Plazma (PTA) yöntemiyle düşük karbonlu çeliğin yüzey modifikasyonuna koruyucu gazların etkisi
The effect of shielded gases at surface modification of low carbon steel alloys with plasma transfered arc (PTA) method
Yazar: ALİ KAYA GÜR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TÜLAY YILDIZ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı / Ekstraktif Metalurji Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Koruyucu gazlar = Shielding gases ; Plazma ark = Plasma arc ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Bu çalışmada düşük karbonlu çeliğin yüzeyi Plazma Transfer Ark (PTA) yöntemi kullanılarak Ti, FeMo, FeCrC ve Si tozları ile alaşımlandırılmıştır. Numunelerin alaşımlandırma işlemi yapılırken koruyucu gaz olarak saf argon gazı ile birlikte bu gaza % 1, % 3 ve % 5 oranlarında ilave edilen N2 gazı kullanılmıştır. Alaşımlandırılan bölgelerin mikroyapı ve abrasiv aşınma özellikleri araştırılmıştır. Sade karbonlu (AISI 1030) çeliğin yüzeyi titanyum, ferromolibden, yüksek karbonlu ferrokrom ve silisyum tozları kullanılarak alaşımlandırılmıştır.Kaplamanın mikroyapısı; optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım tayfı (EDS) ve spektral analizler ile tespit edilmiştir. Modifiye tabakalarının sertlikleri mikrosertlik ölçme cihazı ile abrasiv aşınma özellikleri ise pim-disk test yöntemi ile belirlenmiştir. Aşınma testleri sonrası numunelerin kütle kayıpları tespit edilerek aşınma oranları elde edilmiştir. PTA yöntemi kullanılarak yapılan yüzey alaşımlama uygulamaları sonucunda; PTA yöntemiyle alt malzeme yüzeyine alaşım tozları ergitilerek yüzey modifikasyon işlemi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.Ti tozu kullanılarak PTA yöntemi ile yapılan yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında ferritik yapı içinde FeTi matrisi, TiN (1) Obsornite, TiN (2) Titanyum nitrür, titanyum karbür (TiC) ve sementit (Fe3C) fazları tespit tespit edilmiştir. FeMo tozu kullanılarak gerçekleştirilen yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında mikroyapıda ötektoid şeklinde oluşan yapı içerisinde FeMo matrisi, FeC, Fe3C, Fe7C3, MoC, MoN ve Mo2N oluştuğu tespit edilmiştir. FeCrC tozu kullanılarak yapılan yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında mikroyapıda dendritik yapı içerisinde FeCr matrisi, Fe7C3, Cr23C6, CrN, (Fe0,6Cr0,4)2O3 martenzit ve kalıntı östenit fazları tespit tespit edilmiştir. Si tozu kullanılarak yapılan yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında ferrit matrisi içerisinde ?-ferrit, SiC ve Si3N4 fazları tespit edilmiştir.Koruyucu argon gazı içerisindeki N2 oranın artması ile numunelerde daha nüfuziyetli homojen bir mikroyapı ve buna bağlı olarak sertlik artışı gözlenmiştir. Numuneler içersinde en yüksek sertlik ve en iyi aşınma direnci Ar + % 5 N2 gazı atmosferinde alaşımlandırılmış numunelerde görülmüştür.

Abstract:
In this study, low carbon steel surface were alloyed with different ferroalloys powders by using tungsten inert gas (GTA) and plasma transfer arc (PTA) welding processes. During the alloying process of specimens argon gas containing 1-3-5 % N2 was used as shield gas. The microstructures and abrasive wear properties of the alloyed and coated zones were investigated. In the experimental study, plain carbon steel (AISI 1030) surface were alloyed by using Ti, FeMo, FeCrC and Si powders.The microstructure of the coating layer was characterized by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and spectral analysis (XRD). While the hardness of the modified layer was measured by microhardness tester, abrasive wear properties were evaluated under pin-on-disc abrasive wear test conditions. After wear tests, wear rates were calculated via the mass losses of the specimens which were measured.As a result of surface alloying applications using PTA welding processes; modification operation was successfully carried out by using molten powders applied to bottom material surface at each of the two processes.After surface modification by using of PTA process with Ti powders was determined FeTi matrix inside of ferritic microstructure, TiN (1) Obsornite, TiN (2) Titanium Nitride, TiC, ve Fe3C phases were observed. After the surface modification by using of FeMo powder was determined FeMo matrix, FeC, Fe3C, Fe7C3, MoC, MoN ve Mo2N phases were observed inside the residual eutectoid structure formed in microstructure. After the surface modification by using FeCrC powder was determined FeCr matrix, Fe7C3, Cr23C6, CrN, (Fe0,6Cr0,4)2O3 martensite and austenite phases inside the dendritic structure as microstructure were observed. After the surface modification by using Si powders was determined ?-ferrit, SiC and Si3N4 pahses.By increasing N2 ratio in shielding gas rather homogenous and influences microstructure was reached with a resultant hardness increasing which was also monitored. It was observed that the highest hardness and wear resistance among treated specimens were obtained by using shield gas atmosphere of Ar + % 5 N2 within PTA .