Plazma nitrürlenmiş Inconel 718'in yüksek sıcaklık oksidasyonu
High temperature oxidation of plasma?nitrided Inconel 718
Yazar: İHSAN AKŞİT
Danışman: PROF. DR. AYHAN GÜLDESTE
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Demir esaslı malzemelere nikel elementi katkısının, yüksek sıcaklıklarda oksitlenmeye karşı direnci artırdığı bilinmektedir. Bu sebeple, çalışma sıcaklıkları dikkate alınarak tasarlanan malzemeler yeterli düzeyde nikel elementi içerir. Demir, krom ve esas itibari ile nikelden oluşan, Inconel diye bilinen, süper alaşımlarda Ni oranı %50'nin üzerine çıkabilmektedir. Inconel 718, gaz türbinleri ve kimyasal reaksiyon boruları gibi yüksek sıcaklıklarda oksitleyici koşullara maruz ekipmanların imalatında sıklıkla tercih edilen ticari bir malzemedir.Bu çalışmada, plazma nitrürleme işleminin, Inconel 718'in yüksek sıcaklıklarda oksidasyon direncine etkileri araştırılmıştır. Plazma nitrürleme işlemi 550°C' lik bir sıcaklıkda 1, 4, 9 ve 16 saat süreyle gerçekleştirildi. Inconel 718'in oksidasyon kinetiği, 1000 ? C, 1075 ? C ve 1150 oC sıcaklıklarda; 1, 6, 12, 24, 48, 72, 96, 120 ve 144 saat çevrimli(cyclic) oksidasyon yöntemi ile fırın atmosferinde oksitlenerek çıkarıldı. Nitrürlenmiş ve hiç işlem yapılmamış malzemeler SEM, XRD, optik mikroskop ve AFM ile karakterize edildi. Oksidasyon testinden hemen önce ve sonra, numunelerin yüzeyindeki ve yüzeyin altındaki fazların mikro yapısı belirlendi. Yüzey tabakasının ve yüzey altındaki fazların sertliği ölçüldü.Sonuç olarak, nitrürleme işlemi sonucu yüzeyde oluşan CrN tabakasının, yüzeyden oksijen difüzyonunu engellediği ve nitrürleme süresi artışına paralel olarak artış gözlenen CrN tabaka kalınlaşmasına bağlı olarak, oksidasyon direncinin arttığı belirlenmiştir. Bununla beraber 1075°C' de 48 saatten sonra tane büyümesi ve kütle kaybı gözlendi. Nitrürleme işleminin İnconel 718' in oksidasyon direncini kısa oksidasyon süresi için % 15 iyileştirdiği bulundu.Anahtar Kelimeler: plazma nitrürleme, İnconel 718, oksidasyon kinetiği, aktivasyon enerjisi, süper alaşımlar

Abstract:
It is well known that nickel addition to the ferrious materials increases oxidation resistance at high temperatures. Therefore, the designed materials by considering working temperature include nickel in a suitable amount. Ni content could be more than 50% in superalloys known as INCONEL series which consist of Fe, Cr and mainly Ni. Inconel 718 is widely used for equipments manufacturing exposed to high temperatures oxidation, such as gas turbines and chemical material bearing pipes.In this study, it has been investigated the effect of plasma nitriding process on oxidation resistance of inconel 718 at high temperature. The plasma nitriding process was carried out for periods of 1, 4, 9 and 16 hours at a temperature of 550°C. Oxidation kinetics of nitrided samples have been obtained for periods of 1, 6, 12, 24, 48, 72, 96, 120 and 144 hours with cycling oxidation methods at temperatures of 1000 °C, 1075 °C and 1150 °C by oxidizing in furnace atmosphere The nitrided and the untreated materials were characterized by means of SEM, XRD, optical microscope and AFM. After and just prior to the oxidation tests, the microstructures of phases on surface and under the surface of samples were determined. The hardness of surface layers and subsurface phases were measured.As a result, it was concluded that CrN layer, forming on the surface of the samples after nitriding process, prevents the penetration of oxygen from the surface in temperature range of 1000 °C-1150 °C for 12 hours. It has been determined that oxidation resistance increases, as the thickness of the CrN layer increases with increasing nitriding duration. However, grain growth and mass losses were observed after 48 hours at 1075 °C. Activation energies for oxidation were calculated for the untreated and plasma nitrided samples and it was found that the nitriding process improves the oxidation resistance of Inconel 718 nearly 15 % for the short oxidation duration.Keywords: plasma nitriding, Inconel 718, oxidation kinetic, activation energies, superalloy