Borlanmış 4140 çeliğinin yüksek sıcaklıkta aşınma davranışlarının incelenmesi

Abstract

HORLANMIŞ 4140 ORTA KARBONLU ÇELİĞİNİN YÜKSEK SICAKLIKTA AŞINMA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ÖZET Bor minerali insanların uzun yıllar öncesinden kullandığı son derece sert, aşınma dirençleri fazlasıyla yüksek, kimyasal olarak kararlı bileşiklerdir. Özellikle talaşlı imalat sanayinin ve aşındırıcılarının en önemlileri bor esaslı malzemelerdir. Teknolojik gelişmelere bağlı olarak,özellikle geçtiğimiz son 30 yıl içerisinde borlama yöntem çeşitleri kullanılarak yapılan kaplamalar önemini arttırmış ve geniş bir kullanım sahası bulmuştur. Son yıllarda Japonya da bulunan ve dünyada hızla yayılan bor kaplamalar hızla yaygınlaşmaktadır. Bu teknik ile gelişmiş cihazlara ihtiyaç duyulmadan 15 /im gibi kaplama kalınlıklarının rahatlıkla elde edilmesi ve matris ile kaplama arasındaki bağ yapısının difüzyona dayalı ve son derece sağlam olması bu kaplama tekniğinin ön plana çıkmasına neden olmuştur. Bu çalışmada ülkemizde üzerinde yeterince araştırma yapılmamış olan bor kaplamaların çelikleri üzerine kutu borlama tekniği kullanılarak kaplanması ve ayrıca 4140 çeliğinin ısıl işleme tabi tutularak aşınma derecelerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca bor kaplamaların(aşınmaya tabi tutulan bor numunelerin)optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) teknikleri kullanılarak kaplama yapılan numuneler hakkından detaylı çalışmalar hedeflenmiştir. Ekabor II ticari bor tozundan oluşan bir ortamda 950 °C sıcaklıkta 5 saat sürede bor kaplama işlemleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca 4140 orta karbonlu çeliğine 950°C de ısıl işlem uygulanarak yüzey sertliği arttırılmış ve bu sertliğin aşınmaya karşı direnci farklı sıcaklıklarda ball-on-disk standart aşınma cihazında incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Yüzey kaplama, aşınma. iv

INVENTÎGATION OF HIGH TEMPERATURE WEAR PROPERTIES OF BORIDED 4140 STELL ABSTRACT One of the surface treatments is bonding which is technically well developed and widely used in industry to produce extremely hard and wear resistant surface layer on metallic substrates. Diffusion bonding is a thermo-chemical treatment that permits boride layers of good performance properties to be produced on steels. The borided steels exhibit high hardness (about 2000 HV), high wear resistance and improved corrosion resistance. In this study, high temperature wear behaviour of borided AISI 4140 steel was investigated. Firstly, Bonding heat treatment was carried out using pack process consisting of EKabor II powder at temperature of 950 °C for 5 h. 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 4140 steels was measured by an optical micrometer attached to the optical microscope. The hardness of coated layers and substrates was measured using micro- Vickers indenter with 100 g load. Tribological properties of the coated bearing steels were examined using a pin-on-disc machine. Wear tests were carried out in the unlubricated condition, at a temperature ranging from room temperature (about 30 °C) to 600 °C in a furnace. Applied loads were 5, 10, 20 N and the sliding time was 60 minute. The friction force was detected by a load cell through a friction force measurement arm. The friction coefficient was continuously recorded during the tests. Surface profiles of the wear tracks on the disks were measured by a surface profilometer. Wear volume of the disk specimen was determined from the cross-sectional area of the wear track obtained perpendicularly to the sliding direction. Worn surfaces were investigated by scanning electron microscopy and by optical microscope. Keywords : AISI4140, Bonding, Wear and friction, high temperature wear