Termokimyasal işlemlerin 16MnCr5 sementasyon kangal çeliklerinin farklı çaplardaki mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation effect of thermochemical processes on the mechanical properties of different diameters 16MnCr5 carburizing steels
Yazar: ALİ YAĞIZ ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET EMRE TURAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Borlama = Boriding ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Nitrürleme = Nitriding ; Sementasyon = Cementation ; Çelik = Steel

Özet:
Bu tez çalışmasında iki farklı çapta (11 mm ve 15 mm)16MnCr5 sementasyon çeliklerine dört farklı parametre kullanılarak borlama ve tek parametreyle nitrasyon ısıl işlemleri uygulanmıştır. Isıl işlemsiz ve ısıl işlemli numunelerin mikroyapı, mekanik ve aşınma performansları kıyaslanmıştır. Borlama işlemi kutu borlama tekniğiyle iki farklı sıcaklık ve sürelerde gerçekleştirilmiştir. Optik mikroskop, X ışını cihazı ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) kullanılarak mikroyapılar analiz edilmiştir. Sertlik, çekme ve aşınma testleri hem ısıl işlemsiz sementasyon çeliğine hem de borlanmış, nitrasyon işlemine tabi tutulmuş numunelerin hepsine uygulanmıştır. Borlama işlemleri neticesinde 1000  ͦ C ve 16 saat borlanmış numunede ısıl işlemsiz numuneye göre 4 kat sertlik artışı gözlemlenmiştir. 900  ͦ C ve 8 saat süreyle borlanmış numunede sertlik ve aşınma performansında gelişmeler gözlemlense de kaplama kalınlığı diğer numunelere kıyasla daha düşük çıkmıştır. Nitrasyon işlemi neticesinde sertliklerde 4 kat artış elde edilmiş ve 40-50 mikron aralığında kaplama tabakası gözlemlenmiştir. Borlama ve nitrasyon ısıl işlemleriyle sementasyon çeliklerinin aşınma hızında önemli ölçüde azalma meydana gelmiştir. Akma ve çekme dayanımlarında çapa bağlı olarak kayda değer bir değişim gözlemlenmemiştir. Fakat termokimyasal işlemlerin etkisiyle mekanik dayanımda düşüşler görülmüştür. Borlama ve nitrasyon ısıl işlemlerinin optimum parametrelerle uygulanması neticesinde yüzey sertliğinde ve buna bağlı olarak aşınma performansında gelişmeler sağlanmıştır.

Abstract:
In this thesis, two different diameters (11 mm and 15 mm) of 16MnCr5 cementation steels were subjected to boriding and nitriding heat treatments. Microstructure, mechanical and wear performances of non-heat-treated and heat-treated samples were compared. The boriding process was carried out at two different temperatures and times. Microstructures were analyzed using an optical microscope, X-ray device, and scanning electron microscope (SEM). Hardness, tensile, and wear tests were applied both to the untreated cementation steel and to all the boronized, nitrated specimens. As a result of the boriding processes, a 4-times increase in hardness was observed in the sample boronized at 1000 ͦ C and 16 hours compared to the sample without heat treatment. Although improvements were observed in the hardness and wear performance of the sample boronized at 900 ͦ C and 8 hours, the coating thickness was lower than the other samples. As a result of the nitration process, a 4-times increase in hardness was achieved and a coating layer in the range of 40-50 microns was observed.  
With the boriding and nitration heat treatments, the wear rate of the cementation steels decreased significantly. Although no significant change was observed in yield and tensile strengths for different diameter of samples. Improvements in surface hardness and, accordingly, wear performance was achieved as a result of the application of boriding and nitration heat treatments with optimum parameters.