Bor yayınımıyla çeliklerde yüzey sertleştirme

Abstract

Bor ve bileşikleri, çelik sanayinde cüruf yapıca alaşım elementi ye yüzey sertleşti rici olarak kullanılmakta dır. Türkiye'de bol miktarda bulunan bor minerallerinin meta lürjide değerlendirilmesine yönelik olan bu çalışmada özellik le bor bileşikleriyle çeliklerde yüzey sertleştirme "BORLAKA" işlemi üzerinde durulmuştur. Borla yüzeyi sertleştirilmiş çelik grubu malzemeler, borlu tabakanın çok sert (*v 2000vikers), aşınmaya dayanıklı ve sürtünme katsayısının,çok düşük olması nedeniyle endüstri de bir çok kullanım alanı bulmuşlardır. Borlu malzemelerin ko- rozyon direnci, HCl asitde ve Al, Zn, Pb metallerinin sıvı banyolarında oldukça yüksektir. Bor ila yüzey sertleştirme» esas olarak borun yüksek sıcaklıkta celine yayınımı olayıdır. Bor kaynağının fiziksel durumu sıvı, gaz veya katı olabilir. Borlama banyosu ana bile şeni herhangi bir bor bileşiğidir. (B-C, tîaJB.O-, BJHL gibi). Bor yayınımı genel olarak çeliğin borlama ortamında 850-1000 °C sıcaklıkta 2-6 saat bekletilmesiyle gerçekleşmektedir. Borlu tabakanın özellikleri, Borlanan çeliğin bile şimi başta olmak üzere, borlama sıcaklığı ve süresi ile ila ve ısıl işlemlere bağlıdır. Borlamanm endüstriyel uygulaması için tek fazlı (Fe"B) yapı veren ve bor yayındırma potansiyeli yüksek olan borlama ortamları gereklidir. Son senelerde uygulamaya ko nulan bu tür banyo bileşimleri genellikle patentlerle korun maktadır. Ülkemizde mevcut bor kaynaklarıyla borlama banyo-- II - sunun tesbiti bu çalışmanın ilk aşamasını oluşturmaktadır. Deneysel çalışmalarda, borlama metodu olarak "sıvı ortam borlaması" ve borlama ana bileşeni olarak da "boraks" seçilmiştir. Tez, "Ülkemiz kaynaklarıyla borlama banyosu tes biti" ve "elde edilen borlu tabakanın özellikleri" çerçevesin de sunulmuştur. ' Deneysel çalışmaların birinci bölümünde, ana banyo bileşeni olan "Boraks"a, "Ferro-silis!' ı ve "Ferro-silis+kalsi- ne borik asit" ilavelerinin borlu tabaka faz yapısı ve kalın lığına etkisi araştırılmıştır. Deneyler, 940 °C sıcaklıklı banyolarda AISI 1042 çeliğinin 5 saat, süreyle borlanmasıyla gerçekleştirilmiştir. "Boraks+Ferro-silis" bileşimli banyo larla tek fazlı borür tabakası (FeJB) elde edilmiş ve banyo daki ıFerro-si lis miktarı arttıkça borlu tabaka kalınlığının artığı gözlenmiştir. "Boraks+Ferro-silis" sistemine kalsine borik asit ilavesi ise, borür tabaka kalınlığının 3-4 misil artırmıştır. "BorakstFerro-siıis+kalsine borik asit" bileşim li banyolarla elde edilen borür tabakası faz yapısının sis temdeki kalsine borik asit miktarıyla ilgili olduğu» %18'den fazla kalsine borik asit ilavesinin borür tabakasında' Fe2B yanında FeB fazını da oluşturduğu tesbit edilmiştir. Borlu tabaka faz yapısı ve çalışma koşulları bir arada" gözönüne alındığında, borak'sa ilave edilen Ferro-si lis" in %25' i ve kalsine borik asidin de %16'i geçmemesi öne rilmiştir. Deneysel çalışmaların ikinci kısmında borlu taba kanın Özellikleri araştırılmıştır. Borlu tabakanın borür ta bakası ve geçiş zonundan oluştuğu tesbit edilmiştir. Geçiş zönunun varlığı, otoradyograf i metodundan faydalanılarak- Ill aydınlığa kavuşturulmuştur. 5B10.ı.0n,» 2«K + Li* +2,4 MeV reaksiyonuna dayanan otoradyograf i metodunda o( partiküllerini tesbit için selüloz asetat butirat (SAB) kullanılmıştır. Nöt ron ışınlamasından sonra SAB malzemesi, 60 °C sıcaklıktaki % 28'lik KOH banyosunda 10-25 dakika süreyle dağlanmıştır. Bu metodla geçiş zonundaki borun mikroskobik dağılımı SAB üzeri ne çıkarılmıştır. Alaşımlı ve yüksek karbonlu çeliklerde optik mikroskopla tesbit edilemeyen geçiş zonu» otoradyografi meto duyla tesbit edilebilmiştir. Yine bu metodla bor yayınımının, malzeme haddeleme yönüne paralel bir yönlenme gösterdiği de gözlenmiştir. AISI 1042 çeliğinde elde edilen geçiş zonu ile ilgi li diğer bir bulgu ise, borun bu zonda çeliklerde alaşım ele menti olarak gösterdiği etkileri göstermesi olmuştur. Deneysel çalışmaların son bölümünde borlu tabaka nın kinetiği araştırılmıştır. Bu seri çalışmalarda farklı iki banyo kullanılarak borür tabakası ve geçiş zonu kinetiği ay rı ayrı incelenmiştir. Farklı bileşimdeki banyoların borür tabakası büyüme kinetiği açısından büyük farklılıklar göster diği belirlenmiştir. Önerilen optimum banyo kompozisyonunda AISI 1042 çeliğinin borlanmasıyla elde edilen borür tabakasın, ait aktivasyon enerjisi değerinin 31 k.kal/mol K olduğu be lirlenmiştir. "Geçiş zonu tabaka kalınlığı zaman" bağıntısının ise logoritmik eksenlerde doğrusal (lineer) olduğu bulunmuş tur.