İyon nitrürleme yüzey sertleştirme ısıl işleminin AISI 4340 çeliğinin yorulma dayanımına etkisinin incelenmesi

Abstract

Anahtar Kelimeler: İyon nitrürleme, AISI 4340, Yorulma dayanımı Özet: Çevrimsel yükler altında çalışan makina parçalarında yorulma kırılması oluşur. İyon nitrürleme gibi termo-kimyasal yüzey sertleştirme yöntemleri ile malzemenin yorulma dayanımını arttırmak olanaklıdır. Nitrürleme işlemi, malzemenin aşınma, korozyon ve yorulma dayanımını arttırmak için malzemeye gönderilen azotun yüzeyde sert bir tabaka oluşturduğu termo-kimyasal bir işlemdir. İyon nitrürleme, azotun hızlı yayınımı, oluşan beyaz tabaka ve yayınım tabakasının kontrol edilebilmesi, uygulama kolaylığı, işlemin temiz ve ekonomik olması gibi üstünlükleri nedeni ile oldukça yaygın olarak kullanılan bir yüzey sertleştirme yöntemidir. İyon nitrürleme yöntemi ile ilgili olarak yapılan oldukça kapsamlı literatür çalışmasından sonra deneysel çalışmaların, yüksek dayanım özeliklerinin istendiği uygulamalarda oldukça yaygın olarak kullanılan AISI 4340 çeliği ile yapılmasına karar verilmiştir. Öncelikle, farklı nitrürleme sıcaklık ve sürelerini içeren bir dizi deney yardımı ile iyon nitrürleme işleminin AISI 4340 çeliğinin yorulma dayanımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, ana metalin başlangıç mikroyapısınm, yüzey pürüzlülüğünün ve iyon nitrürleme sonrası oluşan yayınım tabaka kalınlığının yorulma dayanımı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, tabaka kalınlıkları, sertlik değerleri ve yorulma dayanım sınır değerleri gibi deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen verilerin yardımıyla, AISI 4340 çeliği için en yüksek yorulma dayanımını veren optimum iyon nitrürleme koşulları belirlenmiştir.

Keywords: Ion nitriding, AISI 4340, Fatigue strength Abstract: The machine components working under cyclic loads are severely subjected to the treat of fatigue failure. It is well known that some thermo-chemical surface treatments like ion nitriding improve the fatigue performance of machine parts. Nitriding is a ferritic thermo-chemical treatment which is involving the diffusion of atomic nitrogen into the surface of materials to form a hard case in order to improve their wear, corrosion and fatigue performance. Ion nitriding process is being preferred recently in most surface hardening applications of machine parts since the process have the characteristics of faster nitrogen penetration, simplicity in application, cleanliness and economical aspects, as well as easier control of compound and diffusion layer formation. After a very detailed literature rewiev about ion nitriding and its application, it is decided to work with AISI 4340 which is used in most industry sectors for applications requiring higher tensile/yield strength. As a first step, the effect of ion nitriding process on the fatigue behavior of AISI 4340 steel has been investigated by making some experiments with various nitriding temperatures and time. Additionally, influencing factors such as micro structure of base metal, surface roughness and thickness of diffusion layer for fatigue strength are analyzed. Finally, the optimum ion nitriding condition which gives the highest fatigue strength is determined by taking into consideration case depth, surface hardness, diffusion and compound layer thickness, and fatigue strength limit have been obtained. m