Borlanmış hastelloy C-276 süper alaşımının aşınma davranışının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of wear behavior of borided hastelloy C-276 superalloy
Yazar: MEHMET CAN UÇGUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KANCA ; DOÇ. DR. ALİ GÜNEN
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Borlama = Boriding ; Kaplama = Coating ; Süper alaşımlar = Superalloys ; Sürtünme = Friction

Özet:
Endüstriyel uygulamalarda kullanılan malzemelerde aşınma kaynaklı kayıplar gayri safi yurtiçi hasılasının yaklaşık %7'sine denk gelmektedir. Aşınma hasarlarının minimize edilmesi için termal, termokimyasal ve kaplama yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Termokimyasal yüzey sertleştirme yöntemlerden biri olan borlama diğer yöntemlere göre daha yüksek mekanik performans ve daha kalın tabaka göstermesinden dolayı ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, kimyasal ve nükleer sanayide kullanılan Ni esaslı Hastelloy C-276 süper alaşımının aşınma dayanımının iyileştirilmesi amacıyla alaşımın yüzeyine 975°C'de 5 ve 7 saat süreyle kutu-borlama işlemi uygulanmıştır. C-276'nın yüzeyinde elde edilen borür tabakasının karakteristik özelliklerini belirlemek amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektroskopisi (EDS), X-ışını kırınımı (XRD) ve nanoindentasyon analizleri yapılmıştır. Elde edilen borür tabakalarının aşınma dirençlerine etkisi lineer aşınma test düzeneğinde 60 mms-1 hızında, 300 metre kayma mesafesinde ve 5, 10 ve 20N yükler altında 6 mm çapında alümina aşındırıcı bilyeye karşı test edilmiştir. Analizler sonucunda borür tabaka kalınlığı 86,5-132,7 µm aralığında bulunmuştur ve borlama süresindeki artış ile borür tabaka kalınlığında artış gözlemlenmiştir. Borür tabaka sertlik değeri ise 2016-2210 HV0.1 aralığında bulunmuştur. Borlama işlemi sonrasında aşınma testlerinde uygulanan yüke bağlı olarak taban malzemenin sürtünme katsayısında %26-%32 azalma ve aşınma direncinde ise 54-71 kat iyileşme meydana gelmiştir. Aşınma mekanizması olarak işlemsiz numunelerde abrasif aşınma ve plastik deformasyon etkin olurken borlanmış numunelerde ise oksidasyon destekli delaminasyon türü mekanizmalar hakimdir. Sonuç olarak, borlama işlemi C-276'nın sertliğini, aşınma ve sürtünme performansını ve dolayısıyla çalışma ömrünü iyileştirmiştir.

Abstract:
Wear failure of materials used in industrial applications corresponds to approximately 7% of the gross domestic product. Thermal, thermochemical and coating techniques are widely used to reduce wear-related failure. Boriding, a thermochemical surface hardening process, has been of interest due to providing higher mechanical performance and thicker coating layers than other methods. In this thesis, boride layers were formed on Ni-based Hastelloy C-276 superalloy, used in chemical and nuclear fields, at 975 °C for 5 and 7 h by powder-pack boriding to improve its wear resistance. Grown boride layers were characterized using scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffractometry (XRD) and nanoindentation. To investigate the effect of boride layers on the wear resistance untreated and borided surfaces were reciprocated against an alumina ball (6 mm in diameter) at a velocity of 60 mms-1, a sliding distance of 300 m under the loads of 5, 10 and 20 N. The results showed that the thickness of the boride layer increased at the boriding temperature elevated, which was in the range of 86.5-132.7 μm. The hardness of the coatings was observed to be 2016-2210 HV0.1. Boriding process caused a decrease in friction coefficients by 26-32% and an increase in wear resistance by 54-71 times at different applied loads. As dominant wear mechanisms untreated C-276 found abrasive wear and plastic deformation while in the borided samples the wear mechanisms changed to oxidation-assisted delamination. In conclusion, boriding process significantly improved the hardness and wear and friction performance and thus the service life of Hastelloy C-276.