Gaz nitrürleme sonucu oluşan beyaz tabakanın nitrasyon çeliğinin aşınma davranışına etkisi
Effects of the white layer formed by gas nitriding on the wear behavior of nitriding steel
Yazar: KEREM KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. YÜCEL GENÇER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada DIN 1.8519 (31CrMoV9) çeliğinin farklı nitrürleme potansiyelleri ve sürelerinde gaz nitrürleme işlemleri yapılarak beyaz tabakada oluşan fazların aşınma dayanımlarına etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla; hazırlanan çelik numuneler potansiyel kontrollü nitrürleme fırınında 3 farklı nitrürleme potansiyelinde ve 3 farklı sürede nitrürlenmiştir. Bunun sonucunda nitrürlenen malzeme yüzeylerinde farklı kalınlıklara ve farklı faz içeriklerine sahip beyaz tabakalar oluşmuştur.
Önce, gaz nitrürlenen numunelerin mikroyapısı ve morfolojisi ışık mikroskobu, XRD, SEM, SEM-EDS ve mikrosertlik cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Daha sonra, gerçekte oluşan aşınma koşullarını simule etmek için her iki bileşeninin de nitrürlenmiş çelikten oluştuğu "block on ring" aşınma testleri uygulanmış ve aşınma sonuçları profilometre, ışık mikroskobu ve hassas terazi kullanılarak nitrürlenmiş yüzeylerin aşınma davranışları incelenmiştir.
Nitrürlenmiş malzeme yüzeylerinde bazı şartlarda beyaz tabaka oluşmamıştır. γˊ-gama üssü fazından oluşan beyaz tabakaların mikrosertlik değeri ortalama 951 HV, ε-epsilon fazından oluşan beyaz tabakaların mikrosertlik değeri ortalama 786 HV olarak bulunmuştur. γˊ-gama üssü fazından oluşan beyaz tabaka kalınlıkları 3-6 μm, ε-epsilon fazından oluşan beyaz tabaka kalınlıkları 11-17 μm ölçülmüştür. DIN 1.8519 çeliklerin uygun parametreler kullanılarak nitrürlenmesi sonucu aşınma dirençlerinin arttığı saptanmıştır. Kütle kaybı sonuçları, ışık mikroskobunda incelenen aşınma iz genişlikleri ile beraber değerlendirildiğinde ε-epsilon fazından oluşan tabakaların aşınma direncinin en yüksek olduğu, beyaz tabakasız numunelerin ise en düşük aşınma direncine sahip olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the gas nitriding processes at different nitriding potentials and durations of DIN 1.8519 (31CrMoV9) steel was performed. The effects of the white layer formed upon the gas nitriding on abrasion resistance were investigated. For this purpose; the steel samples were nitrided in a potential controlled nitriding furnace in 3 different nitriding potentials and for 3 different durations. As a result, white layers with different thicknesses and different phase contents were formed on the nitrided steel surfaces.
First, the microstructure and morphology of gas-nitrided samples were characterized using light microscopy, XRD, SEM, SEM-EDS and microhardness tester. Later, in order to simulate the actual wearing conditions, "block on ring" wear tests, in which both components are made of the nitrided steel, were applied. The wear behavior of the nitrided surfaces were examined by profilometer, light microscope and precision balance.
Some of the experimental conditions did not result in white layer on nitrided material surfaces. The average microhardness values of the white layers consisting of γˊ phase was 951 HV and that of the white layers consisting of ε phase was 786 HV on average. The white layer thicknesses were measured as 3-6 μm and 11-17 μm for the white layer consisting γˊphase and ε-epsilon phase, respectively.
It is determined that wear resistance of DIN 1.8519 steel increases as a result of nitriding using appropriate parameters. When the mass loss results were evaluated together with the wear track widths examined under light microscope, it was determined that the layers consisting of ε phase had the highest wear resistance and the samples without white layer had the lowest wear resistance.