Sementasyon çeliğinin kutu borlama yöntemiyle kaplanması mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Yüzey modifikasyon işlemlerinden biri olarak sayılan borlama yöntemi, kapladıkları malzemelerin servis sahasında özelliklerini geliştirerek daha uzun süre hizmet etmesini sağlar. Borlama, metal ve alaşımların yüzeyinin sertlik, aşınma direnci ve korozyon direncini arttırırken aynı zamanda bu özellikleri yüksek sıcaklıklarda korumak ve erozyon direncini de arttırmak amacıyla da kullanılmaktadır. Bor, genellikle demir esaslı malzemelerde alaşım elementi veya yüzey sertleştirme amacı ile kullanılır. Borlama işleminin mekanizması, bor atomları ısı enerjisi etkisiyle metal yüzeyine yayınırlar ve esas metal atomlarıyla uygun borürler oluştururlar. Bor kaynağının fiziksel durumu katı, sıvı ya da gaz olabilir. Borlama işlemi genellikle 800-1100 ˚C sıcaklık aralığında, 1-12 saat süreyle yapılır. Dolgu malzemesi ve deoksidanlar borlama esnasında oksijeni tutarak redükleyici bir ortam oluştururlar. Borlama işlemi esnasında kullanılan yöntem, malzeme kompozisyonu, malzeme cinsi, işlem süresine ve işlem sıcaklığı elde edilen tabakaya etki eden faktörlerdir. Borlama ile yüksek sıcaklıklarda çelik malzeme yüzeyine, bor yayındırılarak, Fe2B ve/veya FeB fazları içeren borür tabakaları elde edilir. Çeliklerde bor yayınımı ile elde edilen tabakaların sertlik ve aşınma dirençleri önemli miktarlarda artırılabilmektedir. Bu çalışmada, sementasyon çeliği 850, 950 ve 1050 °C sıcaklıklarda 6, 8 ve 10 saat borlama işlemine tabi tutulmuştur. Borlama işlemi sonrası numunelerin yüzeyindeki mikroyapısal değişim optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskopu (SEM), enerji dağılım spektroskopisi (EDS), X ışını kristalografisi (XRD), elementel yüzey haritalandırma analizi ve elektron geri saçılma kırınım analizi (EBSD) analizleriyle incelenmiştir. İşlem sonrası tüm numunelerin kaplamalarında testere dişi morfolojisi gözlenmiş olup yüzey pürüzlülüğü, mikrosertlik ve oluşan tabaka kalınlıkları her numune için ayrı ayrı ölçülmüştür.

The boronizing method, which is considered as one of the surface modification processes, improves the properties of the materials they serve in the service area and enables them to serve for a longer period of time. While boronizing increases the hardness, abrasion resistance and corrosion resistance on the surface of metals and alloys, it is also used to protect these properties at high temperatures and develops the property of the erosion resistance. Boron is generally used for the purpose of alloying or surface hardening in iron based materials. Mechanism of borinizing process; boron atoms diffuses to the metal surface under the influence of heat energy and form borides with the metal atoms. During boronizing method, the physical condition of the boron source can be solid, liquid or gas. The boronizing is usually carried out at 800-1100 ˚C for 1-12 hours. The filler material and de oxidants keep out the oxygen during the boronizing process by creating a reducing environment. The method used during the boring process, the composition of material, the type of the material, the processing time and the process temperature are the factors affecting the obtained coating layer. The boride layers containing Fe2B and / or FeB phases are obtained with boronizing on the surface of the steel material at high temperatures. The hardness and abrasion resistance of the layers obtained by boron diffusion in steel can be increased significantly. In this study, the cementation steel was carried out at 850, 950 and 1050 ºC for 6, 8 and 10 hours. The microstructure change on the surface of the samples after the boronizing process was investigated by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-Ray diffraction analysis (XRD), elementel mapping analysis and electron backscatter diffraction (EBSD). Sawtooth morphology of all the samples were observed in the coatings and surface roughness, microhardness and layer thicknesses were measured separately for each sample.