Fe-Cr-M-(C, B) esaslı sert kaplamaların çelik yüzeyinde TIG kaynak yöntemi ile oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi
Formation of Fe-Cr-M- (C, B) based hard coatings on the steel surface by TIG welding method and investigation of the properties
Yazar: YUSUF GÖL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT KILINÇ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmalat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Yapılan bu çalışmada, Fe-Cr-M-(B,C) esaslı sert yüzey alaşım elementlerinin St37
çelik malzeme altlık malzeme yüzeyinde, tungsten inert gaz (TIG) kaynak tekniği
kullanılarak oluşturulması sonucunda, kaplama tabakaları elde edilmiş ve bu
tabakalardaki mikroyapı ve mekanik özellikler ile ulaşılan veriler çeşitli yöntemlerle
incelenmiştir. Çalışmada sert yüzey alaşımlama için ferro-bor, ferro-krom, ferromolibden,
ferro-tungsten ve ASC100.29 kodlu saf demir tozundan oluşan ferro alaşım
özelliklerine sahip hammaddeler tercih edilmiştir. Kayaç halindeki ferro alaşımlar
kırma işlemine tabi tutulduktan sonra 2 saat süreyle 200 dev/dk hız tercih edilerek 75
μm boyutuna kadar elek altı seviyesinde öğütülmüştür. Bu işlemin ardından alaşımlar
karıştırılmış ve belirli atomik oranlarda bileşim oluşturulmuştur.Çelik altlık için St37
malzemeden 30x100x10 mm boyutlarında malzemeler kesilmiş ve bu altlıklara, freze
tezgâhında genişlik 10 mm, derinlik 2 mm olacak şekilde kanal açılarak kaplamaya
uygun hale getirilmiştir.Açılan bu kanallara belirli oranlarda hazırlanan toz
karışımları, potasyum silikat (K2O3Si) ile karıştırılmış ve doldurulmuştur. Toz karışımı
fırında sıcaklık ve süre parametreleri ayarlanarak katılaştırılmıştır.Kaynağa hazır hale
getirilen sert kaplama tozlarının ergitme işlemi TIG kaynak tekniği ile
gerçekleştirilmiştir.Mikroyapı incelemeleri için deney numuneleri kaplama yüzeyi
doğrultusuna dik konumda olacak şekilde kesilmiş ve bakalit reçine içerisine
daldırılmıştır. Sırasıyla 600'lük, 800'lük, 1000'lik ve 1200'lük zımparalar ile
zımparalanmış numuneler, 1 μm'lik Al2O3 pasta ile parlatma yapılarak, %3 nital
çözelti ile dağlanmıştır. Yapılan bu uygulamaların ardından numunelerin yüzeylerinde
elde edilen Fe-Cr-M-(B,C) içerikli sert kaplama yapılmış tabakaların SEM-EDS
incelemeleri gerçekleştirilmiştir. İnceleme ile kaplama tabakası, matris ve
arayüzeyden oluşan bölgelerin analizi yapılmıştır. Yüzeyleri kaplanmış numunelerin
kaplama tabakalarının sertlik ölçümleri için dış yüzeylerden makro sertlikler, iç
yüzeylerden mikro sertlikler için ölçümler yapılmıştır. Yapılan mikroyapı incelemeleri
neticesinde, elde edilen kaplama tabakasının kalınlığının 2-3 mm civarında olduğu
belirlenmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda altlık ile sert kaplama tabakasının iyi
düzeyde bağlanma oluşturduğu görülmüştür. Oluşturulan sert kaplama tabakasının
yüzey topoğrafyasının pürüzsüz ve porozitesiz olduğu görülmüştür. Mikroyapılar
incelendiğinde elde edilen yapının, ötektik matris içerisinde yayılmış halde bulunan
sert yüzey, ara yüzey ve altlık gibi 3 farklı katmanın elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, as a result of the formation of Fe-Cr-M-(B,C) based hard surface alloying
elements on the St37 steel material substrate surface by using tungsten inert gas (TIG)
welding technique, coating layers were obtained and the microstructure and
mechanical properties of these layers were obtained. The obtained data were analyzed
by various methods.In the study, ferro-boron, ferro-chromium, ferro-molybdenum,
ferro-tungsten and ASC100.29 coded pure iron powder with ferro alloy properties
were preferred for hard surface alloying. For the steel substrate, 30x100x10 mm
materials were cut from St37 material and made suitable for coating by opening a 10
mm wide and 2 mm deep channel on these substrates on the milling machine. Powder
mixtures prepared in certain proportions were mixed with potassium silicate (K2O3Si)
and filled in these channels. The powder mixture was solidified by applying the heating
process in the oven at a certain time and temperature.The melting process of hard
coating powders prepared for welding was carried out with TIG welding method. For
microstructural studies, test samples were cut perpendicular to the direction of the
coating surface and immersed in bakelite resin. The samples, which were sanded with
600, 800, 1000 and 1200 abrasives, respectively, were polished with 1 μm Al2O3 paste
and etched with 3% nital solution. After these applications, SEM-EDS and optical
microscope examinations of the hard coated layers containing Fe-Cr-M-(B,C)
obtained on the surfaces of the samples were carried out. With the examination, the
analysis of the regions consisting of the coating layer, matrix and interface was made.
For the hardness measurements of the coating layers of the coated samples,
measurements were made for the macro hardnesses from the outer surfaces and the
microhardnesses from the inner surfaces. As a result of the microstructure
investigations, it was determined that the thickness of the obtained coating layer was
around 2-3 mm. According to the data obtained, it was observed that the substrate and
the hard coating layer formed a good level of bonding. It was observed that the surface
topography of the formed hard pavement layer was smooth and without porosity.
When the microstructures were examined, it was seen that the obtained structure
consisted of 3 different layers such as hard surface, interface and substrate spread in
the eutectic matrix.