Elektrolitik plazma teknolojisi ile küresel grafitli dökme demir malzemesinin yüzey özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, çeliklere yakın özelliklere sahip olan küresel grafitli dökme demir numunelerinin yüzey özellikleri iyileştirilerek, yaygın olarak kullanılan geleneksel yüzey işlemlerine alternatif bir yöntem olarak Elektrolitik Plazma Teknolojisinin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Farklı termal çevrim ve yüksek voltaj sürelerinde Elektrolitik Plazma Teknolojisi yöntemi ile ve indüksiyonla yüzey sertleştirme işlemi ile küresel grafitli dökme demir numuneleri modifiye edilmiştir. Modifiye edilen numunelere 400 ºC’de 45 dakika süre ile temperleme işlemi uygulanmıştır. Yüzeyleri modifiye edilen ve modifikasyon işlemi sonrası temperlenen küresel grafitli dökme demir numunelerin optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri çekilmiş ve modifikasyon tabakası kalınlıkları ölçülmüştür. Elektrolik plazma işleminde yüzey sıcaklık profilleri PİCOLOG programı ile çıkarılmıştır. Değişen parametrelerin modifikasyon tabaka kalınlığını ve yapısını etkilediği belirlenmiştir. İmaj analizi ile grafit küreleri analizi (çap, küresellik, dağılım) ve martenzit hacim oranları hesaplanmıştır. Modifikasyon tabakasından alınan x-ışını analizlerinde martenzit yapısına rastlanmıştır. Mikrosertlik ölçümlerinde değişen termal çevrime ve yüksek voltaj süresine bağlı olarak farklı sertlik değerleri elde edilmiştir. Artan termal çevrim ve yüksek voltaj süresi ile sertlik değerlerinde artış görülmüştür. İndüksiyonla sertleşitrme işlemi ile de maksimum sertlik elde edilen numunlerde benzer sonuçlar elde edilmiştir. 500 m mesafe 0.15 m/sn hızında 0,5N, 1N, 2N yük altında CSM Tribometer aşınma cihazı ile lineer aşınma deneyi yapılmıştır. Aşınma testi iki farklı şekilde uygulanmıştır. Modifiye yüzey aşınması ve kompozit yüzey aşınması. Aşınma deneyleri sonrasında yük değişimiyle sürtünme katsayıları, hacimsel aşınma kaybı ve aşınma hızı değerleri hesaplanmıştır. Aşınma deneyleri sonucunda modifiye yüzey aşınma hızlarının değişen parametrelere ve yüke bağlı olarak modifiye edilmiş ve temperleme işlemi görmemiş numunelerde 3,33E-05 mm3 /m ile 13,7E-05mm3 /m arasında, modifikasyon sonrası temperlenmiş numunelerde ise 2,47E-05 mm3 /m ile 18,1E-05mm3 /m arasında değiştiği, kompozit yüzey aşınma hızlarının ise modifikasyon işlemleri sonrasında 9,68E-06 mm3 /m ile 6,42E-05 mm3 /m arasında, modifikasyon sonrası temperlenmiş numunelerde ise 1,78E-05mm3 /m ile 8,26E-05 mm3 /m arasında değiştiği görülmüştür. Aşınma deneyi gerçekleştirilen malzemelerin yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu ve EDS analizleri ile incelenerek aşınma mekanizmaları belirlenmiştir. SUMMARY

In this study, the electrolytic plasma technology was used in order to modify and improve the surface properties of nodular cast iron samples, which show the similar properties with steels, as an alternative to traditional surface coating and improving methods. The nodular cast iron specimens were modified with various thermal cycles and in high voltage times by means of EPT and induction surface hardness increment methods. These modified samples were exposed to anneling at 400 ◦C for 45 minutes in heat treatment furnace. The tempered specimens were investigated by optical microscope and scanning electron microscope (SEM) and the thickness of modification layer was measured. The surface temperature profiles in electrolytic plasma process were extracted by PICOLOG program. It was determined that the varied parametres have been affected the thickness and microstructure of modification layer. The analysis of graphite spheres with respect to diameter, sphericality and distribution and martensite volume fraction were calculated by image analysis method. In addition, the martensite structure was observed according to X-ray analysis taken from modified layer of nodular cast iron specimens. Different microhardness values were obtained from samples due to varied thermal cycle and high voltage times. The hardness increases with increasing thermal cycle and voltage application time. The similar results weretaken from the samples exposed to induction hardness increment method. The linear wear test was applied to specimens in 500m sliding distance at 0.15m/s velocity under 0,5, 1 and 2 N loads with two different modes namely wear of modified surface and wear of composite surface. Having completed the wear tests, friction coefficient, volumetric loss and wear rate valus were calculated for each load. In the light of findings of this study, it was seen that there is no effect of modification parameters on wear rate of modified surface samples. However, the wear ratevof composite surface ones was decreased after the modification processes. The tempering treatment has no effect on not only modified surface, but also composite surface specimens with respect to wear rate. The surfaces of all specimens were investigeted by SEM and EDS analysis after linear wear test in order to determine and characterize the occured wear mechanism.