Kam Mili Üretiminde Kullanılan AISI 4140 Çeliği ve Gri Dökme Demirlerde Mangan Fosfat Kaplanmanın Korozyon Davranışına Etkisi

Transkript

1 Afyon Kotepe Üniversitesi Fen ve Mühenislik Bilimleri Dergisi Afyon Kotepe University Journl of Siene n Engineering Km Mili Üretimine Kullnıln AISI 4140 Çeliği ve Gri Dökme Demirlere Mngn Fosft Kplnmnın Korozyon Dvrnışı AKÜ FEMÜBİD 15 (2015) (1-7) AKU J. Si. Eng. 15 (2015) (1-7) DOI: /fm.8348 Arştırm Mklesi / Reserh Artile Km Mili Üretimine Kullnıln AISI 4140 Çeliği ve Gri Dökme Demirlere Mngn Fosft Kplnmnın Korozyon Dvrnışın Etkisi Hip KIRGEZEN 1, Trık GÜN 2, Ftih KILIÇ 2 1 Cumhuriyet Üniversitesi, Mühenislik Fkültesi, Metlurji ve Mlzeme Mühenisliği Bölümü, Sivs, hip.krgzn@gmil.om 2 ESTAŞ Eksntrik Sn Ve Ti. A.Ş, Sivs, Geliş Trihi: ; Kul Trihi: Anhtr kelimeler Korozyon; Mngn Fosft Kplm; AISI 4140 Çeliği; Gri Dökme Demir Özet Günümüze, mlzeme seçimine kplmlr önemli ir rol oynmktır. Sıklık, korozyon, oksisyon ve şınmnın oluğu uygulmlr kplm ypılmsı önemli vntjlr sğlmktır. Bu çlışm km mili üretimine kullnıln AISI 4140 çeliği ve gri ökme emirin mngn fosft ile kplnrk korozyon vrnışı üzerine etkisi rştırılmıştır. Deneylere AISI 4140 çeliği ve gri ökme emir numunelerinin her irinin yrısı mngn fosft kplnmış iğer numuneler kplnmmıştır. Korozif ortm olrk 25 o C e ve 70 o C e 0,5 M HCl ve 0,5 M H 2 SO 4 ile hzırlnmış solüsyonlrl korozyon testi ypılmıştır. Deney numuneleri 180 kik hzırlnn solüsyonlr korozyon uğrtılmıştır ve mlzeme ğırlık kyıplrı hesplnmıştır. Ypıln çlışm sonuun yüksek sıklıklr H 2 SO 4 korozif ortmın ğırlık kyıplrı h fzl olmuştur ve mngn fosft kplmnın korozyon irenini rttırığı görülmüştür. The Effet of Mngnese Phosphte Coting Corrosion Behviour t AISI 4140 Steel n Grey Cst Irons Use in Cmshft Proution Key wors Corrosion; Mngnese Phosphte Coting; AISI 4140 steel; Grey Cst Iron Astrt Nowys, overings plys n importnt role to the seletion of mteril. Covering moifie is provies importnt vntges whih is temperture, orrosion, oxition n erosion in pplitions. In this stuy were investigte whih use in the proution of mshfts steel of AISI 4140 n gry st iron overe with mngnese phosphte effet on the orrosion ehvior. In experiments steel of AISI 4140 n gry st iron mngnese phosphte overe smples of eh hlf n other smples were not overe. Corrosion test ws performe whih s orrosive environments with the solution prepre y t 25 o C n t 70 o C, 0,5 M HCl n 0,5 M H 2 SO 4. Test smples the solutions prepre were sujete to orrosion in 180 minutes n mteril weight losses re lulte. As result of stuies t high tempertures H 2 SO 4 weight loss ws greter in orrosive environments n mngnese phosphte overing ws shown to improve the orrosion resistne. Afyon Kotepe Üniversitesi AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

2 1.Giriş Fosftlm, emir ve emir ışı lşımlrın yüzey işlemi ve son işlemleri için en yygın olrk kullnıln ön işlem prosesiir. Prosesin ekonomik ve hızlı uygulnilir oluşu ve mükemmel korozyon, ezyon ve şınm ireni sğlyrk yğlyıı özellikleri neeniyle u işlemin otomoil, mkine ve teçhizt enüstrilerine önemli ir yeri vrır. Bşlngıçt u işlem, sit ir korozyon önleyii proses olmsın rğmen, fosftlnn mlzemelerin korozyon ve şınm irençlerini iyi ereee rttırmsı neeniyle geleneksel yöntemlerin yerine geçmiştir. Frklı tipte kplm çeşitleri ve gelişmiş korozyon, şınm ireni gii rzu eilen isteklere ulşılmsı için çok syı eğişiklikler/moifiksyonlr ypılmış ols fosft kplm hli hzır otomoil, mkine ve enüstriyel mlzemelere h çok terih eilmeye şlnmıştır. (Nrynn,2005) Mngn fosft kplmnın kullnım lnlrınn iri e motor prçsı oln km milleriir. Km milleri, üzerineki özel profile ship km elemnlrı yrımıyl motor emme ve ekzoz supplrının uyumlu ir şekile çılıp kpnmsını sğlr. Km millerinin üyük çoğunluğu % 3,5-4 C içeren ve kronun üyük kısmının küresel grfit olrk yrıştığı GGG-50 ökme emiren ypılır. Bunun ynın çelikten ve yüzeyi sertleştirilmiş gri ökme emiren (hill) e üretilir. (Mıhlskı et l.2000) Totik in yptığı ir çlışm çeşitli ısıl işlemleren sonr AISI 4140 çeliğine mngn fosft kplmnın korozyon vrnışı inelenmiştir. Kplmn öne, su verme ve tvlm işlemleri kplm işlemi ypmk için hzırlnn yüzeylere uygulnmıştır. Çlışmsının sonuun kplm ypıln yüzeye korozyon ireninin rttığı görülmüştür. ( Totik, 2004) etkili fosft ğlnmsı ve yğlyıı (luriknt) etkisinin oğru ir şekile nliz etmek için sürtünme şınm test işlemi uygulnmıştır. Aşınm ireni temel olrk frklı sıklıklr, konsntrsyonlr ve lırm süreleri üşünülerek, ütün fosftlm prosesinin temel ımlrı için nliz eilmiştir(yni yğ gierme, ineltme ve fosftlm). Kolylıkl tekrrlnilen ve işlem prmetrelerine son eree hsss oln ölçümler, mngn fosft prosesinin ojektif ve koly optimizsyonun imkân tnımktır. Hivrt ypmış oluğu u çlışm, mngn fosft kplmlrın şınm irenini etkileyen metlurjik eğişkenleri, se kronlu çeliklerin kron içeriklerinin etkisi e hes ktılrk rştırmış ve mngn fosft kplm işlemini optimize etmiştir.(hivrt, et l.1997) Yvuz ve rkşlrının yptığı çlışm mngn fosft kplı gri ökme emirin yğlm koşullrı ltın şınm vrnışlrını inelemiş ve sınır yğlm koşullrını optimize etmişlerir.(yvuz ve rk. 2014) 2.Mteryl ve Metot Bu çlışm km mili üretimine kullnıln AISI 4140 çeliğinin ve gri ökme emirin korozyon vrnışlrın mngn fosft kplmnın etkileri frklı korozif ortmlr için rştırılmıştır. Deneylere kullnıln numunelerin kimysl kompozisyonlrı tlo 1 ve 2 e verilmiştir. Tlo 1. Deneylere kullnıln gri ökme emiri kimysl kompozisyonu. Element C Si Mn P S Cr Mo Ni % Ağ 3,66 2,05 0,724 0,06 0,05 0,07 0,24 0,46 Tlo 2. Deneylere kullnıln AISI 4140 çeliğinin kimysl kompozisyonu. Element C Si Mn P S Cr Mo % Ağ 0,42 2,05 0,6 0,55 0,03 0,07 0,62 Bzı Mngn fosft kplmlrın performnsı ile AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

3 Deneylere, km mili üretimine kullnıln AISI 4140 çeliği ve gri ökme emir mlzemeleri kullnılmıştır. Söz konusu mlzemeleren 10mm çpın 5 ± 0.1 mm klınlığın 32 et numune torn tezghın işlenerek hzırlnmıştır. Deney numunelerinin yüzey klitelerini rttırmk için 180 ve 400 grit lik SiC zımpr ile prltılmıştır. Dh sonr numuneler sf su ve rınn seton ile yıknıp kurumy ırkılmıştır. Kuruyn AISI 4140 çeliği numunelerinin 8 eti ve gri ökme emir numunelerinin 8 eti mngn fosft kplm ile kplnmış ve Şekil 1 e verilmiştir. Şekil 1. Deneylere kullnıln kplmlı ve kplmsız numuneler Mngn Fosft Kplm 8 et gri ökme emir ve 8 et 4140 çeliği numunelerine uygulnn mngn fosft kplm proses şrtlrı Tlo 3 e çıklnmıştır. Mngn fosft kplm işlemi temel olrk ört kemeen oluşmktır. Bunlr; Yğ gierme, urulm, ktifleştirme, fosftlm kplmır. Mngn fosft kplm prosesine ilk şm yıkm işlemi için iki et yıkm nyosu hzırlnmıştır. Bnyolrı hzırlmk için RİDOLİNE 7163CF/AR 10ml/L ve RİDOSOL g/l kullnılmktır. Numuneler her iki nyo 9 kik ekletilerek yğ ve kirinen rınırılmıştır. Yıkm işleminen sonr numuneler, sf su ile hzırlnmış urulm nyosun lınrk u nyo 1 kik ekletilmiş ve h sonr ktifleştirme/ktivsyon nyosun lınmıştır. Aktifleştirme nyosu 10 g/l ornın FIXODİNE 5026 çözeltisi içerir. Numuneler o sıklığın, ktifleştirme nyosun 3 kik ekletilmiştir. Aktifleştirme nyosu ile prç yüzeyi mngn fosft kplm için hzır hle gelmekteir. Aktifleştirme nyosunn sonr mngn fosft kplm işlemine geçilir. Mngn fosft kplm nyosu THERMOIL GRANODINE 117M çözeltisinen 6g/L çözelti sf suy koyulrk 95 o C sıklıkt nyo hzırlnmış ve numuneler ur 10 kik ekletilmiştir. Arınn mngn fosft kplnmış numuneler yıkm nyosun lınmış sonrsın korozyon ynımı rttırmk için yğlm işlemi uygulnmıştır. Yğlm işleminen sonr mngn fosft kplm işlemi tmmlnmıştır. Tlo 3. Mngn fosft kplm proses şrtlrı Yğ gierme (Degresing)1 Yğ gierme (Degresing)2 Durulm1 (Rinsing) Durulm2 (Rinsing) Aktifleştirme RIDOLINE 7163CF/AR 10 ml/l n RIDOSOL g/L çözeltileri 60ºC 9 kik RIDOLINE 7163CF/AR 10 ml/l n RIDOSOL g/L 60ºC 9 kik Sf su, o sıklığı 1 kik Sf su, o sıklığı 1 kik FIXODINE 5026 çözeltisi 10gr/L o sıklığı 3 kik Fosftlm THERMOIL GRANODINE 117 M çözeltisi 90~95ºC 10 kik Durulm (Rinsing) Sf su, o sıklığı Yğlm (Lurition) 2.2. Korozyon Deneyi Antiorit 340A(Korozyon ireni için yğlm, luriksyon işlemi) Deneylere 8 et mngn fosft kplı 4140 çeliği, 8 et mngn fosft kplı gri ökme emir, 8 et kplmsız AISI 4140 çeliği ve 8 et kplmsız gri ökme emir numuneleri kullnılmıştır. Tüm numunelerin korozif ortm ğırlık kyıplrını ulmk için ilk ğırlıklrı 10-4 hsssiyette terzi ile ölçülmüştür. Korozyon eneyleri için 4 et korozif ortm hzırlnmıştır. Aşınırıı olrk HCI ve H 2 SO 4 çözeltileri hzırlnmış, eney sıklıklrı olrk ve seçilmiştir. AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

4 Deneye ortlm ğırlık kyı ulunilmesi için eney şrtlrı frklı oln her ir ortm için ikişer et numune kullnılmıştır. Solüsyonlr hzırlnırken ph 1-1,5 rlığın 0,5 M olmsın ikkt eilmiştir. Deneye kullnıln her ir ehere yklşık 150 ml solüsyon konmuştur. Ypıln çlışm eney şrtlrı şöyleir: 0,5 M HCl ve H 2 SO 4 25 o C ve 70 o C ir. Her ir ehere ynı özellikte ikişer et numune tılmıştır. Beherlere ulunn solüsyonlrı elirlenen sıklıklr çıkrilmek için hot plte ısıtıı tllr kullnılmıştır. Deney süresi 180 kik olrk elirlenmiştir. Deney süresine sıklık kontrolü termometre ile ypılmıştır. Şekil 2 e eney koşullrı görülmekteir. Şekil 2. ) 25 o C e gerçekleştirilen eney, ) e gerçekleştirilen eney koşullrı fotoğrflrı Şekil 4-7 e verilmiştir. Şekil 4. )AISI 4140 çeliği HCI- Kplmlı )AISI 4140 çeliği HCI- Kplmlı )AISI 4140 çeliği HCI- Kplmsız )AISI 4140 çeliği HCI- Kplmsız korozyon testi sonuu yüzey fotoğrflrı 180 kik sonun her ir numune şınmış yüzeylerine oluşn korozyon ürünleri fırç ile temizlenip ir gün oyun o şrtlrın kurumy ırkılmıştır. Dh sonr 10-4 hsssiyetteki terzi ile numunelerin ğırlıklrı ölçülmüştür. Ağırlık kyı ölçüm eğerleri, şlngıç ğırlık eğerinen korozyon testi sonuun trtıln eğerler çıkrtılrk tespit eilmiştir. Şekil 3. Deneysel çlışmlr gerçekleştirilen korozif ortmlrın şemtik gösterimi 3. Bulgulr 4 Frklı korozif ortm korozyon testi ypıln mngn fosft kplı ve kplmsız eney numunelerinin korozyon eneyi sonuun yüzey AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

5 Km Mili Üretimine Kullnıln AISI 4140 Çeliği ve Gri Dökme Demirlere Mngn Fosft Kplnmnın Korozyon Dvrnışı Şekil 5. )AISI 4140 çeliği H2SO4- Kplmlı )AISI 4140 çeliği H2SO4- Kplmlı )AISI 4140 çeliği H2SO4- Kplmsız )AISI 4140 çeliği H2SO4- Kplmsız korozyon testi sonuu yüzey fotoğrflrı Şekil 7. )Gri ökme emir H2SO4- Kplmlı )Gri ökme emir H2SO4- Kplmlı )Gri ökme emir H2SO4- Kplmsız )Gri ökme emir H2SO4- Kplmsız korozyon testi sonuu yüzey fotoğrflrı Şekil 6. )Gri ökme emir HCI- Kplmlı )Gri ökme emir HCI- Kplmlı )Gri ökme emir HCI- Kplmsız )Gri ökme emir HCI- Kplmsız korozyon testi sonuu yüzey fotoğrflrı AISI 4140 çeliği ve gri ökme emir numunelerine korozyon eneyi sonuun, mngn fosft kplı ve kplmsız numunelere meyn gelen ğırlık kyıplrı tlo 4 ve 5 e verilmiştir. AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

6 Mlzeme Korozif Ortm Yüzey işlemi Sıklık ( C) Deney no: İlk ğırlık Son ğırlık Frk Ortlm kyıp AISI 4140 Çeliği HCI H 2SO 4 Mngn fosft kplı Kplmsız Mngn fosft kplı Kplmsız 70 o C 70 o C 70 o C Tlo 4.A AISI 4140 Çeliği korozyon eney sonuçlrı 1. 12,241 12,2343 0, , ,123 0, , ,2087 0, , ,123 0, , ,1265 0, , ,1464 0, ,241 12,1328 0, , ,1283 0, , ,4283 0, ,058 12,039 0, , ,0452 0, , ,391 0, , ,3118 0, , ,9593 0, , ,153 0, , ,8841 0,1045 0,0045 0,0309 0,0292 0,0564 0,0146 0,0517 0,0823 0,0923 Mlzeme Korozif Ortm Yüzey işlemi Sıklık ( C) Deney no: İlk ğırlık Son ğırlık Frk Ortlm kyıp Gri Dökme emir HCI H 2SO 4 Mngn fosft kplı Kplmsız Mngn fosft kplı Kplmsız 1. 10,838 10,8339 0, , ,1214 0, , ,9408 0, , ,5654 0, , ,6193 0, , ,6528 0, , ,5945 0, ,641 11,5436 0, , ,1014 0, , ,7921 0, ,394 11,3742 0, , ,7259 0, , ,6556 0, , ,5436 0, , ,6542 0, , ,7289 0,0638 0,0057 0,0371 0,0299 0,0603 0,0059 0,0279 0,0562 0,0684 Tlo 5. Gri ökme emir korozyon eney sonuçlrı AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)

7 4. Trtışm ve Sonuçlr *Mngn fosft kplı AISI 4140 çeliği numuneleri HCI korozif ortmın kplmsız numunelere göre yklşık 2-3 kt h z korozyon uğrmıştır. *Mngn fosft kplı AISI 4140 çeliği numuneleri H 2 SO 4 korozif ortmın kplmsız numunelere göre yklşık 3-4 kt h z korozyon uğrmıştır. *Mngn fosft kplı gri öküm numunelerine HCI korozif ortmın kplmsız numunelere göre 2-4 kt h z korozyon uğrmıştır. *Mngn fosft kplı gri öküm numunelerine H 2 SO 4 korozif ortmın kplmsız numunelere göre yklşık 3-9 kt korozyon uğrmıştır. *H 2 SO 4 korozif ortmın gerçekleştirilen eneylere meyn gelen ğırlık kyıplrı ve lere HCI korozif ortmın göre h fzl oluğu gözlemlenmiştir. *H 2 SO 4 ve HCI korozif ortmlrın gerçekleştirilen eneylere eki ğırlık kyıplrı e meyn gelen ğırlık kyıplrın göre h fzl olmuştur. *H 2 SO 4 korozif ortmın AISI 4140 çeliğinin gri ökme emire göre ğırlık kyı h fzl olmuştur. Ank HCI korozif ortmın gri ökme emir numunelerine ğırlık kyı h fzl olmuştur. *Deneyler sonuun mngn fosft kplmının, km mili mlzemesi oln AISI 4140 çeliği ve gri öküm mlzemelerineki korozyon irenini rttırığı sonuun vrılmıştır. *Ypıln çlışm sonuun AISI 4140 çeliğine ve gri ökme emirlere meyn gelen frklı miktrlrki ğırlık kyı mlzemelerin kompozisyonlrın ğlı olrk eğiştiği tespit eilmiştir. *Ayrı frklı kompozisyonlr ulunn C ve P yüzesi korozif ortmlr frklı miktrlr ğırlık kyıplrı olmsın seep olmuştur. *Ayrı gri ökme emirin mikroypısın ulunn grfitlerin korozyonn kynklı mlzeme kyıplrın yol çtığı sonuun vrılmıştır. *Çlışm özellikle seçilen sıklık motor prçlrının çlışm sıklığın ykın ir sıklık olmsı ve u sıklığ çıkılmsı neeniyle HCl ve H 2 SO 4 e meyn gelen kimysl ozulmlr olukç rttığı sonuun vrılmıştır. Kynklr Nrynn, S. Surfe pretretment y phosphte onversıon otıngs revıew. Ntionl Metllurgil Lortory, Mrs Centre CSIR, Complex, Trmni, Chenni , Ini.( 2005) MICHALSKI J., Mrszlek J., Kuik K., An experimentl stuy of iesel engine m n follower wer with prtiulr referene to the properties of the mterils. Wer, 240, , (2000). Totik, Y., The orrosion ehviour of mngnese phosphte otings pplie to AISI 4140 steel sujete to ifferent het tretments. Surfe & Cotings Tehnology (2006) Hivrt, P., Huw, B., Briout, J. P., Ouin J., Seizure ehviour of mngnese phosphte otings oring to the proess onitions. Triology Interntionl Vol. 30, No. 8, pp , (1997.) Hivrt, et l., Numeril ientifition of ulk ehvior lw of mngnese phosphte otings. Comprison with triologil properties, J. Cot. Tehnol. 75 (942) (2003) Oym, T., Inoue, Y., Evlution of the wer proess of st iron ote with mngnese phosphte, Triol. Trns. 46 (1) (2003) Yvuz, P., Yeşilçuuk, A. S., Kzmnlı, K., Ürgen, M., Triologil Behviour of Mngnese Phosphte Coting on Gry Cst Iron in Bounry Lurition Regime, 2.Uluslrrsı Yüzey İşlemleri Sempozyumu (2014) AKÜ FEMÜBİD 15 (2015)