AISI 440C ve 52100 yatak çelikleri üzerinde oluşturulan karbür ve borürlerin yüksek sıcaklıklarda aşınma davranışlarının incelenmesi

Abstract

ÖZET Yatak çeliklerinin tribolojik performansları üzerinde oldukça fazla çalışmalar yapılmıştır. Bazı araştırmacılar da yatak çeliklerinin yüzey modifikasyonu üzerine çalışmalar yapmışlardır. 440C ve 52100 çelikleri endüstride yaygın olarak kullanılan yüksek karbonlu yatak çelikleridir. Mekanik özelliklerinden dolayı yatak uygulamalarında büyük bir alanı kaplar. İki çelik arasında önemli fark, 440C deki yüksek krom miktarıdır. Sert kaplamalar PVD ve CVD ile yapılabilir. Bunların avantaj ve dezavantajları vardır. En önemli dezavantajı kaplamayı oluşturan cihazın pahalı ve karışık olması ve difüzyon işlemleriyle mukayese edildiğinde kaplama yapışmasının zayıf olmasıdır. Alternatif sert kaplamalar TRD işlemi ile de yapılmaktadır. TRD, yüksek sıcaklıklarda 850-1050 °C aralığında yapılmaktadır. Bu çalışmada, üzerinde VCX, TiCx ve FeBx ile kaplanmış yatak çeliklerinin yüksek sıcaklık aşınma davranışları incelenmiştir. İlk olarak bu çeliklerin metalografik olarak morfolojisi incelenmiştir. XRD ile, oluşan fazlar saptanmıştır. Kaplama kalınlıkları, optik mikroskop ile ölçülmüştür. Sertlikler, knoop indentörü ile 25 gr yük altında incelenmiştir. Aşınma çalışmaları için pnom disk kullanılmış ve aşınma testleri yağlamasız ortamda oda sıcaklığında, 150, 300, 450, 600 °C sıcaklıklarında, bir fırın içerisinde yapılmıştır. Uygulanan sabit yük 5 N ve süresi 60 dakikadır. Sürtünme kuvveti bir yük ölçer (loadcell) yardımıyla ölçülmüş ve test esnasında sürtünme katsayısı olarak kaydedilmiştir., aşınma hacmi ve hızı yüzey profılometre cihazı ile aşınma hızlarının profilleri ile hesaplanmıştır. Aşınma izleri de elektron ve optik mikroskop ile incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Termoreaktif difüzyon, borlama, aşınma ve sürtünme, yüksek sıcaklıklarda aşınma. II

ABSTRACT There is a growing interest in assessing the tribological performance of surface hardened bearing steels. Some researchers have reported the surface modification method of bearing steels. AISI 440C and 52100 are popular ball-bearing steels with a high carbon and are extensively used in industry. The primary difference between the bulk compositions of the two steels is the Cr concentration, which is nearly an order of magnitude higher in 440C steel. Hard coatings can be achieved by vapour deposition processes such as physical vapour deposition (PVD) and chemical vapour deposition (CVD), both of which have their respective advantages and disadvantages. An alternative hard coating technique is thermo- reactive deposition and diffusion (TRD). Conventionally, TRD treatment is a high temperature process, operating at 800- 1200 °C. In this study, high temperature wear behaviour of AISI 52100 and 440C bearing steels coated VCx, TiCx and FeBx were investigated. Firstly, cross-sections of coated steels were prepared metallographically to observe morphological details using scanning electron microscope. XRD analysis was performed on the sample surface. The thickness of carbide layers formed on AISI 440C and 52100 steels was measured by an optical micrometer attached to the optical microscope. The hardness of coated layers and substrates was measured using micro-knoop indenter with 25 g loads. Tribological properties of the coated bearing steels were examined using a pin-on-disc machine. Wear tests were carried out İn the unlubricated condition, at a temperature ranging from room temperature (about 30 °C) to 600 °C in a furnace. Applied load was 5 N and the sliding time was 60 minute. The friction force was detected by a load cell through a friction force measurement arm. Surface profiles of the wear tracks on the disks were measured by a surface profilometer. Worn surfaces were investigated by scanning electron microscopy and by optical microscope. Key words : Thermo-reaktive duffision process, boriding, wear and friction, high temperature wearing III