M2 çeliğinin iyon nitrasyonu

Abstract

Bu çalışmada AISI M2 yüksek hız takım çeliğinin sertlik özellikleri farklı iyon nitrürleme esnasında araştırıldı. Bilindiği gibi, alaşımlı takım çelikleri yüksek hız makinelerinde, kesme işlerinde yüksek sertlik ve aşınma direncine sahiptirler. Endüstriyel uygulamalarda, bu çelikler geniş olarak kullanılırlar ve bu çeliklerin özellikleri devamlı olarak yeni teknikler doğrultusunda geliştirilir. İyon nitrürleme özellikle takım çeliklerinde kullanılır ve eski sertleştirme yöntemlerine göre karşılaştırıldığında daha yüksek sertleştirme, aşınma dayanımı sağlar. İyon nitrürleme vakum firını kullanarak uygulanan yeni bir yöntemdir. Bu metotta, hidrojen, azot, hidrokarbon gazlan kullanılır. İş parçası ve fırın anot ve katot olarak kullanılır. Nitrürleme işlemi yüksek voltaj farkı altoda anot ve katot arasında tamamlanır. Katyonların katoda doğru hareketi ile iyonizasyon işlemi kolaylıkla sağlanır. Kullanılan gaz karışımının iyonları, çeliğin yüzeyine yayıldığında malzeme tabaka halinde sertleşir. Deneysel çalışmalarda, M2 yüksek hız takım çeliği 1220 °C'de östenitlenip havada soğutuldu ve 550 °C'de çift temperlendi. 500-540 °C arasında farklı zamanlarda finnda tutulan (15, 30, 60, 120, 180, 240 dakika) parçalar sertleştirildi. Sertleştirilen parçaların ölçümleri yapılıp grafikleri çizildi. Nitrürleme tabakasının kalınlığı ve sertliği farklı fırında tutma sürelerinde araştırıldı. Maksimum yüzey serdiği ve kalınlığı dört saatlik fırında tutma süresinde gözlendi. Nitrürleme zamanı ve sertlik arasında arheneus tipinde ilişki söz konusudur. Fırında artan tutma sürelerinde bileşik tabakasının sertlik derinliği de artar, özellikle, fırında bir saatten fazla tutma sürelerinde beyaz tabakanın kalınlığı buna bağlı olarak da yüzey sertliği, istenmeyen şekilde artar. Bu yüzden, beyaz tabakanın kalınlığı kontrol altında tutulmalıdır. Bu istenmeyen etkiler bir saatin altodaki tutma sürelerinde elimine edilirler. -49-

In this study, the hardness properties of the AISI M2 high speed tool steel are investigated at the different ion nitriding duration. As known, alloyed tool steels have high hardness and wear resistance at high speed machining and cutting works. In the industrial applications, this steels are widely used and their properties continuously improved by using the new techniques. Ion nitriding is also applied for tool steels and gives more hardness and wear resistance compared with the old methods. Ion nitriding is a new method which is applied in vacum furnace. In this method, mixture of hydrogen, nitrogen and hydrocarbon gases are used. Workpiece and furnace are used as anode and cathode respectively. Nitriding process is completed under high voltage difference between anode and cathode. Ionization is also easily obtained at motion of the cations to catod. The surface layer is hardened when the ions of used gas mixture are diffused into the steel surface. At experimental studies, M2 high speed tool steel is ostenized at the 1220 °C and cooled in air then double tempered at 550 °C. Hardened samples which hold at the furnace for various times (15, 30, 60, 120, 180, 240 minutes) are nitrided between the 500-540 °C. Hardness of each group of samples are measured and then related graphs are plotted. Thickness of the nitrided layer and its hardness are investigated for different time periods. Maximum surface hardness and thickness are observed for four hours holding time. There is an arheneus type of relationship between the nitriding time and thickness. Depth at hardness of the compound layer are largely influenced by the holding time. Especially the white layer after one hour holding time changes its behaviour and then the fracture occures when the surface layer structure have high strength. For this reason, the white layer thickness must be kept under control. This harmfull effect can be eliminated up to one hour holding time. -50-