Demir esaslı T/M parçaların yüzey sertleştirme işlemlerinin fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi
The effects of physical and mechanical properties of surface hardening treatments at ferrous based P/M parts
Yazar: SELİM SARPER YILMAZ
Danışman: PROF. DR. REMZİ VAROL
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada borlama, bilya.lt dövme+borlama ve borlama+bilyalı dövme kombinasyonların düşük karbonlu T/M parçalarda mekanik özellikler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Borlama işlemi borlanmış tüm gruplarda 950 °C de 4 saat içerisinde gerçekleştirilmiştir. Bilyalı dövme işleminde ise HRC 44-45 sertliğinde S110 ve S230 çelik bilyalar kullanılmıştır. Dövme şiddetini belirlemek için Almen A şeriti kullanılmış ver bu dövme şiddetleri bilyalı dövme işlemi esnasında kullanılmıştır. Bilyalı dövmede doyurma oranları % 100 dür. Deneylerde kullanılan numuneler Hâganas ASC 100.29 grade demir tozu ile %0,2 C, %3 Cu, %0,8 Zn-Stearat ve kalanı demir tozu olmak koşulu ile üretilmiştir. Numuneler çeşitli mekanik deneylere (çekme, üç noktadan eğme, aşınma, yorulma deneyleri, mikrosertlik ölçümü, tabaka kalınlıklarının belirlenmesi) tabi tutulduktan sonra iç yapı özellikleri, aşınma ve kırık yüzeyleri ışık mikroskobu ve SEM ile tespit edilmiştir. Ayrıca malzemenin yüzeyinde oluşan bileşiklerin tespit edilebilmesi amacıyla XRD analizleri yapılmıştır. Yapılan mekanik deneylerin sonuçları değerlendirilerek, aşınma ve mikrosertlik dağılım grafiklerinin çizilmesinin yanı sıra, her bir numune grubunun yorulma deneyi sonuçlarına göre S - N eğrileri çizilmiştir. Numunelere uygulanan borlama, borlama+bilyalı dövme ve bilyalı dövme+borlama kombinasyonlarının numunelerin yorulma davranışlarına etkilerinin belirlenmesi amacıyla tüm S - N eğrileri karşılaştırılarak incelenmiştir. Yapılan tüm bu deneyler neticesinde ; Yüzey sertleştirme işlemi olan borlama ile aşınma direncinin önemli ölçüde arttığı gözlenmiştir. Borlamadan sonra yapılan kombine işlemler, sadece borlama işlemine göre aşınma direncini düşürmüştür. Mikrosertlik olarak borlama ile ortalama 2400 HV değeri yakalanmıştır. Metalografik incelemeler sonucu bilyalı dövmenin borlamdan sonra yapılması halinde bor tabakasına zarar verdiği, yüzeyde bor tabakalarının kırılmasına yol açtığı görülmüştür. Yine yapılan yüzeydeki faz analizleri sonucunda 2, 3, 4 ve 5. gruplarda bor tabakasında tek Fe2B fazı, 6, 7 ve 8. gruplarda ise çift FeB ve Fe2B fazlarının oluştuğu anlaşılmıştır. Oluşan bu çift faz yüzeyden pullanıp dökülmesinden dolayı istenilen bir durum değildir. Borlama sonrası bilyalı dövmelerde yüzey hasara uğradığından dolayı dövme şiddetinin düşük tutulması, bilyalı dövme sonrası yüzeyde yoğunluk artışı sağladığından horlamanın bilyalı dövmeden sonra yapılması uygun olacaktır. Aynı zamanda yüzeyde çift faz oluşmamasına da dikkat edilmelidir.

Abstract:
In this study, the effects of boronizing, shot peening+boronizing or boronizing+shot peening on the mechanical properties of low carbon P/M parts were investigated. Boronizing treatment was carried out at 950 °C for 4 hours for all treatment combinations. The S110 and S230 steel balls with HRC 44 - 45 hardness were used in shot peening process.To determine peening intensity, Almen A sheets were used. The determined peening intensities were applied to samples. The saturation ratio was 100 % in shot peening process. Samples used in this study are produced using 96 % Höganas ASC 100.29 grade iron powder, 0,2 % C, 3 % Cu and 0,8 % Zn - Stearate by weight. A series of mechanical tests including tensile, three point bending, wear, fatigue, microhardness and layer tickness determination were applied to samples. Then, inner structural properties, wear and crack surfaces of the samples were examined by SEM. The XRD analyses were carried out to determine new compounds on the material surface. Wear and microhardness distrubution graphs and S - N line graphs were drawn. The comparative effects of boronizing, boronizing+shot peening or shot peening+boronizing on fatigue behavior of the samples were investigated. Wear resistance was significantly improved by boronizing treatment. The boronizing+shot peening or shot peening+boronizing treatments reduced wear resistance more than boronizing treatment alone. Microhardness was found to be 2400 HV with boronizing treatment. In the light of metalographic observations, shot peening damaged bor layer if used after boronizing treatment. A single layer Fe2B phase was observed in groups 2, 3, 4 and 5 whereas a double FeB and Fe2B phase was observed in groups 6, 7 and 8. A double layer phase is not a desirable property due to layer separation on the material surface. The peening intensity should be kept low to avoid structural damages on the surface if boronizing is applied with shot peening and boronizing should be applied after shot peening to decrease density increases on the surface. Moreover, a double layer phase on the material surface should be avoided.