A ISI 1020 çeliğinin yüzey sertleştirme işlemleri uygulanarak A ISI 5115 çeliğinin yerine kullanılabilirliğinin deneysel araştırılması /
Yazar: RASİM İPEK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1992
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isıl işlem = Heat treatment ; Nitrürleme = Nitriding ; Yüzey sertleştirme = Surface hardening ; Çelik-metal = Steel-metal

Özet:
Bu çalışmada, yüzeyi sementasyonla sertlestirilerek kam mili üretiminde kullanılmakta olan AISI 51 15 (DİN 16MnCr5> çeliğinin yerine karbonitrürlenerek yüzeyi sertlestirilen AISI 1020 (Ck.22> çeliğinin kullanılabilirliği deneysel olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmada, yüzey pürüzlülüğü, çekme deneyi, aşınmadan önce ve sonra sertleştirilmiş tabakanın mikro yapısı ve mikro sertlik dağılımı, sürtünme ve aşınma davranışları ile aşınmış ve aşınmamış yüzey partiküllerinin X- Ray diffraction metoda ile analizi yapılmıştır. Bu deneyler için hazırlanan AISI 5İ15 ve 1020 çelik numunelerinin yüzeyleri hem sementasyonla nemde karbonitrürasyonla Kayseri- Taksan fabrikalarında sertleştirilmiştir. Yüzey sertleştirme işleminden sonra herbir numunenin yüzeyi taşlanmış ve yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülük değerleri 0,2 - 0,4 aralığında tesbit edilmiştir. Karbonitrürasyonla ve sementasyonla yüzeyleri sertleştirilmiş 5115 ve 1020 çeliklerden standart boyutlarda (011) hazırlanan numunelerin çekme deneyleri Cum. ün. SMY0 Metalürji Lab. yapılmış ve deney sonuçları grafikle aktarılmıştır. En yüksek çekme mukavemetine karbonitrürlenmis 5115 çeliği (112 kg/mm3), en düşük çekme mukavemetine ise semente edilmiş 1020 çeliğinin sahip olduğu (SO kg/mm2) görülmüştür. Semente edilmiş 5115 ile karbonitrürlenmiş 1020 çeliklerinin çekme değerleri birbirine yakın bulunmuştur (Sırasıyla 98, 96 kg/mm2).IV Sertleştirilmiş tabakanın aşınmadan önce ve sonraki mikro sertlik dağılımı ve serlestirilmis tabaka metalografik olarak incelenmiş ve kesit görünüşleri fotoğraflanmıştır. Sementasyonla sertleştirilmiş numunelerin etkili sertlik derinliklerinin daha fazla olduğu görülmüştür. Kuru ve yağlamalı ortamda yapılan aşınma deneyleri için pim- disk deney düzeneği seçilmiş ve bu düzeneğine sürtünme katsayısını tesbit edebilmek için kalibre edilmiş bir kompratör yay mekanizması sisteme ilave edilmiştir. Sürtünme katsayısı, aşınma test sürelerinde, bu komparatörden okunmuştur. Herbir numune ayrı ayrı 50, 100, ve 150 N yükte, 5 ve 10 m/s kayma hızında ve 1, 3, 5, 8 ve 10 dakikalık kayma süreleri boyunca aşınma testine tabi tutulmuştur. Herbir durumda aşınma kayıpları, ile Quinne ve Archard'a göre aşınma katsayıları bulunmuştur. Bu değerlerin, aşınma değişkenleri ile değişimleri grafiklerde gösterilmiştir. En yüsek aşınma direncine karbonitrürlenmiş 5115 çeliğinin sahip olduğu görülmüştür. Bu çeliği sırasıyla, semente edilmiş 5115, karbonitrürlenmiş 1020, semente edilmiş 1020, normalize edilmiş 5115 ve normalize edilmiş 1020 çelikleri takip etmektedir. Yağlamalı durumda da, numunelerin aşınma dirençleri sıralaması aynı kalmış ancak bu durumda aşınma miktarının çok düşük olduğu tesbit edilmiştir.v* Aşınmış ve aşınmamış sertleştiriliş yüzey partikülleri X-Ray Diffraction metodu ile analiz edilmiş fakat beklenen faz göz1enememiştir. Yapılan deneylerin sonuçları birbirleri ile mukayese edilmiş, buna göre karbonitrürasyonla sertleştirmenin sementasyona göre daha etkili olduğu ve karbonitrürlenerek yüzeyi serti eştirilen 1020 çeliğinin düşük yüklerde semen t e edilmiş 5115 çeliğinin yerine kam mili üretimimde ve diğer kullanıldığı yerlerde kullanılabileceği kanaatine varılmıştır»

Abstract:
In this study whether AISI 1020 (DIN Ck22> case carbonitrided steel instead of AISI 5115 (DIN 16MnCr5> case hardened by carburizing is used in manufacturing cam shaft was experimen tally investigated- The experimental study included the fallowings 1. The tensile test 2. The surface roughness 3. The micro structure of the hardened case before and after wear 4- The micro hardness of the hardened case 5. The friction and wear behavior and 6. The particle analizing of the hardened case and debris by the metod of x- ray diffraction For the experiments mentioned above hundreds of specimens were prepared from AISI 1020 and 5115 steels at the required size. Host of these specimens were case hardened by carburizing and carbonitriding. The other were normalized at Kayseri - Taksan factories. After the heat treatments they were grinded. Then the roughness of their surfaces was measured. The result of surface measured showed that it was nearly same for each specimens. The standart size (0İİ) and shape specimens prepared from hardened steels for tensile test were tested at Cum. Un. S.M.Y.O» According to the tesult of the tensile test, carbonitrided 5115 steel had the highest value (120 kg/mm3)VII and carburized 1020 had lowest value <80kg/mm2>. The other carburized 5115 and carbon i trided 1020 had nearly same tensile streghtC 98, 96 kg/mm2 respectively). The micro hardness distribution of the case hardened steels was investigated before and after ¥4sa.r and the photographs of cross section appearence of the hardened case under the microskopy were taken. The optained result showed that the effective hardness case depht of carburized steels was higher than one of carbon i trided steels. 5115 carbon i trided steel had the highest resistance to wear among the speciments. This steel was followed by carburized 5115, carbonitrided 1020, carburized 1020, normalized 5115 ve normalized 1020 respectively. The wear resistance under the lubrication was the same as one in dry wear but the wear loss under the lubrication was much lover than one in dry wear. The hardened case particles were analyzed by the metod of k- ray diffraction before and after wear but the obtained result wasn't as expected. When all the results of the experiments were compared with each other. ît follows that the case hardened by carbonitriding is more effective than the case hardened by carburizing and that 1020 carbonitrided steel instead of 5115 carburized steel can be used in manif acturing a ca.m sah ft at least under low force.