Borlanmış AISI 8640 Çeliğinin Abrasif Aşınma Davranışı

Transkript

1 6 th Interntionl Advned Tehnologies Symposium (IATS 11), My 2011, Elzığ, Turkey Borlnmış AISI 8640 Çeliğinin Arsif Aşınm Dvrnışı Ç. Demirel 1, M. Çetin 2 Krük Üniversitesi, Teknik Eğitim Fkültesi, Bliklrkysi Mevkii KARABUK 1 gds_demirel@hotmil.om, 2 metin@kruk.edu.tr Arsive Wer Behviours of Boronized AISI 8640 Steel Astrt- AISI 8640 steel were oronized with solid stte oxoronizing tehnique. Commeril EKor 2 powder ws used s the oronizing gent nd oronizing tretment were rried out t 850 ºC, 0 ºC nd 950 ºC for 2, 4, 6 nd 8 h. Wer tests were rded on the pin on dis pprtus under the norml lods of 10 nd 20 N, 10m sliding distne nd the sliding speed of 0.1 m s -1 y ruing the speimens to rsive Al 2 O 3 grins with 1000 ve 1200 mesh. Thikness nd the mirostruture nd wer surfe of the oronized speimens were reported. It ws oserved tht the longer oronizing time results in longer lyer thikness. Arsive wer tests reveled tht, for ll experiment onditions, speimens oronized t for 8 h determined to hve the lowest wer lose. Keywords-- AISI 8640 steel, Boronizing, Arsive wer. I. GİRİŞ Sürtünme ve şınm snyide kullnıln her ir teknik sistemde krşımız çıkn kçınılmz ir olgudur ve endüstriyel her ir teknik sistem için üyük hsrlr seep olmktdır. Servis şrtlrınd özellikle sürtünmeli ortmlrd kullnıln mlzemelerin mtris özellikleri ve yüzeysel performnslrını rttırıı çlışmlr ypılmktdır. Yüzey sertleştirme işlemi özel ir işlemdir. Metlin iç kısmının nispeten tok olmsı istenirken, yüzeyinin elirli ir klınlıkt sertleştirilmesi gerekmektedir. Yüzey sertleştirmenin mı; metl prçlrın yüzeylerinin sertliğini, şınm direnini, korozyon direnini ve ununl irlikte yorulm ömrünü rttırmktır [1]. Yüzey sertleştirme işlemlerinden oln orlm termokimysl ir yüzey işlemi olrk demir esslı mlzemelerde yüksek sertlik ve yüksek şınm dynımı elde etmek mıyl yygın olrk kullnılmktdır. Borlm; or tomlrının metl yüzeyine difüze olrk n metl ile tek fzlı (FeB) y d çift fzlı (FeB, Fe 2 B) intermetlik fzlrın meydn geldiği ir prosestir [2-6]. Borlm ile prç yüzeyinde ir metlik orür tksı oluşur. Çelik ve dökme demir gruunun orlnmsı işlemi genellikle 840ºC ile 1050ºC sıklık rlığınd ypılır [2,3]. Borlm işlemi ile mlzeme yüzey sertliği 2000HV'ye yükseltilir, sertliğin yükselmesine ğlı olrktn mlzemenin şınm direni krürleme ve nitrürleme gii diğer yüzey işlemleriyle krşılştırıldığınd rtr [5.7.10]. Borlm işlemi için ktı, sıvı, gz, plzm ve iyon implntsyonu gii çeşitli teknikler hâlihzırd uygulnmktdır [8-11]. Çelik ve dökme demir mlzemenin yüksek yüzey sertliği, mükemmel şınm ve korozyon direni orlm ile sğlnır. [10,12]. Litertürde; çelik mlzemenin orlnmsıyl ilgili ypıln çlışmlr yoğun olrk dhesif şınm dvrnışı ile ilgilidir [1-] ve rsif şınm dvrnışıyl ilgili z syıd çlışm mevuttur [16]. Bu çlışmd, orlm sıklığı ve süresinin AISI 8640 çelik mlzemenin rsif şınm dvrnışın etkisi rştırılktır. II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çlışmd kullnıln 8640 çelik numuneler 20 mm çpınd ve 100 mm uzunluğund silindir şeklinde Altn Mkine ve Çelik Iml. Ti. Ltd. Çorum friksınd üretilmiştir. Deney çlışmlrınd kullnıln 8640 çelik mlzemesinin spektro nlizi Tlo 1 de verilmiştir. Borlmnın ypılğı prçlr ASTM G 99 stndrtlrın uygun olrk, işlenerek, 10 mm çpınd ve 40 mm uzunluğund numuneler silindir şeklinde hzırlnmıştır. Borlm metodu olrk kutu orlm yöntemi terih edilmiştir. Borlm işlemi 1200 o C sıklık kpsiteli ± 5 o C hsssiyetli mikro işlemi kontrollü, elektrik rezistnslı, dijitl göstergeli fırınd gerçekleştirilmiştir. Borlm işlemi, pslnmz çelik kutu içerisine Ekoor2 + % ferrosilisyum krışımı konulmuştur. Numuneleri kutuy rlrınd 1 er m mesfe klk şekilde yerleştirildikten sonr üzerleri tmmen or krışımı ile doldurulmuş ve pslnmz çelik kutunun kpğı sıkı kptılmıştır. Bu şekilde hzırlnn numuneler 850, 0 ve sıklıklrd 2, 4, 6, 8 er st orlm işlemine ti tutulmuştur. Numuneler dh sonr od sıklığınd soğumy ırkılmıştır. Tlo 1: 8640 çeliğin ileşimi, % ğ. C Si Mn P S Mg Cr Ni Mo Cu V W Mikro ypı inelemeleri numuneler sırsıyl, 180, 320, 0, 800 ve 1200 grid zımprlrl şındırılmıştır. Numuneler 3 μm luk Al 2 O 3 solüsyon ile prltılmıştır. Alkol ile temizlenen numuneler, % 2 nitl ( % 2 HN 3 O 3 + % 98 CH 3 OH ) ile dğlnmış ve tekrr lkol ile yıknıp kurutulmuştur. Mikro ypı inelemelerinde ilgisyr donnımın ğlntılı MEIJI mrk optik mikroskop kullnılmıştır. Bor tksı klınlığı ölçülmüştür. Bor tksı klınlığı ölçümü çekilen mikro ypı 244

2 Borlnmış AISI 8640 Çeliğinin Arsif Aşınm Dvrnışı görüntüleri üzerine milimetrik ölçüm kâğıdı konulrk ypılmıştır. Her görüntüden ortlm er ölçüm ypılmış ve unlrın ortlmsı lınmıştır. Dh sonr u değerler mikron çevrilmiştir. Aşınm testleri, pin-on disk şınm ihzınd, od sıklığınd, 10 N ve 20 N yük ltınd 1000 ve 1200 Mesh lüminyum oksit (Al 2 O 3 ) rsif şındırıı üzerinde ve 0,1 m/s sit kym hızınd ypılmıştır. Aşınm numuneleri, rsif şındırıı zımpr üzerinde, şınm yönüne dik şekilde hreket ettirilmiş ve öylee numuneler dim yeni zımpr yüzeyine tems ettirilmiştir. Numunelerin kym mesfesi 10 m dir. Numuneler şınm deneyinden öne ve sonr 10-4 g hsssiyetinde elektronik terzide trtılmıştır. III. SONUÇLAR ve TARTIŞMA İşlemsiz 8640 çelik mlzemenin mikroypısı Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1 den görüldüğü gii mikro ypının ferritik mtris ve perlitten oluşmktdır. 850, 0 ve sıklıklrd 2, 4, 6 ve 8 st orlnn numunelere it mikroypı görüntüleri Şekil 2-Şekil 4 verilmiştir. Şekillerden orlnmış numunelerin yüzeylerindeki orürlerin düzgün dllı kolonsl ir morfolojiye ship olduklrı görülmektedir. İşlem süresi ile or ktmn klınlığı rsınd ir ilişkinin olduğu gözlenmektedir. Şekil 3: de () 2s ve () 4s () 6s (d) 8s orlnn 8640 çelik numunelere it mikroypılr. Her üç sıklık için de or tksının trk dişi morfolojide oluştuğu görülmektedir. Bor ktmnı klınlığı orlm süresine ve sıklığ ğlı olrk rttığı görülmüştür. Borlm sıklığı ve/vey süresinin rtmsıyl or tk klınlığının rttığı Şekil 5 den görülmektedir. Bununl irlikte, 8 stten sonr or trk dişi morfolojisi ozulrk, n mlzeme içerisine doğru yyıldığı görülmüştür. d Şekil 1: Dökümden sonr hiçir işlem görmemiş 8640 çelik mlzemesine it mikroypılr. d Şekil 4: de () 2s ve () 4s () 6s (d) 8s orlnn 8640 çelik numunelere it mikroypılr. Şekil. 2: de () 2s ve () 4s () 6s (d) 8s orlnn 8640 çelik numunelere it mikroypılr. d 2

3 Aşınm Kyı, (mg) Aşınm Kyı, (mg) Aşınm Kyı, (mg) Bor Tksı Klınlığı, () Aşınm Kyı, (mg) Ç.Demirel, M.Çetin C 0 0 C C Borlm Süresi, (s) Zmn, (st) Şekil 5: ve de orlm süresine ğlı olrk or tk klınlığının değişimi. Döküm durumu 8640 çelik mlzemenin şınm dvrnışı inelendiğinde rsife zımpr oyutunun rtmsıyl (1000 mesh den 1200 mesh e) şınm kyının, dh z olduğu görülmüştür. Ypıln rştırmlr sonuund şındırıı tne üyüklüğü rttıkç, mlzemenin şınm kyının rttığı tespit edilmiştir. Aşınm kyını uygulnn yüklere göre değerlendirdiğimizde, yükün rtmsı ile irlikte şınm kyı rtmktdır. Artn orlm süresine ğlı olrk şınm kyının d zldığı görülmektedir. En z şınm kyı de 8 st ypıln orlnmış mlzemede tespit edilmiştir. Bunun nedeni de orlm süresine ğlı olrk mlzemenin yüzeyinde FeB oluşmsıdır. FeB fzı mlzemenin sertliğini ve şınm direnini rtırmktdır [3,14]. Tüm deney şrtlrı için de 2 st orlnn numunenin en fzl şınm kyın uğrdığı tespit edilmiştir (Şekil 6,7, 8 ve 9). Şekil 7: Frklı sıklık ve sürelerde orlnmış 8640 çeliğinin 1000 mesh Al 2 O 3 zımprd ve 20N yük ltındki şınm durumu. Zmn, (st) Şekil 8. Frklı sıklık ve sürelerde orlnmış 8640 çeliğinin 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd ve 10N yük ltındki şınm durumu. Zmn, (st) 0 Zmn, (st) Şekil 6: Frklı sıklık ve sürelerde orlnmış 8640 çeliğinin 1000 mesh Al 2 O 3 zımprd ve 10N yük ltındki şınm durumu. Şekil 9: Frklı sıklık ve sürelerde orlnmış 8640 çeliğinin 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd ve 20N yük ltındki şınm durumu. Aşınm testi ypıln numunelerin şınm yüzeyi görüntüleri Şekil 10- de verilmiştir. Tüm deney şrtlr için de orlnn numunelerin şınm yüzeyleri (Şekil 14- ), işlemsiz (Şekil 10-11) ve de orlnn numuneler krşılştırıldığınd (Şekil 12-13) dh düzgün ve pürüzsüz ve derin olmyn yivlerden meydn geldiği görülmektedir. Bu durum seep olrk t or tk klınlığının rtışın ğlıdır (Şekil 5), mevut deney sonuçlrı litertürle uyumludur [2,3,16] mesh zımprd ve 20 N yük ltınd şındırılmış işlemsiz numunenin en geniş ve derin şınm 246

4 Borlnmış AISI 8640 Çeliğinin Arsif Aşınm Dvrnışı yivlerinin olduğu görülmektedir (Şekil 11). Her iki zımpr üzerinde, de orlnn numunelerin şınm yüzeylerinin ine küçük ve dh düzgün/pürüzsüz ir şınm yüzeyine ship olduğu görülmektedir (Şekil 14). Şekil 14: de orlnn 8640 çelik numunelerin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 10 N yük ltınd şınmış Şekil 10: İşlemsiz 8640 çeliğinin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 10 N yük ltınd şınmış Şekil 11: İşlemsiz 8640 çeliğinin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 20 N yük ltınd şınmış Şekil : de orlnn 8640 çelik numunelerin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 20 N yük ltınd şınmış IV. SONUÇLAR Şekil 12: de orlnn 8640 çelik numunelerin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 10 N yük ltınd şınmış Ypıln deneysel çlışmlr sonund şğıdki ulgulr elde edilmiştir çeliğinin yüzeylerindeki orürlerin trk dişi ir morfolojiye ship olduklrı optik mikroskop görüntülerinden nlşılmktdır. 2. Borlm süresi ve sıklığ ğlı olrk or ktmnlrının klınlığı rtmıştır. İşlem süresi ve sıklıkl, ktmn klınlığı rsınd ir ilişkinin olduğu sonuun vrılmıştır. 3. Aşındırıının oyutunun ve uygulnn yükün rtmsıyl şınm kyı rtmıştır. 4. Aynı sıklıkt orlnn numunelerin şınm kyının rtn orlm süresi ile zldığı tespit edilmiştir. 5. En fzl şınm kyının işlemsiz numunelerde olduğu, dolyısıyl orlm işleminin 8640 çeliğinin şınm kyınd önemli ölçüde zlmy seep olduğu tespit edilmiştir. Şekil 13: de orlnn 8640 çelik numunelerin () 1000 mesh ve () 1200 mesh Al 2 O 3 zımprd 20 N yük ltınd şınmış KAYNAKLAR [1] Sen, S., Özek, I., Sen, U., Bindl, C., Mehnil ehvior of orides formed on orided old work tool steel,, Surfe nd Cot. Tehnol. Vol. 135, , 2001 [2] Çelei, G., İpek, M., Bindl, C., Üisik, A.H., Some mehnil properties of orides formed on AISI 8620steel, Mterils Forum Vol. 29-Pulished, 6-4, [3] Jin, V., Sundrrjn, G., Influene of the pk thikness of the oronizing mixture on the oriding of steel, Surfe nd Cot. Tehnol. Vol. 149, 21-26, [4] Özek, İ., Sen, S., İpek, M., Bindl, C., Zeytin, S., Üçısık, A.H., A Mehnil spet of orides formed on the AISI 440C stinless-steel, Vuum Vol. 73, ,

5 Ç.Demirel, M.Çetin [5] Lee, S.Y., Kim, G.S., B.S., Mehnil properties of duplex lyer formed on AISI 403 stinless steel y hromizing nd oronizing tretment, Surfe nd Cot. Tehnol. Vol , , [6] Çelikyürek, İ., Bksn, B., Torun, O., Gürler, R., Boronizing of iron luminide Fe72Al28, Intermetllis, Vol. 14, , [7] Genek K., Özek İ. ve Bindl C Kinetis of Boriding of AISI Wl Steel, Mterils Siene nd Engineering, v. A347, [8] Surhmnym, J. nd Gopinth, K., Wer studies on oronized mild steel, Wer, Vol. 95, , [9] Singhl, S.C., A hrd diffusion oride oting for ferrous mterils, Thin Solid Films, Vol., , [10] Bejr, M.A. nd Moreno, E., Arsive wer resistne of oronized ron nd low-lloy steels, Journl Of Mterils Proessing Tehnol. Vol. 173, , [11] Yn, P.X., Wei, Z.Q., Wen, X.L., Wu, Z.G., Xu, J.W., Liu, W.M., Tin, J., Post oronizing ion implnttion of C steel, Applied Surfe Siene, Vol. 195, 74-79, 2002 [12] Dykov, V.I., Lenguer, W., Brmk, K., Formtion of oride lyers t the Fe-10% Cr lloy-oron interfe, Journl of Alloys nd Compounds, Vol. 398, , [13] Mkıshı, T., Nkt, K., Surfe hrdening of nikel lloys y mens of plzm nitriding, Metll. Mter. Trns. A 35A 227, [14] Uslu, İ., Cömert, H., İpek, M., Özdemir, O., Bindl, C., Evlution of orides formed on AISI P20 steel, Mterils nd Desing, 6-680, [] Alloui, O., Bououdj, N., Sindernn, G., Chrteriztion of oronized lyers on XC38 steel, Surfe &Cotings Tehnology, Vol. 201, , [16] Wng, A.G., Huthıngs, I.M., Mehnisms of rsive wer in oronized lloy, Wer, ,