Sade karbonlu çeliklerin tıg ve plazma ile yüzey kaplamasında koruyucu gaz ve tozların yüzey modifikasyonuna etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of shield gases and powders on the surface modification of a tig and plasma coated plain carbon steel
Yazar: VEDAT VELİ ÇAY
Danışman: YRD. DOÇ. SERMİN OZAN ONK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Teknik Eğitim Bölümü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada sade karbonlu çeliğin yüzeyi (GTA) Tungsten İnert Gaz ve (PTA) Plazma Transfer Ark yöntemleri kullanılarak FeCr, FeTi ve FeMo tozları ile alaşımlandırılmıştır. Numunelerin alaşımlandırma işlemi yapılırken koruyucu gaz olarak saf argon gazı ile birlikte bu gaza % 3 ve 5 oranlarında ilave edilen H2 gazı kullanılmıştır. Alaşımlandırılan bölgelerin mikroyapı ve abrasiv aşınma özellikleri araştırılmıştır. Sade karbonlu (AISI 1020) çeliğin yüzeyi yüksek karbonlu ferrokrom, ferrotitanyum ve ferromolibden tozları kullanılarak alaşımlandırılmıştır. Yüzey alaşımlama işleminden sonra, alaşımlı bölgenin mikroyapısını belirlemek için, tarayıcı elektron mikroskobu (SEM), noktasal analiz (EDS), X-ışınları (XRD) gibi ileri teknoloji araştırma yöntemlerinden faydalanılmıştır. Abrasiv aşınma testleri pin-on-disk aparatı üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sertlik değerleri alaşımlandırılmış bölge üzerinden ölçülmüştür.GTA ve PTA yöntemleri kullanılarak yapılan yüzey alaşımlama uygulamaları sonucunda; her iki yöntemde de alt malzeme yüzeyine ferro içerikli alaşım tozları ergitilerek yüzey modifikasyon işlemi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.FeCr tozu kullanılarak GTA ve PTA yöntemleri ile yapılan yapılan yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında mikroyapıda dendritik yapı içerisinde Cr7C3, östenit, Fe3C fazları tespit edilirken, FeTi tozu kullanılarak gerçekleştirilen yüzey modifikasyonu işleminde ferrit matrisi içerisinde oluşan FeTi, Fe3C ve TiC fazlarına rastlanılmıştır. Yine aynı yöntemler ile FeMo tozu kullanılarak gerçekleştirilen yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında mikroyapıda ötektoid şeklinde oluşan yapı içerisinde Fe2Mo, MoC, FeC ve Fe3C fazlarına rastlanılmıştır.Koruyucu argon gazı içerisindeki hidrojen oranın artması ile numunelerde daha homojen bir mikroyapı ve buna bağlı olarak sertlik artışı gözlenmiştir.Numuneler içersinde en yüksek sertlik ve en iyi aşınma direnci FeCr tozu ile alaşımlandırılmış PTA yöntemi ile üretilmiş numunelerde görülmüş olup, bunu aynı yöntem ile üretilen FeMo ve FeTi tozları ile alaşımlandırılmış numuneler izlemiştir.Anahtar Kelimeler: Yüzey alaşımlama, GTA, PTA, Koruyucu gaz, Abrasiv aşınma

Abstract:
In this study, plain carbon steel surface were alloyed with different ferroalloys powders by using tungsten inert gas (GTA) and plasma transfer arc (PTA) welding processes. During the alloying process of specimens argon gas containing 3-5 % H2 was used as shield gas. The microstructures and abrasive wear properties of the alloyed and coated zones were investigated. In the experimental study, plain carbon steel (AISI 1020) surface were alloyed by using high carbon ferrochrome, ferrotitanium an ferromolybdenum powders. Following the surface alloying, conventional characterization techniques, such as scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction were employed for studying the microstructure of the alloyed zone. Abrasive wear tests were carried out at pin-on-disc apparatus. Hardness measurements were performed across the alloyed zone.As a result of surface alloying applications using GTA and PTA welding processes; modification operation was successfully carried out by using molten iron-based powders applied to bottom material surface at each of the two processes.Following the surface modification which had been done by using FeCr powder within the GTA and PTA processes, Cr7C3, eutectoid and Fe3C phases inside the dendritic structure in microstructure were observed. Whereas at surface alloyed with FeTi powder; FeTi, Fe3C and TiC phases were apparently formed inside the ferrite matrix. After the surface modification by using FeMo powder with the same methods again; Fe2Mo, MoC, FeC and Fe3C phases were observed inside the residual austenitic structure formed in microstructure.By increasing H2 ratio in shielding gas rather homogenous microstructure was reached with a resultant hardness increasing which was also monitored.It was observed that the highest hardness and wear resistance among treated specimens were obtained by using FeCr powder within PTA process, and it was followed with the same process produced specimens that were alloyed with FeMo and FeTi respectively.Keyword: Surface alloying, GTA, PTA, Abrasive wear, Shielding gas