Termo-kimyasal kaplamaların TM-HSS çeliklerin sertlik ve aşınma performansına etkisi

Abstract

Bu çalışmada, toz metalürjisi (TM) yöntemiyle üretilen 1.3377 çeliğinin 950 °C de 2 saat süre ile borlama, titanyumlama ve vanadyumlama işlemine tabi tutularak, yüzeyde borür veya karbür fazları oluşturtularak, yüzey sertliklerinin artırılmasının, bu TM çeliklerin mikroyapısı ile oda sıcaklığı ve 500 °C’deki aşınma davranışlarına etkisi incelenmiştir. Oluşturulan kaplama tabakalarının karakterizasyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (SEMEDS), X-Işınları Difraktometresi (XRD), mikrosertlik ve aşınma testi ile gerçekleştirilmiştir. 1.3377 TM çeliklerin talaşlı imalat işlemlerinde kesici uç olarak kullanım alanları göz önünde bulundurularak aşınma testleri ise oda sıcaklığı ve 500 °C’de açık hava ortamında 10 N yük ve 250m kayma mesafesinde Al2O3 bilyaya karşı gerçekleştirilmiştir. Metalografik çalışmalar borlama, titanyumlama ve vanadyumla kaplama işlemi sonunda yüzeyde sırasıyla 98±2,1 11±0,5, 13,5±0,6 µm kalınlığında ve 2566, 2037 ve 1800 HV0.05 sertliğinde ve 450-420-350 GPa elastite modülüne sahip sırasıyla kaplama tabakaları elde edilmiştir. Elde edilen kaplamalardaki baskın faz yapısı borlama, titanyumlama ve vanadyumlama için sırasıyla FeB, TiC ve VC olduğu tespit edilmiştir. Borür ve karbür fazların yüksek sertlikleri ve aşınma sırasında daha stabil oksit katmanları oluşturmaları sayesinde kaplanmış numuneler hem daha düşük sürtünme katsayısı hem de daha düşük aşınma hacim kayıpları sergilemiştir. TM 1.3377 çeliğinin oda sıcaklığında delaminasyon ve oksidasyon aşınma mekanizmalarına maruz kalmış iken 500 °C’de ise aşınma mekanizması adhesiv ve oksidasyona dönüşmüştür. Öte yandan, kaplanmış numunelerde ise aşınma mekanizmasının hem oda sıcaklığı hem de 500 °C’de adhesiv, oksidasyon ve delaminasyon şeklinde meydana geldiği tespit edilmiştir.

In this study, the effect of surface hardness enhancement by boronizing, titaniumizing, and vanadizing treatments at 950 °C for 2 hours on 1.3377 steel produced by powder metallurgy (PM) method, by forming boride or carbide phases on the surface, on the microstructure and wear behavior at room temperature and 500 °C of these PM steels was investigated. Characterization of the formed coating layers was carried out by Scanning Electron Microscope (SEM-EDS), X-Ray Diffraction (XRD), microhardness, and wear tests. Wear tests considering the areas of use as cutting edges in machining processes of 1.3377 PM steels were performed against Al2O3 balls at room temperature and 500 °C in open air environment with a load of 10 N and a sliding distance of 250m. Metallographic studies revealed that coating layers with thicknesses of 98±2.1, 11±0.5, and 13.5±0.6 µm and hardness values of 2566, 2037, and 1800 HV0.05, and modulus of elasticity values of 450- 420-350 GPa, respectively, were obtained after boronizing, titaniumizing, and vanadizing processes. The dominant phase structures in the obtained coatings were determined as FeB, TiC, and VC for boronizing, titaniumizing, and vanadizing, respectively. Due to the high hardness of boride and carbide phases and the formation of more stable oxide layers during wear, the coated samples exhibited lower friction coefficients and lower wear volume losses. While the wear mechanism of PM 1.3377 steel involved delamination and oxidation at room temperature, it turned into adhesive and oxidative wear mechanisms at 500 °C. On the other hand, it was observed that the wear mechanism in the coated samples occurred as adhesive, oxidative, and delamination both at room temperature and 500 °C.