Plazma nitrokarbürlenen AISI 4140 çeliğinin tribolojik ve korozyon davranışı üzerine post-oksidasyon işleminin etkisinin araştırılması
Investigation of effect of post-oxidizing on tribological and corrosion behaviour of plasma nitrocarburized AISI 4140 steel
Yazar: ÖMER DENKTAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. MEHMET KARAKAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Nitrokarbürleme ve post-oksidasyon işlemleri, mühendislik malzemelerinin aşınma, yorulma, ve korozyon direncini iyileştirmek için kullanılan termokimyasal işlemlerdir. Nitrokarbürleme sonrası, yüzeyde ?-Fe2-3(N, C) ve ?-Fe4(N, C) demir nitrür ve karbürlerinden oluşan beyaz tabaka, bu tabakanın altında alaşım nitrür ve karbürler içeren difüzyon tabakası oluşur. Post-oksidasyon işlemi sonrasında, beyaz tabaka üzerinde hematit (Fe2O3) ve magnetit (Fe3O4) fazlarından oluşan ince bir oksit filmi oluşur.Bu çalışmada, AISI 4140 çeliği ilk önce 570°C ve 700°C' de 4 saat süreyle 60%N2+37%H2+3%CO2 gaz karışımında plazma nitrokarbürleme işlemine tabi tutuldu. Nitrokarbürleme sonrası, 450 °C' de 1 saat süreyle %50H2+%50CO2 gaz karışımı ve saf oksijen ortamında post-oksidasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Nitrokarbürleme ve post-oksidasyon işlemleri sonrası XRD, SEM, mikrosertlik, pin-on-disk aşınma cihazı ve elektrokimyasal polarizasyon test cihazları kullanılarak, yapısal, mekanik, tribolojik ve korozyon özellikleri araştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, beyaz tabakanın üzerinde hematit ve magnetit fazlarından oluşan oksit tabakası meydana geldiğini göstermiştir. Daha iyi tribolojik ve korozyon özelliklerine nitrokarbürleme sonrası yapılan post-oksidasyon işlemi ile ulaşılmıştır. Korrozyon özelliklerine ferritik nitrokarbürleme sonrası yapılan post-oksidasyon işlemi ostenitik şartlarda elde edilene göre daha iyi olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, daha iyi korozyon özelliklerine oksidasyon işleminde hidrojen gazı kullanılarak ulaşılmıştır.Anahtar Kelimeler: Plazma nitrokarbürleme, post-oksidasyon, triboloji, korozyon

Abstract:
Nitrocarburizing and post-oksidation are thermochemical treatments used to improve the wear resistance, fatigue strength and corrosion resistance of engineering materials. After nitrocarburizing,white layer made up of iron carbides and nitrides ?-Fe2-3(N, C) and ?-Fe4(N, C) onto the surface, below this layer diffusion layer consist of alloy nitrides and carbides are formed. After post-oksidation treatment, thin oxide layer consists of hematite Fe2O3 and magnetite Fe3O4 phases forms onto the compound layer.In this study, firstly AISI 4140 steel was initially plasma nitrocarburized at 570 and 700°C for 4 h in a gas mixture of 60%N2+37%H2+3%CO2. After nitrocarburizing, post-oxidation treatment was performed at 450°C for 1 h using oxidation gas mixture ratios of 50%H2+50%CO2 and pure oxygen. After these treatments, the structural, mechanical, tribological and corrosion properties of nitrocarburized and post-oxidized steel were analyzed using a X-ray diffraction, microhardness tester, scanning electron microscopy, pin-on-disk tribotester and electrochemical polarization. The experimental results have shown that an oxide layer which consists of hematite and magnetite phases is formed on white layer. More improvement of the tribological and corrosion properties was achieved by the post-oxidation treatment performed after nitrocarburizing. It has been observed that the post-oxidation treatment carried out after ferritic nitrocarburizing effects on the corrosion properties is better than the obtained in austetinic conditions. In addition, better corrosion properties have been reached by using hydrogen gas in oxidation process.Key words: Plasma nitrocarburizing, post-oxidizing, tribology, corrosion