Yüksek bor içerikli çelik döküm alaşımlarında yapı ve özellik ilişkisi
Structure property relationship of high boron cast alloy steel
Yazar: ÖMERFARUK MURATHAN
Danışman: PROF. DR. KADİR KOCATEPE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Demir çelik endüstrisi = Iron steel industry ; Kalan östenit = Retained austenite ; Mikrosertlik = Microhardness ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear ; Çelik döküm = steel casting

Özet:
Bu çalışmada, ağırlıkça %0,48C, %0,43Si, %1,02Mn ve %11,15 Cr içeren ötektoid altı çelik alaşımına farklı bor (%0,5-5) ilavelerinin mikroyapı, sertlik, aşınma direnci ve tokluk üzerine etkisi araştırılmıştır. Farklı oranlarda bor içerecek şekilde tasarlanan numuneler ağırlıkça %0,5, %1,5, %2,0, %3,0, %4,0 ve %5,0 B içeriği için, Fe-B ilaveleri eşit oranlarda ocakta, potada ve sıvı alaşımın alfa-set reçine bağlayıcılı silis kumu kullanılarak üretilen "Y" blok kalıplara dökülmesi sırasında yapılmıştır. 1050  ºC sıcaklıkta 60dk süre ile östenitleme işlemi uygulanan numuneler tuz banyosunda 390 ºC sıcaklıkta 3 farklı süre ile (24 saat, 96 saat ve 168 saat) izotermal ısıl işlemlerine tabi tutulmuştur. İşlemsiz ve ısıl işlem görmüş numunelerin mikroyapı (optik mikrosokop, elektron tarama mikroskobu, elektron tarama mikroskobu element analizi, x-ışın difraksiyonu) ve mekanik özellikleri (makro/mikro sertlik, aşınma direnci ve darbe dayanımı) belirlenmiştir. Bu çalışmada aşağıda verilen sonuçlar elde edilmiştir; alaşıma yapılan bor ilavelerinde mikroyapıda martensit ile birlikte ağ şeklinde (network) borür ve bor karbürlerin                                       (Fe2B ve (Cr, Fe)7(C, B)5) karışımından meydana gelen ötektik faz gözlemlenmiştir. Alaşıma ilave edilen bor miktarı arttıkça borür ve karbürlerin hacim oranı artmış ve ağırlıkça %3,10 ve %4,75 bor içeren numunelerde sırasıyla %60 ve %69 karbür/borür hacim oranları matris konumunu almışlardır. Bor ilaveleri ile mikroyapıda meydana gelen karbür ve borürler, %2,05'e kadar bor içeren dökümlerde iskeket (fishbone) şekline sahip ve ağ şeklinde dağılım gösterirken daha fazla bor içeriklerinde çubuk (rod/needle) şekline dönüşmüş ve düzensiz dağılım göstermiştir. Alaşımın içerdiği bor miktarı arttıkça makro sertlik ve aşınma dayanımı artmış ancak tokluk düşmüştür. Farklı oranlarda bor içeren ve martensitik matrise sahip numunelerin matris mikroyapısı izotermal ısıl işlemleri ile değişmemiştir. İzotermal ısıl işlemleri ağırlıkça %3,10 bor içeriğine kadar makro sertlik ve tokluk değerlerini artırmış ancak aşınma dayanımı üzerinde dikkate değer bir etki göstermemiştir.

Abstract:
In this work, the effect of different boron (0.5-5%) additions to a hypoeutectoid steel alloy containing 0.48%C, 0.43%Si, 1.02%Mn and 11.15%Cr by weight on microstructure, hardness, wear resistance and toughness has been researched. For the B content of 0.5%, 1.5%, 2.0%, 3.0%, 4.0%and 5.0%by weight of the samples designed to contain boron in different ratios, Fe-B additions were made in equal proportions in the furnace, in the crucible and during the pouring of the liquid alloy into "Y" block molds produced using silica sand with alpha-set resin binder. The samples, which were austenitized at a temperature of 1050 ºC for 60 minutes, were subjected to isothermal heat treatment in a salt bath at a temperature of 390 ºC for 3 different periods (24 hours, 96 hours and 168 hours). Microstructure (optical microscope, scanning electron microscope, scanning electron microscope with elemental analysis, x-ray diffraction) and mechanical properties (macro/micro hardness, wear resistance and impact thoughness) of untreated and heat treated samples were determined. The following conclusions were obtained in this study; The eutectic phase consisting of a mixture of network boride and boron carbides                   (Fe2B and (Cr, Fe)7(C, B)5) with martensite in the microstructure was observed in boron added alloy. As the amount of boron additions increased, the volume ratio of boride and carbides increased. Samples containing 3.10%and 4.75%boron by weight, 60%and 69%carbide / boride volume ratios, respectively, took the matrix position. Carbides and borides formed in microstructure with boron additions have fishbone shape and network distribution in castings containing up to 2.05%boron, while at higher boron contents they have turned into rod/needle shape and exhibited an irregular distribution. As the boron content of the alloy increased, macrohardness and wear resistance increased, but the toughness decreased. The matrix microstructure of the samples containing varying amounts of boron and martensitic matrix did not change by isothermal heat treatment. Isothermal heat treatments increased the macrohardness and toughness values of alloys up to 3.10 wt%boron content, but did not have a remarkable effect on wear resistance.