Plazma nitrürleme yapılmış çelik malzemenin değişken yük altındaki davranışı
Effect of plasma nitriding on fatigue crack growth on steel material under variable amplitude loading
Yazar: AHMET BİLAL ŞENGÜL
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşırı yük = Overload ; Kırılma mekaniği = Fracture mechanics ; Plazma nitrürleme = Plasma nitriding ; Sayısal görüntü analizi = Digital image analysis

Özet:
AISI 4140 çeliği %50N2, %50H2 gaz ortamında 500°C sıcaklıkta 2 saat süreyle plazma nitridasyon işlemine tabi tutulmuştur. Plazma işlemsiz ve nitrürlenmiş numunelerin yapısal ve mekanik özellikleri, servo-hidrolik üniversal test cihazı, mikro-sertlik test cihazı, taramalı elektron mikroskobu, x ışını saçınım cihazı ve optik görüntü aygıtları kullanılarak tespit edilmiştir. Blok aşırı yüklemenin (AY), yorulma çatlak ilerleme gecikmesi üzerinde plazma nitrürlemenin etkisi incelenmiştir. 10 çevrimlik blok AY'nin plazma nitrürlemenin yorulma çatlak gelişimini geciktirdiği ancak AY'nin oluşturduğu çatlak gecikmesini azalttığı tespit edilmiştir. Hem işlemsiz hem de nitrürlenmiş numunelerde, AY bloğu çevrim sayısı arttırıldıkça çatlak gecikme etkisinin arttığı gözlenmiştir. 1, 10, 20, 100 ve 1000 çevrimlik blok AY uygulamasında çatlak gecikmesi, işlemsiz numunelerde etkili bir şekilde olduğu gözlenirken, nitrürlenmiş olanlarda daha düşük seviyelerde gerçekleştiği görülmüştür. 3000 çevrim AY uygulamasında ise nitrürlenmiş numunelerde AY'nin sebep olduğu çatlak gecikmesinin işlemsize göre daha yüksek seviyelerde gerçekleştiği görülmüştür. Plazma nitrürleme, AY oranının 2,5'e kadar ki değerlerinde AY'nın çatlak geciktirici etkisini azaltmış, AY oranı 3 iken arttırmıştır.

Abstract:
AISI 4140 steel was subjected to a plasma nitrification process using 50/50 gas mixture of N2 and H2 at 500°C for 2 hours. The structural and mechanical properties of the plasma-nitrided and unnitrided specimens were investigated using micro-hardness test device, servo-hydraulic universal testing machine, scanning electron microscope, and optical imaging devices. Results of analyses indicated that the application of a 10-cycle tensile block overload results in the retardation of fatigue crack growth (FCG) for both unnitrided and nitrided specimens, however, the period of crack retardation is more prolonged for the unnitrided specimens. Besides, it was also found that in a constant-amplitude fatigue test the plasma nitrification leads to an increase in total FCG life. Unnitrided and nitrided specimens, the more the number of cycles of OL increased, the more effect of the crack retardation found. The crack retardation by overload cycle numbers 1, 10, 20, 100 and 1000 of, in unnitrided samples effectively occurred, but nitrided at lower levels. Crack growth retardation caused by 3000 the number of cycles of the block over-loading, showed higher levels occurred on the nitrided samples than unnitrided. And the overload cycle in 3000 increased. Plasma nitriding slowed the crack growth retardation caused by the overload was reduced up to overload ratio 2,5 and at overload ratio 3 it was increased.