Bilyalı dövme, plazma nitrürleme ve bilyalı dövme/plazma nitrürleme dubleks yüzey işlemi uygulanmış AISI 4140 çeliğinin manyetik alan altındaki tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the tribological properties of shot peened, plasma nitrided and shot peening/plasma nitriding duplex surface treated AISI 4140 steel under magnetic field
Yazar: HALİL ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİM KOVACI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Aşınma, yorulma, korozyon ve kırılma gibi hasarların büyük çoğunluğu malzemelerin
yüzeylerinden kaynaklanmaktadır. Bu hasarların giderilmesi için birçok yüzey işlemi
kullanılmaktadır. Termokimyasal bir yüzey işlemi olan plazma nitrürleme, aşınmaya maruz
kalan yüzeylerin tribolojik özelliklerini iyileştirmek için sıklıkla kullanılmaktadır. Son
yıllarda, plazma nitrürleme işleminin etkinliğini artırmak için ön işlem olan bilyalı dövme
işlemi uygulanarak yüzeyde her iki işlemin etkisi ile meydana gelen dubleks yüzey işlemi
önerilmiştir. Tüm bu işlemlerin yanı sıra, incelenen bir diğer konu manyetik alanın yüzeyleri
nasıl etkilediği ile alakalıdır. Çünkü, birlikte bilindiği üzere birçok malzeme ve makine
elemanı manyetik alana maruz kalmaktadır. Manyetik alanın aşınmaya etkisi hakkında birçok
çalışma yapılsa da bilyalı dövülmüş ve akabinde plazma nitrürlenmiş dubleks yüzey işlemi
görmüş malzemelerin manyetik alan altındaki sürtünme ve aşınma davranışları henüz
bilinmemektedir.
Bu çalışmanın temel amacı, bu dubleks işleminin metalik malzemelerin manyetik etkiler
altındaki sürtünme ve aşınma davranışına etkilerini belirlemektir. Bu amaçla, AISI 4140 çelik
malzemeden üretilen numuneler 16, 20 ve 24 Almen şiddetlerinde dövülmüş ve dövüldükten
sonra 1 ve 4 saatlik sürelerde %50N2-%50H2 gaz karışımı kullanılarak 500°C sıcaklıkta
plazma ile nitrürlenmiştir. Numunelerin tribolojik özelliklerini belirlemek için manyetik alan
uygulanmaksızın ve manyetik alan uygulanarak aşınma testleri yapılmış olup numunelerin
yapısal ve mekanik özellikleri XRD, SEM, 3D profilometre ve mikrosertlik cihazı ile analiz
edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, bilyalı dövme ve plazma nitrürleme ile oluşturulan
dubleks yüzey işleminin malzemenin mekanik özelliklerini ve aşınma performansını; yüzey
sertliğini artırarak, yüzeyde bası artık gerilmeleri oluşturarak, yüzeyin tane boyutunu
küçülterek ve malzemenin yüzeyinde sert fazlar oluşturarak iyileştirdiği görülmüştür. Bunun
yanı sıra manyetik alan, metalik malzemelerin yüzey enerjisini artırarak yüzeyde bir oksit
filmi oluşturmuştur. Bu film tabakasının, testler esnasında yüzeyin aşınmasını önlediği ve
bunun sonucunda yüzeyin tribolojik özelliklerinin olumlu yönde etkilendiği sonucuna
varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Sürtünme, Aşınma, Bilyalı dövme, Plazma nitrürleme, Manyetik alan.

Abstract:
The majority of damages such as wear, fatigue, corrosion and fracture are caused by the
surfaces of the materials. Many surface treatments are used to eliminate these damages.
Plasma nitriding, a thermochemical surface treatment, is a surface treatment used to improve
the tribological properties of surfaces exposed to wear. In recent years, in order to increase
the efficiency of plasma nitriding process, a duplex surface treatment has been proposed with
the effect of both processes on the surface by applying the shot peening process which is a
pre-treatment. In addition to all these processes, another issue is related to how the magnetic
field affects surfaces. Because, as it is known with the advancement of today's technology,
many materials are exposed to magnetic field. Although many studies have been conducted
on the effect of magnetic field on wear, studies such as the wear of duplex surface treated
materials under magnetic field have remained quite shallow.
The main purpose of this study characterize the effects of this duplex process on the friction
and wear behaviour of metallic materials under magnetic influences. For this aim, AISI 4140
steel specimens were shot peened at 16, 20 and 24 Almen intensities and were nitrided with
500°C plasma using a 50N2% -50% H2 gas mixture for 1 and 4 hours. Wear tests were
performed under non-magnetic and magnetic field to specify tribological properties of the
specimens and structural and mechanical properties of specimens were analyzed by XRD,
SEM, 3D profilometer and microhardness tester. As a result of the studies, the duplex surface
treatments were carried out to determine the mechanical properties and wear performance of
the material; surface hardness, by creating residual stresses on the surface, by reducing the
grain size of the surface and by forming hard phases on the surface of the material. In addition,
the magnetic field raised the surface energy of the metallic materials to form an oxide film
on the surface.It was concluded that this film layer prevented the wear of the surface more
than normal during wear and as a result the tribological properties of the surface were
positively affected.

Keywords: Friction, Wear, Shot peening, Plasma nitriding, Magnetic field