Düşük karbonlu sertleştirilebilir çeliklerin yüzey modifikasyonu ve katı partikül erozyon davranışının incelenmesi
Surface modification of low carbon hardenable steels and investigation of their solid particle erosion behavior
Yazar: TOLGA ÖZYÖN
Danışman: DOÇ. DR. ŞABAN HAKAN ATAPEK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Düşük karbonlu çelik = Low carbon steel ; Karakterizasyon = Characterization ; Metal malzemeler = Metal materials ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification ; Çelik = Steel ; Üretim metalurjisi = Production metallurgy

Özet:
Bu çalışmada, düşük karbonlu sertleştirilebilir 16MnCr5, 20CrNiMo2 ve 17NiCrMo7-6 çeliklerine gaz sementasyonu, düşük basınçlı sementasyon ve karbonitrasyon gibi termokimyasal yüzey işlemleri uygulanmıştır. Yüzeyi modifiye edilen çeliklerin kesit yapılarına ve sertliğine kriyojenik işlemin etkisi de incelenmiştir. Mikroyapısal ve mekanik karakterizasyon çalışmaları, (i) düşük basınçlı sementasyonun gaz sementasyona kıyasla eşdeğer sertleştirme derinliğinde daha az kalıntı östenit oluşturduğunu ve daha ince martenzitik yapıdan dolayı yüzey sertliğinin nispeten arttığını, (ii) karbonitrasyon ile kaba martenzitik bir yapının oluştuğunu ve kesitte en yüksek oranda kalıntı östenitin var olduğunu, (iii) kriyojenik işlem ile kalıntı östenit miktarının önemli ölçüde azaltıldığını ve böylece sertleştirme derinliğinde daha yüksek sertlik değerlerine ulaşıldığını göstermiştir. Katı partikül erozyon testleri ise yüzey sertliği arttıkça ve kalıntı östenit miktarı azaldıkça yüzey alanındaki ortalama pürüzlülüğün, yüzeyden merkeze olan pürüzlülük derinliğinin ve erozyon oranının arttığını göstermiştir. Çalışılan çelikler arasında düşük basınç sementasyon ve kriyojenik işlem uygulanmış 17NiCrMo7-6 çeliğinin en düşük erozyon oranına sahip olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, thermo-chemical surface treatments like gas cementation, low pressure cementation and carbonitration were applied to low carbon hardenable 16MnCr5, 20CrNiMo2 and 17NiCrMo7-6 steels. The effect of cryogenic treatment on the cross-sectional structures and hardness of surface modified steels was also investigated. Microstructural and mechanical characterization studies revealed that (i) low pressure cementation produced less retained austenite at equivalent hardening depth compared to gas cementation, and the surface hardness relatively increased due to the finer martensitic structure, (ii) a coarse martensitic structure was formed by carbonitration and the highest percentage of retained austenite was found in the section, (iii) due to the cryogenic treatment, the amount of reatined austenite was significantly reduced, thus higher hardness values were achieved at the hardening depth. Solid particle erosion tests showed that the mean roughness in the surface area, the depth from the surface to the inner and the rate of erosion increased as the surface hardness increased and the amount of retained austenite decreased. It was determined that low preassure cementation and criyogenic treated 17NiCrMo7-6steel had the lowest erosion rate among the studied steels.