Farklı kalite çeliklerin aşınma özelliklerine nitrasyon parametrelerinin etkisi
The effect of nitriding parameters on the wear properties of different quality steels
Yazar: MİRAÇ HANBAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP YÜREKTÜRK
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Difüzyon = Diffusion ; Mikrosertlik = Microhardness ; Nitrasyon =   ; Parametre analizi = Parameter analysis

Özet:
Nitrasyon; demir esaslı metallerde sıklıkla kullanılan bir yüzey sertleştirme işlemidir. Nitrasyon işlemi sonucunda iş parçasının yüzeyi aşınma ve yorulmaya karşı daha dirençli hale gelmektedir. Nitrasyon, çoğunlukla endüstride oldukça geniş bir alanda kullanılan çeliklerin yüzey özelliklerini iyileştirmek için kullanılmaktadır. Nitrasyon işlemi çeliklerde faz dönüşüm sıcaklıklarının altında gerçekleştirilir. Bu nedenle çelik yapısında meydana gelen hacimsel distorsiyonlar ihmal edilebilir düzeydedir. 
Bu çalışma kapsamında DIN 1.2344 (X40CrMoV51), DIN 1.2379 (X155CrMoV12) ve AISI 4140 (42CrMo4) çelikleri tuz banyosunda 550°C, 570°C ve 590°C sıcaklıklarda 1 saat ve 5 saat nitrasyon parametreleriyle nitrürleme işlemine tabi tutulmuştur. Nitrasyon işlemi sonucunda oluşan nitrasyon tabakasının yapısal, mekanik ve aşınma özellikleri incelenmiştir. Numunelerin kesit incelemeleri, SEM-EDS analizleri, mikrosertlik ölçümleri, X-ışınları difraksiyonu (XRD) analizleri, aşınma testleri yapılmıştır.
Deney çalışmalarının sonuçları irdelendiğinde; tüm numunelerde beyaz tabaka ve difüzyon tabakası derinlikleri birbiriyle orantılı olarak değişmiştir. Genel olarak nitrasyon sıcaklığının artmasıyla nitrasyon tabakası derinliği artış göstermiştir. 5 saat nitrasyon işlemi uygulanan numunelerde 570°C nitrasyon sıcaklığına kadar nitrasyon tabakası derinliği artış gösterirken 590°C nitrasyon sıcaklığında nitrasyon tabakası derinliği düşüş göstermiştir. Buna karşın nitrasyon tabakası derinliği 1 saat nitrasyon işlemi uygulanan numunelerde tüm sıcaklıklarda sıcaklıkla doğru orantılı olarak artmıştır. 
1.2379 ve 4140 çeliklerinin beyaz tabaka bölgesinde yüzeyden merkeze doğru yönlenmiş iğnemsi şekilde ve içerisinde yüksek miktarda oksijen içeren bölgeler tespit edilmiştir. Bu bölgeler 1.2344 çeliklerinin beyaz tabaka bölgelerinde görülmemiştir.
En yüksek sertlik değerleri 1.2344 çeliği numunelerinden elde edilmiş olmasına karşın en düşük sertlik değerleri 4140 çeliği numunelerinden elde edilmiştir.
550°C ve 590°C sıcaklıklarda 5 saat nitrasyon işlemine tabi tutulmuş tüm numunelerde ε- Fe2–3N ve γ ́-Fe4N fazları tespit edilmiştir.
1.2344, 1.2379 ve 4140 çeliklerinin 590°C'de 5 saat nitrürlenmiş numunelerinin aşınma dirençleri nitrürleme uygulanmamış numunelere kıyasla oldukça yüksektir.

Abstract:
Nitriding is a surface hardening process frequently used on ferrous and non-ferrous metals. As a result of the nitration process, the surface of the workpiece becomes more resistant to wear and fatigue. Nitriding is mostly used to improve the surface properties of steels that used in a wide range of industries. The nitriding process is carried out in steels below the phase transformation temperatures. Therefore, the volumetric distortions in the steel structure are negligible. 
In this study, DIN 1.2344 (X40CrMoV51), DIN 1.2379 (X155CrMoV12) and AISI 4140 (42CrMo4) steels were nitrided in salt bath at 550°C, 570°C and 590°C with nitration parameters for 1 h and 5 h. The structural, mechanical and wear properties of the nitrided layer were investigated after nitration process. Microsurface examinations, cross-section examinations, SEM-EDS analyzes, microhardness measurements, X-ray diffraction (XRD) analyzes and reciprocating wear tests were performed on the experimental specimens.
When the results of the experimental studies are examined; white layer and diffusion layer depths varied in proportion to each other in all samples. 
In general, nitration thickness increased with increasing nitration temperature. While the nitration layer depth increased up to the nitration temperature of 570°C, the nitration layer depth decreased at the nitration temperature of 590°C in the samples that were nitrided for 5 h.
On the other hand, the nitration layer depth increased in direct proportion to the temperature in the samples applied for 1 hnitration. It is thought that denitration occurs as a result of the increase in the nitration time at 590°C and the nitrogen concentration on the steel surface exceeding the nitrogen concentration in the salt bath.
In the white layer region of the 1.2379 and 4140 steels, acicular shaped areas oriented from the surface to the center and containing high amounts of oxygen were detected.
These regions were not observed in the white layer regions of the 1.2344 steel.
While the highest hardness values were obtained from 1.2344 steel samples, the lowest hardness values were obtained from 4140 steel samples.
ε- Fe2–3N and γ́- Fe4N phases were detected in all samples subjected to nitration at 550°C and 590°C for 5 h.
The wear resistance of the nitrided samples of steels 1.2344, 1.2379 and 4140 at 590°C for 5 h is quite high compared to the samples without nitriding.