Düşük Ve Orta Karbonlu Çeliklerin Termokimyasal Borlama İle Yüzey Özelliklerinin Geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, termokimyasal borlama yöntemi kullanılarak düşük ve orta karbonlu çeliklerin yüzey özellikleri geliştirilmiştir. Borlama işlemi orta ve düşük karbonlu çeliklere 850ºC, 950ºC ve 1050ºC sıcaklıklarında ve 2-8 saat süre ile boraks, borik asit ve ferrosilisyumdan oluşan borlama banyosunda yapılmıştır. Borlama sonucu yüzeyde oluşan FeB ve Fe2B fazları optik mikroskop ve SEM çalışmalarıyla tespit edilmişdir. Tüm numunelerde bor difüzyon katsayıları ve aktivasyon enerjileri kinetik çalışmalarla hesaplanmıştır. Borür yapılarının mekanik özelliklerinin tespiti için sertlik dağılımları ve kırılma tokluğu çalışmaları borlama sıcaklığı ve süresine bağlı olarak yapılmıştır. Alaşım elementlerinden karbonun borlama işlemi üzerindeki etkilerinin incelenmesi amacıyla, karbonun sertlik, borür tabaka kalınlığı kırılma tokluğu ve korozyon özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Borlama sonrası, malzemelerin korozyon dayanımları %10 H2SO4, %15 HCl ve %30 H3PO4 sıvıları içerisinde yapılan daldırma korozyon deneyleri ile tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, numunelerin büyük bir kısmında yüzeyde FeB fazına nazaran daha çok tercih edilen Fe2B fazı oluşmuştur. Bulunan aktivasyon enerjisi değerleri literatürle uyumludur. Malzemeye bağlı olarak yüzeyde 1600-2200 HK arasında sertlik değerleri elde edilmiştir. Korozyon deneyleri göstermiştir ki borlama ile malzemelerin korozyon dirençleri borlanmamışlara göre 73 kata kadar arttırılmıştır.

In this study surface properties of low and medium carbon steels are improved by thermochemical boronizing process. Boronizing was performed to low and medium carbon steels at 850ºC, 950ºC and 1050ºC for 2-8 hours in boronizing salt bath containing borax, boric acid and ferro-silicon. FeB and Fe2B phases formed on the surface were determined by optical microscope and scanning electron microscope. Diffusion coefficients and activation energies of boron were calculated by kinetic studies for all samples. In order to determine mechanical properties of borides, hardness and fracture toughness studies were done depending on boronizing time and temperature. To investigate the effects of carbon on hardness, boride layer thickness, fracture toughness and corrosion properties, amount of carbon in the substares was connected with these properties. After boronizing, corrosion resistance of boronized materials were determined by immersion corrosion tests in %10 H2SO4, %15 HCl and %30 H3PO4 solutions. Experimental results showed that more desirable Fe2B phases than FeB phases was formed on surface in all samples. Activation energy values found are in accordance with literatures. 1600-2200 HK hardness values were obtained depending on materials. Corrosion tests showed that by boronizing corrosion resistance of materials were increased by 73 times than unboronized materials.