Bortemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerin aşınma davranışına sıcaklığın etkisi

Abstract

Bu çalışmada, bortemperlenmiş alaşımsız küresel grafitli dökme demirin yüksek sıcaklık aşınma davranışları incelenmiştir. Bortemperleme işlemi borlama ve temperleme olarak iki kademede uygulanmıştır. İlk kademede, paslanmaz çelik kutu içerisinde ticari Ekabor2 tozuna gömülen numuneler 900 °C’de 1, 3 ve 5 saat süreyle borlandıktan sonra hızla temperleme fırınına transfer edilmiştir. Borlanan numuneler ikinci kademede 250, 300, 350 ve 450 ºC’deki tuz banyosu içinde 1 saat süreyle temperledikten sonra fırın dışına alınıp soğutulmuş, bol suyla yıkanıp kurutulmuştur. Bortemperlenen aşınma numuneleri, aşınma cihazında bilye-disk (ball-on-disc) yöntemiyle farklı sıcaklıklarda (oda sıcaklığı, 150, 300 ve 450 °C) aşınma deneylerine tabi tutulmuştur.

Deneyler, 10 N yük altında, 0,3 m/s kayma hızında ve 8 mm çapındaki Al2O3 bilyeye karşı 1000 m aşındırılmak suretiyle yapılmıştır. Aşınma deneyinden sonra, aşınma izleri SEM’de incelenmiş ve fotoğrafları çekilmiştir. Aşınma izi içerisinde dikkat çeken önemli bölgelerden nokta analizleri alınarak aşınma özellikleri belirlenmeye çalışılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda bortemperleme ile küresel grafitli dökme demir yüzeyinde sert bir borür tabakası elde edilirken matrisin ösferritik yapıda oluşması sağlanmıştır. Bortemperleme işlemi ile küresel grafitli dökme demirin aşınma dayanımı tatmin edici şekilde artmıştır. Tüm ortam sıcaklıklarında döküm yapısına göre daha düşük aşınma hızı elde edilmiştir. Aşınma izlerinin SEM’de incelenmesi ile aşınmanın küresel grafitlerin etrafında başladığı görülmüştür. Grafit kürelerinin üzerinde bulunan kaplama tabakası tekrarlı yüklemelerle yorulup kırılmakta ve kırılan borür tabakası daha sonra abrasiv aşınmaya neden olabilmektedir.

In this paper, the effects of boro-tempering heat treatment at high temperature wear properties of ductile iron were investigated. In the case of boro-tempering, the samples were boronized in a solid medium containing commercial Ekabor®2 powder under atmospheric pressure at a temperature of 900 °C for 1, 3 and 5 h. This was followed by quenching in a molten salt bath at different temperatures of 250 °C, 300 °C, 350 °C, or 450 °C for 1 h. and finally, cooled down to room temperature in air. After the boro-tempering treatment, all samples were cleaned with water and dried. Boro-tempered samples were subjected to ball-on disc wear tests at the different ambient temperatures (room temperature, 150 °C, 300 °C and 450 °C). Alumina balls of 8 mm in diameter were used as an abrasive. The following conditions were chosen for wear tests; 10 N of load, 0.3 m/s of sliding speed and 1000 m of sliding distance. After the wear tests, wear tracks were examined by scanning electron microscopy (SEM) and EDX point analyses. Selected area of wear tracks were used for such analyses. Hard boride layer was produced on the surface of ductile iron by boro-tempering heat treatment while a matrix of ausferritic structure. Tribological tests indicated that boro-tempering treatment increased the wear resistance of ductile iron. Boro-tempered samples showed lower wear rate than that of as-cast ductile iron at all test temperatures. Worn surface examinations revealed that the wear started in the close vicinity of nodular graphite. As the coating layer on the graphite fractured under the alternating loading, resulting debris may cause abrasive wear.