6 th Interntionl Advnced Technologies Symposium (IATS 11), 16-18 My 211, Elzığ, Turkey GGG 5 Mlzemenin Arsif Aşınm Dvrnışın Borlmnın Etkisi E. Güneş 1, Ç. Demirel 2, G. Toprk 2, M. Çetin 2, F. Gül 3 1 Akmn Döküm Sn. ve Tic. AŞ., Kırç Köyü - Büyükçekmece 349 İSTANBUL 2 Kruk Universitesi, Teknik Eğitim Fkültesi Döküm Anilim Dlı, Bliklrkysi Mevkii 781 KARABUK 3 Gzi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fkültesi Döküm Bölümü, Teknikokullr, ANKARA 2 mcetin@kruk.edu.tr, 3 fgul@gzi.edu.tr Effect of Boronizing Arsive Wer Behviour of GGG 5 Mterils Astrct---In this study, effect of oronizing time nd temperture on rsive wer ehvior of GGG 5 ductile iron ws studied. Commercil EKor 2 powder ws used s the oronizing gent nd oronizing tretment were crried out t 85 ºC, 9 ºC nd 95 ºC for 2, 4 nd 6 h. Wer tests were rded on the pin on disc pprtus under the norml lods of 1 nd 2 N, 1m sliding distnce nd the sliding speed of.1 m s - 1 y ruing the specimens to rsive Al 2 O 3 grins with 1 nd 12 mesh. Thickness nd microhrdness of the oride lyer, nd the microstructure nd wer surfce of the oronized specimens were reported. It ws oserved tht the longer oronizing time results in longer lyer thickness. Arsive wer tests reveled tht, for ll experiment conditions, specimens oronized t 95 o C for 8 h determined to hve the lowest wer rte. Keywords---GGG5 Ductile iron, oronizing, rsive wer. I. GİRİŞ Küresel grfitli dökme demir (KGDD) ler; çelik ve diğer dökme demirlerin özelliklerini ir rd ulundurn, gün geçtikçe özellikleri geliştirilen ve günümüz şrtlrınd her sektörde kullnıln ir mlzeme gruudur. Servis şrtlrınd şınmy mruz kln ve özellikle sürtünmeli ortmlrd kullnıln KGDD lerin mtris özellikleri ve yüzeysel performnslrını rttırıcı çlışmlr ypılmktdır. Yüzey sertleştirme işlemi performnsı rtırıcı özel ir süreçtir. Bu proseste metlin iç kısmının kısmen tok olmsı istenirken, yüzeyden şlyrk iç kısm doğru elirli ir klınlıkt sertleştirilmesi gerekmektedir. Yüzey sertleştirmenin mcı; metl prçlrın yüzeylerinin sertliğini, şınm ve korozyon direncini ve un ilveten yorulm ömrünü rttırmktır [1,2]. Borlm süreci; or tomlrının numune yüzeyine difüzyonunu sğlyıp n metl ile orürler oluşturmsını mçlyn ir kimysl ısıl işlemdir [3-7]. Çelik ve dökme demir çeşitlerinin orlnmsı işlemi genellikle 84ºC ile 15ºC sıcklık rlığınd ypılır [3,4]. Borlm ile prç yüzeyinde ir metlik orür tksı oluşur. Borlm işlemiyle mlzeme yüzey setliği 2HV'ye yükseltilir, sertliğin yükselmesine ğlı olrktn mlzemenin şınm direnci krürleme ve nitrürleme gii diğer yüzey işlemleriyle krşılştırıldığınd rtr.[8]. Borlm işlemi için ktı, sıvı, gz, plzm ve iyon implntsyonu gii çeşitli teknikler uygulnmktdır [9-12]. Borlm sonucund FeB ve Fe 2 B metller rsı ileşikler oluşur. Bu ileşikler oksit değil, sermik orürlerdir. Bor tomlrı genellikle r yer tomu olrk çözünürler, işlem sıcklığı, mlzemenin kimysl ileşimi, orlm ortmının or potnsiyeli ve orlm süresine ğlı olrk numune yüzeyinde tek fzlı vey iki fzlı (Fe 2 B+FeB) tksı elde edileilir [8]. Her iki ktmnd difüzyon yönünde konumlnmış kolon içimli kristl ypıy shiptir [13]. Yklşık ğırlıkç % 16.23 B içeren or kımındn zengin oln FeB fzı ğırlıkç % 8.83 B içeren Fe 2 B fzın göre dh kırılgndır [4, 14, 15]. Borlnmış tknın kırılgnlığı tk klınlığı ile rtr [1,16,]. Litertür de; çelik ve dökme demirlerin orlnmsıyl ilgili ypıln çlışmlr yoğun olrk dhesif şınm dvrnışı ile ilgilidir. Dökme demir gruu ve özelikle KGDD mlzemenin rsif şınm dvrnışıyl ilgili z syıd çlışm mevcuttur [16]. Bu çlışmd, orlm sıcklığı ve süresinin GGG5 KGDD mlzemenin rsif şınm dvrnışın, or tksı klınlığın ve sertliğe oln etkileri rştırılcktır. II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çlışmd kullnıln GGG5 mlzemesi TSE TS-526 stndrdın uygun olrk Y lok şeklinde AYSE METAL LTD. ŞTİ. Ankr friksınd üretilmiştir. Deney çlışmlrınd kullnıln GGG5 mlzemesinin spektro nlizi Tlo 1 de verilmiştir. Borlmnın ypılcğı prçlr ASTM G 99 stndrtlrın uygun olrk, işlenerek, 1 mm çpınd ve 4 mm uzunluğund numuneler silindir şeklinde hzırlnmıştır. Tlo 1: GGG5 Küresel grfitli dökme demirin ileşimi, %ğ. C Si Mn P S 3,6 2,42,43,1,5 Mg Cr Ni Mo Cu,45,53,48,47,1 Borlm metodu olrk kutu orlm yöntemi tercih edilmiştir. Borlm işlemi 12 o C sıcklık kpsiteli ± 5 o C 239
E. Güneş, Ç. Demirel, G. Toprk, M. Çetin, F. Gül hsssiyetli mikro işlemci kontrollü, elektrik rezistnslı, dijitl göstergeli fırınd gerçekleştirilmiştir. Borlm işlemi, pslnmz çelik kutu içerisine Ekoor2 + %15 ferro silisyum krışımı konulmuştur. Numuneleri kutuy rlrınd 1 er cm mesfe klck şekilde yerleştirildikten sonr üzerleri tmmen or krışımı ile doldurulmuş ve pslnmz çelik kutunun kpğı sıkıc kptılmıştır. Bu şekilde hzırlnn numuneler 85, 9 ve 95 o C sıcklıklrd 2, 4, 6, 8 st orlm işlemine ti tutulmuştur. Numuneler dh sonr od sıcklığınd soğumy ırkılmıştır. Mikro ypı incelemeleri numuneler sırsıyl, 18, 32, 6, 8 ve 12 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 incelemelerinde ilgisyr donnımın ğlntılı optik mikroskop kullnılmıştır. Numunelerin sertlik ölçümleri için SHIMADZU mrk mikro sertlik cihzınd (HMV,2) ypılmıştır. Aşınm testleri, pin-on disk şınm cihzınd, od sıcklığınd, 1 N ve 2 N yük ltınd 1 ve 12 Mesh lüminyum oksit (Al 2 O 3 ) rsif şındırıcı üzerinde ve,1 m/s sit kym hızınd ypılmıştır. Aşınm numuneleri, rsif şındırıcı zımpr üzerinde, şınm yönüne dik şekilde hreket ettirilmiş ve öylece numuneler dim yeni zımpr yüzeyine tems ettirilmiştir. Numunelerin kym mesfesi 1 m dir. Numuneler şınm deneyinden önce ve sonr 1-4 g hsssiyetinde elektronik terzide trtılmıştır., c d Şekil 2: 85 o C de () 2s ve () 4s (c) 6s (d) 8s orlnn KGDD numunelere it mikro ypılr III. SONUÇLAR İşlemsiz GGG5 KGDD mlzemenin mikro ypısı Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1 den işlemsiz GGG5 mlzemesinin mikro ypısının ferritik mtris içerisinde küresel grfitten oluştuğu görülmektedir. c Dökümleri ypıln GGG5 KGDD m d Şekil 3: 9 o C de () 2s ve () 4s (c) 6s (d) 8s orlnn 864 çelik numunelere it mikro ypılr. Şekil 1: İşlemsiz GGG 5 mlzemenin mikroypısı 85, 9 ve 95 o C sıcklıklrd 2, 4, 6 ve 8 st orlnn numunelere it mikro ypı görüntüleri Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4 te verilmiştir. Şekillerden görüldüğü gii orlnmış numunelerin yüzeylerindeki orürler 95 o C de 8 st orlnn numunede dh elirgindir. Her üç sıcklık 85, 9 ve 95 o C için or tksının trk dişi morfolojide oluştuğu görülmektedir. Bor ktmnlrının klınlığının orlm süresine ve sıcklığ ğlı olrk rttığı Şekil 3 ve Şekil 4 den görülmektedir. c d Şekil 4: 95 o C de () 2s ve () 4s (c) 6s (d) 8s orlnn 864 çelik numunelere it mikro ypılr. 24
Aşınm Kyı, (mg) Mikro Sertlik (HMV,2) Aşınm Kyı, (mg) Mikro Sertlik (HMV,2) Aşınm Kyı, (mg) GGG 5 Mlzemenin Arsif Aşınm Dvrnışın Borlmnın Etkisi Mikro sertlik ölçüm sonuçlrın göre de orlm sıcklığı ve/vey süresinin rtmsıyl sertlik değerlerinin rttığı tespit edilmiştir. Sertlikteki u değişimler Şekil 5 ve Şekil 6'd verilmektedir. Şekil 5 ve Şekil 6'dn görüldüğü gii orlnmış yüzeyden iç kısm inildikçe sertliğin zldığı ve elirli ir mesfeden sonr sertliğin sit ir sertlik( 32 HMV) değerine ulştığı tespit edilmiştir. 22 2 üyüklüğü rttıkç, mlzemenin şınm kyının rtığı tespit edilmiştir. 75 6 45 85 o C 9 o C 95 o C 18 16 14 12 işlemsiz 2 3 4 5 3 15 1 8 6 4 2 5 1 15 2 Yüzey Altı Derinlik (µm) Şekil 7: 1N yük ve 1 mesh üzerinde şındırıln GGG5 mlzemenin şınm kyının orlm sıcklığı ve süresiyle 75 6 45 85 o C 9 o C 95 o C Şekil 5: 9 o C de orlnn numunelerin yüzey ltındn lınn mikro sertlik değerleri 3 22 2 15 18 16 14 12 1 8 6 işlemsiz 2 3 4 5 Şekil 8: 1N yük ve 12 mesh üzerinde şındırıln GGG5 mlzemenin şınm kyının orlm sıcklığı ve süresiyle. 18 15 85 o C 9 o C 95 o C 4 12 2 5 1 15 2 Yüzey Altı Derinlik (µm) Şekil 6: 95 o C de orlnn numunelerin yüzey ltındn lınn mikro sertlik değerleri Döküm durumu GGG 5 mlzemenin şınm dvrnışı incelendiğinde rsife zımpr oyutunun rtmsıyl (1 mesh den 12 mesh e) şınm, kyının dh z olduğu görülmüştür. Ypıln rştırmlr sonucund şındırıcı tne 9 6 3 Şekil 9: 2N yük ve 1 mesh üzerinde şındırıln GGG5 mlzemenin şınm kyının orlm sıcklığı ve süresiyle 241
Aşınm Kyı, (mg) E. Güneş, Ç. Demirel, G. Toprk, M. Çetin, F. Gül 15 12 85 o C 9 o C 95 o C 9 6 3 Şekil 13: 85 o C de 2s orlnn GGG 5 numunelerin 1 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh Şekil 1: 2N yük ve 12 mesh üzerinde şındırıln GGG5 mlzemenin şınm kyının orlm sıcklığı ve süresiyle Aşınm testi ypıln numunelerin şınm yüzeyi görüntüleri Şekil 11-16 d verilmiştir. Tüm deney şrtlr için 95 o C de orlnn numunelerin şınm yüzeyleri (Şekil 15-16), işlemsiz (Şekil 11-12) ve 85 o C de orlnn numuneler krşılştırıldığınd (Şekil 13-14) dh düzgün pürüzsüz ve derin olmyn yivlerden meydn geldiği görülmektedir. Bu durum seep olrk d or tk klınlığının rtışın ğlıdır, mevcut deney sonuçlrı litertürle uyumludur [2,3,16]. 1 mesh zımprd ve 2 N yük ltınd şındırılmış işlemsiz numunenin en geniş ve derin şınm yivlerinin olduğu görülmektedir (Şekil 12). Her iki zımpr üzerinde, 95 o C de orlnn numunelerin şınm yüzeylerinin ince küçük ve dh düzgün/pürüzsüz ir şınm yüzeyine ship olduğu görülmektedir (Şekil 15). Şekil 14: 85 o C de 2s orlnn GGG 5 numunelerin 2 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh Şekil 15: 95 o C de 8s orlnn GGG 5 numunelerin 1 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh Şekil 11: İşlemsiz GGG 5 mlzemenin 1 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh Şekil 12: İşlemsiz GGG 5 mlzemenin 2 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh Şekil 16: 95 o C de 8s orlnn GGG 5 numunelerin 2 N yük ltınd şınmış yüzeyinin görüntüsü, () 1 ve () 12 mesh 242
GGG 5 Mlzemenin Arsif Aşınm Dvrnışın Borlmnın Etkisi IV. SONUÇLAR Ypıln deneysel çlımslr sonund şğıdki ulgulr elde edilmiştir. 1.Borlnmış GGG 5 mlzemenin küresel grfitli dökme demirlerin yüzeylerindeki orürlerin trk dişi ir morfolojiye ship olduklrı görülmüştür. 2. Bor ktmnlrının klınlığı orlm süresi ve sıcklığ ğlı olrk rtmıştır. 3. Aşındırıcının oyutunun ve uygulnn yükün, rtmsıyl şınm kyı rtmıştır. 4. Aynı orlm sıcklığınd numunelerin şınm kyının rtn orlm zmnı ile zldığı gözlemlenmiştir. 5. En fzl şınm miktrının işlemsiz numunelerde olduğu, dolyısıyl orlm işleminin GGG5 küresel grfitli dökme demirlerin şınm dynımlrınd önemli ölçüde rtış seep olduğu tespit edilmiştir. KAYNAKLAR [1] Sen, S., Özek, I., Sen, U., Bindl, C., Mechnicl ehvior of orides formed on orided cold work tool steel,, Surfce nd Cot. Technol. Vol. 135, 173-177, 21 [2] Gül, F., Ferritik-perlitik küresel grfitli dökme demirin dhesif şınm dynımı üzerine orlm yüzey işleminin etkisi, Gzi Üniv. Müh. Mim. Fk. Der., Cilt 25, No 2, 389-395, 21. [3] Çelei, G., _pek, M., Bindl, C., Ücisik, A.H., Some mechnicl properties of orides formed on AISI 862steel, Mterils Forum Vol. 29- Pulished, 456-46, 25. [4] Jin, V., Sundrrjn, G., Influence of the pck thickness of the oronizing mixture on the oriding of steel, Surfce nd Cot. Technol. Vol. 149, 21-26, 22. [5] Özek, _., Sen, S., _pek, M., Bindl, C., Zeytin, S., Üçısık, A.H., A Mechnicl spect of orides formed on the AISI 44C stinless-steel, Vcuum Vol. 73, 641-648, 24. [6] Lee, S.Y., Kim, G. S., Kim, Bum-Suk., Mechnicl properties of duplex lyer formed on AISI 43 stinless steel y chromizing nd oronizing tretment, Surfce nd Cot. Technol. Vol. 177-178, 178-184, 24. [7] Çelikyürek, İ., Bksn, B., Torun, O., Gürler, R., Boronizing of iron luminide Fe72Al28, Intermetllics, Vol. 14, 136-141, 26. [8] Genek K., Özek İ. ve Bindl C. 23. Kinetics of Boriding of AISI Wl Steel, Mterils Science nd Engineering, v. A347,311-314. [9] Surhmnym, J. nd Gopinth, K., Wer studies on oronized mild steel, Wer, Vol. 95, 287-292, 1984. [1] Singhl, S.C., A hrd diffusion oride coting for ferrous mterils, Thin Solid Films, Vol. 45, 321-329, 1977. [11] Bejr, M.A. nd Moreno, E., Arsive wer resistnce of oronized cron nd low-lloy steels, Journl Of Mterils Processing Technol. Vol. 173, 352-358, 26. [12] 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 C45 steel, Applied Surfce Science, Vol. 195, 74-79, 22. [13] Dykov, V.I., Lenguer, W., Brmk, K., Formtion of oride lyers t the Fe-1% Cr lloy-oron interfce, Journl of Alloys nd Compounds, Vol. 398, 113-122, 25. [14] Uslu, İ., Cömert, H., İpek, M., Özdemir, O., Bindl, C., Evlution of orides formed on AISI P2 steel, Mterils nd Desing, 25. [15] Gliois, A., Boutenko, O., Voyzelle, B., Mecnisme de formtion des couches orurees sur les cıers hut crone technique des ptes, Act Metll. Vol. 28, 1753, 198. [16] Meriç, C., Shin, S., Bckir, B., Köksl, N.S., Investigtion of the oronizing effect on the rsive wer ehviour in cst irons, Mterils nd Design, Vol. 27, 751-757, 26. [17] Alloui, O., Bououdj, N., Sindernn, G., Chrcteriztion of oronized lyers on XC38 steel, Surfce &Cotings Technology, Vol. 21, 3475-3482, 26. 243