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.