31 CrMoV9 ve 34CraANİ7 çeliklerinin borlama kinetiklerinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Borlama, Termokimyasal işlem, Ekabor, Çelik, Borürler, Sertlik, Kırılma Tokluğu, Kinetik, Büyüme Hızı Borlama sert tabakalar üretmek için, iş parçasının yüzeyine bor atomlarının difüzyonunu içine alan, ileri teknoloji gerektirmeden gerçekleştirilebilecek termokimyasal bir difüzyon işlemidir. Borlama ile yüzey sertleştirme işlemi, diğer termokimyasal yüzey sertleştirme işlemlerine göre önemli üstünlüklere sahip olması ve metalik malzemelere uygulanabilir olması nedeni ile her geçen gün endüstride daha geniş kullanım alam bulmaktadır. Borlama ürünleri her ne kadar pahalı ürünler olsa da, dünya bor rezervinin %64'üne sahip olan ülkemiz bu ürünlerin de üretimini gerçekleştirerek maliyetleri daha da aşağı çekecektir. Borlama ile makine parçalarının hasara uğraması geciktirilecek ve ekonomiye çok büyük katkılar sağlanacaktır. Borlamanın getirdiği faydaların sanayicimizin dikkatini çekecek şekilde sunulması ve bu konudaki teknik alt yapımn şimdiden oluşturulması gerekmektedir. Bu çalışmada, 31CrMoV9 ve 34CrAlNi7 nitrasyon çeliklerinin yüzeyleri sırasıyla 850°C, 900°C ve 950°C sıcaklıklarda 2, 4, 6 ve 8 saat sürelerde katı ortamda borlama işlemine tabi tutulmuş ve horlamadan sonra oluşan borür tabakasının morfolojisi, mekanik özellikleri, kimyasal bileşimin özelliklere etkisi ve kinetiği araştırılmıştır. Optik ve SEM incelemeleri 31CrMoV9 ve 34CrAlNi7 çeliMerinin yüzeyinde oluşan borürlerin kolonsal bir morfoloji sergilediğim göstermektedir ve borür tabakasının kalınlığı malzeme bileşimine, işlem süresi ve sıcaklığına bağlı olarak farklılık arz etmektedir. Kaplama tabakasındaki borürlerin varlığı (FeB, Fe2B, CrB ve Cr2B) x- ışınlan difraksiyon analizi ile tespit edilmiştir. Seramik karaktere sahip borür fazlarından oluşan kaplama tabakasında sertliğin en yüksek değere ulaştığı, daha sonra bir düşüşe geçerek matris sertliğine düştüğü; işlem sıcaklığı ve bileşime bağlı olarak elde edilen kırılma tokluğu değerlerinin sıcaklık ve sürenin artmasına bağlı olarak azaldığı; 31CrMoV9 çeliği yüzeyinde oluşan borürlerin daha düşük bir aktivasyon enerjisi ile daha hızlı büyüdüğü belirlenmiştir. XIV

INVESTIGATION OF BORONIZING KINETICS OF 31CrMoV9 AND 31CrAlNi7 STEELS SUMMARY Key words: Baronizing, Termochemical Treatment, Ekabor, Steel, Borides, Hardness, Fracture Toughness, Kinetics. Boronizing is a thermo chemical diffusion process in which boron atoms diffuse into the surface of the work piece to produce hard boride layers without requiring development technology. Because surface hardening process with boronizing has superior characteristic with respect to other thermo-chemical techniques and being able to applied to metallic materials, it has been widely used in wide spread of industrial applications. However boronizing products are expensive, our country which have 64 percent of borax reserve in the world, will reduce the cost realizing production of these products. By means of boronizing, being damaged of machine parts will be delayed and provided important contributions to the economy. We have to call industrialist's attention on to boronizing and forming of infrastructure about this subject is necessary. In this study, 31CrMoV9 and 34CrAlNi7 nitriding steel surfaces were boronized in solid medium at 850°C-900°C-950°C preferably for 2, 4, 6, 8 h and morphology and mechanic properties of boride layer, the effect of chemical composition on properties and kinetics of borides were investigated. SEM and Optical examinations showed that borides formed on the surface of 31CrMoV9 and 34CrAlM7 has columnar morphology and it was observed that the depth of borides depends strongly on the process temperature, time and chemical composition of test materials. The borides formed in the coating layer confirmed by x-ray diffraction analysis are FeB, Fe2B, CrB, and C^B. The hardness of borides which has a ceramic character is much higher than that of matrix owing to hard FeB, CrB etc.. The variation of hardness has two distinct regions which are;(i) Boride layer, (ii) matrix which does not affected by boron. It was found that depending process temperature and time the fracture toughness of borides decreases. Kinetic studies showed that the activation obtained for 31CrMoV9 is lower than that of 34CrAlNi7 steel. As it is well-known the lower activation energy results in the fast growth rate. xv