İkili Fe-V alaşımlarında artan vanadyum miktarının borlanma özelliklerine etkisi
Influence of vanadium addition to the boronizing properties of binary Fe-V alloys
Yazar: KEREM ÖZGÜR GÜNDÜZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. YÜCEL GENÇER
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Borlama = Boriding ; Vanadyum = Vanadium

Özet:
Bu çalışmada demir esaslı malzemelerin borlanmasında vanadyumun müstakil etkisinin belirlenmesi amacıyla; saf demir ve saf vanadyum kullanılarak ark ergitme cihazında % at. 0.5, 1, 2, 4, 8, 12 ve 16 V içeren sentetik Fe-V alaşımları hazırlanmıştır. Altlık olarak kullanılacak olan Fe-V ikili alaşımları ile saf demirin yüzeyi hazırlandıktan sonra borlama öncesi ön karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Fe-V alaşımları ile saf demir 900 °C, 1000 ºC ve 1100 °C sıcaklıklarda Ekabor-II tozu kullanılarak Borlanmış saf demir ve Fe-V alaşımları; spektrometre, profilometre, OM, SEM, Vickers mikrosertlik, XRD, SEM-EDS cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Kaplanmış numunelerin kimyasal kompozisyonu, yüzey pürüzlülüğü, kaplama kalınlığı, yüzey ve kesit morfolojisi, kaplama sertliği ve kırılma tokluğu, kaplama ile oluşan fazlar ve önemli elementlerin dağılımı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde vanadyumun hem borür tabakası içerisinde hem de borür tabakasının altında belirli bir geometride olmayan çökeltiler oluşturduğu tespit edilmiştir. Gözlenen çökeltilerin V5B6 fazı olduğu, bir miktar demir içerdiği ve ortalama mikrosertlik değerlerinin 3000 HV civarında olduğu tespit edilmiştir. Borlanmış saf demir için iki farklı bölge mevcut olup bunlar; (i) Fe2B borür tabakası ve (ii) saf Fe altlık; borlanmış Fe-V alaşımları için ise üç farklı bölge mevcut olup bunlar; (i) içerisinde V5B6 çökeltilerin olduğu FeB ve Fe2B' den oluşan çift katlı borür tabakası, (ii) V5B6 çökeltilerin olduğu geçiş bölgesi ve (iii) Fe-V altlıktır. Borlanmış saf demirde testere dişi şeklinde borür tabakası/matris arayüzeyi görülmekte olup borür tabakası bir miktar porozite ve çatlak içermektedir. Artan V içeriğiyle birlikte borlanmış Fe-V alaşımlarda testere dişi şeklindeki arayüzey yapısı daha düz şekildeki bir yapıya dönüşmektedir ve borür tabakasında porozite ile çatlakların azaldığı görülmektedir. Borür tabakasının kalınlığı artan vanadyum miktarıyla birlikte azalırken, artan borlama sıcaklıklarıyla birlikte artmaktadır. Ortalama mikrosertlik değerleri artan vanadyum miktarıyla birlikte değişmemiş fakat %16 V içeren alaşımda sertlik değerleri yükselmiştir. Artan vanadyum miktarıyla birlikte yüzey pürüzlülüğü sistematik olarak değişmemektedir fakat artan borlama sıcaklıkları ile birlikte artmaktadır.

Abstract:
In this study, binary Fe-V alloys (at. % 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16 V) were prepared by arc melting method using pure iron and vanadium to determine the influence of vanadium to the boronizing behavior of iron based materials. Fe-V binary alloys and pure iron, which will be used as substrates, were prepared and characterized with the conventional metallographic methods before boronizing. Boronizing of pure iron and Fe-V binary alloys were carried out by pack boronizing method using Ekabor-II powder at 900 °C, 1000 °C, 1100 °C for the duration of 3 h. Spectrometer, profilometer, OM, SEM, Vickers Microhardness Tester, XRD, SEM-EDS devices were applied to specify and characterize the chemical composition, surface roughness, coating thickness, surface and cross section morphology, coating microhardness, phase content and elemental composition of boronized pure iron and Fe-V binary alloys. The experimental results showed that, vanadium formed both in the boride layer and under the boride layer precipitates which were mainly composed of V5B6 containing a little amount of Iron. In addition microhardness of these precipitates were around 3000 HV. Two distinct regions were formed during the boronizing of pure iron: (i) FeB+ Fe2B two phase boride layer, (ii) pure iron substrate, whereas during the boriding of Fe-V binary alloys three regions were formed: i) V5B6 precipitates containing FeB+ Fe2B two phase boride layer ii) V5B6 precipitate rich transition zone İİİ) Fe-V substrate. Tooth shaped morphology was observed at the boride layer/matrix interface on the boronized pure iron while increasing the vanadium content made the interface much more smooth and compact. The microhardness results revealed that there were no relationship between the increasing vanadium amount and microhardness values yet, at 1100 °C borided Fe-16V alloys microhardness values were higher than the other alloys. Surface roughness was increased with the boronozing process however as in the microhardness values of boride layer, there was no clear relationship between the V content and surface roughness whereas at the same chemical composition with the increasing temperature surface roughness was increased.