Farklı kalite çeliklere uygulanan yüzey kaplama işlemlerinin aşınma davranışlarına etkisi
The effect of different kind coatings on wear characteristics of various quality steels
Yazar: BURAK SARICA
Danışman: PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yüzey işlemleriyle malzemelerin mekanik özellikleri geliştirilebilmektedir. Aşınma, sürtünmeye maruz kalan makina parçalarında takip edilen önemli sorunlardan bir tanesidir. Aşınma nedeniyle, cam şekillendirme makinalarında üretilen ürünlerde şekil bozuklukları meydana gelmekte ve üretimin durdurulmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, cam şekillendirme makinalarında üretimin verimliliğini arttırmak için, mevcut kalıp kolu malzemesine alternatif malzemeler ve kaplama türleri denenmiştir. Cam şekillendirme makinalarında mevcut kalıp kolu malzemesi olan AISI 420'ye alternatif olarak seçilen yüzeyi kaplanmış (nitrokarbürleme, sert krom kaplama, akımsız nikel kaplama ve borlama) üç farklı kalitede çelik (ASTM 1040, 4140 ve 5140 kalite çelikler) malzemede çalışma gerçekleştirilmiştir. Kalıp kollarındaki gerçek aşınma şartlarını simule edebilecek şekilde tasarlanan laboratuvar deneyleri için numuneler hazırlanmıştır. Disk üstünde aşınan pim deneyi test sonuçlan, en az aşman deney numunesinin ağırlık kaybı baz alınarak irdelenmiştir. 2000 m. kayma mesafesinde kaplamasız AISI 420 kalite çeliğin, en az ağırlık kaybeden deney numunesi olan borlanmış 4140 kalite çeliğe göre BAO (Bağıl Aşınma Oranı) 184,73 olarak tespit edilmiş ve borlama işlemi sonrasında, 4140 kalite çelik malzeme, 1400 HVo,2 sertlik değerine ulaşarak, kaplamasız AISI 420 kalite çelikten daha sertleşerek yüzeyinde oluşabilecek darbe kaynaklı yaralanmalara karşı korunması kolaylaşmıştır. Bu ömür artışı üretim esnasında doğabilecek kalıp kollarının aşınması ve üretimin durdurulması problemlerini azaltacağı gibi, yeni kalıp kolu alımı, stok tutma maliyetlerinde de önemli oranda tasarruf sağlayacaktır. Kaplamanın kalıp kolu maliyetine getirdiği ek yük, bu kazançlar yanında önemsiz kalmaktadır. Disk üstünde aşman pim deneylerinin sonucunda borlanmış 4140 kalite çelik malzemenin cam şekillendirme makinalarının çalışma koşullarında aşınmaya karşı en dayanıldı malzeme olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
By using surface treatment methods, materials' mechanical properties can be improved. Wear is always observed as one of the follow- up issue for machinery equipments which are exposed to friction. Wear causes interruptions during production in glass forming machines because of arm mould based non- uniform products. In order to improve the efficiency of production in the glass forming machines, the different kinds of the coated alternative steels as the material of arm moulds are analyzed in this study. Wear resistance of arm moulds are investigated by using different kinds of surface treatment methods. As alternatives to the existing arm mould material AISI 420; ASTM 1040, 4140 and 5140 quality steels are coated with nitrocarburizing, hard chrome, boronizing and electroless nickel coating techniques. For decreasing the number of interruptions during the production, alternative materials of the coated arm moulds are tested by simulating the working conditions in a laboratory environment where the standard specimens are used. The results are based on weight % loss of specimen. Non- coated AISI 420 (existing arm mould material) lost % 0,446 and boronized 4140 lost % 0,002 of its weight in 2000 m. sliding in pin on disc test. After coating all of the specimens used in the tests, boronized 4140 has reached to 1400 HVo,s hardness (second hardest in 20 specimens) which provides the 4140 steel to be more resistant to impacts. Arm mould lifecycle increase by boronizing do not only increase the efficiency of production by decreasing the number of interruptions, it also lets firms to have sufficient stocks of fast consumed arm moulds and less labor work for purchasing transactions. The coating cost is negligible when compared with the interruption costs and the cost of non- coated AISI 420 arm moulds. After testing these materials by pin on disc test, the results have shown that the boronized 4140 steel is the most wear resistant material under working conditions of arm moulds in glass forming machines.