Çelik malzemelere uygulanan Q-P ısıl işleminin aşınma özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, 4140 orta karbonlu Cr-Mo çelik numunelere uygulanan yenilikçi su verme-ayrıştırma (Quenching-Partitioning, Q-P) ısıl işlemi ile klasik su verme-temperleme (Quenching-Tempering, Q-T) ısıl işleminin, aşınma davranışı üzerine etkileri incelenmiştir. Yaklaşık 885 ºC' de östenitleme işleminden sonra Q-P ısıl işlemi için 8 numuneye, farklı ilk su verme (250 ve 280 ºC), farklı ayrıştırma sıcaklıkları (350 ve 450 ºC) ve süre (10 ve 100 saniye) değişkenleri uygulanmıştır. Diğer bir numune, 885 ºC' de östenitlenerek oda sıcaklığına su verme işleminden sonra yaklaşık 555 ºC' de 1 saat temperlenmiştir. Isıl işlemlerden sonra numunelere aşınma test yöntemi olan ball-on-disc yöntemi kullanılarak numunelerin kayma mesafesi boyunca sürtünme katsayılarındaki değişimler kaydedilmiştir. Sürtünme katsayısı değerlerinin yanında, profilometre analizleri ile aşınma iz profilleri tespit edilerek hacimsel aşınma kaybı değerleri belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, optik mikroskop, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Elektron Dağılım Spektrometre (EDS) ve X-Işını Kırınım (XRD) yöntemleri kullanılarak numunelere uygulanan ısıl işlem etkilerinin mikroyapı analizleri yapılmış ve numunelerin sertlik değerleri Brinell Sertlik yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca aşınma yüzeylerinin Rockwell C sertlik değerleri belirlenerek ısıl işlemlerin deformasyon sertleşmesi özelikleri değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, en düşük hacimsel aşınma kaybı değerine sahip QP3 numunesinin, aşınma süresince sertliğinin arttığı ve kademeli olarak sürtünme katsayısı değerinin düştüğü belirlenmiştir. Aşınma yüzeyleri, aşınma kayıpları ve deformasyon sertleşmesi sonuçları değerlendirmesi sonucunda genel olarak Q-P ısıl işleminin, Q-T ısıl işlemine göre daha iyi aşınma özellikleri gösterdiği sonucuna varılmıştır.

In this study, the effects on wear behavior of the innovative quenching-partitioning heat treatment and the conventional quenching-partitioning heat treatment realized to 4140 medium carbon Cr-Mo steel samples were investigated. 8 samples for the Q-P heat treatment after austenitizing at approximately 885 oC, different initial quenching (250 and 280 oC), different partitioning temperatures (350 and 450 oC) and time (10 and 100 s) parameters were applied. After quenching treatment at room temperature by austenitizing at 885 oC, another sample was tempered at about 555 oC for 1 hour at room temperature. The changes in the friction coefficient along the sliding distance of the samples were recorded using the ball-on-disc method, which is the abrasive test method after the heat treatments. Besides friction coefficient values, the volumetric wear loss values were measured by determining the wear track profiles by profilometer analysis. In addition, the microstructure analysis of the heat treatment effects on the samples was performed using the optical microscope, Scanning Electron Microscope (SEM), Electron Distribution Spectrometry (EDS) and X-Ray Diffraction (XRD) methods and the hardness values of the samples were determined by Brinell Hardness method. In addition, the work-hardening properties of the heat treatments were evaluated by determining the Rockwell C hardness values of the wear surfaces. According to the results, it is determined that the hardness of QP3 sample which has the lowest volumetric wear loss value increases and the friction coefficient value decreases gradually. In consequence of the evaluation of wear surfaces, wear losses and work-hardening results, it was concluded that Q-P heat treatment generally has better wear properties than Q-T heat treatment.