Puls plazma nitrürleme cihazının tasarımı ve aısı 52100 çeliğinin plazma nitrürlenmesi

Abstract

Makine parçalarının iç yapı, aşınma direnci, korozyon direnci ve yorulmamukavemeti gibi özelliklerini iyileştirmek için çeşitli yüzey sertleştirmeyöntemleri kullanılmaktadır. Plazma nitrürleme ile elde edilen tabakalarınkontrol edilebilmesi ve diğer yüzey sertleştirme yöntemlerine göreavantajının çok olmasından dolayı plazma nitrürleme işlemi endüstrideyaygın bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Pulslu plazma nitrürlemeninklasik plazma nitrürlemeye göre birçok avantajı vardır. Pulslu plazmanitrürleme daha kısa işlem süresi, artan difüzyon ve karmaşık parçalarınkolay nitrürlenebilmesi gibi özelliklerinden dolayı klasik nitrürlemeye görebazı avantajlara sahiptir.Bu çalışma da puls plazma nitrürleme cihazının tasarımı yapılmıştır.Tasarımda 2.5 kW gücünde DC güç ünitesi, paslanmaz çelik hazne,vakum pompası ve çeşitli flanş ve contalar kullanılmıştır. Ayrıca, AISI52100 yatak çeliği, %50 H2 ve % 50 N2 gaz karışımında; 500 ºC sıcaklıkta,4 saat süreyle 0-20 kHz frekans aralığında, 490-650 voltta darbeli (pulslu)plazma nitrürlenmiştir. Numuneler alkolle temizlendikten sonra plazmaihaznesine yerleştirilmiş ve haznenin havası 2,5x10-2 mbar basıncaboşaltılmıştır. Deney süresince sıcaklık numuneye temas halinde olan birtermokupl vasıtasıyla ölçülmüştür ve kesitten kesilen numunelermetalografik işlemlerden geçirilerek incelenmiştir. X-ışınları difrasiyonutabakanın Fe2N ve Fe3N fazlarında oluştuğunu göstermiştir. Beyaztabakanın sertliği frekansla değişmemektedir. Sürtünme katsayısı 0.22-0.47 arasında değişmektedir. Plazma esnasında uygulanan frekansaşınma hızında önemli bir etkendir.2006, 68 sayfaAnahtar Kelimeler: Pulslu plazma nitrürleme, tasarım, aşınma, sertlik,difüzyonii

There are several metal surface treatment methods to improve the wear,corrosion hardness, fatigue and the surface properties of machine parts.The plasma nitriding process has become a considerable industrialinterest due to the most advantages beneficial surface propertyenhancement. Pulsed plasma nitriding process has some advantages,such as shorter process times, increasing diffusion and nitriding easily forcomplicated geometries, compared with the traditional plasma nitridingprocesses.In this study, pulsed plasma nitriding device was designed. In design, DCpower supply with 2.5 kW, stainless steel chamber, vacuum pump andvarious flanges and gaskets were used. In addition, AISI 52100 bearingsteel was pulsed-plasma nitrided at gas mixture of 50 % H2 and 50 % N2,at 500 ºC for 4 h. The dc plasma was operated with a potential differenceof 490-650 V in the frequency range 0-20 kHz. Samples were cleaned inalcohol and placed in plasma nitriding chamber. The system wasiiievacuated to 2,5x10-2 mbar. The nitriding temperature was measuredusing thermocouple, placed at the bottom of the nitrided sample. Afternitriding, the samples were cut in cross-section and prepared for standardmetallographic techniques. The X-ray diffraction indicates that the whitelayer consists of phases of Fe2N and Fe3N. Microhardness of the whitelayer does not vary with frequency. The friction coefficient of the samplesvaries between 0.22-0.47 values. Frequency, applied during plasmanitriding, is an important effect on wear rate.2006, 68 pagesKey Words: Pulsed plasma nitriding, design, wear, hardness, diffusioniv