Mikrodalga hibrit ve konvansiyonel ısıtma ile kutu borlama uygulanmış AISI 304l çeliğinin yüzey karakterizasyonu ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Surface characterization and investigation of mechanical properties of pack-borided AISI 304l steel with microwave hybrid and conventional heating
Yazar: DİLEK ARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ONUR UZUN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Borlama = Boriding

Özet:
Bu çalışmada AISI 304L östenitik paslanmaz çelik malzemesine mikrodalga hibrit ve konvansiyonel ısıtma yöntemiyle 850 °C, 900 °C ve 950 °C sıcaklıklarda 2, 4 ve 6 saat boyunca kutu borlama prosesi uygulanmış ve borlama sonrası oluşan borür tabakalarının mikroyapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri karşılaştırılmıştır. Her iki yöntem ile gerçekleştirilen borlama işlemlerinde proses sıcaklığı ve süresi arttıkça hem FeB hem de Fe2B faz kalınlıklarının arttığı görülmüştür. XRD patern analizleri sonucunda numunelerde FeB, Fe2B, Cr2B ve Ni2B bileşikleri tespit edilmiştir. Konvansiyonel ısıtmada AISI 304L paslanmaz çelik alaşımında B aktivasyon enerjisi 255,90 kJ/mol olarak tespit edilirken, mikrodalga hibrit ısıtma ile aktivasyon enerjisi 154,35 kJ/mol'e düşmüştür. Mikrodalga hibrit ısıtma ile en yüksek sertlik 950 °C'de 4 saat borlanan numunede 2074,8 HV0,05 olarak tespit edilirken konvansiyonel ısıtma ile borlamada ise en yüksek sertlik değeri 950 °C'de 6 saat borlanan numunede 1947,5 HV0,05 olarak belirlenmiştir. Vickers indentasyon yöntemi ile gerçekleştirilen kırılma tokluğu testleri sonucunda numunelerin kırılma toklukları mikrodalga hibrit ısıtma ile 1,304 MPa·m1/2, konvansiyonel ısıtma ile 1,417 MPa·m1/2 olarak tespit edilmiştir. Daimler-Benz Rockwell-C adhezyon testleri sonucunda mikrodalga hibrit ısıtma ile 900 °C'de 6 saat, 950 °C'de 4 ve 6 saat borlanan numuneler dışında tüm numunelerin borür tabakaları-altlık adhezyon dayanımları yüksektir. Konvansiyonel ısıtma ile borlanan numunelerde ise 950 °C'de 4 ve 6 saat borlanan numuneler dışında tüm numuneler testlerde başarılı olmuştur. Mikrodalga hibrit ısıtma ile borlanan numunelerin %2 HNO3 çözeltisi içerisinde gerçekleştirilen korozyon testleri sonucunda 950 °C'de 6 saat borlanan numunelerin korozyon dayanımlarının borlanmamış AISI 304L paslanmaz çelik alaşımına oranla 95 kat yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Benzer borür tabakası kalınlıkları için aynı borlama sıcaklığı baz alındığında mikrodalga hibrit ısıtma ile proses süresinde 2 saat kazanç sağlanabilmekte veya aynı borlama süresi baz alınırsa 50 derece daha düşük proses sıcaklığında yapılan borlama ile daha yüksek kalınlıkta borür tabakası elde edilebilmektedir.

Anahtar Kelimeler: Mikrodalga hibrit ısıtma, konvansiyonel ısıtma, kutu borlama, adhezyon direnci, kırılma tokluğu, korozyon.

Abstract:
In this study, AISI 304L austenitic stainless steel was pack-borided at 850 °C, 900 °C and 950 °C for 2, 4 and 6 hours with microwave hybrid and conventional heating method. The microstructural, mechanical and tribological properties of the boride layers formed after pack-boriding with two different heating methods were compared. It was observed that both thicknesses of FeB and Fe2B phases increased as the process temperature and time increased in microwave hybrid and conventional method. X-ray diffraction (XRD) patterns were showed that there are FeB, Fe2B, Cr2B ve Ni2B phases in the boride layers. The B activation energy was determined as 255.90 kJ/mol for pack-borided AISI 304L stainless steel with conventional heating method, but it has decreased to 154.35 kJ/mol with microwave hybrid heating method. While the highest hardness was obtained as 2074.8 HV0.05 at 950 °C for 4 hours with microwave hybrid heating, the highest hardness value of the pack-borided sample with conventional heating method was 1947.5 HV0.05. After the fracture toughness tests conducted by the Vickers indentation method, the values of fracture toughness of pack-borided samples with microwave hybrid heating and conventional heating system 1.304 MPa·m1/2 and 1.417 MPa·m1/2, respectively. According to the results of Daimler-Benz Rockwell-C adhesion tests, the adhesive strength between the boride layer and the substrate of all samples is high except for some samples. As a result of the corrosion tests in 2% HNO3 solution of the pack-borided samples with microwave hybrid heating, it was observed that the corrosion resistance of the samples borided at 950 °C for 6 hours was 95 times higher than that of the untreated samples. Microwave hybrid heating can make a 2-hour gain in process time based on the same boriding temperature, or a higher thickness boride layer can be obtained even if boriding conducted at 50 degrees lower process temperature.

Keywords: Microwave hybrid heating, conventional heating, pack-boriding, adhesion strength, fracture toughness, corrosion.