4.3. Deneylerin Yapılması
4.4.1. Metalografik incelemelerin sonuçları 62
Metalografik olarak hazırlanan numuneler Zeiss marka optik mikroskobunda incelenmiştir. Borlama işleminde kullanılan C10E, C35E, EN-TS-C60E ve 41Cr4 malzemelerinin borlama öncesi mikroyapıları Şekil 4.3‟de verilmiştir.
(a) C10 (b) C35
50 m 50 m
(c) C60 (d) 41Cr4
Şekil 4.3 Deneylerde kullanılan numunelerin mikroyapı fotoğrafları (%2 Nital) Şekil 4.4-4.6‟da 850ºC‟de 2, 4, 6, 8 saat sürelerde borlama işlemine tabi tutulan C10, C35, C60 çelik numunelerin mikroyapı fotoğrafları verilmektedir.
(a) 2 saat (b) 4 saat
(c) 6 saat (d) 8 saat
Şekil 4.4 850ºC‟de borlanmış C10E malzemesinin mikroyapı fotoğrafları (%2 Nital)
50 m 50 m
50 m 50 m
50 m
50 m 50 m 50 m
(a) 2 saat (b) 4 saat
(c) 6 saat (d) 8 saat
Şekil 4.5 850ºC‟de borlanmış C35E malzemesinin mikroyapı fotoğrafları (%2 Nital) 850ºC‟de 2, 4, 6 ve 8 saat süreyle borlanmış numumunelerin mikroyapıları dikkatli incelendiğinde C35‟in borür tabasının, borlanmış C10 malzemesinin borür tabakasından süreye bağlı olarak daha kısa olduğu yani borür tabakasının azaldığı görülmektedir. Bunun yanında borür tabakasının hemen altında yer alan geçiş bölgesinin varlığıda en iyi şekilde, borlanmış C35 malzemelerinde tespit edilmektedir. Bu bölgede karbonun ve silisyum elementlerinin varlığından dolayı daha kaba taneli bir mikroyapı ortaya çıkmaktadır.
Ayrıca karbonun bu bölgedeki varlığından dolayı perlit tanelerinin büyüdüğü görülmektedir. Karbonun bu bölgeye geçmesinin sebebi borür yapısı içerisinde yüksek oranlarda bulunamaması ve bor tarafından matrise doğru itilmesidir. Bu sonuçlar literatürle uyumludur [1].
50 m 50 m
50 m
50 m
50 m
50 m
(a) 2 saat (b) 4 saat
(c) 6 saat (d) 8 saat
Şekil 4.6 850ºC‟de borlanmış C60E malzemesinin mikroyapı fotoğrafları (%2 Nital) Metalografik incelemeleri yapılmış diğer numunelerin görüntüleri Ekte Şekil B1-B5‟de verilmiştir.
4.4.2. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) inceleme sonuçları
Tarama elektron mikroskobu ile 950ºC‟de 4 ve 8 saat sürelerde borlanmış olan C10E, C35E, C60E ve 41Cr4 malzemelerinin ikincil elektron görüntüleri ve geri saçılan elektron görüntüleri verilmiştir. Yapılan incelemede tüm numunelerde Fe2B fazının yoğun miktarda oluştuğu buna rağmen FeB fazının çok düşük kalınlıklarda oluştuğu görülmüştür. Yapılan çalışma ile ilgili SEM mikrofotoğrafları Şekil 4.7-4.10‟da verilmektedir.
50 m 50 m
50 m 50 m
Şekil 4.7 950ºC‟de 4 saat süre ile borlanmış C10E malzemesinin SEM-BSE görüntüsü
Şekil 4.8 950ºC‟de 4 saat süre ile borlanmış C10E malzemesinin SEM-SE görüntüsü
Şekil 4.9 950ºC‟de 8 saat süre ile borlanmış C10E malzemesinin SEM-BSE görüntüsü
Şekil 4.10 950ºC‟de 8 saat süre ile borlanmış C10E malzemesinin SEM-SE görüntüsü
Borlanmış numunelere ait diğer SEM görüntüleri Ek Şekil B.6-B.13‟de verilmiştir.
Tüm metalografik ve elektron mikroskobu incelemeleri sonucunda deneylerde kullanılan borlama sıcaklıklarına ve borlama sürelerine bağlı olarak yüzeyde oluşan borür tabakalarının kalınlıkları mikrosertlik cihazında bulunan mikrometre yardımı ile 400 büyütmede m olarak ölçülmüştür. 850ºC, 950ºC ve 1050ºC sıcaklıklarda 2 ile 8 saat arasında borlama işlemine tabi tutulan C10E, C35E, C60E ve 41Cr4 malzemelerinin borür tabaka kalınlıklarının süreye bağlı olarak değişimleri Tablo 4.2., 4.3., 4.4. ve 4.5.‟de ve her bir malzemenin tabaka kalınlıklarındaki değişim, borlama sıcaklığı ve süresine bağlı olarak Ekte Şekil B.14-B.29‟da verilmektedir.
Tablo 4.2. C10E malzemesinin borlama süresi ve sıcaklığa bağlı olarak elde edilen borür tabaka kalınlıkları
Borlama Sıcaklığı (ºC) Borlama Süresi (saat) Tabaka Kalınlığı (m)
850
Borlama Sıcaklığı (ºC) Borlama Süresi (saat) Tabaka Kalınlığı (m)
850
Tablo 4.4. C60E malzemesinin borlama süresi ve sıcaklığa bağlı olarak elde edilen borür tabaka kalınlıkları
Borlama Sıcaklığı (ºC) Borlama Süresi (saat) Tabaka Kalınlığı (m)
850
Tablo 4.5. 41Cr4 malzemesinin borlama süresi ve sıcaklığa bağlı olarak elde edilen borür tabaka kalınlıkları
Borlama Sıcaklığı (ºC) Borlama Süresi (saat) Tabaka Kalınlığı (m)
850 bölgelerinde yapılan incelemeler ve ölçümlerde, borür tabaka kalınlığının kullanılan malzemenin alaşım elementi içeriğine, borlama sıcaklığına ve süreye bağlı olarak artış gösterdiği tesbit edilmiştir. Borlama işlemi difüzyon kontrollü bir proses olduğundan süre ve sıcaklığa bağlı olarak, tabaka kalınlığının artması beklenen bir sonuçtur[1,2]. Yapılan borlama işleminde borür tabaka kalınlıkları numunenin her tarafında homojen olarak oluşmasına rağmen borür kolonlarının boylarında farklılıkları göstermektedir. Bunun sebebi borca zenginleşen yüzeyden ana matrise doğru bir bor gradyanının oluşmasıdır[1]. Şekil 4.7 ve 4.10‟da SEM mikroyapı görüntülerinde borür tabakası boyunca kolonların boyutlarındaki değişikler açıkça görülmektedir. Tabaka kalınlıklarında meydana gelen değişimler borlama sıcaklığına ve %C miktarına bağlı olarak Şekil 4.11-4.17‟de verilmektedir. Şekil 4.11-4.17‟den
görüldüğü gibi sıcaklığa ve süreye bağlı olarak karbon oranının artışıyla tabaka kalınlıkları düşmektedir. Bunun nedeni karbonun borun difüzyonuna engel olmasıdır [1]. Yapılan literatür çalışmalarında, karbon oranının artması ile sıcaklık ve süreye bağlı olarak tabaka kalınlığının düştüğü görülmektedir [6,7].
Şekil 4.11 C10E malzemesinde borlama sıcaklığı ile borür tabaka kalınlığı ilişkisi
Şekil 4.12 C35E malzemesinde borlama sıcaklığı ile borür tabaka kalınlığı ilişkisi
0
800 850 900 950 1000 1050 1100
Borlama Sıcaklığı (ºC)
800 850 900 950 1000 1050 1100
Borlama Sıcaklığı (ºC)
0
800 850 900 950 1000 1050 1100
Borlama Sıcaklığı (ºC)
Şekil 4.13 C60E malzemesinde borlama sıcaklığı ile borür tabaka kalınlığı ilişkisi
0
800 850 900 950 1000 1050 1100
Borlama Sıcaklığı (ºC)
Şekil 4.14 41Cr4 malzemesinde borlama sıcaklığı ile borür tabaka kalınlığı ilişkisi Şekil 4.11-4.14‟den de görüldüğü gibi borlama süresi arttıkça borlama sıcaklığına bağlı olarak tabaka kalınlığındaki artış daha belirgin bir şekilde artmaktadır. Burada sıcaklığın etkisi de önemli olup özellikle yapılan borlama deneylerinde tabaka kalınlığındaki artış daha fazla olmaktadır. Şekil 4.15-4.17‟de malzemenin karbon miktarına bağlı olarak tabaka kalınlığındaki değişim borlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak verilmektedir. Şekillerden de görülebileceği gibi malzemedeki karbon miktarı arttıkça tabaka kalınlığı her malzemede düşüş göstermektedir. Bunun sebebi karbonun, bor difüzyonu için engel oluşturması ve difüzyonu yavaşlatmasıdır.
0 20 40 60 80 100
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
% C Miktarı Tabaka Kalınlığı (m)
850ºC-2h 850ºC-4h 850ºC-6h 850ºC-8h
Şekil 4.15 850ºC‟de borlanmış C10E-C35E-C60E malzemelerinde %C miktarına bağlı olarak tabaka kalınlığındaki değişim
Şekil 4.16 950ºC‟de borlanmış C10E-C35E-C60E malzemelerinde %C miktarına bağlı olarak tabaka kalınlığındaki değişim
0 40 80 120 160 200
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
% C Miktarı Tabaka Kalınlığı (m)
950ºC-2h 950ºC-4h 950ºC-6h 950ºC-8h
Şekil 4.17 1050ºC‟de borlanmış C10E-C35E-C60E malzemelerinde %C miktarına bağlı olarak tabaka kalınlığındaki değişim
4.4.3. X-IĢınları difraksiyon analizi sonuçları
Kaplama tabakasında oluşan fazları tespit etmek için x-ışınları difraksiyon analizi kullanılmıştır. 850ºC‟de 6 saat borlama işlemine tabi tutulan çelik numunelerin yüzeylerinde oluşan borür tabakalarındaki fazlar PHILIPS PW-3710 marka x-ışınları difraktometresi kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. Numunelere ait x-ışınları difraksiyon paternleri Şekil 4.18-4.21‟de verilmiştir.
Şekil 4.18 850ºC‟de 6 saat borlanmış C10E malzemesinin x-ışını difraksiyon paterni
0
Şekil 4.19 850ºC‟de 6 saat borlanmış C35E malzemesinin x-ışını difraksiyon paterni
Şekil 4.20 850ºC‟de 6 saat borlanmış C60E malzemesinin x-ışını difraksiyon paterni
Şekil 4.21 850ºC‟de 6 saat borlanmış 41Cr4 malzemesinin x-ışını difraksiyon paterni
0