PLAZMA NİTRÜRLENMİŞ KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPI, MEKANİK VE TRİBOLOJİK ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2008
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: KEMAL YILDIZLI
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Mehmet Baki KARAMIŞ
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, plazma nitrürlenmiş ferritik, perlitik ve martenzitik iç yapılı küresel grafitli dökme demirlerin (KGDD), mikroyapı, mekanik ve tribolojik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.Tezde, sadece plazma nitrürlenmiş KGDD'nin mikroyapı, mekanik ve tribolojik özelliklerini ön plana çıkartacak deneysel araştırma sonuçlarına ulaşmak amaçlanmamıştır. Aynı zamanda, hem KGDD'nin hem de demir esaslı makine yapım parçalarını nitrürleyebilecek niteliğe haiz endüstriyel boyutta ve DPT projesi ile kurulan bir plazma nitrürleme ünitesinin modernize edilerek işlevsel hale getirilmesi ve temel tasarım ilkelerinin belirlenmesi de hedef alınmıştır.Nitrürlenen numunelerin mikroyapısal değişimler ve yüzey altı azot dağılımı belirlenmiştir. KGDD'de plazma nitrürleme işlemi sonrası geçiş bölgesini temsil eden morfolojik bir değişime rastlanılamamıştır. Çalışılan nitrürleme süreleri için beyaz tabaka kalınlığının, ortalama 5 mikron-15 ?m arasında kaldığı gözlenmiştir. Oluşan beyaz tabaka kalınlığının nitrürleme süresi ile artışı ile 9 saate kadar arttığı daha sonra azaldığı görülmüştür. Beyaz tabakanın, ortalama 750 HV sertlikte, ?-Fe2-3N ve ?-Fe4N fazlarından ibaret olduğu saptanmıştır.KGDD üretimi sonrası kesitte ortalama 230 HV olarak tespit edilen sertlik değerinin % 10 yukarısı baz alınarak, belirlenen etkili sertlik derinliğinin, nitrürleme süresi ile yakından ilişkili olduğu ve 0.1-0.5 mm aralığında arttığı gözlenmiştir. Bunun sebebi nitrürleme süresi ve sıcaklığının artışı ile azotun difüzyon derinliğinin artmasıdır. Azot yüzdesi (ağırlıkça), yüzeyden itibaren azalmış ve etkili sertlik derinliğinin bittiği bölgelerde hiç tespit edilememiş ya da eser miktarda (% 0.1) rastlanmıştır.Plazma nitrürlenmiş küresel grafitli dökme demirin bazı mekanik özelliklerini belirlemek için wöhler test parçaları, standard çekme ve çentik darbe deney numuneleri hazırlanmıştır. KGDD'nin yorulma dayanımları, wöhler eğrileri çizilerek, nitrürlenmiş, ısıl işlem görmüş ve döküm haldeki şartlar için belirlenmiştir. İndüksiyonla sertleştirilmiş ve plazma nitrürlenmiş KGDD numunelerin yorulma mukavemeti ve dayanım sınırları daha yüksek bulunmuştur. Çekme dayanımları karşılaştırıldığında ise, indüksiyonla sertleştirilmiş KGDD, en yüksek çekme dayanımına sahip bulunurken, plazma nitrürleme şartlarında çekme dayanımının nitrürleme sıcaklığı ve süresinin artışıyla, azaldığı gözlenmiştir. Bunun nedeni, indüksiyonla sertleştirme işlemi sonrası, KGDD matriste kalan iç gerilmenin, ardından yapılan plazma nitrürleme işleminin temperleme etkisi nedeni ile azalmasıdır. Döküm haldeki KGDD'nin darbe enerjisi (2.5 Joule) olarak belirlenirken, ferritize edilmiş KGDD numunelerde bu değer 3-4 kat daha yüksek bulunmuştur. Nitrürleme işlemi, özellikle perlitik ve martenzitik bünyeli KGDD'lerin tokluğunda yaklaşık 2 kat artış meydana getirmiştir.Nitrürlenmemiş numune yüzeyindeki grafit fazları, yüzey deformasyonu sonucu adhezyon mekanizması ile karşı disk yüzeyine sıvanmış ve arayüzeyde katı yağlayıcı etki yaptığı belirlenmiştir. Plazma nitrürleme işleminin, aşınma esnasında KGDD yüzeyin plastik deformasyonunu engellediği görülmüştür. Bunun sonucu olarak grafit tanelerinin deformasyonu zorlaşmış ve aşınma mekanizması adhezyondan tribooksidasyona kaymıştır. KGDD yüzeyindeki grafit fazları, yüzeye biriktirilecek nitrür, borür veya ince seramik filmler için iyi bir tutunma yüzeyi oluşturmaz ve bu tür tabakaları kesintiye uğratır. KGDD yüzey modifikasyonu, maliyetli optik yöntemler kullanmak yerine, döküm sırasında çillendirme, indüksiyonla sertleştirme ve tungsten inert gaz teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, çil döküm yöntemi ve TIG yüzey işlemi, yüzeyde yer alan grafit fazlarının giderilmesinde büyük ölçüde başarılı olmuştur.