Farklı sıcaklıklar ve sürelerde yerli borlama tozu ile borlanmış aısı 1020 çeliğinin yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural, mechanical and tribological properties of aisi 1020 steel boronized with domestic boronizing powder at different temperatures and durations
Yazar: BÜNYAMİN YAMANEL
Danışman: PROF. DR. OSMAN BİCAN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Borlama, malzeme yüzeyinde sert bir tabaka oluşturarak sertliği ve aşınma direncini artıran bir yüzey işlemidir.  Difüzyon mekanizmasıyla bor verici ortamdaki borun malzeme yüzeyine difüze olması şeklinde gerçekleşir. Bu işlem neticesinde yüzeyde bir borür tabakası meydana gelir. Borür tabakasında ortorombik kristal yapıya sahip FeB ve hacim merkezli tetragonal yapıya sahip Fe2B bileşikleri oluşur. Bu fazlardan FeB 1600-2400 HV sertlik değerine sahipken, Fe2B 1600-2000 HV sertlik değerine sahiptir. Daha yüksek sertlik değerlerine sahip olmasına rağmen gevrek olduğu için yapıda FeB yapısı istenmemektedir. Borlama işlemleri katı, sıvı ve gaz borlama olarak üç farklı şekilde yapılmaktadır. Takım çelikleri, ıslah çelikleri, paslanmaz çelikler, imalat çelikleri, yay çelikleri gibi birçok malzemeye rahatlıkla uygulanabilir. 
Makine ve imalat sanayinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri de aşınmadır. Malzemelerin aşınma direncinin yüksek olması için dış kısmının sert, darbe dayanımının yüksek olması içinse iç kısmının sünek olması istenmektedir. Malzemenin dış kısmının sert olmasının istenmesinin nedeni en büyük eğilme ve burulma momentlerinin dış kısımda oluşmasıdır. Gerek mekanik özellikler gerekse de aşınma nedeniyle malzeme hasarları meydana gelmektedir. 
Bu çalışma da makine imalat sanayinde çeşitli makine parçalarında, cıvata, somun yapımında ve sanayinin birçok farklı alanında kullanılan AISI 1020 çeliği farklı sıcaklık ve sürelerde katı borlama işlemine tabi tutularak optimum koşullar belirlenmiştir. Aşınma testleri, XRD analizi, SEM analizi, sertlik ölçümleri, korozyon testleri yapılarak malzemenin yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri incelenmiştir. 
Anahtar kelimeler: AISI 1020, Katı Borlama, Korozyon, Aşınma, SEM, İç yapı, Sertlik

Abstract:
Boronizing is a surface treatment process that creates a hard layer on the material surface, enhancing its hardness and wear resistance. It occurs through the diffusion mechanism, where boron from the boronizing medium diffuses into the material surface. As a result of this process, a boride layer forms on the surface. Within the boride layer, compounds such as FeB with an orthorhombic crystal structure and Fe2B with a body-centered tetragonal structure are formed. While FeB has a hardness value of 1600-2400 HV, Fe2B has a hardness value of 1600-2000 HV. Despite having higher hardness values, FeB structure is not desired due to its brittleness. Boronizing processes can be conducted in three different forms: solid, liquid and gas boronizing. It can be applied to various materials such as tool steels, alloy steels, stainless steels, construction steels and spring steels.
One of the major challenges encountered in the machinery and manufacturing industry is wear. For materials to have high wear resistance, it is desired for their outer layer to be hard, while the inner layer should possess high impact resistance. The reason for desiring the outer layer to be hard is because the largest bending and torsional moments occur in the outer regions. Material damage occurs due to both mechanical properties and wear. 
In this study, AISI 1020 steel, commonly used in various machine parts, bolt and nut production and in many different areas of industry, has been subjected to solid boronizing process at different temperatures and durations to determine the optimum conditions. Wear tests, XRD analysis, SEM analysis, hardness measurements and corrosion tests have been conducted to investigate the structural, mechanical and tribological properties of the material.
Keywords: AISI 1020 Steel, Pack Boriding, Corrosion, Wear, SEM Analysis, Microstructure, Hardness