Pulse plazma teknolojisi ile çelik yüzey özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, ucuz ve endüstri de yoğun şekilde kullanılan AISI 4140 çeliğinin yüzey özellikleri pulse plazma sistemi ile geliştirilerek pahalı ve zor bulanan çelik gruplarının yerine kullanılabilirliği araştırılmıştır.Pulse plazma yöntemiyle AISI 4140 çeliklerinin yüzeyleri modifiye edilmiştir. Modifiye edilen numunelerin optik fotoğrafları çekilmiş, modifikasyon tabaka kalınlıkları ölçülmüştür. Pulse plazma işleminin uygulandığı parametrelerin modifikasyon tabaka kalınlığını ve yapısını etkilediği belirlenmiştir.Kırık yüzeylerden alınan SEM ve EDS analizlerinde modifikasyon tabakasındaki tane incelmeleri ve küçük beyaz taneler halinde wolfram elektroddan gelen wolfram görülmektedir. Kolonsal büyüme yönlenmeleri görülmüştür. EPMA ve SEM ile modifikasyon tabakasında element dağılım haritaları çıkartılmıştır. Yüzeyde azot ve wolfram elementlerinin homojen bir biçimde dağıldığı gözlemlenmiştir.Modifikasyon tabakasından alınan x-ışını analizlerinde Fe3N, W, W30 ve ? -Fe, ? -Fe piklerine rastlanmıştır. Mikrosertlik ölçümlerinde mesafeye ve pulse plazma parametrelerine göre değişen sertlik değerleri elde edilmiştir. Modifikasyon işlemi uygulanmadan 170-180 HV olan çeliğin sertlik değeri 1050HV'ye kadar çıkarılmıştır.Numune gruplarının kalıntı gerilim ölçümleri XRD yöntemiyle yapılmıştır. Yüzeyde basma gerilmeleri görülmüştür. 200m için 0.15 m/sn hızda 5N, 7N, 9N yük altında CSM aşınma cihazı ile çizgisel (liner) aşınma deneyi yapılmıştır. Numunelere uygulana çizgisel aşınma deneyi sonrası yük değişimiyle sürtünme katsayısının ve aşınma miktarlarının değiştiği gözlemlenmiştir. Sürtünme katsayıları düşmüştür. Yüzeyleri modifiye edilen çeliklerin aşınma dayanımlarının 2 kat arttığı görülmüştür

The surfaces of AISI 4140 steel were modified by a newly developed pulse plasma technique. The samples were investigated in optical microscope and modified coating layer thicknesses were measured. It was determined that pulse plasma process parameters affect the thickness of modification layer and its microstructure. It was seen that number of pulse, battery capacity and nozzle distance are the important factors affecting layer thickness and microstructure.Samples were held in liquid nitrogen and then exposed to SEM and EDS investigations. As a result, thin grains and small white wolfram oxide grains coming from wolfram electrode were detected. Other elements were calculated by EPMA and SEM analyses.Fe3N, W, W3O, W308 phases were detected in modification layer taken from X-ray analysis. Microstructural hardness measurements were taken from surface to core and different values were measured depending on various parameters. The hardness of steel sample was measured as 180 HV before pulse plasma treatment. Its value was increased to 1050 HV after the treatment.Retained stress values of some specimens were measured by means of X-rays by tilting. The compression stresses were calculated in coating layers.Wear test was done in CSM-linear wear test machine with 0.15 m/s constant sliding speed under 5N, 7N, and 9N loads for 200 m. It was observed that friction coefficient and wear value were changed in accordance with load. Friction coefficient values of modified specimens were lower than that of non-modified ones. Wear resistance was increased in modified samples.Worn surfaces of specimens were studied by SEM, AFM and EDS analyses techniques.