Bazı alaşımlı çeliklerin yüksek sıcaklık aşınma davranışına borlama işleminin etkisi
The effect of boriding process on high temperature wear behaviour of some alloy steels
Yazar: EMRE DİLEKTAŞLI
Danışman: DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aktivasyon enerjisi = Activation energy ; Aşınma davranışı = Wear behavior ; Borlama = Boriding ; Kinetik özellikler = Kinetic properties ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Tribolojik özellikler = Tribological properties

Özet:
Bu çalışmada, plastik ekstrüzyon kalıplarında kullanılan kalıp çeliklerinin ömrünü uzatmak için yüzeyler pasta borlama yöntemiyle borlanmış böylece yüzeylerin sertleştirilmesi amaçlanmıştır. Plastik ekstrüzyon kalıplarında kullanılan AISI 4140, AISI H13, AISI 420 ve EN 1.8519 çeliklerinden imal edilmiş olan borlama numunelerine 850 – 900 ve 950 ºC' de 4 – 6 ve 8 saat sürelerle pasta borlama işlemi uygulanmıştır. Borlanan numunelerin optik mikroskopla mikroyapı fotoğrafları çekilmiş borlama şartlarına göre 20 ile 140 µm arasında değişen tabaka kalınlıkları elde edilmiş, daha sonra faz analizi için X-ray difraksiyon analizi yapılmış ve Fe2B, FeB, CrB fazları tespit edilmiştir. Çeliklerinin yüzey sertliği borlama işlemi sonucunda 1800-2200 HV0,2 mertebesine kadar çıkmıştır. Yapılan kinetik hesaplamalarda AISI 4140, AISI H13, AISI 420 ve EN 1.8519 çeliklerde bor tabakası büyüme aktivasyon enerjileri sırasıyla 145.3, 222.9, 270.7, ve 146.5 kj/mol olarak bulunmuştur. Borlanan çelikler oda sıcaklığında 300 °C'de ve 500 ºC' de normal atmosferik koşularda disk üzerinde bilya tipi aşınma cihazında aşındırılmıştır. İncelenenen malzemelerin borlanmış yüzeyleri oda sıcaklığında aynı mertebede aşınmış olup relatif aşınma hızı 1.0 olarak alınmıştır. 300 °C'de AISI 4140 çeliği ve AISI H13 çeliği yaklaşık 13,5 kat aşınarak en iyi performansı göstermiştir. 500 °C'de yapılan deneylerde ise en düşük relatif aşınma hızı AISI H13 çeliğinde 20.4 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study AISI 4140, AISI H13, AISI 420 and EN 1.8519 have been paste borided.  Paste boriding have been applied at 850, 900 and 950 °C for durations of 4, 6 and 8 hours. The largest boride layers was obtained at boriding temperature of  950 ºC after duration of 8 hours as  140.0, 70.2, 65.9 and 130.8 µm for AISI 4140, AISI H13, AISI 420  and EN 1.8519 steels, respectively. Thickness of the boride layers then utilized to calculate the activation energy for growth of the boride with respect to the type of the substrate. Activation energy values calculated as 145.3, 222.9, 270.7 and 146.5 kJ/mol for AISI 4140, AISI H13, AISI 420 and EN 1.8519 steels, respectively. X-ray analysis revealed that boride layers were consisted of Fe2B, FeB and CrB phases. After boridig process, the surface hardness values of layer approximately 1800-2000 HV(0.2).Wear tests result showed that dramatic loss in wear resistance with increasing wear testing temperature, with the exception of AISI H13 steel. At room temperature borided steels displayed similar wear rates by providing relative wear rate of about 1.0. At 300 ºC the relative wear rates of the AISI 4140, AISI H13, AISI 420 and EN 1.8519 steels were quantifed as 13.3, 46.2, 11.7 and 28.1, respectively. At 500 ºC relative wear rates were determined as 200.6, 198.8, 20.2, 129.1 for the AISI 4140, AISI H13, AISI 420 and EN 1.8519 steels, respectively.