Düşük karbonlu yüksek mukavemetli çeliklerde borlama
Boronizing on low carbon-high strenght steel
Yazar: MUHAMMET GÖKHAN ALBAYRAK
Danışman: PROF. DR. ERTAN EVİN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sanayide birçok farklı sektörde kullanılan düşük karbonlu yüksek mukavemetli çeliklere yüzey iyileştirme işlemleri yapılarak kullanım sınırları genişletilebilmektedir. Sahip oldukları düşük karbon neticesinde yüzeyden içeri difüzyon yoluyla sertleştirici elementlerin emdirilmesi ve bu işlemin mümkün olabilen en düşük sıcaklık ve sürelerde gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Yüzeyde yüksek sertlik ve aşınma direnci istenilen durumlarda borlama işlemi yapılması en doğru karardır. Mekanik alaşımlama gibi bir ön işlemden geçirilen borlayıcı toz karışımı ile yüzeyde oluşturulacak borür tabaka derinliğini mümkün olan en düşük sıcaklıklarda elde etmek amacıyla bu çalışma yapılmıştır. 0, 10 ve 20 saat planeter tipi bir öğütücü kullanılarak mekanik alaşımlama (MA) yapılan borlayıcı toz karışımı ile 650-700-750-800-850 °C sıcaklıklarında ve 3-6-12 saat borlama ısıl işlem sürelerinde DIN St28 standardına sahip numuneler borlanmıştır. Elde edilen numunelere optik ve taramalı elektron mikroskoplarıyla mikroyapı incelemesi, x-ışınları ile toz ve borür tabaka karakterizasyonu, vicker sertlik ölçme metodu ile yüzeyden merkeze sertlik dağılımı ve Pin-On-Disk metodu kullanılarak ağırlık kaybı üzerinden aşınma incelemeleri yapılmıştır. Bulgular neticesinde 650 °C 'de mekanik alaşımlama uygulanmayan tozlarla elde edilen jel kullanılarak borür tabakası elde edilemezken 10 ve 20 saatlik işlemlerinde 6 ve 12 saat borlama sonucunda borür tabakaları elde edilmiştir. Her bir mekanik alaşımlama işlemi ile tozların aktivasyon enerjileri hesaplanmış ve sırasıyla 113,555, 108,814 ve 106,746 kJ/mol olarak bulunmuştur.  Artan sıcaklık ve borlama süreleriyle birlikte tabaka kalınlıklarında ve sertliklerinde ciddi artışlar gözlenmiş, buna bağlı olarak aşınmayla gerçekleşen ağırlık kayıplarında ciddi azalmalar elde edilmiştir. Borlama işlemi gibi difüzyonal süreçlerde kullanılacak tozların Mekanik Alaşımlama gibi bir ön işlemden geçirilmesiyle aktivasyon enerjisinde düşüş, buna paralel olarak tabaka kalınlıklarında ve mekanik özelliklerinde önemli artışlar elde edilmiştir.

Abstract:
Low carbon-high strength steels used in many different sectors in industry can be expanded by surface treatment. As a result of their low carbon, hardener elements must be impregnated through diffusion from the surface and this process must be carried out at the lowest possible temperature and time. In cases boronizing is the best decision when high hardness and abrasion resistance is required on the surface. For this purpose, this study was carried out in order to obtain the boride layer depth to be formed on the surface with a boronizing powder mixture undergoing a pre-treatment such as mechanical alloying (MA) at the lowest possible temperatures. Samples with DIN St28 standard were boronized at 650-700-750-800-850 °C temperatures and boronized 3-6-12 hours heat treatment times with mechanical alloying powder mixture using a planetary grinder of 0, 10 and 20 hours. The samples were examined in terms of wear values over weight loss using optical and scanning electron microscopes, powder and boride layer characterization with x-rays, surface-to-center hardness distribution with vicker hardness measurement method and Pin-on-Disk method. As a result of the findings, it was not possible to obtain a boride layer at 650 ° C by using the gel obtained with the powders without mechanical alloying, while the boride layers were obtained as a result of 6 and 12 hours of boronization in 10 and 20 hour processes. The activation energies of the powders were calculated by each mechanical alloying process and found to be 113,555, 108,814 and 106,746 kJ/mol, respectively. With the increasing temperature and boronizing times, significant increases in layer thickness and hardness were observed, and consequently, significant reductions in weight loss due to abrasion were obtained. A decrease in activation energy and a significant increase in layer thickness and mechanical properties were achieved by pretreating the powders to be used in boronizing process, which is a diffusional process, such as mechanical alloying.