anlamına gelmektedir.XRD incelemelerinde sinterleme işlemi etkisiyle Cu327,92Sn88,08, CoCu2Sn, Cu41Sn11, CoCu2Sn, Co3Sn2, CoNiSn, Cu2Ni3Sn3, CoSn, Co3Sn2, NiSn, Cu5Sn, Ni4Sn, CuNi2Sn, CuSn, Co3Sn5, Cu9NiSn3, Cu5,6Sn, CoNiSn, Ni4Sn faz ve bileşiklerin oluştuğu tespit edilmiştir. Ayrıca önemli bir bulgu olarak %8?11 Ni katkılı matrislerin XRD incelemesinde monoklinik yapı olan ?-Bronzu (Cu6Sn5) kırılgan fazının oluştuğu gözlenmiştir.Diğer bir önemli bir bulgu ise NR (Referans Numunesi) dahil N1, N2 ve N3'te Co3C fazı, N4'te ise CoCx fazı oluşmuştur. Ayrıca % 11 Ni katkılı N4 numunesinde Co3C ? CoCx dönüşümü gerçekleşmiştir. Bu tespit aşınma sonuçları ile karşılaştırılırsa; özellikle %8?11 Ni'li numunelere ait aşınmış yüzey fotoğraflarında aşınma çizgilerinin iyice azalması şeklinde kendini göstermiştir. Bu da %2-11 Ni katkılı matris malzemesinin aşınma mukavemetinin referans malzemesine göre daha artmış olduğunu göstermektedir.Maksimum gerilme ve kopma gerilmesi değerlerinde %8 Ni katkısına kadar artma, %8?11 Ni katkılarında azalma olduğu tespit edilmiştir. Bu azalmaya %8?11 Ni katkılarının etkisi ile matriste oluşan ?-Bronzu (Cu6Sn5) kırılgan fazının sebep olduğu düşünülmektedir. Hatta matriste oluşan ?-Bronzu fazının sertlik artışının da bir nedeni olduğu düşünülmektedir. Bu arada Ni katkılı MKT'lerde Ni ilave miktarının artışı ile aşınma dirençlerinde de bir miktar artış olduğu görülmüştür. En yüksek aşınma direnci % 11 Ni katkılı numunelerde elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Mermer Kesici Soketi, 85Cu15Sn, Cu, Co, Ni, Mermer Kesici Takım Matrisi, Sıcak Presleme, Toz Metalürjisi, Mermer Kesici Takım Aşınması, Elazığ Vişne Mermeri, ?-Bronzu?