Nitrürlenmiş AISI 4140 çeliğinin plazma ortamında yaşlanma davranışı

Abstract

Bir çok mühendislik malzemesi çalışma ortamına bağlı olarak yorulma, aşınma ve korozyona maruz kalmaktadır. Hem uzun süre dayanım hem de ekonomiklik gibi nedenlerden dolayı bu hasarların ortadan kaldırılması veya azaltılması zaruridir. Bu da malzemeye uygulanacak yüzey işlemleriyle sağlanabilir. Termokimyasal yüzey işlemlerinden biri olan nitrürleme, demir esaslı alaşımların yorulma, aşınma ve korozyon dayanımım artırmaktadır. Fakat bazı çalışma şartları altoda tek başına nitrürleme işlemi yetersiz kalmaktadır. Plazma nitrürleme işlemi sonrası bir takım ilave işlemler uygulayarak malzemenin mekanik ve tribolojik özelliklerinin daha da iyileştirilmesi mümkündür. Bu işlemlerden birisi yaşlandırmadır. Yaşlandırma işlemi bir difüzyon işlemi olup, aşın doymuş katı bir fazdan zaman ve sıcaklık etkisiyle yeni bir fazın çökelmesi sonucunda malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerinin gelişmesidir. Söz konusu işlem plazma ortamında yapıldığı taktirde çok kısa işlem sürelerinde sonuca ulaşılabilir. Bu çalışmada, AISI 4140 çeliği 575°C'de, %50H2-%50N2 gaz karışımında 1 saat süre ile nitritlenmiştir. Nitrürleme işlemi sonrası numunelere ani olarak su verilmiş ve daha sonra numuneler 400°C'de, %50H2-%50Ar gaz karışımında 0.5, 1, 4, 8 ve 12 saat süre ile plazma yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Ayrıca numuneler 400°C'de, Ar gazı atmosferinde firm ortamında yaşlandırılmıştır. İşlem sonrası XRD, SEM ve optik mikroskop kullanılarak yapısal özellikler, mikrosertlik cihazı ile mekanik özellikler ve pim-disk aşınma cihazı ile de tribolojik özellikler tespit edilmiştir. Ayrıca numunelerin korozyon özellikleri araştırılmıştır. Elde edilen veriler sonucu plazma ortamında yapılan yaşlandırma işlemi ile fırında yapılan yaşlandırma işlemi karşılaştırılmıştır. En iyi aşınma ve korozyon özelikleri 1 saatlik plazma ortamında yapılan yaşlanma işlemi sonrası elde edilmiştir. 2005, 53 sayfaAnahtar Kelimeler: Plazma yaşlanma, nitrürleme, aşınma, korozyon, sertlik

A variety of engineering materials subject to fatigue, wear and corrosion depending on their working environments. The removing or minimizing of these failures is required because of causes such as long time strength and economy. It can be provided via the surface treatments to be applied to the material. Nitriding, which is one of thermochemical surface treatments, increases the fatigue, wear and corosion resistance of iron-based alloys. However, only nitriding process is insufficient under the some conditions. To achieve better mechanical and tribological properties is possible by applying many additional treatments after plasma nitriding. One of these treatments is aging. Aging process is a diffusional treatment and the improving of physical and mechanical properties of material in the result of the precipitation of a new phase with the time and temperature effect from a supersaturated solid phase. When this process is applied in plasma environment, it is attained to the result in very short times. In this study, AISI 4140 steels were nitrided at 575°C temperature, 50%H2-50%N2 gas mixture for lh. After nitriding process, the samples were quenched suddenly and then were subjected to plasma aging process at 400 °C, 50% H2-50%Ar gas mixture for 0.5, 1, 4, 8 and 12h. Furthermore, they were aged in the furnace under Ar gas atmosphere. Then the structural properties, by XRD, SEM and optical microscopy, the mechanical properties by microindentation, and also the tribological properties by pin-on-disk tribotester were investigated. The corrosion properties of the samples were also searched the results obtained from plasma-aging applied were compared with that of obtained with aging realized under plasma environment for lh. The best wear and corrosion properties were obtained after the aging realized under plasma environment for lh. 2005, 53 pagesKeywords : Plasma aging, nitriding, wear, corrosion, hardness u