Mekanik alaşımlama ile üretilen aısı 304 östenitik paslanmaz çeliklere alaşım elementlerinin etkisi
The effect of alloying elements on aisi 304 austenitic stainless steel produced by mechanical alloying
Yazar: BEKİR YAVUZER
Danışman: PROF. DR. DURSUN ÖZYÜREK
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, farklı sürelerde mekanik alaşımlama ile üretilen AISI 304 östenitik paslanmaz çelik alaşımlarının aşınma davranışları araştırılmıştır. Farklı sürelerde (30, 60, 90, 120 ve 150 dak) mekanik alaşımlama ile üretilen alaşımlarda, mekanik alaşımlama sürelerinin, alaşımların toz boyutu üzerindeki etkisi belirlenmiştir. Üretilen tozlar, 650 MPa basınç altında ön şekillendirilmiştir. Şekillendirilen ham parçalar 1300 ºC sıcaklıkta argon ortamında 60 dakika sinterlenmiştir. Sinterlenen AISI 304 östenitik paslanmaz çelik alaşımlarının yoğunluk, sertik ve aşınma testleri yapılmıştır. Böylece, mekanik alaşımlama süresinin toz boyutu, mikro yapı ve aşınma davranışlarına etkisinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Aşınma testleri pin-on-disk tipi aşınma cihazında üç farklı yük (15-30-45 N) kullanılarak, beş farklı aşınma mesafesinde ve 1 ms-1 kayma hızı ile oda sıcaklığında yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda mekanik alaşımlama süresi arttıkça toz boyutunun küçüldüğü  
belirlenmiştir. Sertlik ve aşınma testleri sonucunda en yüksek sertlik ve en düşük ağırlık kaybı 150 dak mekanik alaşımlanmış numunelerde ölçülmüştür.

İkinci aşamada, AISI 304 östenitik paslanmaz çelik alaşımına farklı oranlarda (% 0,1-0,2-0,4-0,7-1) V, Ti ve Nb ilave edilmiştir. 120 dak mekanik alaşımlanan ve 1300 ºC'da 120 dakika, 10-6 mbar vakum altında sinterlenerek üretilen bu alaşımların aşınma davranışları incelenmiştir. AISI 304 östenitik paslanmaz çeliklere V ilave edilerek üretilen alaşımlarda, V ilavesi arttıkça alaşımın yoğunluğunun düştüğü belirlenmiştir. Yapılan mikro sertlik ölçümleri sonucunda en yüksek sertlik değeri %0,4 V ilave edilen alaşımda ölçülmüştür. Aşınma testi sonucunda elde edilen ağırlık kaybı ve aşınma oranı ölçümleri de, en düşük aşınma oranının % 0,4 V ilave edilen alaşımında olduğunu göstermiştir. Ti ilave edilerek üretilen AISI 304 östenitik paslanmaz çelik alaşımlarında en yüksek sertlik ve düşük ağırlık kaybı % 0,4 Ti ilave edilen alaşımda ölçülmüştür. Aşınma testlerinde, yük arttıkça ağırlık kaybının da arttığı belirlenmiştir. AISI 304 östenitik paslanmaz çelik alaşımlarında Nb ilave edilerek üretilen alaşımlarda % 0,4 Nb ilavesinin, alaşımın diğer alaşımlardan daha yüksek sertlik ve daha düşük ağırlık kaybına neden olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The wear behavior of AISI 304 austenitic stainless steel alloys produced by mechanical alloying at different times was investigated. In alloys produced by mechanical alloying at different times (30, 60, 90, 120 and 150 min), the effect of mechanical alloying times on the powder size of the alloys was determined. The produced powders were preformed under a pressure of 650 MPa. The shaped green compacts were sintered at 1300 ºC for 60 minutes in argon atmosphere. Density, hardness and wear tests of sintered AISI 304 austenitic stainless steel alloys where carried out. Thus, it was aimed to determine the effect of mechanical alloying time on powder size, microstructure and wear behavior. Wear tests were carried out using three different loads (15-30-45 N) in a pin-on-disk type abrasion device, at five different sliding distances and 1 ms-1 sliding speed at room temperature. As a result of the studies, it has been determined that as the mechanical alloying time increases, the powder size decreases. Hardness and abrasion tests showed the highest hardness  
and the lowest weight loss in the samples mechanically alloyed for 150 minutes.

In the second step, different proportions (0.1-0.2-0.4-0.7-1%) of V, Ti and Nb were added to the AISI 304 austenitic stainless steel alloy. The wear behavior of these alloys, which were mechanically alloyed for 120 minutes and sintered under vacuum (10-6 mbar) at 1300 ºC for 120 minutes, was investigated. It was determined that the density of the alloy decreased with increasing V addition. As a result of the micro hardness measurements, the highest hardness value was measured with 0.4% V alloy. Weight loss and wear rate measurements obtained as a result of wear test showed that the lowest wear rate was in the alloy with 0.4% V added. The highest hardness and low weight loss of AISI 304 austenitic stainless steel alloys produced by adding Ti were measured in 0.4% Ti added alloy. In wear tests, weight loss increased as load increased. The addition of 0.4% Nb in alloys produced by adding Nb in AISI 304 austenitic stainless steel resulted in higher hardness and lower weight loss than other alloys.