X38CrMoV5-3 sıcak iş takım çeliğinde yüzey işlem uygulamaları ve aşınma davranışının incelenmesi
Surface treatment applications and investigation of wear behavior of X38CrMoV5-3 hot work tool steel
Yazar: AHMET YILDIZ
Danışman: PROF. DR. ŞABAN HAKAN ATAPEK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Karakterizasyon = Characterization ; Sıcak iş takım çeliği = Hot work tool steel ; Triboloji = Tribology ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Bu çalışmada, X38CrMoV5-3 kalite sıcak iş takım çeliği öncelikle 1010 °C sıcaklıkta 20 
dakika östenitleştirilmiş, havada soğutulmuş ve 580 °C sıcaklıkta üç kez 2 saat boyunca 
temperlenmiştir. Böylece temper martenzitik matriks içeren bir çelik yapısı elde 
edilmiştir. Isıl işlemi takiben bilyalı dövülmüş yüzeyler üzerine nitrokarbürizasyon ve 
nitrasyon ve oksidasyon işlemleri uygulanmıştır. Yüzey faz analiz çalışmaları proses 
gereği karbonitrürlerin ve oksitlerin oluştuğuna işaret etmiştir. Kesitte yapılan metalurjik 
analizler ise (i) nitrokarbürizasyon işlemi sonrası yüzeyden merkeze ~ 8 µm kalınlığında 
azot ve karbonca zengin tabakanın oluştuğunu ve difüzyon tabaka derinliğinin ~ 120 µm 
derinlikte olduğunu, (ii) nitrasyon işlemi ile beyaz tabaka oluşturulmaksızın ~ 20 µm 
derinliğinde bir difüzyon tabakasının var olduğunu ve (iii) bu tabaka üzerinde oksidasyon 
ile ~ 2 µm kalınlığında demirce zengin bir oksit tabakasının oluştuğunu göstermiştir. 
Mekanik karakterizasyon çalışmaları nitrokarbürizasyon ve nitrasyon ve oksidasyon 
işlemleri sonrası yüzey sertliklerinin sırası ile 1100±142 HV10 ve 810±22 HV10 sertlik 
değerlerinden olduğunu göstermiştir. Oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklığı aşınma testleri ısıl 
işlem uygulanmış çelik matriksine (565±19.8 HV10) göre daha sert yüzeylerin 
oluşturulması halinde aşınma direncinin arttırabildiğini ve uygulanan yüzey 
işlemlerinden nirokarbürizasyon işleminin nitrasyon ve oksidasyon işlemine kıyasla daha 
yüksek aşınma direnci sağladığını ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, X38CrMoV5-3 grade hot work tool steel is first austenitized at 1010 °C for 
20 min, cooled in air and tempered at 580 °C three times for 2 h. Thus, a steel 
microstructure containing a tempered martensitic matrix is obtained. Following the heat 
treatment, nitrocarburising and nitriding and oxidation processes are applied on the shot
peened surfaces. Surface phase analysis studies are shown that carbonitrides and oxides 
are formed due to the applied processes. Metallurgical analyzes performed on the cross
sections show that (i) after the nitrocarburising process, a nitrogen and carbon-rich layer 
with a thickness of ~ 8 µm and the diffusion layer depth of ~ 120 µm are formed from the 
surface to the center, (ii) a diffusion layer with a depth of ~ 20 µm is formed without the 
formation of a white layer by the nitriding process and (iii) an iron-rich oxide layer with 
a thickness of ~ 2 µm is formed on this layer by oxidation. Mechanical characterization 
studies are shown that the surface hardness values after nitrocarburising and nitriding and 
oxidation processes are 1100±142 HV10 and 810±22 HV10 hardness values, respectively. 
Room temperature and high temperature wear tests have revealed that wear resistance can 
be increased if harder surfaces are formed compared to the heat-treated steel matrix 
(565±19.8 HV10), and that the nitrocarburising process, one of the applied surface 
treatments, provides higher wear resistance compared to the nitriding and oxidation 
process.