Borlanmış AISI 5140 ve AISI 420 çeliklerinin difüzyon ve adhezyon davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada AISI 5140 ve AISI 420 çelikleri 1123, 1173 ve 1223 K sıcaklıklarında2,4 ve 6 saat süreyle kutu borlama yöntemi ile borlanmıştır. Deneyler sonucunda, çelik yüzeylerinde oluşan borür tabakalarının morfolojisi optik mikroskobu ile incelenmiştir. Sertlik değerleri, mikro-sertlik cihazı ile ölçülmüş ve tabaka üzerinde oluşturulan fazlar XRD yöntemi ile belirlenmiştir. XRD analizinde FeB, Fe2B, CrB ve MnB fazlarının borür tabakasının üzerinde oluştuğu görülmüştür. Sonuç olarak, borlanmış çeliklerde elde edilen borür tabakasının kalınlık değerleri, borlama süresi ve sıcaklığın artmasıyla artığı görülmüştür. Buna ek olarak, borür tabakasının kalınlık değerleri çeliklerin kimyasal bileşimine bağlı olarak değişmiştir. AISI 5140 ve AISI 420 çeliklerin orijinal sertlik değerleri, sırasıyla 265 HV0,05 ve 340 HV0,05 iken, borlama işlemi sonucunda, 1843 HV0,05 ve 1972 HV0,05 kadar artığı görülmüştür. AISI 5140 ve AISI 420 çelikler üzerindeki borür tabakasının oluşturulup, borür tabakasının kalınlığı ve büyüme kinetikleri incelenmiştir. Borlanmış AISI 5140 çelik ve AISI 420 çeliklerinin aktivasyon enerjileri, sırasıyla (Q) 194, 951 ve 206,161 kJ/mol, olarak tespit edilmiştir. Borür tabakasının yapışma özelliklerini Daimler-Benz Rockwell-C adhezyon yöntemi ile analiz edilmiştir. Adhezyon test sonuçlarına göre, borür tabakasının yapışma direnci ile borlama sıcaklığı ve borlama süresinin artışı ile azalmıştır.

In this study, AISI 5140 steel and AISI 420 stainless steel were pack borided at 1123, 1173 and 1223 K for retention times of 2, 4 and 6 h. The morphology of the boride layers formed on the steel surfaces as a result of the experiments was investigated by optical microscopy. The hardness values were measured by a micro-hardness device and the phases formed on the layer were determined by the XRD method. The XRD analysis revealed that FeB, Fe2B, CrB and MnB phases had formed on the boride layer. The results indicate that the boride layer thickness in all the steel samples had an incres as a function of incresing boriding time and temperature. In addition, the boride layer thickness values changed depending on the chemical composition of the steels. While the original hardness values of AISI 5140 and AISI 420 steels were 265 HV0,05 and 340 HV0,05 respectively, as a result of boriding, they increased up to 1843 HV0,05 and 1972 HV0,05. Activation energies (Q) of borided AISI 5140 steel and AISI 420 stainless steel used in the current study were determined as 194.951 and 206.161 kJ/mol, respectively. The growth kinetics of the boride layers forming on the AISI 5140 steel and AISI 420 steels and thickness of boride layers were also investigated. The adhesion properties of the boride layer were analyzed by performing the Daimler-Benz Rockwell-C adhesion method. According to the adhesion test results, the adhesion resistance of the boride layer decreased with the increase in the boriding temperature and time.