Cam kalıplarında kullanılan küresel grafitli dökme demirlerin (KGDD) borlanması
Boronizing of ductile irons used in glass moulds
Yazar: FATMA ÜNAL
Danışman: PROF. DR. AHMET TOPUZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında ferritik GGG40.3 küresel grafitli dökme demir örnekler Ekabor I ticari tozu içinde gömülerek 850, 900 ve 950 ?C sıcaklıklarda 1, 2 ve 4 saat sürelerde kutu borlama tekniği ile borlama yapılmıştır ve daha sonra aynı demir borlama ajanı olarak kullanılan ticari Ekabor II tozu ile borlamaya tabi tutuldu ve borlama işlemi 950 ?C sıcaklıkta 4 saat boyunca gerçekleştirildi. Genellikle Ekabor toz karışımı B4C, SiC and KBF4 içermektedir. Son olarak, KBF4? deki flor gazının zararlı etkisinden dolayı Ekabor tozu yerine %85B4C+%15Na2CO3 toz karışımı kullanılarak 950 ?C sıcaklıkta 4 saat boyunca borlama yapılmıştır. 
Demir ana malzeme üzerindeki FeB ve Fe2B fazlarının varlığı optik mikroskop ve SEM(taramalı elektron mikroskobu) ile doğrulandı ve borür tabakasının tester dişi şeklinde morfolojisi gözlemlendi. X-ışını difraksiyon analizleri, kırılma toklukları ve mikrosertlikleri incelenmiş ve tabaka büyüme oran sabitleri hesaplanmıştır. 30 N yük altında 1000 m kayma yolunda ball on disk(bilye-disk) aşınma testi uygulanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.
Ekabor I ve Ekabor II ticari tozları aynı kompozisyona sahipken, toz boyutları aynı değildir. Burada toz boyutunun borlama üzerine etkisi incelenmiştir. Toz boyutunun azalması daha iyi yüzey temasıdır ve böylece daha iyi difüzyon gerçekleşir. Ekabor I ile borlanan örneklerin borür tabaka kalınlığı Ekabor II kullanılarak elde edilen borür tabakasınınkinden daha kalındır. 
Demir yüzeyindeki borür tabakaların X-ışınları difraksiyon analizi FeB ve Fe2B fazlarının varlığını ortaya çıkarmıştır. Borlama sonrasında elde edilen borür tabakasının kalınlığı optik mikroskop kullanılarak ölçülmüştür. 850 ?C? de 1, 2 ve 4 saatlik sürelerde borlanmış örneklerin borür tabaka kalınlığı değerleri 38-60 µm aralığında iken, 950 ?C? de borlanmış örneklerin borür tabaka kalınlık değerleri 92-198 µm arasında dağılım göstermektedir.  
Sertlik değerlerinin 1170-1820 HV ve kırılma tokluğu 2,79-3,78 MPa m1/2 aralığında bulunmuştur. Uzun borlama süresinin düşük kırılma tokluğu değerleriyle sonuçlandığı gözlemlenmiştir.
Aşınma testleri sonrasında, borlanmamış örneğin borlanmış örneklerle karşılaştırıldığında daha düşük aşınma direnci sergilediği gözlemlenmiştir. 
Difüzyon katsayısı değerlerinin 1,078x10-8-1,537x10-7 cm2/sn aralığında olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, ferritic GGG40.3 ductile iron samples embedded in commercial Ekabor I powder were boronized with pack boronizing technique at 850, 900 and 950 ?C for 1, 2 and 4 hours and then same iron was also subjected to boronizing with commercial Ekabor II powder was used as the boronizing agent and boronizing treatment were carried out at 950 ?C for 4 hour. Generally, compound of Ekabor powder consists of B4C, SiC and KBF4. Finally, it was boronized by using %85B4C +%15 Na2CO3 powder mixture instead of Ekabor powder at 950°C for 4h, due to harmful effect of fluorine gas in KBF4. 
The presence of FeB and Fe2B phases on iron substrate was confirmed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and it was observed tooth-shape morphology of boride layers. It was investigated X-ray diffraction, fracture toughness and microhardness and calculated growth rate constant. Wear tests were carried out using the ball on disc apparatus under 30 N load, 1000 m sliding distance and results were evaluated.
Although commercial Ekabor I and Ekabor II powders have same composition, powder sizes of them are not the same. It was investigated the effect of powder size on boronizing. The smaller the particle size of the powder, the bigger the contact surface, and so the better the diffusion.  The thickness of boride layers of samples boronized by using Ekabor I was thicker than the boride layers obtained by using Ekabor II. 
X-ray diffraction analysis of boride layers on the surface of the iron revealed the existence of FeB, Fe2B phases. After boronizing, thickness of the obtained boride layers was measured by using optical microscopy. While thickness values of boride layers of borided samples at 850 ?C for 1, 2 and 4 hours   were between 38 and 60 µm, thickness values of boride layers of borided samples at 950 ?C ranged from 92 to 198 µm.
It was found that hardness values were between 1170 and 1820 HV and fracture toughness were in the range of 2,79-3,78 MPa m1/2 . It was observed that prolonged boronizing time resulted in low fracture toughness values. 
After wear tests, It was observed that unboronized sample exhibited inferior wear resistance compared to boronized samples.
It was determined that diffusion coefficient values were in the range of 1,078x10-8-1,537x10-7 cm2/sn.