Soğuk iş takım çeliklerinin borlanması

Abstract

Anahtar Kelimeler: Borlama, Soğuk îş Takım Çelikleri, Sertlik, Aşınma. Borlama termokimyasal bir yüzey sertleştirme işlemi olup, çeşitli demir esaslı malzemeler, demir dışı metaller ve serment malzemelere başarıyla uygulanmaktadır. Yöntem iyi temizlenmiş malzemelerin yüzeyine 700-1000 °C sıcaklık aralığında 1-12 saat arasında, bor atomları içeren katı,sıvı, pasta veya gaz ortamında uygulanmaktadır. Borlama işlemi sonucunda elde edilen borür tabakası geleneksel yüzey sertleştirme işlemlerine göre oldukça fazla sayıda avantajlara sahiptir. Bunlar içerisinde en önemlisi son derece yüksek sertliğin sağlanması, elde edilen borür tabakasının ergime sıcaklığının oldukça yüksek olması sayılabilir. Kısmen düşük sürtünme katsayısı, borlama sonucunda elde edilen borür tabakasını abrasif, adhesif, oksidatif ve yüzeysel yorulma gibi aşınma ortamlarında seçkin bir yere koymaktadır. Bu çalışmada horlanmış AISI D2 ve Chipper Wincking (Özel isim) çeliklerin yüzeyinde oluşan borürlerin karekterizasyonu ve bazı mekanik özellikleri incelenmiştir. Borlama işlemi, boraks, borik asit ve ferro-silisyum esaslı tuz banyosunda 950 °C de 2-7 saat sürelerde gerçekleştirilmiştir. Optik mikroskop incelemelerinde, çeliklerin yüzeyinde oluşan borür tabakasının kısmen kolonsal yapılı, kompak ve düz karekterli bir yapı sergilediği görülmüştür. Borür tabakası, çeliklerin bütün yüzeylerinde homojen bir dağılım göstermektedir. X-ışınlan difraksiyon analizlerinde, çeliklerin yüzeyinde oluşan borür tabakalarında FeB, Fe2B, CrB ve Cr2B borürlerin bulunduğu tespit edilmiştir. AISI D2 ve Chipper Wicking çeliklerinin yüzeyinde oluşan borür tabaka kalınlıkları sırasıyla 38-110 um ve 36-102 um, sertlik değerleri ise şuayla 2080-2140 kg/mm2 ve 1600-1780 kg/mm2 arsında değişmektedir. AISI D2 çeliğinin borlama işlemi sonrası matris sertliği 580 kg/mm2 iken Chipper Wicking çeliğinin matris serliği 520 kg/mm2 olarak tespit edilmiştir. Yapılan boll-on-disk aşınma deneyinde horlanmış AISI D2 ve Chipper Wicking çeliklerinin safir bilyeye karşı aşınma dirençleri ıslah işlemi ile sertleştirilen soğuk iş takım çeliklerine göre yaklaşık olarak iki kat daha fazladır.

Keywords: Boronizing, Termochemical Treatment, cold work tool steels, Hardness, Wear Bonding, boronizin is a thermo-chemical surface hardening process that can be applied to a wide variety of ferrous, nonferrous and cermet materias. The process involves heating well cleaned material in the range of 700 to 1000 °C, preferably for 1 to 12 h, in contact with a boronaceous solid powder, paste, liquid, or gaseous medium. Boride layer process a number of charecteristic futures with special advantages over conventional case-hardened layers. One basic advantage is that boride layers have extremely high hardness values with high melting points of the constituent phases. Low surface coefficient of function of the borided layer also makes a significant contribution in combating tha main wear mechanisms adhesion, tribooxidation, abrasion, and surface fatique. In this study we investigated the characterization and some mechanical properties of boronized AISI D2 and Chipper Wicking (CW) steels. Boronizing was carried out in a salt bath consisting of borax, boric acid and ferro-silicon and 950 °C for 2-7 hours. Optical microscope cross-sectional axamination showed that boride layer formed on AISI D2 and Chipper Wicking has a compact and smooth structure. The prominent phases seen in these coating layers formad on AISI D2 and Chipper Wicking steels surfaces are FeB, Fe2B, CrB, and Cr2B respectively. The boride layer thickness of AISI D2 and CW steels were ranged from 38-110 um and 36-102 um, respectively. ît vas also observed tat the hardness boride layers formed on AISI D2 and CW steel sustrates were 2080-2140 kg-mm2 and 1600- 1780 kg/mm2 respectively. In addition, the hardnesses of matrix of boronized AISI D2 and CW steels were 580 kg/mm2 and 520 kg/mm2, respectively. Wear ersistance of boronized cold work tool steels are higer two times than that of hardned cold work tool steels. In this study, the structurak charecterization, friction and wear properties of boride layers of two kind of borided cold work tool steels have been investigted. Boriding was carried out in a salt bath consisting of borax, boric and ferro-silicon. Boriding was performed at 950°C for 2 to 7 hours. The presence of boride phases were clarifed by x-ray diffraction analysis. Hardnesses and fracture toughnesses borides were measured via vickers indenter.lncreasing of boriding time and temparature leads to reduction fracture toughness of borides. Metellographic examination showed that boride layer formed on cold work tool steels was homogenous and smooth.