Ferritik paslanmaz çeliklerin mikroyapısı ve aşınması üzerine karbür yapıcı elementlerin etkilerinin araştırılması

Abstract

ÖZET DOKTORA TEZİ FERRÎTÎK PASLANMAZ ÇELİKLERİN MİKROY APIŞI VE AŞINMASI ÜZERİNE KARBÜR YAPICI ELEMENTLERİN ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI Mehmet Horik KORKUT Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalürji Eğitimi Anabilim Dalı 1997, Sayfa; 118 % 17-18 Cr ihtiva eden ve maliyeti ucuz olan ferritik paslanmaz çeliklerin mikrosertlik, yüzey sertliği, tokluk ve aşınma direnci üzerine değişik oranlarda Nb ve % 1 oranında Ti, Mo, V gibi çok sert karbür oluşturan elementlerin ve homojenleştirmenin etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla hazırlanan numunelere SEM (Scanning Electron Microscopy), metal mikroskobu, EDS (Energy Dispersive Spectrograf), X-Işınları Difraksiyonu (X-Ray Difractom), DTA (Differential Thermal Analysis), mikrosertlik (matris sertliği), Charpy V-Çentik Darbe (Charpy V-Notch Impact) ve pin-on-disk aşınma testleri uygulanmıştır. Bu çalışmanın birinci ve ikinci kısmında, kısaca paslanmaz çeliklerII ve onların mekanik özellikleriyle mikroyapıları kısaca sunulmuştur. Üçüncü kısımda, aşınma, aşınma mekanizmaları, aşınmanın ölçüm metodları ve aşınmaya karbürlerin etkisi tartışılmış, dördüncü kısımda deneysel çalışmalara yer verilmiştir. Beşinci kısımda deney sonuçları ve tartışma incelenmiş, altıncı ve son kısımda ise genel sonuçlar ve öneriler sunulmuştur. Bu sonuçlar, numunelerde M^Cg, (Cr^Cg) karbürüyle birlikte sert MC (NbC, TİC, MoC, VC), M2C (Nb2C) karbürleri ve intermetalik bir faz olan sigma (o) fazının oluştuğunu göstermiştir. Karbür oluşturan bu elementler sert MC karbürler şeklinde oluşmaktadır. Ancak % 3.0 Nb içeren numunede MC karbürü ile birlikte M2C karbürü de oluşmuştur. Bu elementlerin ilavesi ferritik paslanmaz çeliklerde oldukça fazla teşekkül eden M^C^ karbürünün miktarını, çözülme sıcaklığını ve ferrit fazının tane irileşme sıcaklığını (V'lu numune hariç) düşürdüğü gözlenmiştir. Ayrıca çentik darbe tokluğu pek fazla değişmezken numunelerin yüzey sertliğini düşürmüş ve mikrosertliğini (matris sertliğini) oldukça artırmıştır. Abrasiv aşınma direncinin yüzey sertliği ve mikrosertlik ile yakından ilişkili olduğu belirlenip; bütün numunelerde aşınma direnci, yüzey sertliği ve mikrosertlik arasında lineer bir ilişkinin varlığı tespit edilmiştir. Mikrosertlik ne kadar yüksek ise, aşınma direncide o ölçüde yüksek çıkmıştır. Ancak işlemsiz (homojenleştirilmemiş) numunelerin yüzey sertliği ve aşınma direnci arasındaki lineer ilişkide sapma meydana geldiği görülmüştür. Homojenleştirme işlemi ise numunelerin yüzey sertliğini (ferritik paslanmaz çelik numune hariç) mikrosertliğini, çentik darbe tokluğunu ve bunlara bağlı olarak aşınma direncini arttırmaktadır. Numunelerin tokluğunun yükselmesi ile abrasiv aşınmaya karşı direncinIll azaldığı görülmüştür. Eğer uygulama alanı korozyon açısından önem arzetmiyorsa bu elementlerin oluşturduğu MC karbürler ile birlikte bir miktar ^fy karbürünün de bulunması aşınma direncinin yükselmesinde etkili olmaktadır. Alaşım elementlerinin ilavesi ile aşınma direncinde belirgin bir yükselme meydana gelmiştir. En iyi aşınma direncini gösteren ve düşük oranda alaşım elementi içermesinden dolayı maliyet açısından da ideal olan % 0.5 Nb ihtiva eden numune olmuştur. En yüksek aşınma direncinden düşüğe doğru aşınma direnci sırası ise; % 0.5 Nb, % 1 Ti, % 1 Mo, % 1 V, % 1 Nb, % 1.5 Nb, % 3 Nb ve ferritik paslanmaz çeliğin kendisi şeklinde gerçekleşmiştir.

IV ABSTRACT PhD. THESIS THE INVESTIGATION OF THE EFFECTS OF THE CARBURIZING ELEMENTS ON THE WEAR AND MICROSTRUCTURE OF FERRITIC STAINLESS STEELS Mehmet Horik KORKUT University of Fırat Faculty of Technical Education Department of Metallurgy 1997, Page; 118 The effect of strong carbide forming-elements and homogenization on the abrasive wear, surface hardness, microhardness and toughness of ferritic stainless steels containing 17-18 wt % Cr which is obtained by adding Nb in different amounts and 1 wt % Ti, Mo and V elements was investigated. With this aim the prepared specimens were tested with Charpy-V-notch impact tester for mechanical properties, microstructures were examined with optical and scanning elektron mikroscope and they were investigated with energy dispersive spectrograph, X-Ray-diffraction, differential thermal analysis and microhardness were measured in order to determine thestructural features of the materials. Then the pin-on-disc tests were applied to the specimens. After abrasion tests the specimens were investigated with scanning electron microscopy (SEM). In the first and second chapter of this study, the stainless steels and mechanical properties and their microstructures were presented briefly. In the third chapter; wear, wear mechanisms and measuring methods of wear and the effects of the carbides on wear behaviours were discussed. In the forth chapter experimental studies were given. In the fifth chapter the results of the experiments and a discussion about the results of the experiments were presented. Finally, in the last and sixth chapter, general conclusions and recomendations were given. The results showed that beside M^Cg ^Cr23c6^ carbide- MC (NdC- TiC, MoC, VC), M2C (Nb2C) carbides and an inter metallic phase a were formed. All carbide-forming elements caused hard carbides in the form of MC. However in the specimens with 3 wt % Nb beside MC, M2C carbide were also formed. It was observed that, the addition of these elements, except for V, the grain growth temperature of the ferrite phase and the amount of M^Cg carbides, which exists in a big amount in ferrite phase, and the precipitation temperature of this carbide, while it didn't influence the toughness of the specimens very much. It caused a decreasing of surface hardness less, but it caused an increasing of microhardness considerably. On the other hand, abrasive wear resistance was determined to be related with surface hardness and microhardness. There was a linear relationship between wear resistance, surface hardness and microhardness in all speciments. But in the non-homoginezed specimens, a deviationVI occured in linear relationship between surface hardness and wear resistance. Homogenization caused an increase the surface hardness (except for ferritic stainless steel specimen), toughness and consequently in wear resistance. It was seen that with the increase in toughness, the wear resistance decreased. If the service conditions are not important with respect to corrosion, the existence of M2fy together with MC carbides the wear resistance. A considerable increase in wear resistance occured with the addition of the alloying elements the ideal specimen was the ferritic stainless steel specimen containing 0.5 wt % Nb with rescept to the cost. The order of wear resistance from the strongest to the weakest are 0.5 wt % Nb, 1.0 wt % Ti, 1.0 wt % Mo. 1.0 wt % V, 1.0 wt % Nb, 1.5 wt % Nb, 3.0 wt % Nb, and ferritic stainless steel specimen containing 17 wt % Cr respectively.