Fe-Cr-W-B-C esaslı sert dolgu örtülü elektrot üretimi ve karakterizasyonu
Characterisation and production of Fe-Cr-W-B-C based hardface stick electrode
Yazar: YEKTA YAVUZ
Danışman: PROF. DR. UĞUR ŞEN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, farklı türde aşınmalara dayanım gösterebilecek Fe-Cr-W-B-C esaslı sert dolgu elektrodu geliştirilmiş olup, farklı bileşim karışım oranlarında üretilen örtülü elektrotlara 29-28, 33-29, 32-26 kodları verilmiştir. Hazırlanan toz bileşenleri 3,25x350 mm çap&boy oranına sahip DIN 17145 kalite çelik tel üzerine düşey pres kullanılarak kaplanmıştır. Üretilen örtülü elektrotlarla elektrik ark kaynağı kullanılarak düşük karbonlu AISI 1020 çelik plaka üzerine sert dolgu kaynağı uygulaması yapılmıştır. Her üç bileşimdeki elektrotların ergime karakteristiklerinin birbirine yakın ve agresif karakteristiğe sahip olduğu görülmüştür. 

Üretilen elektrotlar, elektrik ark kaynağı yardımıyla yapılan sert dolgu kaynağında, Fe, Cr, W, B ve C elementleri kaynak işlemi sonrasında reaksiyona girmiş olup, katılaşma prosesiyle α-Fe, M2,3(B,C), M23(C,B)6 (M=Fe,Cr,W) türünde fazların oluştuğu tespit edilmiştir. 

Elde edilen sonuçlara göre alaşımlı sert dolgu katmanının homojen bir faz dağılımı sergilediği ve kaynak dikişi ile altlık malzeme arasında uyumlu bir geçiş olduğu optik mikroskop görüntülerinde görülmüştür. Yapılan incelemeyle, yüzey alaşımlama tabakasında α-Fe katı eriyik yapısı, intermetalik karbo-borür yapılarının varlığı XRD analiz sonuçlarıyla desteklenerek ispatlanmıştır. 

Fe-Cr-W-C-B alaşımlı yüzey alaşımlama tabakasına ait Vickers makro sertlik değerleri 4,903 Newton yük ile uygulanmış olup, 29-28 numunesi için 867±25 HV0,5, 33-29 numunesi için 921±66 HV0,5 ve 32-26 numunesi için 852±33 HV0,5 olarak ölçülmüştür. 

Ball on Disk aşınma testi, alaşımlanmış sert dolgu yüzeyine uygulanmış olup, test 10mm çapında Alümina bilye ile sabit 7,5 N yük ve 250 m mesafe için 0,1 m/s, 0,3 m/s ve 0,5 m/s değişken hızlarda uygulanmıştır. Aşınma oranlarının incelenmesi sonucunda, en düşük aşınma oranına içeriğindeki yoğun karbo-borür fazları sayesinde 33-29 bileşiminin sahip olduğu, en yüksek aşınma oranına ise 29-28 bileşiminin sahip olduğu bulunmuştur. Araştırmada elde edilen bulgulara göre; sertlik ve aşınma oranı hususlarında 33-29 bileşiminin üst düzey bir performans sergilediği tespit edilmiştir. 33-29 bileşimi için yapı içerisinde oluşan iğnesel formdaki karbo-borür yapılarının, bu bileşimin mekanik özellikleri üzerinde olumlu etki oluşturduğu sonucu çıkarılmıştır.

Abstract:
In this study, we have developed the hardfacing stick electrodes based on Fe-Cr-W-B-C which can show different types of wear resistance and have been given 29-28, 33-29, 32-26 codes for the shielded electrodes produced at different chemicals compositons. The prepared powder mixtures were coated on DIN 17145 grade steel wire has 3,25x350mm diameter & aspect ratio by using vertical press. The welding of hardfacing was applied on the low carbon AISI 1020 steel plate by using electric arc welding with the produced covered electrodes. It has been found that the melting characteristics of the electrodes in all three components are close to each other and have an aggressive characteristic. 

The elements Fe, Cr, W, B and C were reacted during welding treatment and α-Fe, M2,3(C,B) and M23 (C, B)6 phases were occured in the hardfacing welding made by the electric arc welding with the produced electrodes. According to the results obtained, the alloy hardfacing layer is homogeneous and that a harmonious transition between the weld metal and the base material is observed on optical microscope images. The existence of α-Fe solid melt structure and intermetallic carbo-boride structures in the alloy layer has been proved by supporting XRD analysis results. 

The Vickers macro hardness values of the Fe-Cr-W-C-B alloy hardfacing layer were applied with a load of 4,903 Newtons and were found to be 867±25 HV0.5 for 29-28, 921±66 HV0.5 for 33-29 852±33 HV0.5, for 32-26 alloys. 

The Ball on Disk wear test was applied to the alloyed hardfacing surfaces and the test was applied on the same conditions for three samples at varying speeds of 0,1 m/s, 0,3 m / s and 0,5 m / s for fixed 7,5 N load and 250 m distance with 10 mm Alumina ball. Examination of the wear rates revealed that the 33-29 composition has the lowest wear rate due to the intense carboborate phases and the 29-28 composition has the highest wear rate. 

According to the results obtained in the research; hardness and wear tests showd that the 33-29 combination exhibits a high level of performance. Carboboride structures in needle formed in the structure for the 33-29 composition resulted in a positive effect on the mechanical properties of the composition of 33-29.