Borlama işleminin 34CrNiMo6 çeliğinin bazı mekanik özellikleri üzerine etkisi
The effect of boronization process on some mechanical properties of 34CrNiMo6 steel
Yazar: MEHMET YİĞİT
Danışman: PROF. DR. NAZIM UÇAR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Borlama = Boriding ; Sertlik = Hardness

Özet:
Bu çalışmada orta karbonlu çelik sınıfından 34CrNiMo6 (AISI 4340) çelikleri kullanılmıştır. Uygun ebatlarda kesilen çelikler ön bir ısıl işlemden sonra çelik parçalar fırında Ekabor II tozu ortamında 850, 900 ve 950 0C sıcaklıklarda ve  her bir sıcaklık için 2, 4 ve 6 saatlik sürelerde  borlama işlemine maruz bırakılmışlardır. Uygun şekilde soğutulan, yüzey temizleme ve kalıplama işlemine tabi tutulan borlanmış çeliklerin yüzey analizleri optik ve SEM ile faz yapısı ise XRD ve EDS ile belirlenmiştir. Borlanmış çeliklere uygulanan çekme işlemi ile çeliklerin akma, çekme ve uzama özellikleri yanında çarpma enerjisi de belirlenerek borlama işleminin etkisi ortaya konulmuştur. Mekanik özellikler açısından çelikler üzerinde bir başka özellik olan sertlik değerleri de belirlenmiştir. Çelik yüzeylerinde borlamanın oluşturduğu ciddi değişimleri görmek için çeliklere sertlik testleri de uygulanmıştır. Uygulalan Vickers sertlik testleri sonucunda borlanmış çeliklerin  makine elemanı olarak kullanılıp kullanılamayacağı bilgisi elde edilmeye çalışılmıştır.
Yapılan analizler sonucunda borlama işleminin başarıyla gerçekleştirildiği gözlenmiş ve borlama sıcaklık ve süresine bağlı olarak 22 to 145 μm aralığında bir bor tabakası elde edilmiştir. Bu tabakalar içinde baskın olarak FeB ve Fe2B fazlarına ilave olarak (Cr, Fe)23C6(Cr15.58Fe7.42C6), Fe3O4 magnetit ve Fe-Ni elemental fazlar elde edilmiştir. Bu elde fazların  bir sonucu olarak borlanmış 34CrNiMo6 çeliklerinde  yaklaşık 12 kat lık bir sertlik artışı elde edilmiştir. Bu iyileşme çekme işlemi ile elde edilen değerler ile de doğrulanmıştır. Yapılan kinetik çalışmalar sonucu elde edilen diffüzyon sabiti ve aktivasyon enerjisi değerleri orta karbonlu çelikler için elde edilen değerlere yakın olmakla birlikte bu değerlerin çalışma şartlarına  (borlama ortamı, borlama yöntemi vs) bağlı olduğu gösterilmiştir. Elde edilen kinetik değerlere bakarak, bu sınıf çelikler için uygun bir borlama şartlarının elde edilebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, medium carbon steel grade 34CrNiMo6 (AISI 4340) steels were used. After a preliminary heat treatment, steel parts cut in appropriate sizes were subjected to the boriding process at temperatures of 850, 900 and 950 0C and for 2, 4 and 6 hours for each temperature in an oven environment containing Ekabor II powder. The surface analysis of the borided steels, which are properly cooled and subjected to surface cleaning and molding processes, were determined by optical and SEM and phase structure was determined by XRD and EDS. With the tensile process applied to borided steels, the effect of the boring process has been revealed by determining the yield, tensile and elongation properties of the steels as well as the impact energy. Hardness tests were also applied to steels to see the serious changes caused by boring on steel surfaces. As a result of the applied Vickers hardness tests, it has been tried to obtain information whether borided steels can be used as machine elements.
As a result of the analysis, it was observed that the boriding process was successfully carried out and a boride layer in the range of 22 to 145 μm was obtained depending on the boriding temperature and time. In these layers, Cr, Fe) 23C6 (Cr15.58Fe7.42C6) in addition to the predominantly FeB and Fe2B phases. Fe3O4 magnetite and Fe-Ni elemental phases were obtained. As a result of these obtained phases, an approximately 12-fold  increase in hardness was obtained in the borided 34CrNiMo6 steels. This improvement was confirmed by the values obtained by the tensile process. The diffusion constant and activation energy values obtained as a result of the kinetic studies are close to the values obtained for medium carbon steels, but it has been shown that these values depend on the working conditions (boring environment, boring method, etc.). By looking at the kinetic values obtained, it was concluded that a suitable boring conditions can be obtained for this grade of steels.