Investigation of the cutting performances of the diamond tools used in the natural stone industry

Bulut, Berrak
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Natural stone production has become an increasingly important sector with developments in the construction sector in recent years.In this process, new natural stone quarries were opened, and the open quarries were further deepened and enlarged.The development of the natural stone production sector has provided the research of natural stone production methods and technological gains in production machines. Natural stone production in open mining is carried out in the form of cutting the natural stone from the bedrock with different methods and reducing it to the desired dimensions. The diamond cutting wire and saws are the newest and most advantageous method, which has the most application area among the block natural stone production methods.In these methods, after the diamond toolsare contacted with the stone surface to be cut, it is moved at a certain speed with an electric or diesel drive unit, and the cutting process is carried out by breaking off a piece of natural stone with the abrasive wear. Diamond segments are composite materials created by mixing diamond grains and metal powders. Generally, powder metallurgy method is used as production technology. There are many geological and physico-mechanical factors affecting the field performance of the diamond cutting tools; machine power, hardness and abrasiveness of the stone to be cut, operator experience, diamond segment design and production technology. In addition to these parameters, the most important factor affecting the cutting performance is the selection of the metal matrix composition of the diamond tools and the determination of the properties of the diamond such as concentration, grain size and coating type. Diamond is used in cutting, drilling and polishing of hard materials due to its high hardness and high wear resistance.The size of the diamond grains used in the segment is in the range of 18-60 mesh. 20/30 mesh diamond size is for cutting very low hardness and coarse grained stones such as limestone and sandstone, 30/40 mesh diamond size is for cutting medium hard marble stone, 40/50 mesh diamond size is for cutting hard and fine grained stones such as granite and basalt, and 50/ 60 mesh diamond grain size is preferred for cutting flint and very hard granite type stone. As the diamond grain size gets thinner, the impact strength increases. Although high cutting speeds can be achieved with coarse-grained diamonds, fine-grained diamond is preferred as the hardness of the cut stone increases.In addition to diamond grain size, another characteristic that affects cutting performance is its concentration. Concentration refers to the volume of diamond in the insert mix and is calculated by the weight of the diamond in the metal matrix layer. The high diamond concentration provides high wear resistance for the diamond tools, even at high loads. However, a large contact surface requires lowering the grinding intensity. In this case, a lower diamond concentration should be used. Diamonds segments wear during the production of natural stone. This wear can occur both on the diamond grain and between the diamond-matrix interface. The main task of the metal matrix in diamond tools is to hold the diamonds in its structure and to wear it in compatible with the diamond. The matrix should keep the diamonds that have not completed their cutting task in the structure, but should be worn so that the diamonds that have completed the cutting process leave the structure and are replaced by new diamonds with sharp edges. The cobalt (Co) powders and alloys are matrix materials that are widely used in cutting processes of marble and granites. Copper (Cu), tin (Sn) or bronze are used as a metal matrix materials for decrasing the porosity. Tungsten (W) can be used to for increasing the mechanical properties of the metal matrix material. In this study, the metal matrix compositions were developed to improve the cutting performances of the diamond tools. Three different publications are presented in this thesis. The first publication is on the examination of the morphology, microstructure and mechanical properties of Co powders that can be used in the metal matrix composition, and the selection of the appropriate Co powder that can increase the field performance of the diamond tools. The second publication is on the determination of the matrix compositon to increase the cutting speed of the diamond toolsdue to the properties of the stone. In this study, iron (Fe)-based and Co-based metal matrices were formed. In the third publication, aluminum (Al) and silver (Ag)addition were used to increase the performances of thediamond tools in the production of Ankara andesite stone. The first part of the thesis examines the effects of powder grain shape on the final product. The Co powders with spherical(Co-S) and rod-like(Co-R) grain shapes are preferred by the manufacturers in many countries. The effects of these grain shapes on the production of the segment and thus on the final product were examined comparatively. Freeman (FT4) rheometer analysis was performed to predict the behavior of the powders in the cold pressing process. The grain shapes, grain sizes and surface areas of the powders were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM), grain size distribution measurement and Brunauer, Emmett and Teller (BET) analysis. The crystal size of the powders was determined by the Williamson–Hall (W–H) method. Microstructure analyzes were determined by SEM and X-ray diffraction method (XRD), and the density was determined by the Archimedes. The mechanical properties were determined by microhardness measurement, compression test and abrasion test. According to the results obtained by the powder characterization studies, the grain size of Co-S powder is lower than Co-R powder. According to the FT4 analysis results, it was determined that the cold press fluidity of Co-S powder is high, it can fill the cold press mold without creating deep cavities, and the powders are stable against air flow. The results obtained in Co-R powderrevealed that the powders are not stable with air flow, their fluidity is low and they created cavities in the cold press mold during powder filling. It was determined that Co-R samples contain 25% more porosity than Co-S samples. The highest mechanical properties were obtained in Co-S samples. According to the results of this study, the grain shape of the powders significantly affects the powder properties. The Co-S powders are more appropriate in the production of the diamond tools is and it was preferred in the metal matrix compositions in the next studies of the thesis. In the second part of the thesis, the metal matrix compositions to be used in cutting marble and granite stones were examined. Fe-based and Co-based metal matrix groups were formed. In order to determine the microstructure and mechanical properties, SEM, XRD, density measurement, hardness measurement, compression test and relative wear tests were performed. In order to determine the field performances, diamond cutting wires were produced. The hardness, compression strength and the relative wear resistance of Co-based samples are higher than Fe-based samples. The high cutting speeds were obtained with Fe-based matrices in marble stone production. The Fe-based metal matrix is worn during cutting and new diamonds with sharp corners come to the surface and increasing the cutting speed. In Co-based matrices, on the other hand, the cutting speed in marble stone production remained low, because the broken and damaged diamonds remained on the surface and could not perform well during the cutting process. In granite stone cutting, the higher cutting speeds were obtained in Co-based matrices. The high mechanical properties given by Co are maintained at high temperatures to provide high cutting speeds and high service life to the segments. In this study, it has been determined that the first step in the production of the diamond tools is to understand the characteristics of the stone to be cut. In the last part of the thesis, similar to the second part of the thesis, the metal matrix compositions according to stone properties were examined to increase the cutting performance of the diamondsegments. Ankara andesite stone has high hardness and abrasiveness. Since it is in the volcanic stone group, it contains high porosity and glassy phases. Due to its structural features, the service life of the cutting tools is low. For this reason, Al and Ag were used as a matrix material to increase the service lifethe Co-based matrix composition. The microstructure and mechanical properties of metal matrices were determined comparatively. Diamond circular saws were used for field trials. According to the results of the analysis, Ag spread between the grain boundaries and filled the existing porosities. The mechanical properties of the samples increased with the formation of the Al13Co4 intermetallic phase and a decrease in the porosity. The high cutting speeds and long lifetimes were determined for Al and Ag added samples. 57.14%vol. more stone cutting was achieved. The cutting tools obtained from the matrix composition developed in this study are produced in series and the produced saws continue to be used in andesite and basalt stone cutting in Ankara and Kayseri, Turkey. The matrix compositions developed in the thesis have been used in different stone types in different countries and mass production continues.
Doğal taş üretimi, son yıllarda doğal yapı malzemelerine olan talebin artması ve inşaat sektöründe yaşanan gelişmeler ile önemi gittikçe artan bir sektör haline gelmiştir. Bu süreçte yeni doğal taş ocakları açılmış, açık olan ocaklar ise daha fazla derinleştirilmiş ve büyütülmüştür. Doğal taş üretim sektörünün gelişmesi doğal taş üretim yöntemlerinin araştırılmasını ve üretim makinelerinde teknolojik kazanımları sağlamıştır. Doğal taş yatağının üzerindeki örtü tabakasının ekonomik sınırları zorlamadığı durumlarda açık ocak blok doğal taş işleme yöntemleri uygulanmaktadır. Açık işletmelerde doğal taş üretimi, doğal taşın değişik yöntemlerle ana kayadan koparılarak talep edilen boyutlara indirilmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Açık doğal taş ocaklarında uygulanan blok üretim yöntemlerine örnekler; patlayıcı madde kullanımı, kamalama, helezon tel testere ile kesim, kollu kesiciler, elmaslı kesici teller ve testereler, elmaslı kayışlı kollu kesiciler, alevle kesme ve basınçlı su ile kesme olarak sıralanmaktadır. Blok doğal taş üretim yöntemleri içerisinde en fazla uygulama alanı bulunan ve teknolojik açıdan en yeni ve avantajlı olan yöntem elmaslı kesici tel ve testerelerdir. Bu yöntemlerde elmaslı kesici, kesilecek taş yüzeyine temas ettirildikten sonra, elektrikli ya da dizel bir tahrik ünitesi ile belirli bir devirde hareket ettirilerek, abrasif aşınma yöntemi ile doğal taştan parça kopararak kesme işlemini gerçekleştirmektedir. Elmaslı kesici yöntemlerin avantajları; yer altı ve yer üstü kesim çalışmalarında kullanılabilmesi, doğal taş madenciliğinde 200 m2'den büyük boyutlu kesimlerin yapılabilmesine olanak tanıması, ilk yatırım maliyetlerinin düşük olması, makine ve ekipmanların yıpranma payı sürelerinin kısa olması, dahaaz talaş oluşturması, düzgün şekilli blok çıkarımı, iş gücünün daha verimli kullanılmasına olanak tanıması ve yüksek kesim hızları ile üretim kapasitesinin artmasıdır. Elmaslı kesici uçlar elmas ve metal tozları ile elde edilen kompozit malzemelerdir. Genellikle üretim teknolojisi olarak toz metalurji yöntemi kullanılmaktadır. Elmaslı kesicilerin saha performansını etkileyen jeolojik ve fiziko-mekanik birçok faktör bulunmaktadır; kullanılan makine gücü, kesilecek taşın sertliği ve aşındırıcılığı, operatör tecrübesi, kesici uç tasarımı ve üretim teknolojisidir. Bu parametrelerin yanı sıra kesim performansını etkileyen en önemli faktör elmaslı kesicilerin metal matris bileşiminin seçimi ve elmas konsantrasyonu, elmas tane boyutu ve elmas kaplama türü gibi elmasın özelliklerinin belirlenmesidir. Elmas, kimyasal olarak saf karbondan oluşmaktadır ve elmas kübik yapısına sahiptir. Elmas, yüksek sertlik, mükemmel tokluk, yüksek termal iletkenlik, düşük sürtünme ve yüksek aşınma direnci gibi birçok üstün özelliğe sahiptir ve bu nedenle de sert malzemelerin kesim, delim ve parlatma gibi işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kesici uçlarda kullanılan elmas tanelerinin boyutu 18-60 mesh aralığındadır. 20/30 mesh elmas boyutu çok düşük sertlikteki ve iri taneli kireçtaşı, kumtaşı gibi taşların kesiminde, 30/40 mesh elmas boyutu orta sertlikteki mermer taşının kesiminde, 40/50 mesh elmas boyutu sert ve ince taneli granit ve bazalt gibi taşların kesiminde ve 50/60 mesh elmas tane boyutu çakmaktaşı ve çok sert granit türü taş kesiminde tercih edilmektedir. Elmas tane boyutu inceldikçe darbe dayanımı artmaktadır. İri taneli elmaslarla yüksek kesim hızları elde edilse de, kesilen taşın sertliği arttıkça elmas tane boyutunda ince ölçü tercih edilmektedir. Elmasın tane boyutunun yanı sıra kesim performansını etkileyen bir diğer özellik ise konsantrasyondur. Konsantrasyon, kesici uç karışımındaki elmasın hacmini belirtir ve metal matris katmanındaki elmasın ağarlığı ile hesaplanır. Elmas tanesinin ağırlık birimi karattır ve bir karat elmas 0,2 grama eşittir. Örneğin; C100 olarak belirtilen konsantrasyon 4,4 karat/cm3demektir ve bu da metal matris hacminin %25'ini elmasın oluşturduğunu belirtmektedir. Elmas konsantrasyonun belirlenmesi; kesme yüzeyine, elmas tane boyutuna, matrisin aşınma direncine ve çalışma koşullarına bağlıdır. Konsantrasyonun seçimi için genel bir kural olarak; kesme işlemi sırasında dairesel testere ve katrakkesici uç ile doğal taş arasında küçük bir temas yüzeyi varsa elmas konsantrasyonu yüksek olmalıdır. Yüksek elmas konsantrasyonu, elmaslı kesici için yüksek yüklerde bile yüksek aşınma direnci sağlar. Tersine, geniş bir temas yüzeyi, öğütme yoğunluğunun düşürülmesini gerektirir. Bu durumda daha düşük elmas konsantrasyonu kullanılmalıdır. Elmas ile metal tozları arasındaki bağın güçlendirilmesi için karbür kaplamalı elmaslar kullanılabilir.Bu yöntemle sinterleme prosesi sırasında elmasın oksidasyonunu (700 K) ve grafite dönüşmesini engellenir ve elmasın mekanik özellikleri korunabilir. Kesici uçlardaki elmaslar, doğal taş üretimi sırasında maruz kaldıkları kuvvet nedeniyle aşınabilirler. Bu aşınma hem elmas tanesi üzerinde hem de elmas-matris bağ arasında gerçekleşebilir. Elmas tanelerinin aşınma davranışı dört başlıkta sınıflandırılabilir; yeni taneler, kırık taneler, aşınmış taneler ve dökülmüş taneler. Yeni elmas taneleri keskin köşeli yapısını korumaktadır ve elmas yüzeyinde hasar meydana gelmediği için kesim işleme devam etmektedir. Kırık taneler, termal stres ve ardından gelen hızlı soğutma, mekanik yük ile birleştiğinde elmas tanesinin uçlarında kırılmalar meydana gelmektedir ve yeni keskin köşeler de oluşmaktadır. Böylece elmas taneler kesim işlemine devam edebilmektedir. Aşınmış elmaslarda, sürtünme sonucu elmaslar keskin köşelerine kaybeder ve kesme işlemine katkısı olmayan, yuvarlatılmış, düzleştirilmiş kesme kenarları oluşur. Bu elmas taneleri körelmiş veya camlaşmış elmas olarak bilinmektedir. Son olarak elmas ile matris arasındaki bağın tutucu kuvvetinin yeterli olmadığı durumlarda elmas tanelerinin dökülmesi meydana gelir. Kesim işlemine devam eden ya da görevini tamamlayan elmas metal matrisin aşınması ile yapıyı terk eder. Elmaslı kesici uçlarda metal matrisin temel görevi elmas tanelerini yataklama, elması yapıda tutma ve elmas ile uyumlu olacak şekilde aşınma özelliği göstermektir. Matris kesim görevini tamamlamamış elmasları yapıda tutmalı ancak kesim işlemini tamamlamış elmasların yapıyı terk edip yerine keskin köşeli yeni elmasların yüzeye gelmesi için aşınmalıdır. Matris bileşimikesilecek taşın sertliğine ve aşındırıcılığına göre kobalt (Co), bakır (Cu), kalay (Sn), demir (Fe), krom (Cr), nikel (Ni), gümüş (Ag), titanyum (Ti), tungsten (W) gibi elementlerden oluşur. Co tozları ve alaşımları, yüksek mekanik özelliklerinden dolayı mermer ve granitlerin kesim işlemlerinde yaygın olarak kullanılan matris malzemeleridir. Sıvı faz sinterleme yoluyla gözenekleri doldurmak amacıyla bileşime Cu, Sn ya da bronz eklenir. W ve diğer karbür oluşturucu elementler, tane büyümesini önlemek ve dolayısıyla matris malzemesinin mekanik özelliklerini arttırmak için küçük miktarlarda eklenebilir. Elmas tanecikleri ile matris arasında elmasın hizmet ömrünü artırabilecek güçlü bir karbür bağı oluşturmak için Ti, Cr, Silisyum (Si), Vanadyum (V) gibi karbür yapıcılareklenebilir. Elmaslı kesicilerin toz metalurjisi yöntemi ile üretimi metal matris karışımının hazırlanması ve içerisine elmas ilavesi yapılması ile başlamaktadır. Karışım 360 º dönebilen otomatik karıştırıcılarkullanılarak gerçekleştirilir. Elde edilen karışıma, elmas tanelerinin metal tozlar ile bağının arttırılması için granül işlemi uygulanır. Hazırlığı tamamlanan toz-elmas karışımı elmaslı kesici ucun belirlenen ölçülerine göre soğuk preslenir ve ardından sinterlenerek nihai ürün elde edilir. Dairesel testere ve katrak testeresi üretiminde kullanılacak soketler sert lehimleme işlemi ile testerelere kaynatılır. Elmaslı kesici tel üretiminde ise içi boş silindir olarak üretilen uçlar çelik halat üzerine dizilir. Uçlar arasındaki mesafe yay, plastik veya kauçuk malzeme ile sağlanır. Bu çalışmada, elmaslı kesicilerin saha performansını arttırmak için metal matris bileşimleri geliştirilmiştir. Bu tezde üç farklı yayın sunulmuştur. Bu yayınlar sırasıyla, metal matris bileşiminde kullanılabilecek farklı tane şekillerine sahip Co tozlarının (küresel ve çubuksu tane şekli) morfoloji, mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi ve inceleme sonucuna göre elmaslı kesicilerin saha performansını arttırabilecek uygun Co tozunun seçimidir. Bir diğer çalışma, kesilen taşın sertliğine ve aşındırıcılığına uygun matris bileşiminin belirleyerek elmas kesicilerin kesim hızını arttırmaktır. Bu amaçla Co ve Fe esaslı olmak üzere iki ayrı grup metal matris bileşimleri oluşturulmuş ve numunelerin mikro yapıları, mekanik özellikleri ve aşınma özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Son yayın olarak da yüksek sertlik ve yüksek aşındırıcılık özelliğinin yanı sıra yapısında porozite ve camsı fazlar barındıran Ankara andezit taşının üretiminde verimliliği ve kesici ucun kullanım ömrünü arttırmak adına Co esaslı metal matris yapısına alüminyum (Al) ve Ag ilavesi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmada elmaslı dairesel testereler üretilmiş ve kesim denemeleri Ankara bölgesinde endüstriyel alanda tamamlanmıştır. Tezin ilk bölümü toz tane şeklinin nihai ürün üzerine etkilerini irdelemektedir. Öncelikle sektörde kesici uçların üretiminde yaygın olarak kullanılan Co tozları belirlenmiştir. Yuvarlak tane (Co-S) ve çubuksu tane (Co-R) şekline sahip olan Co tozları birçok ülkede üretici firmalar tarafından tercih edilmektedir. Bu tane şekillerinin kesici uç üretim aşamalarına ve dolayısıyla nihai ürün üzerine etkileri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Tozların soğuk presleme işlemindeki davranışlarını, akıcılıklarını ve soğuk pres kalıbını doldurabilme özellikleri öngörebilmek adına Freeman (FT4) reometre analizi gerçekleştirilmiştir. Tozların tane şekilleri, tane boyutları ve yüzey alanları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), tane boyut dağılım ölçümü ve Brunauer,Emmett and Teller (BET) analizleri ile belirlenmiştir. Tozların kristal boyutu Williamson–Hall (W–H) yöntemi ile hesaplanmıştır. Mikroyapı ve mekanik özelliklerin belirlenebilmesi adına silindir şeklinde (7,5 mm çap x14 mm yükseklik) numuneler Spark Plazma Sinterleme (SPS) yöntemi ile 750 ve 800 °C sıcaklıkta ve 115 bar basınç altında sinterlenmiştir. Mikroyapı analizleri SEM ve X- ışını kırınım yöntemi (XRD) ile belirlenirken, yoğunluk Arşimet yöntemiyle belirlenmiştir. Mekanik özellikler mikro sertlik ölçümü, basma testi ve aşınma testi ile belirlenmiştir. Toz karakterizasyon çalışmaları ile elde edilen sonuçlara göre, Co-S toz taneleri Co-R tanelerinden daha küçük boyutludur. FT4 analiz sonuçlarına göre Co-S tozunun soğuk pres akışkanlığının yüksek olduğu, soğuk pres kalıbını derin boşluklar yaratmadan doldurabildiği ve hava akışına karşı tozların stabil olduğu belirlenmiştir. Co-R tozunda elde edilen sonuçlar ise tozların hava akışı ile stabil olamadığı, akışkanlığının düşük olduğu ve toz dolum sırasında soğuk pres kalıbında boşluklar yaratacağı gözlemlenmiştir. Farklı sıcaklıklarda sinterlenen numunelerin XRD analizlerine göre faz farklılıkları bulunmamaktadır. Her iki toz türünde de kübik yüzey merkezli Co fazı tespit edilmiştir. SEM analizleri incelendiğinde Co-S numunelerinde düşük oranlarda porozite gözlemlenmiştir ve artan sinterleme sıcaklığı ile porozite oranında azalma gözlemlenmiştir. Co-R numunelerinde ise yüksek oranda porozite gözlemlenmiştir ve artan sinterleme sıcaklığının yüksek porozite oranına bir etkisi olmadığı gözlemlenmiştir. Co-R numunelerinin Co-S numunelerine göre %25 daha fazla porozite içerdiği tespit edilmiştir. Co-R numunelerinde sinterleme sonrasında tane aralarında derin boşluklar bulunduğu belirlenmiştir. En yüksek mekanik özellikler 800 °C sıcaklıkta sinterlenen Co-S numunelerinde elde edilmiştir. Co-S numunelerinin sertlik değerleri ve relatif aşınma direnci, Co-R numunelerinden sırasıyla %11 ve %44 daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, taneşeklinin, sinterleme kabiliyeti, akış kabiliyeti ve mekanik davranışlar dahil olmak üzere toz özelliklerini önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Doğal taş kesme işleminde kesicilerin mekanik özelliklerinin özellikle sertlik ve aşınma dirençlerinin yüksek olması gerekmektedir.Bu nedenle, elmaslı kesici üretiminde Co-S tozlarının kullanımının daha uygun olduğu belirlenmiştir ve tezin sonraki çalışmalarında metal matris bileşimlerinde bu toz tercih edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, mermer ve granit taşların kesiminde kullanılmak üzere metal matris bileşimleri incelenmiştir. Fe esaslı ve Co esaslı olmak üzere iki ayrı grup metal matris bileşimleri oluşturulmuştur. Mikroyapı ve mekanik özellikleri belirlemek adına SEM, XRD, yoğunluk ölçümü, sertlik ölçümü, basma testi ve aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Saha performanslarını belirlemek adına elmaslı kesici teller üretilmiştir. Saha testlerinde tek telli makineler (sayalama) kullanılmıştır. Kesim sonrası kesici uçların elmas görüntüleri incelenmiş ve hangi taş grubuna hangi metal matrisin yüksek kesim hızı sağlayabileceği belirlenmiştir. Fe esaslı ve Co esaslı numunelerin XRD sonuçlarına göre, Fe ve Co içeriklerinin artmasıyla Fe esaslı ve Co esaslı piklerin yoğunluğu artmış ve bu sonuçlara paralel olarak Cu esaslı piklerin yoğunluğu, matris bileşimlerinde Cu içeriğinin azalmasıyla azalmıştır. SEM analizinde gözlemlendiği gibi, sıvı faz sinterleme sonucunda oluşan Cu adacıkları, matris bileşimlerinin Cu içeriği azaldıkça azalmıştır.Toz bileşime eklenen bronz miktarındaki azalmaya paralel olarak, numunelerin Fe ve Co içerikleri arttıkça Fe esaslı ve Co esaslı numunelerin her iki türünde de sertlik ve basma dayanımı değerleri artmıştır. Co esaslı numunelerin mekanik özellikleri Fe esaslı numunelerden daha yüksektir. Saha kesim performansları karşılaştırıldığında, mermer taş üretiminde Fe esaslı matrisler ile yüksek kesim hızları elde edilmiştir. Fe esaslı matrislerin mekanik özelliklerinin Co esaslı matrise göre daha düşük olmasından dolayı, kesim sırasında metal matris aşınmış ve yüzeye keskin köşeli yeni elmaslar gelerek kesim hızı artmıştır. Co esaslı matrislerde ise aşınma meydana gelmediği için kırılan ve hasar gören, kesim işlemini gerçekleştiremeyecek elmaslar yüzeyde kaldığı ve matrisi terk etmediği için mermer taş üretiminde kesim hızı düşük kalmıştır. Granit taş kesiminde ise taşın sertliğinden dolayı Fe esaslı matrisler yüksek oranda aşınmış ve yoğun elmas dökülmesi meydana gelmiştir. Bu nedenle Co esaslı matrislerde daha yüksek kesim hızları elde edilmiştir. Co metalinin yapıya verdiği yüksek mekanik özellikler ve bu özellikleri yüksek sıcaklıklarda da kaybetmemesi kesici uca yüksek kesim hızları ve yüksek kullanım ömrü sağlamıştır. Bu çalışma ile doğal taş üretiminde kesilecek taşın sertliğinin ve aşındırıcılığının metal matris bileşimi belirlenirken ki önemi vurgulanmıştır. Elmaslı kesici üretiminde ilk adımın kesilecek taş özelliklerinin iyi anlaşılması olduğu belirlenmiştir. Tezin son bölümünde ise, tezin ikinci bölümüne benzer olarak elmaslı kesici uçların saha performansını arttırmak amacıyla taş özelliklerine göre metal matris bileşimleri irdelenmiştir. Kesilen taş Ankara andezit taşıdır. Ankara andezit taşı yüksek sertlik ve aşındırıcılık özelliğine sahiptir. Volkanik taş grubunda olduğundan aynı zamanda yüksek oranda porozite ve camsı fazlar içermektedir. Yapısal özelliklerinden dolayı kesim işleminde kesici ucun kullanım ömrü düşük olmaktadır. Bu nedenle verim artışı sağlamak amacıyla Co esaslı matris bileşimine Al ve Ag ilavesi gerçekleştirilmiştir. Metal matrislerin mikroyapı ve mekanik özellikleri karşılaştırmalı olarak belirlenmiştir. Saha çalışmaları için elmaslı dairesel testereler kullanılmıştır. Konik-dikdörtgen şeklinde üretilen soketler sert lehimleme yöntemi ile dairesel saca kaynatılmıştır. Analiz sonuçlarına göre metal matrise ilave edilen Ag tane sınırları arasında yayılarak var olan poroziteleri doldurmuştur. Al ve Ag ilavesi ile porozite oranında düşüş ve Al13Co4 intermetalik fazın oluşumu ile numunelerin mekanik özelliklerinde artış tespit edilmiştir. Saha performansları karşılaştırıldığında Al ve Ag ilaveli numunelerde yüksek kesim hızları ve yüksek kullanım ömürleri belirlenmiştir. %57 daha fazla taş kesimi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen matris bileşiminden elde edilen kesici uçlar seri olarak üretilmektedir ve üretilen testereler andezit ve bazalt taş kesiminde Ankara ve Kayseri bölgelerinde kullanılmaya devam etmektedir. Tez içerisinde geliştirilen matris bileşimleri farklı taş tiplerinde farklı ülkelerde kullanılmıştır ve seri üretimi devam etmektedir.
Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2021
Anahtar kelimeler
Kesme makineleri, Cutting machines, Taş endüstrisi ve ticareti, Stone industry and trade, Elmas endüstrisi ve ticareti, Diamond industry and trade