Toprak işleme tarım makinelerinde kullanılan 5630 kalite çeliğinin aşınma direncinin değişik yüzey prosesleri ile iyileştirilmesi
Tillage is used depending on the processes of agricultural machines, improving the corrosion of reinforcing steel 5630
Yazar: NECİP SELÇUK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET ÇAKMAKKAYA
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Yüzey aşınması = Surface wear

Özet:
Tez çalışmasında, toprak işleme aletlerinde kullanılan 5630 kalite çeliğinden yapılmış pulluk uç demiri üzerindeki aşınma mekanizmalarının incelenmesi ve iyileştirilmesi üzerinde araştırma yapılmıştır. 5630 kalite çelikler içerisinde bor bulunan sıcak haddelemeye tabi tutulmuş yassı çeliklerdir. Tarım aletlerinde kullanılan kesici uçların aşınma direnci yüksek olması arzu edildiği için kullanılmaktadır. Bununla birlikte pullukta bulunan kazıcı uç (pulluk uç demirleri) sürtünme ve aşınmanın en fazla olduğu bölümdür. Bu bölüm diğer pulluk elemanlarına göre daha fazla aşınma göstermektedir.

5630 kalite çelikten yapılan pulluk uç demirlerinin aşınmasını azaltmak için çelik yüzeyi ark kaynağı yöntemi kullanılarak sert dolgu kaynağı yapılmış ve ayrıca aynı ana malzeme yüzeyine sıvı nitrürleme banyosunda nitrürleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu iki yöntemle malzemelerin yüzeyleri sert kaplama yapılarak çalıştığı ortamda aşınma direnci ve tokluğunda iyileştirme amaçlanmıştır.

5630 kalite çelikler Erdemir sıcak hadde ürünü olarak farklı kalınlıklarda üretilmektedir. Afyon organize sanayi bölgesinde tarım araçları üreten "Aktaşlar Tarım" firmasından 10 mm kalınlığında 5630 kalite çelik temin edilmiştir. Bununla birlikte dolgu kaynağı yapılacak malzemeler 8 mm kalınlığında temin edilmiştir. Çünkü tabaka oluşumundan sonra deney numunelerinin hazırlanmasında ortaya çıkacak talaş kaldırma işçiliğinin azaltılması ve aynı zamanda düzgün bir kabuk kaplama yapılması durumunda kaplamalı ürünün kesici uç olarak kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Dolgu kaynağı uygulanan malzemeler kesme, tornalama ve freze işlemleri ile standart numuneleri hazırlanmıştır. Nitrürleme yapılacak deney numuneleri 10 mm kalınlıkta hazırlanarak Konya organize sanayi bölgesinde ısıl işlem alanında hizmet veren "Selçuk Isıl işlem" firması tarafından yapılmıştır. Nitrürleme parametreleri tarafımızdan belirlenmiştir. Gerek ark kaynağı ile yapılan kaplamada gerekse  nitrürleme işlemlerinde kullanılan malzemelerde bu işlemlerden önce malzeme yüzeylerinin doğal kalıntılardan, oksit ve benzeri kirliliklerden arındırılmasına özen gösterilmiştir.

Sert dolgu elektrotları ile yapılan kabuk oluşturma işlemleri malzemelerin yüzeylerinde sertlik sağlar. Oluşturulan bu sert kabuk ana malzemeyi abrasif aşınmaya karşı dayanıklı yapar ve ana malzemenin daha az aşınmasını sağlayarak ürünün kullanılma ömrünü artırmaktadır. Bu çalışmada 5630 kalite çelik üzerine elektrik ark kaynak yöntemi ile "citomangan sert dolgu elektrodu" ve dolgu kaynaklarında kullanılabilen "EIS-410 NiMo" tipi paslanmaz çelik dolgu elektrotları "Magmaweld" firmasından temin edilerek elektrot çaplarına uygun parametreler kullanılarak metal yüzeyinde dolgu oluşturulmuştur.

Tuz banyosunda nitrürleme "Sıvı nitrürleme" işlemi aşınma direncinin arttırılması için uygulanan en yaygın yüzey işlemlerinden biridir. Nitrürleme işleminde, iş parçası yüzeyinin Azot ile zenginleştirildiği bir termokimyasal süreçtir. Malzeme yüzeyine sert ve ince bir tabaka oluşturarak ana malzemenin yüzeyinde koruma sağlamaktadır. 5630 kalite çeliğinden yapılan numuneler tuz banyosunda 650 °C sıcaklıkta 4 saat bekletilerek yapılan sıvı nitrürleme işlemi ile yüzey sertleştirilmiştir. Banyodan çıkarılan numunelere direk su ile soğutma işlemi uygulanmıştır.

Bu tez çalışmasında ana malzeme ile birlikte 4 farklı numune oluşturulmuştur. Dolgu kaynağı ve sıvı nitrürleme yöntemi uygulanan 5630 kalite çelikleri aşınma deneyi uygulanarak ana malzemeye göre aşınma dirençleri karşılaştırılmıştır. Bununla birlikte mikro yapılar incelenerek numunelerin mikro yapıları SEM ve optik mikroskopta incelenmiştir. Numunelerin farklı bölgeden alınan mikro sertlikleri ile sertlik değişim grafikleri oluşturulmuştur. Çentik darbe deneyi ile malzemenin sünek veya gevrek yapıları gözlenerek darbe dirençleri ölçülmüştür. SEM mikroskobundan alınan görüntülerin analizleri yapılmıştır.

Sonuç olarak 5630 kalite çelik dolgu kaynak yöntemi ile yapılan sert tabakalı yüzey oluşturmada maliyet düşük olmakla birlikte aşınma direncinde %50 oranında artış sağlanırken ark kaynağı ile oluşturulan sert kabuk "citomangan sert dolgu elektrotunda" süneklik azalmakta gevrek kırılmaya eğilimli bir özellik göstermiştir. Fakat "EIS-410 NiMo" dolgu elektrotu ile oluşturulan sert kabuk ise sünek özelik göstermektedir.   Nitrürleme işlemi, dolgu kaynak yöntemine göre yüksek maliyette olmasına rağmen temperlemenin de etkili olduğu bu işlemde tokluk yönünden daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Ancak nitrürleme işleminde oluşan tabakanın diğer sert kabuklara göre daha ince olması Abrasif aşınmaya karşı daha kısa süreli direnç göstermektedir.

Abstract:
In this research, there is a study about examining and improving on wear mechanisms of plowshare which made of 5630 quality steel . 5630 quality steels are flat steels which are hot rolled and that steels include boron.  5630 quality steels are preferable materials because wear resistance of plowshare of agricultural implement should have high values. However, plowshares have higher values of friction and wear than other parts of plow.

For decreasing wear of plowshares which are maded with 5630 quality steel, nitriding and hardfacing welding with arc welding techniques are applied on surface of 5630 quality steel materials. Aim of that two methods, improving satiety and wear resistance of material surfaces.

5630 quality steels  are produced by Erdemir company with different thickness. 10 mm thickness 5630 quality steels  are provided from Aktaşlar Tarım where situated in Afyonkarahisar organized industrial zone.  On the other hand, 8 mm thickness materials are provided for fillet welding. Standard sample from filet welded materials is prepared with milling, turning and cutting. Nitruding of samples which have 10 mm thickness is maded by Selçuk Isıl İşlem Company where situated in Konya Organized Industrial Zone. Parameters of nitruding are determined by our. We took care oxide and natural particules cleaning before all applications. Layers formed on surfaces of samples created hardness. The Layer on surface gived durability to main material and thus, lifetime of main material is increased.

Nitruding in salt bath is one of the widely using surface processing for increasing wear resistance. Nitruding is a thermochemical process that makes enrich with nitrogen on sample surface. This nitrogen layer provide more protection on the main sample surface. Samples which are maded form  5630 quality steel  are incubated in salt bath on 650 °C degrees for 4 hours. Than samples are incubated under directly cold water.

In this thesis, 4 different samples are created with main sample. 5630 quality steels which are applied with Fillet weld and liquid nitruding compared with main sample on about wear experiment. At the same time, micro structure of samples are examined  under scaning elektron microscope (SEM) and light microscope. And also, micro hardness graphs are created.

Consequently,  5630 quality steel with fillet weld technique has low prices and also provides 50 percentage on  wear resistans. Hardness layer which is created by arc weld "on citomangan hard fillet weld electrode" plasticity is decreased and inclined to brittle fracture. But layer which is consisted from nitruding process is more thin than other hardness layers, so this is provide more shortly resistance to abrasive wear.