Farklı gaz karışımlarında plazma pasta borlanmış AISI 8620 çeliğinin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
An investigation of tribological properties plasma paste boronizing of AISI 8620 steel by using different gas mixtures
Yazar: ŞÜKRÜ ÜLKER
Danışman: DOÇ. DR. ŞÜKRÜ TAKTAK
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Bor oksit = Boron oxide ; Boraks = Borax ; Borlama = Boriding ; Plazma = Plasma ; Tribolojik özellikler = Tribological properties

Özet:
Bu araştırmada, AISI 8620 çeliği, boraks ve B2O3 esaslı pasta karışımları (SiC ve B4C ilaveli) ile plazma ortamında, farklı sıcaklık ve sürelerde, ve değişik gaz karışımlarında borlanmıştır.Çalışmada numuneler kesitten metalografik olarak hazırlanmış ve optik mikroskopta tabaka kalınlığı ölçümü ve tabaka morfolojisi incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Numuneler üzerinde oluşan fazların analizi X-ışınları difraktometresinde CuK? ( ? =1,5418 A°) radyasyonu kullanılarak yapılmıştır. Yüzey sertlikleri mikrosertlik (Shimadzu HMV-2) cihazında Vickers ucuyla 50 gr yük altında ölçülmüştür. Tribolojik testler bilye-disk sisteminde, kuru ortamda, 330 dev/dk sabit hızda ve 10 N yük altında gerçekleştirilmiştir.Mikroyapı analizleri sonucunda plazma pasta borlama işlem sıcaklık ve süresinin artmasıyla birlikte borür tabaka kalınlıklarında artış gözlenmiştir. Plazma pasta borlama yapılan numunelerin XRD incelemeleri sonucunda Ar/H2 gaz karışımında FeB, Fe2B fazı elde edilirken Ar/H2/N2 gaz karışımlarında bu fazlara ilaveten Fe3N ve B25N fazlarının bulunduğu tespit edilmiştir.Plazma pasta borlama işlem sıcaklığının ve süresinin artmasıyla boraks ve B2O3 pastalı numunelerin sertlik değerlerinde artış gözlenmiştir. SiC katkılı boraks ve B2O3'li karışımlar, B4C takviyelilere göre daha düşük sertlik değerlerinin elde edilmesine neden olmuştur.Farklı % boraks ve B2O3 pasta karışımlarıyla plazma pasta borlanmış numunelerde borlama işlem sıcaklığının artmasıyla aşınma hızlarında düşüşler gözlenmiştir. Boraks pasta ile borlanan numunelerde aşınma direnci B2O3 pasta ile borlanan numunelere göre biraz daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ar/H2/N2 gaz karışımlarında sürtünme katsayısının 0,34-0,71 arasında değiştiği görülmüştür.

Abstract:
In this research, AISI 8620 steel was boronized by using borax and B2O3 based paste mixtures (in addition to SiC and B4C) in plasma at different temperatures and times and at various gas mixtures.In this study, cross-sections of boronized steels were prepared metallographically to observe morphological details using optical microscope and the thickness of the layers formed on the steels was measured by an optical micrometer attached to it. The analysis of phases formed on the steels were obtained in X-ray diffractometer using CuK? ( ? =1,5418 A°). The hardness of the layers was measured on the cross-sections using Micro-Vickers indenter (Shimadzu HMV-2) with 50 g loads. Tribological tests were carried out on ball-on-disc tribometer in dry environment at the speed of 330 rpm and load of 10 N.The results of microstructure analysis showed that the boride layer thickness increased as the boriding temperatures and times increased. The boride layer on the steel consists of FeB and Fe2B phases for Ar/H2 gas mixtures. Fe3N and B25N phases have been found on the steel as well as FeB and Fe2B borides for Ar/H2/N2 gas mixtures.It was observed that the surface hardness of the steels boronized using borax and B2O3 paste increased with increase in plasma paste boronizing temperatures and times. Furthermore, the surface of the steel boronized using borax and B2O3 paste with SiC had lower hardness than that of the steel boronized using paste added B4C.Dry tribological tests showed that the wear rates of the plasma paste boronized steel surface decreased as the boronizing temperatures increased. The wear resistance of the steels boronized using borax paste was higher when compared with the steels boronized using B2O3 paste. The friction coefficient was found 0,34-0,71 for the steels boronized in Ar/H2/N2 plasma.