Geri Dön

Dubleks yüzey işlemi uygulanmış AISI 5140 çeliğinin yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin belirlenmesi

The Determination of structural, mechanical and tribological properties of AISI 5140 steel applied duplex surface treatment

  1. Tez No: 105305
  2. Yazar: AKGÜN ALSARAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYHAN ÇELİK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Kalay, Kaplama, Taguchi yöntemi, Çelik-metal, İyon nitrürleme, Tin, Coating, Taguchi method, Steel-metal, Ion nitriding
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

ÖZET Yüzey işlemleri, malzeme yüzeyinde daha iyi fiziksel ve kimyasal özellikler sağlayarak, korozyon ve aşınma problemlerini gidermeyi amaçlar. Bu tür problemleri önleme yöntemlerinden biri olan dubleks yüzey işlemi, termokimyasal yüzey işlemi ile kaplama proseslerinin birleşimidir. Bu çalışmada, dubleks yüzey işlemi uygulanmış AISI 5140 çeliğinin optimum mekanik ve tribolojik özellikleri Taguchi yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Bu amaçla nitrürasyon işlemi ayrı, kaplama işlemi de ayrı düşünülmüştür. İlk aşamada, plazma ile nitrürasyon işlemini etkileyen parametreler; işlem sıcaklığı (400, 450, 500 ve 550°C), işlem süresi (1, 4, 8 ve 12 h) ve gaz karışım oranı (0.05, 0.33, 1 ve 3 N2/H2) olarak belirlenmiş ve Liö(4 ) ortogonal dizisi deney planı olarak seçilmiştir. Plazma ile nitrürlenen malzemede, performans karakteristikleri olarak, öncelik sırası ile maksimum yorulma dayanımı, maksimum yüzey sertliği, minimum beyaz tabaka kalınlığı ve maksimum difüzyon tabakası kalınlığı hedeflenmiştir. Bütün bu amaçlar birlikte değerlendirildiğinde optimum sonuçlar, 450°C işlem sıcaklığında, 0.05 N2/H2 gaz karışım oranında, 12 saatlik işlem süresinde elde edilmiştir. İkinci aşamada ise, plazma ile nitrürasyon sonucu elde edilen optimum sonuç üzerine TİN ince filmi CFUBMS (kapalı alanlı dengesiz magnetron saçılma) tekniği ile kaplanmıştır. Kaplama işlemini etkileyen parametreler olarak; boşalma akımı (4, 6 ve 8 A), taban malzeme gerilimi (30, 50 ve 70 V), kaplama basıncı (0.5, 1 ve 3 mtorr) ve taban malzemesi türü (nitrürlenmiş, nitrürleme sonrası mekanik parlatma ve alumina ile parlatma + H2 saçılma yapılmış) belirlenmiş ve Lg(34) ortogonal dizisi deney planı olarak seçilmiştir. Dubleks yüzey işlemi sonucu, performans karakteristikleri olarak, öncelik sırasına göre tribolojik özelliklerin (minimum aşınma oranı ve minimum sürtünme katsayısı) ve kaplama sertliğinin maksimum yapılması hedeflenmiştir. Belirlenen hedeflere göre optimum sonuçlar 4 A akımda, 70 V gerilimde, 3 mtorr çalışma basıncında ve alumina ile parlatılıp H2 saçılma işlemi uygulanan numunelerde tespit edilmiştir. Ayrıca, kaplama ile taban malzeme arasındaki adezyon ve yüzey pürüzlülüğü belirlenmiş ve yapısal özellikler X-ray difraksiyon, SEM (taramalı elektron mikroskobu), EDS (enerji dağılımı spekrometresi) ve optik mikroskop vasıtasıyla incelenmiştir.

Özet (Çeviri)

SUMMARY Surface treatment aims to reduce the corrosion and wear problems of materials by providing better physical and chemical properties on material surface. One of the methods to remove such problems is duplex surface treatment which consists of termochemical surface treatment and coating processes. In this study, the optimum mechanical and tribological properties of AISI 5140 for which duplex treatment was applied, were determined by using Taguchi method. For this reason, nitriding and coating processes were considered separately. In the first stage, the parameters effecting plasma nitriding process were determined as process temperature (400, 450, 500 and 550°C), process time (1, 4, 8 and 12 h) and gas mixture ratio (0.05, 0.33, 1, 3 N2/H2), and the experiment plan was selected as Li6(45) orthogonal array. The performance characteristics in the plasma nitrided materials were investigated in precedence order as maximum fatigue strength, maximum surface hardness, minimum compound layer thickness and maximum diffusion layer thickness. When all these goals were considered together, the optimum results were obtained at 450°C temperature, for 12 h process time and 0.05 N2/H2 gas mixture ratio. In the second stage, TiN thin film was coated by CFUBMS (closed field unbalance magnetron sputtering) technique, based on the optimum results obtained after plasma nitriding. The current (4, 6 and 8 A), substrate voltage (30, 50 and 70), coating pressure (0.5, 1 and 3 mtorr) and the type of substrate (nitrided, mechanic polished and polished by using alumina+H2 sputtered after nitriding) were determined as the parameters effecting the coating process and the experiment was selected as Lg(34) ortogonal array. As a result of duplex surface treatment, tribolojik properties (minimum wear rate and minimum friction coefficient) and coating hardness were selected in precedence as performance characteristic to be maximized. The optimum results according to the determined goals were obtained at 4 A current, 70 V voltage, 3 mtorr coating pressure for specimens polished by using alumina+H2 sputtered. Besides, adhesion between coating and substrate, and the surface roughness were determined, and the structural properties were examined using X-Ray diffraction, SEM (scanning electron microscopy), EDS (electron dispersive spectrometry) and optic microscopy.

Geri Dön