Bilyalı dövme ve temperleme işlemlerinin vanadis 4E çeliğinde borlama difüzyon mekanizması tribolojik davranış üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of shot peening and tempering processes on the boriding diffusion mechanism and tribological behavior of vanadis 4E steel
- Tez No: 1003034
- Danışmanlar: PROF. DR. NURŞEN SAKLAKOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Farklı endüstrilerde kullanılan soğuk dövme ve ekstrüzyon kalıpları, yüksek temas basıncı ve yoğun sürtünme koşulları altında çalıştıklarından dolayı ciddi yüzey hasarlarına ve aşınmaya maruz kalmaktadır. Bu durum, kalıp ömrünün sınırlanmasına ve üretim maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır. Bu bağlamda, kalıp malzemelerinin yüzey mühendisliği yöntemleriyle iyileştirilmesi kritik önem taşımaktadır. Bu çalışmada, yüksek alaşımlı ve yüksek karbonlu bir toz metalürjisi soğuk iş takım çeliği olan Vanadis 4E (V4E) çeliğinde, borlama işleminin etkinliğini artırmak amacıyla mekanik yüzey ön işlemi olarak bilyalı dövme uygulanmış ve borlama sonrası temperleme işlemlerinin mikroyapısal kararlılık ve mekanik performans üzerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Yüksek alaşım içeriği nedeniyle bor difüzyonunun sınırlı olduğu bu çelikte, bilyalı dövme işlemi ile dislokasyon yoğunluğu ve tane sınırı yoğunluğu artırılarak bor atomları için kısa devre difüzyon yollarının oluşturulması hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalarda, V4E çeliği üzerine borlama işlemi yapılmış ardından 500 °C ve 600 °C sıcaklıklarda çift temperleme uygulanarak borür tabaka kararlılığı ve çekirdek mikroyapısı optimize edilmiştir. Ayrıca ısıl işlem uygulanmış V4E çeliği üzerine bor difüzyonunu artırabilmek için farklı yüzey doygunluk oranlarında bilyalı dövme işlemi uygulanmış; bunun üzerine borlama işlemi yapılmıştır. Numuneler taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını difraksiyonu (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), mikrosertlik ölçümleri ve yüksek sıcaklıkta ve oda sıcaklığında aşınma testleri ile karakterize edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, bilyalı dövme ön işleminin borür tabaka kalınlığını ve faz homojenliğini belirgin şekilde artırdığını, uygun temperleme sıcaklığının ise hem borür tabakanın mekanik bütünlüğünü hem de çekirdek sertliğini iyileştirerek aşınma direncini maksimize ettiğini göstermiştir. Özellikle orta seviyede bilyalı dövme şiddeti uygulanan numunelerde, bor difüzyon kinetiği ile mikroyapısal kararlılık arasında optimum bir denge elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Cold forging and extrusion dies operate under extremely high contact pressures and severe frictional conditions, which lead to significant surface damage and wear. This results in a limited service life of the dies and increased production costs. Therefore, improving the surface performance of die materials through advanced surface engineering techniques is of critical importance. In this study, the effectiveness of boriding treatment applied to Vanadis 4 Extra (V4E) steel—a high-alloy, high-carbon powder metallurgy cold-work tool steel—was enhanced through mechanical surface pre-treatment via shot peening. Furthermore, the influence of post-boriding tempering treatments on microstructural stability and mechanical performance was systematically investigated. Due to the high alloy content of V4E steel, boron diffusion is inherently restricted. Therefore, shot peening was employed to increase dislocation density and grain boundary density, thereby generating short-circuit diffusion paths for boron atoms. In the experimental procedure, boriding was applied to V4E steel, followed by double tempering at 500 °C and 600 °C to optimize boride layer stability and core microstructure. In addition, different surface saturation levels of shot peening were applied to heat-treated V4E steel in order to further enhance boron diffusion prior to boriding. The specimens were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), microhardness measurements, and wear tests conducted at both room temperature and elevated temperature. The results demonstrate that the shot peening pre-treatment significantly increases boride layer thickness and phase homogeneity. Moreover, the appropriate tempering temperature improves both the mechanical integrity of the boride layer and the core hardness, thereby maximizing wear resistance. Particularly, specimens subjected to moderate shot peening intensity exhibited an optimal balance between boron diffusion kinetics and microstructural stability.
Benzer Tezler
- Yaprak yay yapımında kullanılan 35 Cr4 çeliğinin fretting yorulma davranışının araştırılması
Başlık çevirisi yok
AHMET HASÇALIK
Doktora
Türkçe
1998
Eğitim ve ÖğretimFırat ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA AKSOY
- Plazma ile polimer kaplanmış metalik malzemelerin bazı (tribolojik) özelliklerinin araştırılması
Investigation of some (tribological) properties of metalic materials polymer coated with plasma
HATİCE VAROL ÖZKAVAK
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAHİT KURBANOĞLU
- Bilyalı dövme ve kriyojenik işlem uygulanmış inconel 718 alaşımının aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of wear behavior of inconel 718 with shot peening and cryogenic treatment
ÖVÜNÇ ÇELİKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mühendislik BilimleriEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ULUTAN
- Inconel 718 nikel alaşımının bilyalı dövme ve erozif aşınma davranışlarının incelenmesi
Investigation of the shot peening and erosive wear behavior of inconel 718 nickel alloy
ALİ ÇULHA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Havacılık ve Uzay MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiHavacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN FİDAN
- Bilyalı dövme ve plazma nitrürleme işlemlerinin R260 ray çeliğinin yüzey özellikleri ve aşınma davranışına etkisi
Effect of shot peening and plasma nitriding processes on the surface properties and wear behavior of R260 rail steel
AHMET DEVECİ
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HARUN MİNDİVAN