Farklı oranda deforme edilen DIN 20MnCr5 çeliğinin aşınma ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of wear and mechanical properties of different deformed DIN 20MnCr5 steel as a result of box boring
Yazar: NURULLAH ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Borlama = Boriding ; Deformasyon = Deformation ; Korozyon = Corrosion ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Mikroyapı = Microstructure

Özet:
Bu çalışmada, DIN 20MnCr5 türü farklı çapa sahip sementasyon çelik çubuklara, sabit borlama sıcaklığında ve farklı borlama sürelerinde kutu borlama prosesi uygulanmıştır.Kutu borlama prosesi, Ø11 ve Ø14 mm çaplarındaki DIN 20MnCr5 çelik çubuklara 950oC sıcaklıkta, 2,5 ve 7,5 saat borlama sürelerinde gerçekleştirilmiştir.Kutu borlama işleminde aynı borlama tozu kullanılmış ve borlama tozu olarak ticari adıyla Ekabor-II toz karışımı kullanılmıştır. Borür kaplama tabakalarının tribolojik ve mekanik özelliklerini belirlemek için aşınma, korozyon ve yüzeyden matrise sertlik testleri uygulanmıştır. Ayrıca, borlama işlemi uygulanmış numunelerin kaplama bölgelerinin kalınlığı optik mikroskop ile ölçülmüştür.Borür kaplama bölgelerinde SEM-EDX ve XRD çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 
Yapılan optik mikro yapı sonuçlarına göre, en yüksek kaplama kalınlığı Ø11 mm çapındaki 7,5 saat borlanan DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde ve en düşük kaplama kalınlığı Ø14 mm çapındaki 2,5 saat borlanan DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde ölçülmüştür. Sertlik testleri sonucunda, en yüksek sertlik değeri Ø11 mm çapındaki 7,5 saat borlanmış DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde ölçülürken, en düşük  sertlik değeri Ø14 mm çapındaki 2,5 saat borlanmış DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde ölçülmüştür. Bununla birlikte Ø11 mm çapındaki ana malzemede Ø11 ve Ø14 mm çapındaki ana malzemede sertlik ölçülmüştür. Aşınma testtleri sonucunda en yüksek aşınma dayanımını Ø11 mm çapındaki 7,5 saat borlanmış DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde elde edilmişken, en düşük aşınma dayanımını işlem görmemiş orjinal Ø14 mm çapındaki DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde elde edilmiştir. Hem daldırma hemde potansiyodinamik polerizasyon testi sonuçlarına göre, en yüksek korozyon dayanımını Ø11 mm çapındaki 7,5 saat borlanmış DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde elde edilmişken, en düşük korozyon dayanımını işlem görmemiş orjinal Ø11 mm çapındaki DIN 20MnCr5 çelik çubuk numunesinde elde edilmiştir. Sonuç olarak sabit kutu borlama sıcaklığında ve sabit deformasyon oranında artan borlama süresiyle borür kaplama kalınlığının, sertliğin, aşınma ve korozyon dayanımının arttığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte sabit kutu borlama sıcaklığında ve sabit borlama sürelerinde artan deformasyon oranı ile borür kaplama kalınlığının, sertliğin, aşınma ve korozyon dayanımının arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, box boriding process was applied to DIN 20MnCr5 type cemented steel bars with different diameters at constant boriding temperature and different boriding times. Box boriding process was applied to DIN 20MnCr5 steel bars with Ø11 and Ø14 mm diameters at 950oC temperature for 2.5 and 7.5 hours. The same boronizing powder was used in the box boriding process and Ekabor-II powder mixture was used as boronizing powder. Wear, corrosion and surface-to-matrix hardness tests were applied to determine the tribological and mechanical properties of the boride coating layers. In addition, the thickness of the coating areas of the borided samples were measured with an optical microscope. SEM-EDX and XRD studies were carried out on the boride coating areas.

According to the results of the optical microstructure, the highest coating thickness was measured in the Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample boronized for  
7.5 hours and the lowest coating thickness was measured in the Ø14 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample boronized for 2.5 hours. As a result of the hardness tests,  
the highest hardness value was measured in the Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample boronized for 7.5 hours, while the lowest hardness value was measured in the Ø14 mm boronized DIN 20MnCr5 steel bar sample with 2.5 hours. However, hardness was measured in Ø11 mm diameter base material and Ø11 and Ø14 mm diameter base material. As a result of the wear tests, the highest wear resistance was obtained in the Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample boronized for 7.5 hours, while the lowest abrasion resistance was obtained in the untreated original Ø14 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample. According to both immersion and potentiodynamic polarization test results, the highest corrosion resistance was obtained in the Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample boronized for 7.5 hours, while the lowest corrosion resistance was obtained in the untreated original Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample. As a result, it was determined that boride coating thickness, hardness, wear and corrosion resistance increased with increasing boriding time at constant can boriding temperature and constant deformation rate. On the other hand, it was determined that boride coating thickness, hardness, wear and corrosion resistance increased with increasing deformation rate at fixed box boriding temperature and fixed boriding times.