ÇOK B LE ENL BORLAMA MULTICOMPONENT BORIDING. A. Uluköy & A. Ç. Can Pamukkale Üniversitesi, Denizli, TÜRK YE

Transkript

1 ÇOK B LE ENL BORLAMA MULTICOMPONENT BORIDING A. Uluköy & A. Ç. Can Pamukkale Üniversitesi, Denizli, TÜRK YE ÖZET: Bor tabakasının sahip oldu u yüksek a ınma direnci, özellikle kuru sürtünme artlarında çalı an makine parçaları için ilgi çekicidir. Fakat elde edilen kabuk incedir ve bor tabakasının kendi içerisinde olu an fazlar farklı özelliklerde olabilir. Ayrıca çok yüksek kabuk sertlik de erlerinden çok daha yumu ak olan çekirdek sertli ine geçi in ani olması nedeniyle kabuk tabakada çatlaklar olu maktadır. Bu çatlaklar, yüzeyden pullanma eklinde dökülmelere yol açarlar, bundan dolayı a ır ve darbeli yük altında çalıan parçalarda borlamanın kullanımını kısıtlarlar. Bor tabakasının mekanik özelliklerini iyile tirebilmek, özellikle de kırılganlı ını azaltabilmek için tek fazlı Fe2B fazı olu turmak veya çok bile enli (multicomponent) bor tabakası olu turmak gerekir. Çok bile enli borlama, bor elementi yanında metalik elementlerden veya metalik olmayan elementlerden bir veya birkaçının çelik yüzeyine aynı anda veya birbiri ardına yayındırılması esasına dayanan bir i lem olarak tanımlanmaktadır. Çok bile enli borlama ile sadece borlamaya oranla geçi bölgesi sertli i daha yüksek olmakla beraber, çekirdek ile bor tabakasının sertli i arasındaki fark daha yumu ak bir geçi ile sa lanabilmektedir. Anahtar Kelimeler: Borlama, Çok Bile enli Borlama, Termokimyasal lem, Sertlik. ABSTRACT: It is interesting that boride layer has high wear resistance for machine elements especially under dry friction conditions. But obtained surface is very thin and phases which is formed at boride layer may have different properties. Since it is large hardness gradient between matrix and case, cracks are formed at the surface. These cracks lead to pitting at the surface, so they restrict utilize of boriding which works under pulsed and heavy load parts. To improve mechanical properties of boride layer, especially to reduce brittleness, it is essential that obtain one phase Fe2B or multicomponent boride layer. Multicomponent boriding is defined that boron element and metalic/nonmetallic elements diffuse on steel surface at the same time or one after another. Besides obtained transition zone s hardeness of the multicomponent boriding is more high than only boriding, hardeness gradient between boride layer and case is more soft than only borided surface. Keywords: Boriding, Boronizing, Multicomponent Boriding, Thermochemical Process, Hardeness. 1 G R Borlama i lemi; sementasyon çeliklerine, ıslah çeliklerine, takım çeliklerine, paslanmaz çeliklere, dökme çeliklere, dökme demirlere, sinterlenmi metal tozlarına, nikel, kobalt, molibden ve titanyum gibi demir dı ı metallere ve ala ımlarına uygulanabilmektedir (Sinha 1991). Borlama i leminin çeliklere 1895 yılından bu yana uygulandı ı bilinmektedir (Matuschka 1980). lem; yüzeyi çok iyi bir ekilde temizlenmi olan malzemelere, C aralı ında, tercihen 1 12 saat sürede, bor verici katı toz, pasta, sıvı, gaz ve plazma ortamlarda gerçekle tirilir. Fiziksel buhar biriktirme (PVD) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD), iyon implantasyonu veya plazma püskürtme gibi termokimyasal olmayan yöntemler ile de malzeme üzerinde bor tabakası olu turulabilir (Sinha 1991). Bu yöntemlere ilave olarak çok bile enli borlama, süperplastik borlama, ötektik borlama, plazma sinterleme gibi de i ik teknikler de geli tirilmi tir. Elde edilen borlanmı tabaka genellikle dı tan içeriye do ru FeB ve Fe 2 B fazlarından olu ur. FeB fazının ısıl genle me katsayısı daha yüksektir. Ayrıca FeB fazı, Fe 2 B fazından daha sert ve kırılgandır. Bu yüzden çift fazlı bor tabakasında sıklıkla çatlaklar görülür. Çizelge 1 de FeB ve Fe 2 B fazlarının bazı özellikleri verilmi tir (Sinha 1991). Bor tabakasının mekanik özelliklerini iyile tirebilmek, özellikle de kırılganlı ını azaltabilmek için tek fazlı Fe 2 B fazı olu turmak veya çok bile enli (multicomponent) bor tabakası olu turmak gerekir. Ayrıca son yıllarda geli tirilen lazer ısıl i lem i - lemleri (LHT) ile de bor tabakasının sertli i azalmadan kırılganlı ı azaltılabilmektedir (Kulka & Pertek 2003a). Çizelge 1. FeB ve Fe 2 B Fazlarının Bazı Özellikleri (Sinha 1991) FeB Fe 2 B Mikrosertlik (HV) Elastisite Modülü (GPa) Isıl Genle me Katsayısı 23 7,65 ppm/ 0 C ( C) çerdi i Bor Miktarı 16,23 8,83 (% a.) Kafes Yapısı Ortorombi k Hacim merkezli tetragonal 503

2 2 BORLANMI YÜZEY N GENEL ÖZELL KLER Borlama sırasında, bor atomlarının difüzyonu ile yüzeyde metal kafesi içerisinde bor bile ikleri oluur. Bu tabaka tek fazlı veya çok fazlı borürlerden olu abilir. Bor tabakasının ekli, büyüklü ü ve o- lu an fazların kompozisyonu ana malzemenin kimyasal kompozisyonuna, bor tabakasının sertli i, o- lu an bor tabakasının ekline ve ana malzemenin kimyasal kompozisyonuna ba lıdır (Sinha 1991). Demir esaslı ala ımların borlanması sırasında kaplama, genellikle demir borürlerin olu um ve büyümesi ile olmaktadır. Demirin termokimyasal olarak borürlenmesi sırasında, kolonsal kümeler (di ) olu turan borür kristallerinin FeB/Fe 2 B ve Fe 2 B/FeB faz geçi bölgesinde di e benzer morfolojiler olu maya ba lar. Olu an kolonsal borür kristalleri, borun difüzyonuna ba lı olarak, e de er boylarda olmayabilir, ancak bazı üstün mekanik özelliklere (sertlik gibi) sahip olabilirler. Yüzey pürüzlülükleri, çizikler gibi makro hatalar ve tane sınırları, dislokasyonlar, atom bo lukları gibi mikro hatalar demir-bor bile iklerinin çekirdeklenmesi için özellikle uygun yerlerdir. Çekirdekle me i leminin ilk adımı Fe 2 B çekirde inin olu umudur. Fe 2 B çekirdekle mesini borca daha zengin bile iklerin çekirdekle mesi takip eder. lk olu an Fe 2 B alanlarının dı yüzeylerinde FeB ve FeB n (n>1) bile iklerinin meydana geldi i tespit edilmi tir (Bindal 1991). yük artlarında çalı an parçalar için uygun de ildir. Gaz ortamda plazma borlama tekniklerinden olan d.c. (direct pulsed ) plazma tekni i kullanılarak, C sıcaklıklarda 10µm tabaka kalınlı ı elde edilebilmektedir. Bor tabakası kalınlı ını arttırabilmek için daha yüksek sıcaklıklara ( C) ve daha uzun borlama zamanına hala ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca plazma destekli borlama i leminde kullanılan hidrojen atmosferi ve bor verici gazlar, bor tabakasında çok yüksek porozite meydana getirmektedir (Yu vd 2002). CVD yöntemi ile çok sert ve a ınma direnci yüksek tabakalar elde edilebilir. Geleneksel CVD yöntemi uygulamada sınırlıdır ve yüksek sıcaklıklar gerektirir. Plazma kullanarak i lem sıcaklı ı C ye dü ürülebilir. Karma ık ekilli parçalar üniform bir ekilde kaplanabilir. Ayrıca oldukça düzgün yüzeyler elde edilebilir (Klimek vd 2003). Çizelge 2 de literatürde de i ik yöntemlerle borlanmı AISI 1020 (Ck20) çeli i için verilen sertlik ve tabaka kalınlıkları verilmi tir. Çizelge 2. AISI 1020 (Ck20) Çeli i çin Farklı Borlama Yöntemleri le Elde Edilmi Özellikler Yöntem Sıcaklık Tabaka Süre Mikrosertlik ( 0 Kalınlı ı C) (saat) (HV) (µm) Kaynak Katı Meriç vd 2000 Sıvı Yıldızlı 2002 Pasta Nair ve Karamı Bor Tabakasının Özelliklerine Etki Eden Faktörler Borlama Yönteminin Etkisi Katı ve pasta borlama ile az ve orta ala ımlı çelikler C arasında borlanmakta ve son otuz yıldır, a ınma hasarına kar ı etkili olarak kullanılmaktadır. Bu i lemlerle µm gibi oldukça kalın Fe 2 B tabakası elde edilebilmektedir. Ancak katı borlama i lemleri çok uzun zaman gerektirdi i için seri imalata uygun de ildirler. Bu bakımdan gaz borlama katı borlamaya göre daha tercih edilebilir olabilir. Ancak bu yönteminde çözülmemi problemleri vardır: Tabaka kontrolünün zor olması, Tabakada olu an yüksek porozite. Plazma borlamada ise daha dü ük sıcaklıklarda çelik içerisine bor difüzyonu sa lanmaktadır. Yaklaık C de efektif bor difüzyonu sa lanabilmektedir (Bartsch & Leonhardt 1999). Katı borlamada gerekli borlama sıcaklı ını dü ürebilmek için iyon implantasyonu ve plazma destekli borlama teknikleri son 20 yıldır çalı ılmaktadır. yon implantasyonu ile 1µm kalınlı ında bor tabakası kalınlı ı elde edilebilir, ancak bu tabaka a ır Borlayıcı Ortamın Etkisi Bor kaynaklarının ortamda yeterince bulunması borür tabaka kalınlı ını artırır. Ancak ortamda yeterince bor kayna ı yoksa yani borlama i lemi sırasında bor kayna ında bor kalmaz ise tabaka oluumu durur. Böylece ince bir borür tabakası olu ur. Aynı çelik için farklı toz karı ımlarında elde edilebilecek sertlik ve tabaka kalınlıkları farklılık göstermektedir Ala ım elementlerinin etkisi Ala ım elementleri kaplama ile matris ara yüzeyindeki kristallografik düzeni, faz bile enlerini, borür tabakasının kalınlı ını ve di morfolojisini etkilemektedir. Nitekim saf demirde kabuk kalınlıı, ala ımlı çeliklerdekinden daha yüksektir. Alaım elementleri, bor difüzyonunu dü ürmekte, matris ve kaplamanın özelliklerini de i tirmektedir (Sinha 1991). Karbon, borlama sırasında çekirde e do ru yayınmaktadır. Karbon konsantrasyonunun artması ile borür tabakasının kalınlı ının azaldı ı ve Fe 2 B tipi faz ile matris ara yüzeyinin oldukça düzenli oldu u gözlemlenmi tir (Bindal 1991). Karbon, FeB ve Fe 2 B tipi fazlarda çözünmeyip Fe 3 C, Cr 3 C, Fe 6 C 3 504

3 gibi karbürler eklinde matris yakınındaki alanlarda birikti inden bunun borlama mekanizmasını etkiledi i ve söz konusu tabakayı daha sıkı ve sert yaptı ına inanılmaktadır. Bu durum karbon konsantrasyonu arttı ında FeB nin stabilitesinin azaldı ı, Fe 2 B nin ise arttı ı anlamına gelmektedir (Bindal 1991, Sinha 1991). Silisyum ve alüminyum da karbon gibi davranarak, bor tabakası içerisinde çözünmezler. Bor atomları tarafından yüzeyden içeriye do ru itilirler. Yüksek miktarda Si ve Al içeren çelikler borlamaya uygun de ildirler. Çünkü bor tabakasının altında yumu ak bir ferrit zonu olu tururlar. Bu da pullanma dayanımını azaltır (Sinha 1991). Krom çeliklerde borür tabakasının hem morfolojisine hem de derinli ine etki etmektedir. %4 Cr içeren çeliklerde kolonsal (asikülar) karakterde ve derinli i µm kalınlıklı borür tabakaları elde edilirken, %12 krom içeren çeliklerde ise 65 µm kalınlı ında ve düz karakterde borür tabakası elde edilmektedir. %26 Cr içeren çeliklerde ise borür tabakasının kalınlı ı birkaç tanesi hariç 5 µm yi a mamaktadır. Krom atom numarası demirden düük bir element oldu undan borca en zengin olan (Fe, Cr)B ye öncelikle ve sistematik olarak matristen faza girerek yüzeye do ru yayınmaktadır. Kromlu ala ımların borür tabakalarının karakterleri kromsuz ala ımlar ile mukayese edildi inde, kromlu ala ımların karbon yüzdelerine ba lı olarak borür tabakalarının çok daha ince oldukları ve oldukça düzgün bir borür tabakası/matris arayüzeyine sahip oldukları görülmü tür. Çeliklerin borlanmı tabakalarında mevcut (Fe,Cr)B ve (Fe,Cr) 2 B fazlarının sertli i krom miktarının artmasıyla sistematik olarak artar. Bu fazların sertliklerini ölçmek çok zordur. Ara yüzey bölgelerinde elde edilen sertlik ölçümleri kaplama tabakası sertli inden daha dü ük de erler vermektedir (Bindal 1991, Sinha 1991). Borlanan numunelerde, borlu tabaka ile çekirdek ara yüzeyleri artan nikel miktarı ile daha da düzenli olmaktadırlar. Yüksek nikel oranı borür tabakasının kolonsal yapısını azaltmakta, yüksek poroziteyi ve kötü mekanik özellikleri beraberinde getirmektedir. Nikel içeren ala ımlarda borür tabakası kalınlı ındaki azalma krom içeren ala ımlardan daha azdır. Nikel demir borürler içerisinde çok dü ük bir çözünme e ilimi gösterirken, krom çekirdekten tercihli olarak borürlerin içerisine girmektedir (Bindal 1991, Sinha 1991). Vanadyum, kararlı bor bile ikleri yapar (VB ve V 2 B 3 gibi). Vanadyum borürleri Ti, Cr ve Zr borürleri gibi yüksek ergime sıcaklı ı, yüksek sertlik ve yüksek a ınma dayanımı gösterir ( en 2004). Krom ve manganın atom numaraları demirden daha dü ük oldu undan borlanan malzemenin içinden yüzeyine do ru yayınmaktadır. Oysa nikel ve karbon, krom ve manganın tersi yönünde yayınmaktadır (Bindal 1991, Sinha 1991). Ayrıca manganın kırılma toklu una olumlu, kromun ise olumsuz etki etti i dü ünülmektedir (Selçuk vd 2003). ekil 1. Ala ım Elementlerinin Borlama Sırasındaki Hareket Yönü (Uluköy 2005) lem sıcaklı ı ve zamanının etkisi lem sıcaklı ı ve zamanı arttıkça, elde edilen tabaka kalınlı ı da artmaktadır. ekil 1,3 de C45 çeli ine uygulanan borlama i lemine sıcaklık ve zamanın etkisi görülmektedir. lem sıcaklı ının Fe- B denge diyagramındaki ötektik sıcaklı ının ( C) altında olması gerekmektedir. Bu sıcaklı ın üzerindeki sıcaklıklarda lokal erimeler olu makta, bu da malzemenin yüzeyini bozmaktadır. Tabaka kalınlı ı arttıkça, kırılganlık artmaktadır. Borlama sıcaklı ının artması, tabaka kalınlı ını arttırması yanında poroziteyi de arttırarak tabakanın gevrekle mesine yol açmaktadır (Bindal 1991). 2.2 Borlama ile Elde Edilen Tabakanın Üstünlükleri Geleneksel sertle tirme yöntemlerine kıyasla, bor tabakasının sahip oldu u özelliklerden kaynaklanan üstünlükleri vardır. Bor tabakasının en büyük avantajı çok yüksek sertlik de erine ( HV) sahip olması ve yüksek sıcaklıklarda sertli ini korumasıdır. Borlama ile elde edilen de erler, sertle tirilmi takım çeli inden ve sert krom kaplamadan daha yüksek olup, volframkarbür ile e de erdir (Sinha 1991). Yüksek yüzey sertli i ve dü ük sürtünme katsayısı kombinasyonu, ba ta adezyon ve abrazyon a ınması olmak üzere korozyon ve yüksek sıcaklık oksidasyonu hasarına kar ı önemli dayanırlık sa lar. Az ala ımlı çeliklerin aside kar ı dayanımlarını (örne in sülfürik, hidroklorik ve fosforik asit) arttırabilir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin hidroklorik aside kar ı dayanımını arttırır (Özbek vd 2004). Borlamanın di er üstünlükleri öyle sıralanabilir (Sinha 1991): Yüksek sıcaklıklarda (nitrürlenmi çeliklerin sertli ini koruyamadı ı) bor tabakası sertli ini korur. Borlama, demir esaslı malzemelerin korozyonerozyon dayanımını artırır ve bu özelli i sayesinde endüstride geni bir uygulama alanı bulur. Borlanmı yüzey C ye kadar oksidasyona dayanıklıdır. 505

4 506 Oksitleyici ve korozif ortamlarda çalı an parçaların yorulma dayanımlarını arttırır ve servis ömrünü uzatır. 2.3 Borlama ile Elde Edilen Tabakanın Sakıncaları Çok sert ve a ınma dayanımı yüksek olan bor tabakası çok kırılgandır. Bunun nedenleri kısaca sıralanacak olursa: FeB ve Fe2B fazlarının farklı termal genle - me katsayıları olmasından dolayı, FeB/Fe2B ara yüzeyinde çatlaklar olu ur. Bu çatlaklar, mekanik yük uygulandı ında kaplama üzerinden dökülmelere neden olur (Yu vd 2005). Çekirdek yapı ile bor tabakası arasında çok keskin bir sertlik geçi i olmasından dolayı da tabakada dökülmeler meydana gelebilir (Kulka & Pertek 2003a). Gaz sementasyonu ve plazma nitrürasyonu i - lemlerinin, borlama i lemine göre i letme giderleri daha azdır ve uygulanmaları daha kolaydır. Karbürlenmi veya nitrürlenmi çeliklere göre, borlanmı ala ımlı çeliklerin temas yorulma dayanımı (pullanma dayanımı) dü üktür. lem sonucunda parçanın ölçülerinde (borlama tabakasında %5-25 i kadar hacim geni lemesi oldu u için) de i meler olur (Sinha 1991). Yüksek hız çeliklerinin sertle tirme sıcaklıkları genellikle C den fazla oldu u için, borlamaya uygun de ildir ( Bor tabakasının mekanik özelliklerini iyile tirebilmek, özellikle de kırılganlı ını azaltabilmek için tek fazlı Fe 2 B fazı olu turmak veya çok bile enli (multicomponent) bor tabakası olu turmak gerekir. Ayrıca son yıllarda geli tirilen lazer ısıl i lem i - lemleri (LHT) ile de bor tabakasının sertli i azalmadan kırılganlı ı azaltılabilmektedir (Kulka & Pertek 2003a). 3 ÇOK B LE ENL BORLAMA 3.1 Çok Bile enli Borlama Teknikleri Sinha, çok bile enli borlamayı, bor elementi yanında alüminyum, krom, silisyum, vanadyum ve titanyum gibi metalik elementlerden bir veya birkaçının çelik yüzeyine aynı anda veya birbiri ardına yayındırılması esasına dayanan termokimyasal bir i lem olarak tanımlamı tır. Katı ortamda yapılabildi i gibi sıvı boraks ortamında da yapılabilmektedir. Çok bile enli borlama genellikle iki kademeli bir i lem olarak, C sıcaklık aralı ında gerçekle tirilmektedir. lk a amada borlama i lemi, geleneksel yöntemlerden biri ile yapılabilmekte ve daha çok kutu borlama tercih edilmektedir. 30 µm civarındaki kaplamalar yeterli olmaktadır. Genellikle ikinci a amada, elementin tabakaya difüzyonu gerçekle tirilmektedir. Çok bile enli borlama; boralüminyumlama, borsilisyumlama, borkromlama, borkromtitanyumlama, borkromvanadyumlama ve borvanadyumlama eklinde altı gruba ayrılmaktadır (Sinha 1991). Yukarıda adı geçen çok bile enli borlama tekniklerine, borkarbürleme (borocarburazing) (Aves & Aves 1985, Pertek & Kulka 2003), borkarbürnitrürleme (borokarbonitrided) (Kulka & Pertek 2003b), borkarbürsilisyumlama (carburosiliconizing) (Aves 1985) ve bornitrürleme (boronitriding) (Balandin 2004, Maragoudakis vd 2002) yöntemleri ilave edilebilir. Bu yöntemlerde borlama ikinci i lem olarak uygulanmaktadır. 3.2 Çok Bile enli Borlama ile Elde Edilen Özellikler Çok bile enli borlama ile elde edilen tabaka kalınlıkları ve geçi bölgesinin sertli i daha yüksek olmakta; matris yapı ile bor tabakasının sertli i arasındaki fark daha yumu ak bir geçi ile sa lanmaktadır (Kulka & Pertek 2003a). Bor tabakasının kırılganlı ı, borun N, Cu veya Ni gibi di er elementlerle bile ik olu turmasıyla azaltılabilir. Olu an çok bile enli tabaka, çekirdek yapıya çok iyi yapı maktadır (Balandin 2004). Borsilisyumlama ile i lem gören parçaların yorulmalı korozyon dirençlerinde artı sa lanırken, boralüminyumlama ile nemli ortamlarda daha iyi korozyon ve a ınma direncine sahip parçalar elde edilmektedir (Sinha 1991). Borkromlama i lemi ile sadece borlama i lemine oranla 4 kat oksidasyon ve 1,5 kat a ınma direnci elde edilebilmektedir (Lee vd 2004). Borkromlama i lemi ile bor alüminyumlama i lemindekinden daha yüksek oksidasyon direncine ve geleneksel borlamadakinden daha iyi korozyon ve yorulmalı korozyon direncine ula ılmaktadır. Borkromlanmı parçaların ısıl i lemleri, bu sebepten dolayı kontrollü atmosfer gerektirmeksizin yapılabilmektedir (Sinha 1991). Borkromtitanyumlama i lemi sonrasında parça yüzeyinde 5000 kg/mm 2 (HV) sertlik de erine sahip titanyumborür olu makta, bu da çok yüksek abrasif a ınma ve korozyon direnci sa lamaktadır (Sinha 1991). Borvanadyumlama ve borkromvanadyumlama i - leminde sertli i 3000 kg/mm 2 (HV) de erine kadar çıkmasına kar ın, oldukça sünek tabakalar elde e- dildi inden bu i lem darbeli yüklemelere maruz kalacak olan parçalara uygulanabilmektedir (Sinha 1991, Özbek 2000). Vanadyum, kararlı bor bile ikleri yapar(vb ve V 2 B 3 gibi). Vanadyum borürleri Ti, Cr ve Zr borürleri gibi yüksek ergime sıcaklı ı, yüksek sertlik ve yüksek a ınma dayanımı gösterir ( en 2004).

5 Borkarbürleme i lemi genellikle, önce karbürleme ve ardından borlama i lemleri ile gerçekle tirilir. Yüksek sertli e sahip bor tabakası altında, bor tarafından yüzeyden içeriye itilmi olan karbonun olu turdu u karbonca zengin bölge ve bu bölgenin altında da çekirdek yapı bulunmaktadır. Böylece yüzeyde HV sertlik elde edilirken, bor tabakasının altında 900HV sertli e sahip karbonca zengin tabaka bulunmaktadır (Pertek & Kulka 2003, Uluköy 2005). Literatürde borkarbürlemenin, öncelikle karbürlenmi parçalarda dekarbürizasyonu önlemek amacıyla uygulandı ı görülmektedir. Borkarbürleme, az karbonlu ve az ala ımlı çeliklerde yüksek a ınma dayanımı sa lamaktadır (Aves & Aves 1985). Sertlik aniden çekirdek sertli ine dü medi inden dolayı olu an tabakanın kırılma toklu u ve pullanma dayanımının da artaca ı dü ünülmektedir (Pertek & Kulka 2003) Yüzeyden itibaren uzaklık, m Borlanmı ve Sertle tirilmi Borkarbürlenmi ve Sertle tirilmi Karbürlenmi ve Sertle tirilmi ekil 2. 21NiCrMo2 (AISI 8620) Çeli inin Karbürlenmi, Borlanmı ve Borkarbürlenmi Durumda Yüzeyden çeriye Do ru Sertlik Da ılımı (Uluköy 2005) Bornitrürleme i leminde borlama i lemini takiben yapılan nitrürleme i lemi sonucu yüzeyde olu an tabakanın gözeneksiz olu tu u ve ana yapıya çok iyi tutundu u gözlemlenmi tir (Maragoudakis vd 2002). Nitrürleme i lemini takiben yapılan borlama sonucunda ise bornitrürlenmi tabakada FeB ve Fe 2 B fazlarına ilave olarak, Fe 2 B di lerinin hemen altında azot katı çözeltisi içeren bölgeler olu maktadır. Bornitrürlenmi parçalar, sadece borlanmı olanlardan daha iyi a ınma direnci göstermektedir. Bunun nedeni, toplam tabaka kalınlıının artması, yumu ak matriks ile sert bor tabakası arasında azot katı çözeltileri ile geçi bölgesi olu ması ve bor tabakasının matrikse daha iyi tutunmasıdır (Balandin 2004). Borkarbonitrürleme i lemi sonucunda olu an tabakada, sadece borlanmı olan tabakaya oranla di eklinde olu an kısımda azalma görülmektedir. Borkarbonitrürlenmi tabakada üstte FeB ve Fe 2 B fazları ve demir bor bile iklerinin alt kısmında ise karbonitrürler olu makta, yüksek sertli e sahip geçi bölgesi büyümektedir (Kukla & Pertek 2003b). Borkarbürsilisyumlama ile tabaka kalınlı ı 1mm yi bulmaktadır (Aves 1985). Çizelge 3. 21NiCrMo2 (AISI 8620) Çeli inin Karbürlenmi, Borlanmı, Borkarbürlenmi ve Borvanadyumlanmı Durumda Sertlik De erleri lem Yüzeyde Elde Edilen En Büyük Sertlik, HV Borvanadyumlama 2080 [ en 2004] Borkarbürleme 2010 [Uluköy 2005] Borlama 1600 [Çelebi vd 2004, Ulu vd 2004, Uluköy 2005] Karbürleme 900 [Stickels 1991] 4 SONUÇ Borlama i leminin çeliklere 1895 yılından bu yana uygulandı ı bilinmektedir. Elde edilen borlanmı tabakada ısıl genle me katsayıları ve mekanik ö- zellikleri birbirinden farklı FeB ve Fe 2 B fazları birlikte olu abilir. Bor tabakasının mekanik özelliklerini iyile tirebilmek, özellikle de kırılganlı ını azaltabilmek için tek fazlı Fe 2 B fazı olu turmak veya çok bile enli (multicomponent) bor tabakası olu turmak gerekir. Çok bile enli borlama ile elde edilen tabaka kalınlıkları ve geçi bölgesinin sertli i daha yüksek olmakta; matris yapı ile bor tabakasının sertli i arasındaki fark daha yumu ak bir geçi ile sa lanmaktadır. Bor tabakasının kırılganlı ı, borun N, C veya Ni gibi di er elementlerle bile ik olu - turmasıyla azaltılabilir. Olu an çok bile enli tabaka, çekirdek yapıya çok iyi yapı maktadır. Sertlik aniden çekirdek sertli ine dü medi inden dolayı olu an tabakanın kırılma toklu u ve pullanma dayanımının da artaca ı dü ünülmektedir. KAYNAKLAR [1] Aves, W. L. Jr. (1985) Pack Composıtıon For Carburosiliconizıng Ferrous Substrates, U.S. Patent Documents, Patent Numarası: 4,539,053. [2] Aves, W. L. Jr. & Aves, G. A. (1985) Borocarburazıng Ferrous Substrates, U.S. Patent Documents, Patent Numarası: 4,495,006. [3] Balandin, Y. A. (2004) Boronitriding Of Die Steels In Fluidized Bed, Metal Science and Heat Treatment, 46C:s [4] Bartsch, K. ve Leonhardt, A. (1999) Formation of Iron Boride Layers on Steel by d.c.-plasma Boriding and Deposition Processes, Surface and Coatings Technology, C: [5] Bindal, C. (1991) Az Ala ımlı ve Karbon Çeliklerinde Borlama le Yüzeye Kaplanan Borürlerin Bazı Özelliklerinin Tespiti, Doktora Tezi, TÜ. [6] Çelebi, G. pek, M., Yılmaz,. & Bindal, C. (2004) AISI 8620 Çeli i Üzerinde Olu an Borürlerin Bazı Mekanik Özellikleri, 10. Denizli Malzeme Sempozyumu ve Sergisi, s [7] (1 of 7) ( ). 507

6 [8] Klimek, K.S., Ahn, H., Seebach, I., Wang, M. & Rie, K.-T. ( 2003) Duplex process applied for die-casting and forging tools, Surface and Coatings Technology, C: [9] Kulka, M. & Pertek, A. (2003)a Microstructure and Properties of Borided 41Cr4 Steel After Laser Surface Modification With Re-Melting, Applied Surface Science, 214C: [10] Kulka, M. & Pertek, A. (2003)b Characterization of Complex (B +C+N) Diffusion Layers Formed on Chromium and Nickel-based Low-carbon Steel, Applied Surface Science, V218, s [11] Lee, S.Y., Kim, G.S. & Kim, B. (2004) Mechanical Properties of Duplex Layer Formed on AISI 403 Stainless Steel by Chromizing and Boronizing Treatment, Surface and Coatings Technology, C: , s [12] Maragoudakis, N. E., Stergioudis, G., Omar, H., Paulidou, E. & Tsipas, D. N. (2002) Boro-nitriding of Steel US 37 1, Materials Letter, 57C: [13] Matuschka, A. G. Von (1980) Boronizing, The Alden Pres Ltd., Oxford, England, s.11-45, 58, [14] Meriç, C., ahin, S. & Yılmaz, S. S. (2000) Investigation of The Effect on Boride Layer of Powder Particle Size Used in Boronizing with Solid Boron-yielding Substances, Materials Research Bulletin, 35C: [15] Nair, F. & Karamı, M. B. (1997) Borlanmı Çeliklerde Malzeme Bile iminin Mikrosertli e Etkisi. 7. Malzeme Sempozyumu, Denizli. [16] Özbek,. (2000) Borlama Yöntemiyle (AISI M50, AISI M2) Yüksek Hız Çeliklerinin ve AISI W1 Çeli inin Yüzey Performanslarının Geli tirilmesi, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, s.9, 12 21, [17] Özbek,., en, S., pek, M., Bindal, C., Zeytin, S. & Üçı ık, A. H. (2004) A Mechanical Aspect of Borides Formed On The AISI 440C Stainless-steel, Vacuum, 73C: [18] Pertek, A. & Kulka, M. (2003) Two-step Treatment Carburizing Followed by Boriding on Medium-Carbon Steel, Surface And Coatings Technology, V173, s [19] Selçuk, B., Ipek, R. & Karamı, M.B. (2003) A Study on Friction and Wear Behaviour of Carburized, Carbonitrided and Borided AISI 1020 and 5115 Steels, Journal of Materials Processing Technology, C:141, s [20] Sinha A.K. (1991) Boronizing, Heat Treating, Bl.2., ASM Int, s [21] Stickels, C. A. (1991) Gas Carburising, Heat Treating, bl.2, ASM Int, s [22] en,. (2004) The Characterization of Vanadium Boride Coatings on AISI 8620 Steel, Surface & Coatings Technology, C:xx, s.xxx xxx. [23] Ulu, S., Aytekin, H. & Taktak,. (2004). Borlanmı ve Karbürlenmi AISI 8620 Çeliklerinin Abrazif A ınma Davranı ı, 10. Denizli Malzeme Sempozyumu ve Sergisi, Denizli, s [24] Uluköy, A. (2005) 21NiCrMo2 (AISI 8620) Çeli inden Yapılmı Di li Çarklara Karbürleme le Beraber Borlama leminin Uygulanması, Y. Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi. [25] Yıldızlı, K. (2002) Borlamanın Çeliklerde Eroziv A ınma Davranı ına Olan Etkilerinin Deneysel Olarak ncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, s.57 82, [26] Yu, L.G. Chen, X.J. Khor, K.A. & Sundararajan, G. (2005) FeB/Fe2B Phase Transformation During SPS Pack-Boriding: Boride Layer Growth Kinetics, Acta Materialia, C:xxx, s.xxx-xxx. 508