Sert krom kaplanmış AISI 4140 çeliğinin yorulma davranışı ve nitrürlemenin etkisi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler : Sert Krom Kaplama, İyon Nitrürleme Sert krom kaplama tekniği makina parçalarının aşınma ve korozyon dirençlerini artırmada yaygın olarak kullanılmaktadır. Sert krom kaplamada basit gereçler yardımıyla elektro çökeltme ile oldukça kaim tabakalar elde edilebilmektedir. Krom kaplama bir çok çalışma şartlarında düşük sürtünme katsayısı göstermesi nedeniyle, silindir, motor valfleri, piston segmanları, çekme takımları, şaft ve yatak üretiminde kullanılmaktadır. Sahip olduğu ısıl dirençten dolayı buhar türbinlerine ve döküm kalıplarına başarıyla uygulanmaktadır. Bununla birlikte, kaplama tabakasında çekme artık gerilmeleri ve mikro çatlaklar bulunması çevrimsel yükler altında çalışan parçalarda uygulanmasını sınırlamaktadır. Sert krom kaplama yüksek dayanımlı çeliklerin yorulma dayanımını daha düşük dayanımdaki çeliklere göre çok daha fazla düşürmektedir. Genel olarak, yorulma dayanımı açısından, kaplama öncesi nitrürleme veya bilye püskürtme gibi yüzey sertleştirme işlemlerinin uygulanması tavsiye edilmektedir. Bu çalışmada iyon nitrürlemenin sert krom kaplanmış AIS1 4140 çeliğinin yorulma davranışına olan etkisi incelenmiştir. İyon nitrürleme işleminde işlem sıcaklığı 510°C ve NH3-H2 gaz karışımı kullanılmıştır. Kaplama kalınlığı 20 um olup bu endüstriyel uygulamalar için arzu edilen bir değerdir. Kaplama işlemi standart kaplama banyosunda gerçekleştirilmiştir. AISI 4140 çeliğinin yüzeyine uygulanacak sert krom kaplama malzemenin yorulma davranışını belirgin bir şekilde azalttığı ve temperlenmiş yapıya göre %30 oranında dayanımda düşme meydana geldiği gözlenmiştir. Yorulma dayanımındaki bu düşüş başlıca kaplama tabakası yüzeyi ve içerisindeki mikro çatlakların varlığına bağlanabilir. Sonuç olarak, kaplanmış parçaların yorulma dayanımı ön nitrürleme işleminden kuvvetle etkilenmektedir. Kaplanmış parçaların yorulma dayanımında % 66 oranında iyileşmenin sağlandığını söylemek mümkündür.

FATIGUE BEHAVIOUR OF HARD CHROME PLATED AISI 4140 STEEL AND EFFECT OF NİTRİDİNG SUMMARY Key Words : Hard Chromium Plating, Ion Nitriding Hard chromium plating technique is widely used to enhance the wear and corrosion resistance of machine components. Hard chromium can be electro deposited to a considerable thickness with relatively simple equipment. Chromium plating is used to produce cylinders, engine valves, piston rings, drawing tools, shafts, and bearings because under many working conditions it shows a low friction coefficient. It is also successfully applied to steam turbines and in foundry dies because of its high thermal resistance. However, it is very limited in parts subjected to the cyclic loading due to presence of tensile residual stress as well as micro cracks in coated layer. It was found that chromium plating reduced the fatigue limit of high strength steels by a larger proportion than it did that of weaker steels. Generally, regarding fatigue strength, application of surface hardening such as nitriding or shot peening are recommended process before chromium plating. In this study, a series of rotating bending fatigue tests were conducted to investigate effect of ion nitriding on fatigue behaviour of hard chromium plated AISI 4140 steels. 5 1 0°C process temperature and NH3-H2 gas mixture were used in ion nitriding practice. The order of 22 (im for coating thickness, which is typical value in industrial applications, was chosen. Hard chromium plating was achieved in standard bath solution. Application of hard chromium plating on the surface of the specimen causes significant degradation in fatigue performance of the AISI 4140 steel, 30% decreasing in fatigue strength with respect to the quenched and tempered specimens was observed. The decreases in fatigue performance can be attributed to the presence of micro-cracks in or on coating layer. The fatigue strength of hard chromium plated AISI 4140 steels is strongly affected by application of pre-nitriding process. An improvement of 66% in fatigue strength was developed in hard chromium plated specimen. XI