Borlama yönteminin volan, krank ve kam mili üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of effect on flywheel, crankshaft and camshaft by boronizing method
Yazar: MAHMUT NEDİM TANSU
Danışman: PROF. DR. HANBEY HAZAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Taşıt Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Metaller ve alaşımları içten yanmalı motorlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Metallerde oluşan aşınma, oksidasyon, yorulma, kırılma ve yüzeylerde oluşabilecek korozyon gibi deformasyonlar içten yanmalı motorların performanslarını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu olumsuz etkenler düşünüldüğünde, metal alaşımlı malzemelerde iyileştirilme ihtiyacı duyulmaktadır. Borlama işlemiyle metallerde sertlik artışı, aşınma, korozyon ve oksidasyon direnci yüksek yüzeyler elde edilebilmektedir.
Bu çalışmada içten yanmalı motorlarda bulunan krank mili, kam mili ve volan kutu borlama yöntemiyle 950 ℃ sıcaklıkta, 4 saatte Ekabor-2 tozu ile kaplanmıştır. Kaplama kalınlığı ~150 mikrondur. Krank ve kam mili için muylulardan, volan için sürtünmeye maruz kalan bölgelerden numuneler alınmıştır. Borlama işlemi sonunda kaplanmış ve kaplanmamış numunelere; spektrometre, optik mikroskop, SEM, EDAX, XRD, mikrosertlik, aşınma, TGA ve korozyon deneyleri uygulanmıştır. Aşınma sonunda yüzeylerdeki deformasyonların etkisiyle oluşabilecek fazlar ve görüntüler için XRD ve SEM analizi tekrar yapılarak kıyaslanmıştır.
 Optik ve SEM görüntülerinde borlanmamış muylularda ferrit+perrit fazları, volanda ise dökme demir lamel grafit formu görülmüştür. Borlanmış numunelerde ise Fe2B ve FeB fazlarına rastlanmıştır. 
EDAX analizinde noktasal ve bölgesel olarak ana tabaka, geçiş bölgesi ve borür tabasından kimyasal malzeme kompozisyonları ölçülmüştür. 
XRD analizinde borlanmış ve borlanmamış numunelerdeki faz farkları incelenmiştir. 
Mikrosertlik analizinde HV0,05 için borlanmış numunelerde, borlamamış numunelere göre sırasıyla krank mili muylusu için 6,7 kat, kam mili muylusu için 6,9 kat ve volan için 5,8 katlık sertlik artışı görülmüştür. 
Aşınma analizinde 30 N kuvvet ve 3000 m mesafe sonucu borlanmış numunelerde, borlanmamış numunelere göre sırasıyla; krank mili muylusunda 4 kat, kam mili muylusunda 4,3 kat ve volanda 4,8 katlık aşınma direnci görülmüştür. Artan kuvvet etkisinde bu oranların arttığı görülmüştür. Aşınma sonrası tekrar SEM görüntüleri alınmış borlanmış numunelerde aşınma direncinin arttığı bu görüntülerden de tespit edilmiştir. Aşınma sonrası faz değişimlerini gözlemlemek için tekrar XRD analizi yapılmış fazların şiddetinin düştüğü ve fazlardaki titreşimin yüzey pürüzlülüğünden dolayı arttığı tespit edilmiş ve değişen fazlar incelenmiştir. 
TGA deneyinde 1000 ℃ sıcaklık sonunda borlanmış numunelerde, borlanmamışlara göre sırasıyla krank mili muylusunda % 2,3, kam mili muylusunda % 5 ve volanda % 7,5 kütle artışında fark tespit edilmiştir. Bu kütle artışına göre borlanmış numunelerde, borlanmamışlara göre sırasıyla krank mili muylusunda 300 ℃, kam mili muylusunda     100 ℃ ve volanda 60 ℃ oksidasyon gecikmesi görülmüştür. 
Korozyon direncinde borlanmış numunelerde, borlanmamış numunelere göre krank mili muylusunda % 85, kam mili muylusunda % 21 ve volanda % 12'lik artış tespit edilmiştir. 
Elde edilen sonuçlar, borlama yöntemi kullanılarak volan, krank mili ve kam mili muylularının kaplanmasıyla aşınma direnci, korozyon direnci, sertlik ve oksidasyon değerlerinde dikkate değer bir iyileşme olduğunu göstermiştir. Ayrıca yapılan deneyler borlanmış malzemelerin ömrünün artmasıyla milli ve bireysel ekonomiye katkı sağlayacağını göstermektedir.

Abstract:
Metals and alloys are widely used in internal combustion engines. Deformations such as corrosion, oxidation, fatigue, fracture and corrosion that occur on the metals are affected the performance of internal combustion engines negatively. Considering these negative factors, it is necessary that improved the metal alloy materials. By boronizing process, surfaces which have hardness increase, wear, corrosion and high oxidation resistance can be obtained in metals.
In this study, crankshaft, camshaft and flywheel, which are parts of internal combustion engines, are covered with Ekabor-2 dust for 4 hours at 950 ℃ by box boronizing method. The coating thickness is 150 microns. Samples were taken from the crank pin for the crankshaft and the camshaft, and for the flywheel the samples were taken from the regions exposed to friction. Coated and uncoated samples at the end of the boronizing process; spectrometer, optical microscope, SEM, EDAX, XRD, microhardness, wear, TGA and corrosion tests were applied. By repeating XRD and SEM analyzes for the phases and images that could be caused by the deformation of the surfaces due to wear were compared.
Boron samples in microhardness results; 6,7 times for the crankshaft, 6,9 times for the camshaft crank pin and 5,8 times for the flywheel, increases were seen.
In the wear analysis of boron samples; crank pin 4 times, camshaft lobes 4,3 times and flywheel 4,8 times wear resistance were seen. İt was found that these rates increased under the effect of increasing force. After the wear process, XRD and SEM images were taken again.
In the TGA results, a mass increase of 2.3 % in the crank pin, 5 % in the camshaft lobes and 7.5 % in the flywheel was found between the boronized samples and the non-boronized samples. In the boronized samples against this mass increase; in the crank pin 300 ℃, in the camshaft lobes 100 ℃, in the flywheel 60 ℃ oxidation delay were occured.
In corrosion resistance of boron samples; an increase of 85 % in crank pin, 21 % in camshaft lobes and 12 % in flywheel were seen.
Obtained results have shown that remarkable improvement in abrasion resistance, corrosion resistance, hardness and oxidation values by coating the flywheel and crank pin using the boronizing method. In addition, experiments show that the life of boron materials will contribute to the national and individual economy.