Gaz ortamında nitrürleme ve nitrokarbürleme yüzey sertleştirme işlemlerinin AISI 4140, 1.7131 ve 1.8550 çeliklerinin aşınma, mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigating the influence of gas nitriding and gas nitrocarburizing surface hardening processes on AISI 4140, 1.7131 and 1.8550 grade steel's wear, mechanical and microstructure properties
Yazar: UĞUR YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SELDA KAYRAL
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kuru sürtünme = Dry friction ; Mikrosertlik = Microhardness ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey sertleştirme = Surface hardening

Özet:
Nitrokarbürleme ve nitrürleme yüzey sertleştirme yöntemleri mühendislik malzemelerinin aşınma ve korozyon direncini arttırmak için yapılan termokimyasal işlemlerdir. Bu işlemler sonrası, çelik yüzeyinde ε-Fe2-3N ve γ-Fe4N nitrür oluşan beyaz tabaka, bu tabakanın altında da nitrür ve karbürler içeren difüzyon tabakası oluşur. Beyaz tabaka sert ve aşınma direnci yüksek, difüzyon tabakası ise tok ve darbe dayanımı yüksek bir yapıdadır. Nitrürleme ve nitrokarbürleme işlemleriyle amaçlanan, parçanın aşınma ve korozyon direncinin yükseltilerek parça ömrünün arttırılmasıdır.  

Bu tez çalışması kapsamında gaz ortamında nitrürleme ve nitrokarbürleme yüzey sertleştirme işlemleri uygulanmış AISI 4140, 1.7131 ve 1.8550 çeliklerinin mekanik ve mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Her iki yöntemde de numunelerin yüzeyinde beyaz tabaka oluşumu gözlenmiş, çeliklerin yüzey sertliğinin ve aşınma dayanımının arttığı gözlenmiştir. 

Nitrürleme ve nitrokarbürleme işlemlerinin diğer yüzey sertleştirme yöntemlerine göre en büyük avantajı, nispeten düşük sıcaklıkta gerçekleştirilmesidir. Bu sayede çeliklere nüfuz eden ısı tesiri azalmakta ve parçada oluşabilecek ısıl çarpılmalar büyük ölçüde engellenmektedir. Ölçüsel toleransların çok düşük olduğu makine elemanlarında kademeli ısıtma yapılarak nitrürleme ve nitrokarbürleme işlemlerin avantajı daha da arttırılabilir. Bu şekilde nitrürlenen ve nitrokarbürlenen parçalar hiç taşlanmadan, ya da çok az miktarda taşlamayla kullanılabilirler.

Abstract:
Nitrocarburizing and nitriding surface hardening heat treatment processes that applied on engineering materials to provide better wear and corrosion resistance. After nitrocarburizing process, there will be a white layer on surface, made of   ε-Fe2-3(N, C) ve γ-Fe4(N, C) iron nitride and carbide layers, and below this layer there will be diffusion layer consist of alloy nitrides and carbides. The white layer is hard and has high wear resistance while core layer remains it's  toughness and impact resistance. Main goal in this heat treatment is providing a  surface layer that harder than material's core hardness. As a result of providing a hard surface layer, material losses under wear will be reduced, so material's lifetime will be enhanced.  

In this study, nitrided and nitrocarburized AISI 4140, 1.7131 and 1.8550 grade steel's mechanical and microstructural features has been examined within this thesis. The white layer has been observed in both Nitriding and Nitrocarburizing methods with increase of hardness, corrosive and fatigue strength.   

The greatest advantage of nitriding and nitrocarburizing processes over other surface hardening methods is that they are carried out at relatively low temperatures.  In this case, the heat penetration into the steels decreases and the thermal distortions that may occur in the part are largely prevented. The advantage of nitriding and nitrocarburizing can be further enhanced by gradually heating the machine elements where the dimensional tolerances are very low. Such nitrided and nitrocarburised parts can be used without any grinding or with very little grinding.