Katı borlama tekniği ile ferrobor üretimi ve özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

IX ÖZET Borlama temnokimyasal bir yüzey sertleştirme işlemidir. Bor elementinin demire difüzyonu sonucu Fe2B, FeB gibi ferrobor fazları oluşur. Bu fazlar çok sert, aşınma dayanımı yüksek, sürtünme katsayısı düşük, yüksek sıcaklıklarda sertlik ve tribolojik özelliklerini koruması, bazı asit ve sıvı metallere karşı iyi korozyon direnci gibi özellikleri ile dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, borlama sonucu yüzeylerde elde edilebilen bu üstün özelliklerin değişik endüstriyel uygulamalarda kullanımı hedeflenmiştir. Çalışmalarda toz metalürjisi alanında yaygın olarak kullanılan ASC 100.29 demir tozları bollanarak Fe2B tozları elde edilmiştir. İşlemlerde uygulamadaki avantajları nedeni ile katı ortam borlama metodu tercih edilmiş, boriayıcı olarak Ekabor HM tozları kullanılmıştır. Tozlar, ağırlık olarak %80 ASC 100.29, %20 Ekabor HM oranında homojen olarak karışımları sağlanmış ve 850-950°C sıcaklık aralığında, 1-6 saat arasındaki sürelerde borlama işlemine tabi tutulmuştur. Elde edilen numunelerde metalografik incelemelerle ferrobor fazının oluşum ve gelişimi değişen işlem şartlarına bağlı olarak tesbit edilmiştir. Borlama işlemi sonucunda sadece Fe2B fazının oluştuğu buna karşılık FeB fazının oluşmadığı X ışını difraksiyon analizi ile tesbit edilmiştir. Toz tanecikleri üzerinde mikrosertlik dağılımları ölçülmüş, Fe2B fazının oluştuğu bölgelerde 2061 HV sertlik değerine ulaşan sonuçlar elde edilmiştir. SEM ve mikroprob analizleri sonucu borlanmış toz tanecikleri üzerinde oluşan fazların analizleri yapılmış, demir ve bor elementlerinin değişimleri incelenmiştir. İşlem şartlarına ve tozların tane büyüklüğüne bağlı olarak taneciklerin tamamında yada bir kısmında Fe2B fazı elde edilmiştir. Bu çalışma ile toz metalürjisinde, yüksek sertlik ve aşınma dayanımının ihtiyaç duyulduğu alanlarda kullanılabilecek bir ürün elde edilmiştir. Çalışmalarda ferrobor üretiminde bilinen yöntemlerden farklı bir yöntem ortaya konmuştur. Bu yeni yöntem ile yüksek saflıkta ferrobor üretimi mümkün olmaktadır.

X SUMMARY Boronizing is a thermo-chemical surface hardening treatment. The ferroboron phases like Fe2B, FeB form because of diffusion of boron element into iron. The phases are very hard, their wear strengths are high, their friction coefficients are low. They sustain their hardness and tribologic properties at high temperatures and they show good corrosion resistance against some acids and liquid metals. In this study, the different industrial usage of the superior properties obtained on the surfaces by boronizing is aimed. Fe2B powder is obtained by boronizing ASC 100.29 iron powder which is used widely in powder metallurgy area. The solid boronizing method is preferred due to advantages in applications and Ekabor HM powder is used as the boronizing substance. %80 ASC 100.29 and %20 Ekabor HM is mixed homogeneously and it is subjected to boronizing treatment at 850-950 °C for 1-6 hours. The formation and development of ferro-boron phase on the samples is determined by metallographic studies depending on varying treatment conditions, it is determined by X-ray diffraction analysis that the Fe2B phase formed but FeB phase didn't form. Microhardness distributions are measured on the powder grains and hardness values reaching to 2061 HV are obtained on the regions on which Fe2B phase formed. The analysis of phases are made on boronized powder grains by SEM and microprob and the variations of iron and boron elements are investigated. Fe2B phase is obtained on all or some of the grains depending on the treatment conditions and powder grain size. In this study, a product which will be used in powder metallurgy applications demanding high hardness and wear strenght values is obtained. A new method, namely solid boronizing method, is developed in ferroboron production. The ferroboron production with high pureness can be possible by applying this method.