Fe-Mn ikili alaşımlarının mekanik özellikleri üzerine borlamanın etkisi
The effect of boronizing on the mechanical properties of Fe-Mn binary alloys
Yazar: MUSA BEKTEŞ
Danışman: PROF. DR. NAZIM UÇAR ; YRD. DOÇ. DR. ADNAN ÇALIK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Akma gerilmesi = Yield stress ; Aktivasyon enerjisi = Activation energy ; Alaşımlar = Alloys ; Mikrosertlik = Microhardness

Özet:
Bu çalışmada, değişik Mn konsantrasyonlarına sahip (%0,42 Mn, %0,76 Mn ve %0,94 Mn) Fe-Mn ikili alaşımlarının, mekanik özellikleri üzerine ısıl ve borlama işleminin etkisi araştırılmıştır. Bunun için, borlama işleminden önce ısıl işleme tabi tutulan ve tutulmayan olmak üzere iki grup numune seçilmiş ve bu numuneler farklı sıcaklık ve farklı sürelerde borlama işlemine maruz bırakılmışlardır. EDX, SEM, XRD ve optik mikroskop analizleri ile yapılan incelemeler sonucunda, iki grup numunenin yüzeyinde bor konsantrasyonu yüksek bir borür tabakasının oluştuğu, onun altında bir geçiş bölgesinin ve en içte de ana matrisin yer aldığı gözlenmiştir. En dış yüzeyde oluşan borür tabakasında FeB, Fe2B ve Mn2B fazlarının oluştuğu saptanmış ve değişik konsantrasyonlara sahip Fe-Mn ikili alaşımlarında, oluşan borür tabakasının sıcaklık, borlama süresi ve ısıl işlem ile doğrudan ilişkili olduğu görülmüştür. Borlanan numunelerde hesaplanan bor atomunun aktivasyon enerjisi de bu ilişkinin varlığını ifade etmektedir. Mekanik özelliklere ısıl işlem ve borlamanın etkisini araştırmak için Vickers mikro sertlik testi ile çekme-uzama testleri kullanılmıştır. Sertlik testleri ve çekme uzama eğrilerinden elde edilen bilgiler, borlanan numunelerde genel anlamda mekanik özelliklerde bir iyileşmenin olduğunu ancak süneklikte ciddi bir azalmanın meydana geldiğini göstermektedir. Mekanik özelliklerdeki iyileşmenin borür tabakasında oluşan sert borür fazlarından kaynaklandığı; artan Mn konsantrasyonu ile mikro sertlikteki artışın ise artan Mn konsantrasyonu ile birlikte Mn atomlarının örgüde ara yerlere yerleşmesi ve bunların deformasyon hareketleri yani çizgisel kusurları kilitlemesi düşüncesi ile açıklamak mümkündür. Öte yandan, borlamadan önce uygulanan ısıl işlem, Fe-Mn ikili alaşımlarında akma zoru ve maksimum zor değerini düşürmekte ancak zorlanmasında önemli bir değişme meydana getirmemektedir. Çalışmada kullanılan malzemelerin bu tür davranış sergilemeleri, ısıl işlemin kristal kusurlarını bir miktar azaltması ve mevcut kusurların homojen biçimde yeniden düzenlenmelerinin bir sonucu olduğu söylemek mümkündür.

Abstract:
In this study, the effect of heat and boriding on the mechanical properties of Fe-Mn binary alloys with different Mn concentration (0.42, 0.76 and 0.94 wt% Mn) were studied. For this purpose it was selected two groups of the samples. One of the groups was borided after a heat treatment, and the other group was borided without pre-heat treatment. These sample groups were borided at different boriding time and boriding temperatures. EDX, SEM, XRD and Optical analysis showed that a boride layer occurred on the sample surfaces with high boron concentration. FeB, Fe2B and Mn2B phases were detected on the boride layer and it was seen that there is a relation of boride layer respect to heat treatment, boriding time and boriding temperature. To the inner regions, under the boride layer a transition zone and main matrix were detected. Activation energy which calculated from borided samples denotes the existence of this relation. Vickers micro hardness test and stress-strain tests were used for researching the effect of boriding and heat treatment. The data obtained from hardness tests and stress-strain graphics showed the improvement of mechanical properties and decrease for ductile behavior. It is possible to explain the improvement of mechanical properties with the hard boride phases occurred on the boride layer. Also increase of hardness with Mn concentration can be explained with the location of Mn atoms at the interatomic zones at the lattice and the prevention of deformation motions. On the other hand heat treatment before boriding increased the flow stress and maximum stress but an important change at the elongation of strain did not occur. Also it can be said that heat treatment decreased crystal defects and present defects ordered again properly.