Elektrolitik sert krom kaplanmış 1010 ve 1040 çelik yüzeylerin nitrürlenmesi ve nitrokarbürlenmesi
Nitriding and carbonitriding of 1010 and 1040 steel surface with eloctroplated hard chromium
Yazar: MUSTAFA KOCABAŞ
Danışman: PROF. DR. NURHAN CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Plazma nitrürleme = Plasma nitriding

Özet:
Çelikler, bazı üstün mekanik özelliklerinden dolayı yüzyıllardır en çok kullanılan malzeme olma özelliğini sürdürmektedirler. Günümüzde çelik malzemeler, kimyasal bileşiminin ve içyapılarının farklı olmasından dolayı birçok farklı türde bulunmaktadırlar. Çeliğe değişik oranlarda alaşım elementleri ilave edilerek ve/veya çeşitli işlemlerle içyapı kontrol edilerek kullanım amacına göre değişik özelliklerde çelikler elde edilir. Bu üstün özelliklerinin yanında çeliklerde bazı sınırlamalar söz konusudur. Bu sınırlamalar özellikle yüzey bölgesindeki malzeme özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bazı çelik türlerinin düşük korozyon direnci göstermesi çeliğin kullanım ömrünü kısaltmaktadır. Korozyona uğrayan çelikte gözle görülebilen olumsuz değişikliklerin yanında, mukavemet azalması ve tribolojik yönden kötüleşme gibi özellik kaybı da gerçekleşmektedir.Aşınma ve korozyona karşı dirençsiz olan çelikler, yüzeylerindeki düşük olan özelliklerini geliştirmek amacıyla yüzey işlemlerine tabi tutulur. Yüzey işlemleri, malzeme yüzeyinde yeni bir tabaka oluşturacağı gibi yüzeyin kimyasal bileşimini değiştirerek de yapılabilir.Alaşım elementleri çeliğin tamamen içerisine katılmakla beraber üretimden sonra çelik yüzeyinde biriktirme ve alaşımlama şeklinde de oluşturulabilir. Bölgesel olarak yapılan bu işlemler maliyetten kazanım ve farklı özelliklerin bir arada bulunması gibi avantajlar sağlamaktadır.Çalışma toplam 7 bölümden oluşmaktadır. İlk Bölümde Giriş, Tezin Amacı ve Literatür İncelemesi bulunmaktadır. 2. Bölümde çeliklerden ve çeliklerin yüzey özelliklerini geliştirmekten bahsedilmiştir. 3. Bölümde difüzyon ve mekanizmalarından bahsedildikten sonra difüzyon yöntemlerinden olan nitrürleme ve nitrokarbürleme sırasıyla 4. ve 5. Bölümlerde anlatılmıştır. 6. Bölüm deneysel çalışmalardan oluşmuştur. 7. Bölümde ise genel olarak sonuçlar özetlenmiştirBu çalışmada, AISI 1010 ve AISI 1040 çelik yüzeyler elektrolitik olarak sert krom kaplanmış ve 3 farklı sıcaklıkta (600, 700 ve 800 0C), % 60 N2 + % 40 H2 atmosfer ortamında, 5 saat süreyle plazma nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca, yine sert krom kaplanmış bu numuneler % 45 CO2 + % 29 NH3 + % 26 N2 gaz karışımında 560 0C' de 8 saat süreyle gaz nitrokarbürleme işlemleri uygulanmıştır. Yüzey işlemlerine tabi tutulan çelik numuneler, XRD analizleriyle karakterize edildikten sonra taramalı elektron mikroskobunda mikroyapısal incelemeleri gerçekleştirilmiş, EDS ve Line Scan analizleri yapılmıştır. Daha sonra yapışma ve sertlik testleri uygulanmış ve % 3.5' lik NaCl çözeltisi içerisinde korozyon testleri yapılmıştır. Elde edilen bulgularla, farklı koşul ve malzeme açısından numuneler karşılaştırılmıştır.Sonuçta, elektrolitik sert krom kaplanmış ve nitrokarbürlenmiş çelik numunelerde gaz nitrokarbürleme işlemindeki seçilen deney koşullarının uygun olmadığı tespit edilmiştir. Plazma nitrürlemede ise, en iyi koşulların, korozyon direnci ve yapışma özellikleri değerlendirilerek hem AISI 1010 hem de AISI 1040 çelikleri için 600 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde, sertlik değerleri göz önüne alınarak ise 800 0C sıcaklıkta 5 saat süreyle yapılan deneylerde elde edilmiştir.

Abstract:
Steels maintain the features of being the most used material for centuries because of their some superior mechanic properties. Nowadays steels are in many different forms since their chemical compounds and internal structures are different. Steels, in different features according to the usage aim, are acquired by adding alloy elements in different rates and/or by controlling the internal structure with various treatments. In spite of their superior features, there are some limitations of steels. These limitations arise from the material features of surface zone. Some kinds of steels show low corrosion resistance and this situation shorten the steels? bench life. Besides the visible negative changes in steels which are corroded, losses of features occur such as decreasing in strength and worsening tribological aspects.Steels which have low resistance against wear and corrosion are subjected to surface treatments with the aim of improving the low surface properties. Surface treatments are performed by both creating new layer on the material surface and changing the chemical compounds of the surface.Alloy elements can be occurred by deposition on the steel surface and alloying after the production, besides by adding in the steel structure. These treatments which are performed locally provide advantages such as cost saving and containing of different properties.This study consists of 7 parts. In the first part, there are introduction, the aim of the dissertation and literature. In the second part steels and improving the properties of steels are mentioned. After mentioned diffusion and its mechanisms in the third part, nitriding and nitrocarburising which are two of the diffusion methods is mentioned in the fourth and fifth parts respectively. Sixth part consists of experimental studies. Conclusions are summarized generally in the seventh part.In this study, AISI 1010 and AISI 1040 steel surfaces which electrolytically plated hard chromium and are exposed to plasma nitriding process at 3 different temperatures (600, 700 and 800 0C), with a gas mixture of %60 N2 + %40 H2 for 5 hours. Also, gas nitrocarburizing process is performed to electroplated hard chromium steels at 560 0C with a gas mixture of %45 CO2 + %29 NH3 + %26 N2 for 8 hours. Steel samples subjected to surface treatments are characterized with XRD analyses. Then microstructural analysises are completed with the scanning electron microscope and then EDS and Line Scan analysis are done. After that, experiments of adhesion and hardness are implemented and corrosion tests are carried out with %3.5 NaCl solution. With the findings, samples are compared in terms of different conditions and materials.In conclusion, in steel samples are electroplated hard chromium and exposed to nitrocarburizing experiment conditions which are selected in the process of nitrocarburizing are inappropriate. In plasma nitriding process, the best conditions are obtained in experiments done with 600 0C temperature for 5 hours considering corrosion resistance and adhesion property for both AISI 1010 and AISI 1040 steels and 800 0C temperature for 5 hours considering hardness for AISI 1010 steel.