AISI 316L çeliğinin anodik ve katodik polarizasyon potansiyelleri altında korozyonlu yorulma ve darbeli aşınma davranışına bilye ile ezerek parlatma işleminin etkisi

Abstract

Gemi pervane şaftları ve motor egzoz supapları gibi korozyonlu ortamlarda tekrarlı yükler altında çalışan parçalarda yorulma ve aşınma odaklı kalıcı hasarlar meydana gelebilmektedir. Bu nedenle malzemenin karakteristik özelliklerini değiştirmeden oluşacak hasarın önlenmesi için çeşitli yüzey teknikleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada korozif ortamın etkisiyle çeşitli eğilme ve titreşim yüklerine maruz kalan gemi pervane şaftlarının farklı polarizasyon yükleri altındaki korozyonlu yorulma (KY) ile darbeli aşınma (DA) davranışı deneysel olarak araştırıldı. AISI 316L deney malzemesi yüzeyine iki farklı parametreli bilye ile ezerek parlatma (BEP) işlemi uygulandı ve işlemin malzemenin KY ile DA davranışına etkileri incelendi. KY deneyleri oda sıcaklığında %3 NaCl çözeltisinde, döner eğilmeli yükleme altında (R= –1), 60 Hz frekansta gerçekleştirildi. SS 316L'nin %3 NaCl'de polarizasyon eğrileri çıkarıldı ve bu eğriler yardımı ile belirlenen (I) katodik, (II) pasif, (III) çukurlaşma ve (IV) transpasif potansiyel yüklemeleri altında KY deneyleri gerçekleştirildi. Artan anodik potansiyel ile birlikte korozyon hızının arttığı ve numunenin KY performansının azaldığı belirlendi. BEP işleminin KY dayanımını %33 kadar artırdığı, katodik koruma uygulaması ile birlikte bu artışın %65'e kadar çıktığı tespit edildi. Fraktografik incelemeler çukurcuk potansiyeli altındaki deneylerde yüzeyde korozyon çukurlarının meydana geldiğini ve yoruma çatlağının bu çukurlardan başladığını ortaya koydu. DA deneyleri ise oda sıcaklığında hava ve %3 NaCl koşullarında, 5 Hz frekansta, 560 N (0,12 J) çarpma kuvvetinde ve üç farklı (103, 104, 105) çevrim sayısında gerçekleştirildi. Çarpma elemanı olarak 13 mm çapında tungsten karbür bilyeler kullanıldı. Deneysel sonuçlar, yüzeydeki deformasyon miktarı ve aşınma hacim kaybının çarpma sayısı ile arttığını, 360 µm derinliğe kadar deforme olmuş bir tane yapısının meydana geldiğini ve BEP işleminin 105 çevrim DA kaynaklı hacim kaybını %65'e kadar azalttığını gösterdi. Ek olarak hava ortamında aşınma mekanizması pul benzeri oluşum ve tabakalaşma şeklinde meydana geldi, yüzeyde sürtünme oksidasyonu oluştu. Solüsyon ortamında ise bu oluşumlar gözlemlenmedi ve daha az aşınma kaybı oluştu.

On machine parts which work under repetitive loads in corrosive environments such as ship propeller shafts and engine exhaust valves, permanent damage occurs caused by fatigue and wear. Therefore, various surface techniques have been developed to prevent damage without altering the properties of the material. In this thesis, corrosion fatigue (CF) and impact wear (IW) behavior of ship propeller shafts subjected to various bending and vibration loads with the effect of corrosive environment under different polarization loads were experimentally investigated. Ball burnishing (BB) process with two different parameters was applied to AISI 316L test material surface and effects of the process on CF and IW behavior of the material were investigated. CF tests were performed in a 3% NaCl aqueous solution at room temperature, at rotary bending loading (R = −1) and a frequency of 60 Hz. Polarization curves of SS 316L in %3 NaCl were extracted and CF experiments were performed under the determined (I) cathodic, (II) passive, (III) pitting and (IV) transpassive potential loads. It was concluded that with increasing anodic potential, corrosion rate increased and CF performance of the sample decreased. BB treatment raised fatigue strength up to 33%, and with cathodic protection, this raise was up to 65%. Fractographic investigations revealed that corrosion pits consisted on the surface in experiments under pitting potential and that the fatigue cracks originated from these pits. IW experiments were carried out in the air and 3% NaCl aqueous solution at room temperature, under 560 N (0,12 J) impact load, at a frequency of 5 Hz and three different (103, 104, 105) cycles. 13 mm diameter tungsten carbide balls were used as the impactor. Experimental results showed that amount of deformation on the surface and wear volume loss increased with impact cycle, a deformed grain structure occurred to a depth of 360 µm and BB treatment reduced 105 cycle IW sourced volume loss by up to 65%. In addition, wear mechanism in air tests occurred in the form of flake-like formation and delamination and wear oxidation formed on the surface. In %3 NaCl these formations were not observed and less wear loss occurred.