IN718 SÜPERALAŞIM TOZUNUN ENJEKSİYON KALIPLANABİLMESİ İÇİN İSKELET BAĞLAYICI POLİPROPİLEN KULLANILARAK HAZIRLANAN BESLEME STOKLARININ REOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Yapılan çalışmada, özellikle uzay endüstrisinde yaygın olarak kullanılan IN718 tozunun hatasız toz enjeksiyon kalıplanabilmesi (TEK) için en uygun reolojik özellikleri belirlenmiştir. İskelet bağlayıcı olarak Polipropilen kullanılarak üç farklı bağlayıcı kürü ile %61, 63 ve 65 (%hacimce) toz yükleme oranlarında besleme stokları hazırlanmıştır. Besleme stokları içerisinde bulunan IN718 tozunun ortalama parçacık boyutu 13,40 mikrondur. Kullanılan bağlayıcılar (Polietilenglikol, Parafin Wax, Carnauba Wax, Stearik Asit ve Polipropilen) 3 boyutlu karıştırıcıda kuru olarak 30 dakika karıştırılarak bağlayıcı kürleri hazırlanmıştır. Elde edilen besleme stoklarının reolojik özellikleri kılcal reometre kullanılarak karakterize edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalarda sıcaklık ve basınca bağlı olarak besleme stoklarının kayma gerilmeleri (߬ሻ, kayma hızları (ߛሶሻ, viskoziteleri (ߟሻ, akış davranış indeks değerleri (n) ve akış aktivasyon enerjileri (Ea) belirlenmiştir. Kılcal reometrenin sıcaklıkları 130-200o C arasında, basınç değerleri ise 0,165-2,069 MPa arasında değiştirilmiştir. TEK besleme stoklarının kayma gerilmeleri (߬ሻ10,8-135,3 kPa arasında belirlenmiştir. TEK besleme stoklarının görünür kayma hızları 6,890- 814,718 s-1 olarak bulunmuştur. Bağlayıcı formülü, sıcaklığı, kayma gerilmesi ve kayma hızına bağlı olarak besleme stoklarının görünür viskoziteleri 55,349-1571,707 Pa.s aralığında hesaplanmıştır. TEK besleme stoklarının akış davranış indeksi (n) parametrelerinin 1den az olduğu tespit edilmiştir. Besleme stoklarının görünür viskozitesi üzerine sıcaklığın etkisi incelemiş ve çeşitli kayma gerilmeleri altında akış aktivasyon enerjilerinin 11,750-51,958 kJ/mol aralığında olduğu tespit edilmiştir.

INVESTIGATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF FEEDSTOCK USING THE BACKBONE BINDER POLYPROPYLENE FOR INJECTION MOLDING OF IN718 SUPERALLOY POWDER

In this study, optimum rheological properties for powder injection molding (PIM) of IN718 powder, widely used in aerospace industry, were determined. The feedstocks were prepared 61, 63 and 65% (volume) powder loading rates with three different binding cures using Polypropylene as backbone binder.The mean particle size of used IN718 powder was 13.40 microns. Components used in the binding (Polyethylene Glycol, Paraffin Wax, Carnauba Wax, Stearic Acid and Polypropylene ) were mixed for 30 minutes as dry in three dimensional mixer to prepare binder cures. Rheological properties of feedstock were characterized by using a capillary rheometer. In this experimental studies, shear stress (τ), shear rates (ߛሶ), viscosity (η), flow behavior index (n) and the flow activation energies (Ea) of feedstocks were determined depending on the temperature and pressure. Temperatures and pressure values of capillary rheometer changed 130-200o C and 0.165-2.069 MPa, respectively. Shear stress (߬ሻ of PIM feedstocks determined between 10.8-135.3 kPa. Apparent shear rates (ߛሶ) of PIM feedstocks were found to be 6.890-814.718 s-1. Apparent viscosities of feedstocks were calculated within the range 55.349-1571.707 Pa.s depending on the temperature, binder formula, shear stress and shear rate. The flow behavior index (n) parameters for PIM feedstocks were determined to be less than 1. Effects of temperature onto apparent viscosities of feedstocks were also studied and flow activation energies under various shear stresses were determined within the range of 11.750-51.958 kJ/mol.

PDF

___

1. Contreras, M., Jiménez-Morales, A., Torralba, J.M., Influence Of Particle Size Distribution And Chemical Composition Of The Powder On Final Properties Of Inconel 718 Fabricated By Metal Injection Moulding (Mim), PIM International, 4: 1, 67-70, 2010.
2. Klöden, B., Jehring, U., Weißgärber, T., Kieback, B., Langer, I., Ralf W.-E. Stein, High Temperature Properties of MIM-Processed Superalloys, Powder Injection MouldingSuperalloys & Composites- PM2010 World Congress, Floransa, İtalya, 2010.
3. Cheng, L.H.,Hwang, K.S., Fan, Y.L. Molding Properties and Causes of deterioration of Recycled Powder Injection Molding Feedstock, Metallurgical And Materials Transactions A, 3210 3216, 2009.
4. German, RM, Bose A. Injection moulding of metals and ceramics, Metal Powder Industries Federation. NJ: Princeton; 1997.
5. Youhua, H., Yimin, L., Hao,H., Jia, L., Xiao, T. Preparation and Mechanical Properties of Inconel718 Alloy by Metal Injection Molding, Rare Metal Materials and Engineering, 39: 5, 775-780, 2010.
6. Julien, B., Després, M. Metal Injection Moulding: A Near Net Shape Fabrication Method for the Manufacture of Turbine Engine Component. In Cost Effective Manufacture via Net-Shape Processing, 8-1, 2006.
7. Valencia, J.J.,McCabe, T., Hens, K., Hansen, J.O., Bose, A., , Microstructure and Mechanical Properties of Inconel 625 and 718 Alloys Processed by Powder Injection Molding, Superalloys 718, 625, 706 and Various Derivatives, ed. E.A. Loria, The Minerals, Metals & Materials Society, 935 945, 1994.
8. Johnson, J. L., Tan, L.K., Suri, P.,German, R.M., Mechanıcal Propertıes And Corrosıon Resıstance Of Mım Nı-Based Superalloys, Advances in Powder Metallurgy&Particulate Materials 2004, Part4, Princeton: Metal Powder Industries Federation, 89-101, 2004.
9. Auzène,D.,Investigations into water soluble binder systems for Powder Injection Moulding PIM International, 5:1, 51-54, 2011.
10. Karatas, Ç., Sözen, A., Arcaklioglu, E., Erguney, S., Investigation of mouldability for feedstocks used powder injection moulding Materials and Design 29, 17131724, 2008.
11. Urtekin, L., Toz Enjeksiyon Kalıplanmış Steatit Seramiklerin Özelliklerine Kalıplama ve Sinterleme Parametrelerinin Etkisinin İncelenmesi Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 45-86, 99, 2008.
12. Karataş, Ç., Sarıtaş, S., Toz Enjeksiyon Kalıplama : Bir Yüksek Teknoloji İmalat Metodu, Journal of Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University., 13:2, 193, 1998.
13. German, R.M., Powder Injection Molding, New Jersey, USA, 1-225, 1990.
14. German, M.R., Powder Injection Molding, Metal Powder Industries Federation, USA, 219- 276, 1990.
15. Karataş, Ç., Toz Enjeksiyon Kalıplamada Karışımın Reolojisi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü, Ankara, 30-85, 1997.
16. Porter, M.A., Effects of Binder Systems for Metal Injection Moulding, Masters Thesis, MSc Programmes in Engineering, Lulea University of Technology, 6-55, 2003.
17. Urtekin, L., Uslan, İ., Tuç, B., Steatitin enjeksiyon kalıplana bilirliğine besleme stok reolojilerinin etkisinin araştırılması, Journal of Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 27:2, 333-341, 2012.
18. Sotomayor, M.E., Várez, A., Levenfeld, B., Influence of powder particle size distribution on rheological properties of 316L powder injection moulding feedstocks, Powder Technology 200, 30-36, 2010.
19. Karataş, C., Kocer, A., Ünal, H.I., Saritaş, S., Rheological properties of feedstocks prepared with steatite powder and polyethylene-based thermoplastic binders, Journal of Materials Processing Technology, 152: 77-83, 2004.
20. Huang, B., Liang, S., Qu, X., The rheology of metal injection molding, Journal of Materials Processing Technology 137, 132-137, 2003.
21. Hidalgo, J.,Contreras, J.M., Baile, B., JiménezMorales, A., Torralba, J. M. Rheological and Thermal Behavior Of Powder Injection Moulding (PIM) Feedstocks Fabricated with Binder Systems Based On Waxes, PM2010 World Congress-Powder Injection Moulding: Feedstock Materials, Floransa, İtalya, 2010.
22. Sotomayor, M.E., Levenfeld, B., Várez, A., Powder Injectıon Mouldıng of Premıxed Ferrıtıc and Austenıtıc Staınless Steel Powders, Materials Science&Engineering A, 528: 9, 3480-3488, 2011.
23. Raza, M.R., Ahmad, F., Omar, M.A., German, R.M., Binder Removal from Powder Injection Molded 316L Stainless Steel, Journal of Applied Science 11, 2042 2047, 2011.
24. Yang W.W., Yang K.Y., Hon H.H., Effect of PEG molecular weight on rheological behaviour of alumina injection molding feedstock, Materials Chemistry and Physics, 78, 416-424, 2002.
25. Shibo G., Xuanhui Q., Xinbo H., Ting Z., Bohuave D., Powder injection molding of Ti 6Al4Valloy, Journal of Materials Processing Technology, 173:3, 310-314, 2006.
26. Li, D.,Hou, H., Tan, Z., Lee, K., Metal injection molding of pure molybdenum Advanced PowderTechnology 20, 480487, 2009.
27. Ibrahim, R., Azmirruddin, M., Jabir, M., Johari, N., Muhamad, M., Talib, A. R. A., Injection Molding of Inconel 718 Parts for Aerospace Application Using Novel Binder System Based on Palm Oil Derivatives, World Academy of Science, Engineering and Technology 70, 526- 530, 2012.