Prof. Dr. Harun Mindivan danışmanlığındaki tezler
11 tez · Bilecik Şeyh Edebali Üniversity
Nitrürleme ve akımsız Ni-P ile ınconel 625 kaplamanın yüzey özelliklerinin geliştirilmesi
Yüksek sıcaklık ve yüksek korozif ortam gibi zorlu koşullarda deniz ve petrol endüstrisi gibi çeşitli uygulamalarda nikel esaslı süper alaşımlar içerisinde Inconel 625 yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu malzemelerin aşınma ve korozyon dirençleri nispeten çok düşüktür. Bu nedenle süper alaşım üreticileri servis koşullarında nikel esaslı süper alaşımların aşınma ve korozyon direncini iyileştirmek için çeşitli yöntemler uygulamaktadır. Bu yöntemlerden biri parçanın tümünü aşınmaya ve korozyona dirençli özel malzemelerden imal etmektir, fakat bu da pahalı bir yöntemdir. Ancak, aşınma ve korozyon; yüzey hasarı olduğundan dolayı uygun bir yüzey modifikasyon tekniği ile maliyet azaltılabilir ve nikel esaslı süper alaşımların servis ömrü düşük maliyet ve seri üretim kolaylığı ile uzatılabilir. Son yıllarda yüzey birden fazla işleme tabi tutularak yüzey modifikasyon işlemi gerçekleştirilmektedir. Isıl püskürtme uygulanmış Inconel 625 kaplamalar tekrar yüzey işlemi görerek modifiye edildiklerinde ise servis ömürleri daha uzun ve çalışma performansları daha yüksek olabilir. Bu çalışmada, düşük karbonlu çelik (St 37) üzerine yüksek hızlı oksijen-yakıt (HVOF) püskürtme işlemi ile Inconel 625 kaplamanın yapısal, korozyon, mekanik ve aşınma davranışı incelenmiş, elde edile sonuçlar HVOF Inconel 625 kaplama + pulse plazma nitrürleme ve HVOF Inconel 625 kaplama + akımsız Ni-P kaplamanın birleşimi olan dubleks yüzey işlemleriyle karşılaştırılmıştır. HVOF yöntemi ile püskürtülen Inconel 625 kaplama üzerine pulse plazma ile nitrürasyon işlemi 520 C işlem sıcaklığı, 12 saatlik işlem süresi ve % 75 N2 - % 25 H2 gaz karışım oranında gerçekleştirilirken, akımsız Ni-P kaplama hazırlamak için ticari bir akımsız nikel kaplama banyosu kullanılmıştır. Bu işlemlerden sonra mekanik özelliklerin tespit edilmesi için mikrosertlik ölçümleri, tribolojik özelliklerin belirlenmesi için ileri-geri aşınma deneyleri yapılmıştır. Ayrıca elektrokimyasal çalışmalar için potansiyostat cihazı, yapısal özelliklerin tespit edilmesi için X-Işınları Difraksiyonu (XRD), Optik Mikroskop (OM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, uygulanan pulse plazma nitrürleme ve akımsız Ni-P yüzey işlemleri HVOF püskürtülen Inconel 625 kaplamanın korozyon ve tribolojik özellikleri üzerine olumlu etkileri olduğu belirlenmiştir.
Saf titanyum (CP-Ti) ve titanyum alaşımının (Ti-6Al-4V) yüzey özelliklerinin geliştirilmesi
Titanyum ve alaşımları, yüksek mukavemet/ağırlık oranı, düşük yoğunluk, iyi korozyon direnci ve biyouyumluluk özellikleri nedeniyle otomotiv, havacılık, denizcilik, biyomedikal, kimya vb. gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Ancak, yüksek sürtünme katsayıları ile beraber düşük aşınma direnci sergilemeleri, titanyum ve alaşımlarının mühendislik uygulamalarını kısıtlamaktadır. Bu nedenle aşınma özeliklerinin iyileştirilmesi için titanyum ve alaşımlarına çeşitli yüzey modifikasyon işlemleri uygulanmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, ticari saf titanyum (CP-Ti) ve titanyum alaşımının (Ti-6Al-4V) yüzey özelliklerinin geliştirilmesidir. CP-Ti'un yüzeyi akımsız Ni–B ile kaplanırken, Ti-6Al-4V alaşımının yüzeyinde pulse akım (PC) elektrolitik kaplama metoduyla nikel ve farklı içeriklerde grafen (0,1 g/l ve 0,2 g/l) kompozit kaplama oluşturulmuştur. Yüzey morfolojisi, mikroyapı ve faz analizi sırasıyla Enerji Dağılımlı X-ışınları Spektrometresi (EDS) ile donatılmış Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Optik Metal Mikroskop (OM) ve X-Işını Kırınımı (XRD) ile analiz edilmiştir. Elde edilen Ni-B kaplaması ve farklı içeriklerde grafen kompozit kaplama, işlem görmemiş CP-Ti'ye ve Ti-6Al-4V alaşımına kıyasla önemli ölçüde daha düşük aşınma hızı, kararlı sürtünme katsayısı ve yüksek sertlik sergilemiştir.
Düşük karbonlu çeliğin yüzey özelliklerinin grafen içerikli kompozit kaplama ile iyileştirilmesi
Kompozit kaplamalar üstün özelliklerinden dolayı endüstriyel ve teknolojik alanlarda geniş uygulama alanlarına sahiptir. Mekanik, otomotiv, kâğıt mili, gıda ve imalat endüstrisinde kullanılan ve kullanım alanına göre kalınlığı nm seviyesinden başlayan ve mm seviyesine kadar kalınlığa ulaşan kaplama tabakalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bahsi geçen uygulamalar için üretilecek kaplamalardan üstün mekanik özellikler, yüksek aşınma direnci, yüksek termal kararlılık gibi özellikler istenmektedir. Kompozit kaplamalar bu tür uygulamalar için iyi bir adaydır. Bu çalışmada St37 çelik altlık üzerine Nikel ve Nikel/Grafen kompozit kaplama tabakaları Doğru Akım (DC), Pulse Akım (PC) ve Pulse Reverse Akım (PRC) olmak üzere üç farklı akım türünde ve farklı grafen miktarlarına bağlı olarak Watt tipi banyo kullanılarak üretilmiştir. Akım yoğunluğunun farklı akım türlerinde üretilen kaplamaların özelliklerine etkileri incelenmiştir. Üretilen kaplamalar taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları difraksiyonu (XRD) metodu kullanılarak karakterize edilmiştir. Akım türünün sertlik ve aşınma davranışına etkileri incelenmiştir.
Plastik enjeksiyon kalıplamada kullanılan berilyum-bakır alaşımının tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Berilyum bakır (Be-Cu) alaşımları, yüksek termal iletkenlikleri nedeniyle termoplastik enjeksiyon kalıplarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu alaşımlar 250 ve 400 C arasındaki sıcaklıklarda çökelme sertleşmesine izin verse de aşınma direncini arttırmak için yine de yüzey koruma kaplamaları tercih edilmektedir. Bununla birlikte, bu kaplamaların belirli sıcaklık aralıkları altında gerçekleştirilmesi durumunda bu alaşımların aşırı yaşlanmasına neden olabilir. Bu durumda altlık malzeme olarak kullanılan Be-Cu alaşımın mekanik özelliklerinde önemli bir kayba neden olarak yüksek doğruluk istenen göbek pimleri ve dar kapatma bölgelerine sahip maça ve kalıp boşluğu gibi bazı endüstriyel uygulamaların imalatını olanaksız hale getirir. Bu çalışmada akımsız Nikel-Fosfor (Ni-P), Nikel-Bor (Ni-B) ve Nikel-Fosfor/ Nikel-Bor (Ni-P/ Ni-B) kaplama yöntemiyle Be-Cu alaşımının korozyon ve aşınma direncini artırmak için bir çözüm olarak önerilmektedir. Kaplamalar ve altlık malzeme olarak kullanılan Be-Cu alaşımının sertliği, kesit boyunca ölçülerek değerlendirildi. Kaplamalar ve Be-Cu alaşımın mikroyapısı ve kristalliği, sırasıyla optik metal mikroskobu (OM) ve X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak karakterize edildi. Kaplama-altlık sistemlerinin korozyon ve aşınma davranışı, ileri-geri aşınma deneyleri, elektrolitik korozyon deneyleri, yüzey profilometresi ve OM ile değerlendirildi. Ni-P kaplama 12 µm kalınlığında düz bir yüzey sergilerken, Ni-B ve Ni-P/Ni-B dubleks kaplamalar ise sırasıyla 7-8 µm ve 12-13 µm ortalama kalınlıkta pürüzlü ve dalgalı bir yüzey görüntüsüne sahiptir. XRD analizi ile akımsız kaplamaların amorf ve kristalin fazların karışımından oluştuğu ve akımsız dubleks kaplamanın tekli kaplamalara kıyasla daha amorf yapı sergilediği belirlenmiştir. Altlık malzeme olarak kullanılan Be-Cu alaşımı sertliğini korurken, akımsız Ni-P kaplamanın sertliği 2,2 kat, Ni-B ve Ni-P/Ni-B dubleks kaplamanın ise 3,7 kat artmıştır. Yüksek yük altında (7,5 ve 10 N) Ni-P kaplamaya kıyasla Ni-B ve Ni-P/Ni-B dubleks kaplamanın aşınma direnci önemli oranda artmıştır. Akımsız Ni-P ve Ni-B kaplamaların korozyon direnci altlık malzeme olarak kullanılan Be-Cu alaşıma nazaran yeterli koruma sağlayabileceği gözlenmiştir.
Düşük karbonlu çeliğin Ni-P-B ve Ni-P-B-W akımsız kaplamalar ile aşınma, korozyon ve tribokorozyon performansının geliştirilmesi
Metal esaslı malzemelerin hasara ve kullanılamaz hale gelmesine neden olan aşınma ve korozyon, araştırmacıların üzerinde yoğun olarak çalışmaya devam ettiği bir alandır. Bilindiği üzere, özellikle metal esaslı malzemelerin yüzeyinde gerçekleşen bu olay, cihaz ve sistemlerde önemli hasarlara ve arızalara neden olabilmekte, ülke ekonomisinde ciddi ekonomik kayıplar oluşturmaktadır. Teknolojinin hızla geliştiği günümüzde yeni malzemeler konusunda gelişmeler sağlanmasına rağmen endüstriyel uygulamalarda özellikle ekonomik nedenle, düşük alaşımlı yumuşak çelik gibi geleneksel malzemelerden vazgeçilmemiştir. Bu gibi malzemeler, denizcilik, otomotiv, havacılık uygulamalarında süspansiyon, güç aktarma ve fren sistemi gibi hareketli elemanlarda ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. Metalik yüzeylerde aşınma ve korozyonu önleme/azaltma konusunda sert krom, nikel, çinko, fosfat vb. kaplama yöntemleri kullanılarak metalik yüzeyin aşınma ve korozyon dirençleri arttırılabilmektedir. Daha etkin, maliyeti düşük ve çevre dostu kaplama tekniği geliştirmek, Ar-Ge araştırmalarının gündemindeki konudur. Yapılan çalışmalar akımsız kaplamaların aşınma ve oksidasyona karşı gösterdiği direnç ile aşınma ve korozyonu önleyici kaplama uygulamasında ideal bir aday olduğunu göstermektedir. Hâlihazırda, literatürde metalik yüzeylerde akımsız Ni-P-B ve Ni-P-B-W kaplamaların oluşturulması ve bu yüzeylerin aşınma, korozyon ve tribokorozyon davranışlarının incelenmesi konusunda sınırlı sayıda araştırma bulunmaktadır. Bu çalışma, akımsız kaplama tekniği ile yumuşak çelik altlık üzerinde oluşturulan Ni-P-B ve Ni-P-B-W çoklu alaşımlı kaplamaların yapısal, korozyon ve aşınma özelliklerinin araştırılmasını amaçlamaktadır. Ayrıca Ni-P-B ve Ni-P-B-W kaplamaların morfolojik ve sertlik özellikleri karşılaştırıldı. Akımsız Ni-P-B kaplama, en yüksek sertlik değeri, korozyon direnci ve tribokorozyon performansı sergilemesine rağmen, akımsız Ni-P-B-W kaplama, kuru kayma koşuluna maruz kaldığında, işlem görmemiş çelik ve Ni-P-B kaplama ile karşılaştırıldığında en düşük aşınma hızı ve sürtünme katsayısı göstermiştir.
AISI 1020 çeliğinin elektrokimyasal olarak borlanması ve borlama işleminin darbeli kayma aşınma davranışına etkisi
Darbeli kayma aşınması, darbe ve kayma hareketlerinden kaynaklanan, parçaların hızlı aşınma arızasına yol açabilen ve oldukça karmaşık bir hasar sürecine sahip yaygın bir kompozit aşınma türüdür. Bu tür aşınma, yüksek hızlı demiryolu katener sistemi, nükleer enerji santralleri, rulmanlar, dişliler, vana yatakları, matkap uçları, yapay eklem, demiryolu ray sistemi yön değiştiren bileşenler gibi geniş bir endüstriyel ekipman yelpazesinde yaygındır. Yüzey hasarı olarak bilinen aşınma, parçanın hizmet ömrünü azaltır, ekipmanın işletme maliyetlerini artırır ve kritik bileşenlerin arızası nedeniyle ölümcül hasarlara yol açabilir. Temel malzemenin özelliklerini değiştirmeyen yüzey iyileştirme teknikleri, parçaların aşınma direncini artırmak için giderek daha fazla araştırılıyor ve uygulanıyor. Borlama, çeliklerin yüzey özelliklerini iyileştirmek için genellikle iki (FeB ve Fe2B) tabakalı yapıdan oluşan sert demir borür tabakaları oluşturarak kullanılır. Ancak, özellikle FeB'nin termal genleşme katsayıları ve kırılganlığı, borlanmış çeliklerin çevrimsel yük altında temas yüzeylerinde kullanımını sınırlar. AISI 1020 çelikleri üzerinde yapılan geleneksel borlama uygulamalarıyla ilgili birçok çalışma yayınlanmış olmasına rağmen, oluşturulan kaplamalarda FeB'nin varlığı nedeniyle elde edilen sonuçlar endüstride uygulanamaz. Bu çalışmanın amacı, AISI 1020 çeliğinin yüzey özelliklerini ergimiş tuz elektrolizi ile borlama uygulayarak iyileştirmek ve AISI 1020 çeliğinin darbeli-kayma aşınma davranışını incelemektir. Bu çalışmada, borlamanın AISI 1020 çeliğinin aşınma direnci üzerine etkisi, özel tasarlanmış bir darbeli-kayma aşınma test cihazı kullanılarak araştırılmıştır. Borlanmış ve işlem görmemiş numunelerin yapısal karakterizasyonu, X-ışını difraktometresi ve optik mikroskop kullanılarak yapılmış ve sertlikleri ölçülmüştür. Oda sıcaklığında darbeli-kayma aşınma deneyine tabi tutulan numunelerin aşınma mekanizmasını belirlemek için aşınma izleri optik mikroskop altında incelenmiştir. Aşınma kayıpları, 2-D profilometre kullanılarak ölçülmüştür. Bu incelemelerin sonuçları, borlamanın AISI 1020 çeliğinin oda sıcaklığında darbeli-kayma aşınma direncini artırdığını ortaya koymuştur. Mikroyapı ve mikrosertlik analiz sonuçlarına göre, 950 °C'de 15 dk elektrokimyasal borlama (EB) ve 45 dk bekleme koşulu sonucunda yüzeyde yaklaşık 40 μm kalınlığında ve yüzey sertliği olarak 1450±50 HV0,05 değerine sahip tek tabakalı (Fe2B) bir borür yapısı oluşmuştur. Ancak, 950 °C'de 30 dk EB ve 45 dk bekleme koşulu sonucunda yaklaşık 140 μm kalınlığında ve yüzey sertliği olarak 1900±50 HV0,05 değerine sahip iki tabakalı (FeB+Fe2B) bir borür yapısı oluşmuştur. Özetle, borür yapıların aşınma direnci, darbe ve kayma bölgelerinde farklılık göstermiştir. Tek tabakalı (Fe2B) borürlü yapı, darbe bölgesindeki tokluğu ve sünekliği nedeniyle daha iyi performans sergilemiş ve daha az aşınma derinliği elde edilmiştir. Ancak, iki tabakalı (FeB+Fe2B) borürlü yapı, daha yüksek sertliği nedeniyle kayma bölgesinde daha iyi performans göstermiştir, ancak bu durum, çelik bilyanın yüzeyinde daha fazla aşınmaya neden olmuştur.
Elektrokimyasal borlama işlemi ile AISI 316L paslanmaz çelik kaplamaların yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi
Yüksek hızlı oksijen-yakıt (HVOF) tekniği ile elde edilen ostenitik paslanmaz çelik kaplamalar, kimyasal tesisler, mekanik makineler ve makine parçaları gibi çeşitli ortamlarda normal çeliği korozyondan koruma yöntemi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. AISI 316L ostenitik paslanmaz çelik kaplamalarının sertliği, AISI 316L çelik levhalarının sertliğinden biraz daha yüksektir. HVOF 316L kaplama yaklaşık olarak 289±36 HV0,1 sertliğe sahiptir, ancak AISI 316L çelik levhalar yaklaşık 240±5 HV0,1 sertliğindedir. Bununla birlikte, HVOF 316L kaplamalar, yaklaşık 600 HV'nin üzerinde sertlik değerlerine sahip olan püskürtülmüş seramik veya sermet kaplamalar kadar yüksek sertliğe sahip değildir. Aşırı sürtünme koşullarında HVOF 316L kaplamalar aşınmaya karşı etkili değildir. Makine ve kalıp parçalarının yüzeyine onarıcı kaplamalar olarak krom kaplama ve seramik kaplamalara alternatif olarak, daha dayanıklı termal püskürtülmüş 316L kaplamalarının geliştirilmesi, uygulama alanlarını önemli ölçüde genişletecektir. Bu çalışmanın amacı, HVOF 316L kaplamalarının yüzey özelliklerini iyileştirmek için termal difüzyon esaslı borlama yöntemini uygulayarak kalın tek fazlı Fe2B tabakası ve iç kısımda Fe2B ve dış kısımda FeB olmak üzere çift fazlı borür yapılarının oluşturulması ve ardından örneklerin kuru kaymalı aşınma ve tribokorozyon davranışlarının incelenmesidir. İşlem görmemiş ve borlanmış HVOF 316L kaplamaların yapısal karakterizasyonu, optik mikroskop ve yüzey sertliği ölçümleri kullanılarak gerçekleştirildi. Kuru kayma aşınma ve tribokorozyon deneylerine tabi tutulan kaplamaların aşınma yüzeyleri, aşınma mekanizmalarının belirlenmesi amacıyla optik mikroskop altında incelendi. Ayrıca, 2 boyutlu bir profilometre kullanılarak aşınma kaybı ölçüldü. Mikroyapı ve yüzey sertliği analizi sonuçlarına dayanarak, 15 dk elektrokimyasal borlama (EB) ve 45 dk bekleme koşulu sonucunda yüzey sertliği 1419±378 HV0,1 olan4 μm'luk tek tabakalı Fe2B kalınlığı üretilmiş ve 0,23 µm/dk.'lık bir büyüme oranı elde edilmiştir. Ancak, 950 °C'de 30 dk ve 60 dk EB ve 45 dk bekletme süresi ile yüzeyde sırasıyla yaklaşık 23 µm ve 30 µm kalınlığında 1839±436 HV0,1 ve 2085±356 HV0,1 yüzey sertliğine sahip iki katmanlı (FeB+Fe2B) bir borürlü yapı oluşturulmuştur. Kuru ortam aşınma koşullarında HVOF püskürtülmüş 316L paslanmaz çelik kaplamanın yapısında bulunan ergimiş partikül ile sert oksit tabakaların üst üste istiflenmesi ve poroziteden dolayı daha yüksek aşınma hızı (96,12×10-5 mm3/Nm) ve daha yüksek sürtünme katsayısı değerleri (~1,0-1,5) belirlenmiştir. HVOF 316L paslanmaz çeliğe uygulanan elektrokimyasal borlama işlemi sayesinde EB süresine bağlı olarak kuru ortam aşınma hızları 75-200 kat arasında azalmaktadır. Açık devre şartlarında (OCP) gerçekleştirilen tribokorozyon deneylerinde elektrokimyasal borlanmış kaplamaların yüzey temas açısı arttıkça sürtünme katsayısı ve aşınma hızı artmaktadır.
Bilyalı dövme ve plazma nitrürleme işlemlerinin R260 ray çeliğinin yüzey özellikleri ve aşınma davranışına etkisi
Demiryolu ağlarında giderek artan zorlu yükleme koşulları, yüksek aşınma direnci ve üstün yorulma performansı sergileyen ray çeliklerinin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Raylar, demiryolu üstyapısının temel bileşenlerinden biri olup işletme süresince yuvarlanma, darbe ve kayma gerilmelerine maruz kalmaktadır. Özellikle darbeli-kayma gerilmeleri, tekerleğin ray kanadından makas göbeğine geçişi sırasında ortaya çıkmakta; bu geçiş, makas göbeğinde son derece yüksek temas kuvvetleri oluşturmakta ve hem makas göbeğinde hem de kanat rayında ciddi hasarların oluşmasına neden olabilmektedir. Bu çalışmada, R260 ray çeliği üzerine üç farklı parametrede bilyalı dövme işlemi (16A + %200, 24A + %200 ve 24A + %1000) uygulanmıştır. Daha sonra hem işlem görmemiş hem de bilyalı dövme uygulanmış ray çeliklerine plazma nitrürleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Plazma nitrürleme, 12 saat süreyle 450 °C, 500 °C ve 540 °C sıcaklıklarda, hacimce %20 N₂ + %80 H₂ ve %80 N₂ + %20 H₂ gaz karışımlarında uygulanmıştır. Literatürde, plazma nitrürleme öncesinde ray çeliklerine bilyalı dövme işleminin uygulandığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. İşlem görmüş çeliklerin yüzey karakterizasyonu; optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve mikrosertlik testleri ile gerçekleştirilmiştir. Kuru kayma aşınma deneyleri, ileri-geri salınımlı karşıt hareketli sistemde, düz yüzey üzerinde bilye (ball-on-plate) kullanılarak atmosferik koşullarda ve dört farklı normal yük (15, 30, 45 ve 60 N) altında yapılmıştır. Ayrıca, işlem görmemiş ve yüzey işlemi uygulanmış ray çeliklerinde kuvvetlerin birleşik etkilerini incelemek amacıyla yeni geliştirilmiş darbeli-kayma aşınma yöntemi uygulanmıştır. Bu deneyler, 10 mm çapında sertleştirilmiş çelik bilye ile 4297 çevrim (60 m) boyunca gerçekleştirilmiştir. Hem Almen şiddetinin hem de yüzey örtme oranının artırılması, R260 ray çeliğinin yüzey tabakasında yüksek bası kalıntı gerilmesi ve belirgin yüzey sertleşmesi ile karakterize edilen gradyan bir yapının oluşmasına neden olmuştur. Yüzey örtme oranının artırılmasıyla elde edilen tane incelmesi, bası kalıntı gerilmesi ve yüzey sertleşmesindeki iyileşmelerin, yalnızca Almen şiddetinin artırılmasıyla elde edilenlere kıyasla daha belirgin olduğu gözlemlenmiştir. 24A + %1000 bilyalı dövme koşulunda işlem gören çelik yaklaşık 1.24 GPa bası kalıntı gerilmesi ve yaklaşık 410 HV0.01 yüzey sertliği göstermiştir. Bununla birlikte, bilyalı dövme işlemi yüzey pürüzlülüğünü artırmıştır. Tüm bilyalı dövme işlem görmüş çeliklerin hem kuru kayma hem de darbeli-kayma aşınma dirençleri işlem görmemiş R260 ray çeliğine düşük çıkmıştır. Sadece 24A + %1000 bilyalı dövme koşulunda işlem gören çeliğin darbe bölgesindeki aşınma direnci işlem görmemiş çeliğe göre yaklaşık %6,5 oranında arttığı görülmüştür. Plazma nitrürleme işlemlerinde, hacimce %20 N2 + %80 H2 gaz karışımında nitrürlenen çeliklerde sıcaklık artışıyla birlikte beyaz tabaka kalınlığı ve γˈ-Fe4N faz yoğunluğu artarken, ε-Fe2-3N faz yoğunluğunun azaldığı tespit edilmiştir. Buna karşılık, %80 N2 + %20 H2 gaz karışımında nitrürlenen çeliklerde sıcaklık artışı, beyaz tabaka kalınlığı ve ε-Fe2-3N faz yoğunluğunun artmasına yol açmıştır. Gaz karışımındaki azot miktarı arttıkça, beyaz tabaka kalınlığı ve yüzey pürüzlülüğünün de arttığı görülmüştür. Plazma nitrürlenmiş çeliklerin 30 N ve 60 N yük aralıklarında gerçekleştirilen kuru kayma aşınma deneyleri ile darbeli-kayma aşınma deneylerinde, aşınma dirençlerinin işlem görmemiş R260 ray çeliğine kıyasla daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İki fazlı (ε-Fe2-3N + γˈ-Fe4N) beyaz tabakaya sahip çeliklerin, tek fazlı (γˈ-Fe₄N) beyaz tabakaya sahip olanlara göre daha iyi aşınma direnci sergilediği görülmüştür. Plazma nitrürleme öncesinde uygulanan bilyalı dövme işleminin genel olarak beyaz tabaka kalınlığını azalttığı, ancak difüzyon tabakası kalınlığını artırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca, bilyalı dövme ön işlemi, %20 N2 + %80 H2 gaz karışımında nitrürlenen çeliklerde α-Fe fazının, %80 N2 + %20 H2 gaz karışımında nitrürlenen çeliklerde ise γˈ-Fe₄N fazının oluşumunu teşvik etmiştir. Bununla birlikte, bilyalı dövme sonrası nitrürlenen çeliklerde artan yüzey pürüzlülüğü nedeniyle aşınma hacimlerinin yükseldiği belirlenmiştir.
Alaşımlandırılmış EN-GJS-500-7 kalite küresel grafitli dökme demirin mekanik, işlenebilirlik, yüksek sıcaklık aşınma, korozyon ve tribokorozyon davranışı
Günümüzde, küresel grafitli dökme demirler (KGDD) çeliklere göre üstün mekanik özelliklere ve ekonomik avantajlara sahip olduğu için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır ve imalatçılar spesifik mukavemeti (mukavemet/ağırlık oranı) artırmak için daha düşük kalınlıklarda KGDD'den parçalar geliştirmenin yollarını araştırmaktadır. Son zamanlarda yüksek mukavemet, işlenebilirlik, korozyon ve aşınma direnci, yüksek tribokorozyon performans gibi talepler arttığından, bu alanlara yönelik KGDD'lerin üretim teknolojisi üzerine çalışmalar gerçekleşmektedir. KGDD'lerin mekanik, işlenebilirlik, korozyon, aşınma ve tribokorozyon özellikleri büyük ölçüde metalurjik yapısı tarafından belirlenir. KGDD'lerin matrisinde ferrit ve perlitin uygun bir dengeye sahip olması, tatmin edici mukavemet, işlenebilirlik, korozyon, aşınma ve tribokorozyon performansı elde edilebilir. KGDD üretiminde, genellikle mikroyapıyı kontrol etmek ve malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirmek için alaşım elementleri (Si, Mn, Cu, Cr, Sn ve Sb) kullanılır. Her bir alaşım elementi bağımsız olarak değerlendirilemez ve bunlar arasında bazı karmaşık etkileşimler görülebilir. Bu nedenle, alaşım elementlerinin miktarındaki uygun denge, KGDD'lerin üretiminde dikkatlice düşünülmelidir. Demisaş A.Ş'den temin edilen 15 mm çapında EN-GJS-500-7 kalite perlitik/ferritik KGDD'ye alaşımlandırmanın (Mn, Cu ve Mn) mekanik, işlenebilirlik, korozyon, tribokorozyon ve yüksek sıcaklık aşınma davranışına etkisi incelenmiştir. Ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de %0,8 Cu ile alaşımlandırılan KGDD'nin grafit nodüllerinin sayısı azalırken boyutları da artmıştır. Alaşımsız KGDD büyük miktarda ferrit fazı içerirken, perlit hacim oranı alaşımlandırma ile birlikte genişledi. Alaşımlandırma ile perlit miktarı artarken, ferrit miktarı ise azalmaktadır. Alaşımlandırma ile akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve sertlik değerleri iyileşirken darbe tokluğu azalmaktadır. En düşük kesme kuvveti değeri, alaşımsız KGDD'nin tornalandığında kaydedildi. Ancak, alaşımsız KGDD en yüksek yüzey pürüzlülüğü değerleri gösterdi. Alaşımlandırmanın yüzey pürüzlülüğü üzerinde belirgin bir etkisi olduğu gözlendi, kesme kuvvetleri üzerindeki etkileri biraz daha düşük oldu ve kesme kuvvetleri için %11, yüzey pürüzlülüğü değerleri için ise yaklaşık % 50'lik olumlu bir değişim tespit edildi. En düşük aşınma kaybı, ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD'de edildi, ancak en yüksek mekanik özellikler ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de %0,8 Cu ile alaşımlandırılan KGDD'de elde edildi. Mn ile alaşımlandırılan KGDD'nin oda sıcaklığında gerçekleştirilen aşınma deneyine göre 200 °C'de aşınma hızı arttı ve 600 °C'ye kadar aşınma hızı değişmedi. Sıcaklığın artmasıyla aşınma hızında en fazla artış, alaşımsız ve hem Mn hem de Cu ile alaşımlı KGDD'de tespit edildi. Ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD'nin korozyon direnci, ağırlıkça % 3,5 NaCl ortamında en yüksek bulundu. Ancak ağırlıkça hem % 0,8 Mn hem de % 0,8 Cu ile alaşımlandırma KGDD'nin korozyon direncini oldukça düşürmektedir. Ağırlıkça % 0,8 Mn ile alaşımlandırılan KGDD, hem kuru hem de korozif ortamlarda daha düşük sürtünme katsayısı (COF) ve daha düşük aşınma hızına sahiptir. KGDD'lerin kuru ve korozif koşullarda aşınma mekanizması yumuşak ferrit fazının plastik deformasyonu ve sürüklenmesini içerir, ayrıca yapısal kusurlar nedeniyle aşınma ürünlerinin ve korozif çözeltinin nüfuz etmesini içerir. Ancak aşınma hasarı, sert perlit fazıyla desteklenen matriste grafitin yağlayıcı özellikleriyle azalmıştır.
AIsI H13 çeliğinin korozyon, tribolojik ve tribokorozyon performansının kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama yöntemleriyle geliştirilmesi
AISI H13, yüksek sertlik, tokluk ve sertleşebilme özellikleri ile birlikte mükemmel yüksek sıcaklık performansına sahip olması nedeniyle poli(vinil klorür) (PVC) ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıp ve takım imalatında kullanılmaktadır. PVC içeren malzemelerin yüksek sıcaklıkta işlenmesiyle ilgili bir dezavantaj, korozyon ve aşınma hızını büyük ölçüde hızlandırabilen, C-Cl bağlarının parçalanmasından kaynaklanan serbest klorür türlerinin göz ardı edilemeyecek konsantrasyonudur. Bununla birlikte, dövme ve döküm gibi çoğu sıcak şekillendirme uygulamalarında tercih edilen H13 çeliğinin oda ve yüksek sıcaklıklarda aşınma ve korozyon direncinin iyileştirilmesi gereklidir. Sıcak şekillendirme uygulamaları sırasında kalıp ve takımlar, genellikle yüksek sıcaklıkta şiddetli statik/çevrimsel yüke maruz kalmaktadır ve bu durum, kalıp ve takım yüzeyinde erozyon, termal yorulma, kalıp ve takımın başlıca bölgelerinde abrasif/adhesif aşınmasına yol açabilir, bu da kalıp ve takımların servis ömrünü büyük ölçüde azaltabilir. Ayrıca, korozyon, sıcaklık ve agresif yağlayıcıların birleşik etkisi nedeniyle kalıplar ve takımlar hasara uğrayabilir. H13 çeliğin zayıf korozyon ve aşınma direnci, tribolojik ve tribokorozyon performansı açıdan geliştirilmesi gerekiyor. Bu sorunu çözmek için kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama potansiyel bir çözüm olarak araştırılmıştır. Bu çalışmada, kutu (% 90 B4C ve % 10 KBF4 toz karışımı içerisinde 950 °C'de 6 saat süre) ve elektrokimyasal (% 90 Na2B4O7 ve % 10 Na2CO3 elektrolit içerisinde 950 °C sıcaklıkta 15 dakika 200 mA/cm2 akım yoğunluğunda elektrokimyasal borlama ve 45 dakika bekletme) esaslı borlamanın H13 çeliğinin yüzey sertliğini ve kendi kendini yağlama performansını önemli ölçüde artırabildiğini ve aynı zamanda etkileyici korozyon ve tribokorozyon performansı sergileyebileceğini göstermektedir. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama yöntemleriyle H13 çeliğin yüzeyinde sırasıyla yaklaşık 59 µm ve 25 µm kalınlığında borlanmış bir tabaka elde edilmiştir. Borlanmış katman esas olarak FeB, Fe2B ve CrB'den oluşmaktadır. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlamadan sonra H13 çeliğin yüzey sertliği sırasıyla yaklaşık 1573 HV0,05 ve 1805 HV0,05'ye ulaşmaktadır. İşlem görmemiş H13 çelik, % 3,5 NaCl çözeltisi altındaki aşınma hızının 25,6 x 10-6 mm3 Nm-1 olduğu görülebilir, bu da kuru ortam koşullara kıyasla % 95 daha düşüktür. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlanmış H13 çelik için % 3,5 NaCl çözeltisi altındaki aşınma hızı sırasıyla 8,38 x 10-6 mm3 Nm-1 ve 1,66 x 10-6 mm3 Nm-1 olup, bu da kuru ortam koşullara kıyasla % 36 ve % 69 daha azdır. İşlem görmemiş H13 çelik ile karşılaştırıldığında, kutu ve elektrokimyasal esaslı borlanmış H13 çeliğin aşınma hızı % 3,5 NaCl çözeltisi koşullarında sırasıyla % 67 ve % 94 oranında azalmaktadır.
Yüzey işlemi uygulanmış Ti-6Al-4V alaşımının darbeli kayma aşınma davranışının incelenmesi ve kuru kayma koşulları altında aşınma haritalarının oluşturulması
Ti-6Al-4V alaşımının yüzeyine üç farklı sıcaklıkta (600, 700 ve 800 °C) termal oksidasyon, kutu sementasyon ile alüminyumlama ve 750 °C' de sıcak daldırma alüminyumlama yüzey işlemleri uygulanarak düşük maliyetli, seri üretime uygun, çevre dostu, yüksek sertlik ve aşınma direncine sahip yüzeyler elde etmek için bu çalışma yapılmıştır. Üç farklı yüzey işlemi uygulanmış örneklerin yapısal karakterizasyonları ile farklı yük ve hızlarda kuru kayma koşullarında ileri geri aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Darbeli kayma aşınma testleri 600 ve 700 °C' de termal oksidasyon yapılan Ti-6Al-4V alaşımına uygulanmıştır. Kutu sementasyon ile alüminyumlama işlemi sonucunda, alüminyum açısından zengin ve artan işlem sıcaklığı ile kalınlaşan titanyum alüminid tabaka elde edilmiştir. TiAl2 fazından oluşan alüminid tabakanın, en yüksek sertlik değeri 800 °C' de alüminyumlama yapılmış örnekte 616 HV0,025 olarak ölçülmüştür. Termal oksidasyon işlemi sonrasında, Ti-6Al-4V alaşımı, oksit tabakası ve oksijen difüzyon bölgesinden oluşan bir yapıya sahip olup, en geniş oksit tabakası 6 μm kalınlığında, 700 °C' de 30 saatlik termal oksidasyon işlemi sonrasında gözlemlenmiştir. En yüksek sertlik ise, yine aynı numunede 700 HV0,025 olarak ölçülmüştür. XRD ile oksit tabakasının rutil fazdan oluştuğu tespit edilmiştir. 25, 350 ve 550 °C'de yapılan darbeli kayma aşınma testleri sonucunda, 700 °C' de 30 saat termal oksidasyon işlemi her üç deney sıcaklığında da en düşük aşınma hızı sergilediği, sırasıyla %54, %34 ve %37 oranında azalan toplam (darbe+kayma) aşınma hızı değerleri belirlenmiştir. Her üç sıcaklıkta yapılan kutu sementasyon ile alüminyumlama ve termal oksidasyon işleminin kuru kayma ileri-geri aşınma direncini de iyileştirdiği tespit edilmiştir. Sıcak daldırma alüminyumlama ve ardından difüzyon tavlama işlemi sonucunda, 461 HV0,025 sertliğine sahip kompozit tabaka elde edilmiştir. Kuru kayma ileri-geri aşınma sonuçları incelendiğinde kayma hızı arttıkça aşınma direnci azalmıştır.