WC ve TİCN kaplanmış sıcak hadde merdanelerinin kuru ve bor yağı ortamında aşınma davranışlarının incelenmesi
Investigation of abrasion behavior of WC and TİCN-coated hot rolling rolls in dry and boron oil environmental conditions
Yazar: MERT PEHLİVANOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sıcak haddeleme = Hot rolling ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama yöntemleri = Surface coating methods

Özet:
Bu çalışmada TiCN ve WC-Co kaplamalarının küresel grafitli dökme demir malzemelerinin tribolojik performansına etkisi aşınma deneyleri ile incelenmiştir. Kaplama işlemlerinin mekanik ve fiziksel etkisi, mikrosertlik ölçümleri ve görüntüleme yöntemleriyle (SEM, EDX, XRD) analiz edilmiştir. WC-Co ve TiCN kaplamalı numunelerin tribolojik etkisi 50N yük ve 60 dev/dk kayma hızı parametrelerinde kuru ve 5% konsantrasyon oranında hazırlanmış bor yağı emülsiyonu koşullarında gerçekleştirilen ball-on–plate aşınma deneyleri ile incelenmiştir. Kaplama prosesinin ve bor yağı emülsiyonunun sürtünme ve aşınma davranışına etkisinin incelenmesi için sürtünme katsayısı ve aşınma hacmi verileri elde edilmiştir. Aşınmış yüzeylerden elde edilen SEM görüntüleri ile aşınma mekanizmaları belirlenmiş, EDX görüntüleri ile yüzeyler elemental olarak analiz edilmiştir. 
Ayrıca yüzey pürüzlülük ölçümleri ve 2D - 3D topoğrafya görüntüleri ile yüzey form değişiklikleri incelenmiştir. Mikrosertlik ölçüm sonuçlarına göre, 290 HV sertliğindeki küresel grafitli dökme demirin TiCN kaplamasıyla 1559 HV, WC-Co kaplamasıyla 1440 HV değerlerine ulaştığı görülmüştür. Aşınma deneyi sonuçlarına göre TiCN ve WC-Co kaplamalarının sürtünme katsayısını sırasıyla %54,78 ve %41,58, aşınma hacmini %88,33 ve %75,92 oranında azalttığı belirlenmiştir. Bor yağı kullanımının kuru ortam koşullarına kıyasla aşınma performansına etkisi incelendiğinde ise; sürtünme katsayısı ve aşınma hacminin sırasıyla maksimum 66.99% ve 53.70% oranında azaldığı sonucuna varılmıştır. Yüzey morfolojisi analiz sonuçlarına göre bor yağı emülsiyonunun kullanıldığı deneylerde pürüzlülük değerlerinin azaldığı görülmüştür. Fakat, TiCN kaplama yüzey kalitesini iyileştirmesine rağmen, WC kaplama yüzey kalitesini olumsuz etkilemiştir. 2D ve 3D topoğrafya ile elde edilen yüzey formu görüntüleri de pürüzlülük değerlerindeki değişimi destekler niteliktedir.

Abstract:
In this study, the effect of TiCN and WC-Co coatings on the tribological performance of spheroidal graphite cast iron materials was investigated by wear tests. Mechanical and physical effects of coating processes were analyzed by microhardness measurements and imaging methods (SEM, EDX, XRD). The tribological effect of WC-Co and TiCN coated samples was investigated by ball-on-plate abrasion tests carried out under dry and 5% concentration prepared boron oil emulsion conditions at 50N load and 60 rpm sliding speed parameters. Friction coefficient and wear volume data were obtained to examine the effect of coating process and boron oil emulsion on friction and wear behavior. Erosion mechanisms were determined with SEM images obtained from worn surfaces, surfaces were analyzed elementally with EDX images. In addition, surface roughness measurements and 2D - 3D topography images and surface form changes were examined. According to the microhardness measurement results, it was observed that the spheroidal graphite cast iron with 290 HV hardness reached 1559 HV with TiCN coating and 1440 HV with WC-Co coating. According to the abrasion test results, it was determined that TiCN and WC-Co coatings decreased the friction coefficient by 54.78% and 41.58%, and the wear volume by 88.33% and 75.92%, respectively. When the effect of boron oil use on wear performance compared to dry environment conditions is examined; It was concluded that the friction coefficient and wear volume decreased by a maximum of 66.99% and 53.70%, respectively. According to the surface morphology analysis results, it was seen that the roughness values decreased in the experiments where the boron oil emulsion was used. However, although the TiCN coating improved the surface quality, the WC coating negatively affected the surface quality. Surface form images obtained with 2D and 3D topography also support the change in roughness values.