High temperature wear performance of alloyed and carbide reinforced stellite 12 coatings
Alaşımlandırılmış ve karbür takviyeli stellite 12 kaplamaların yüksek sıcaklıkta aşınma davranışı
- Tez No: 419059
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU, DOÇ. DR. ERDEM ATAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 164
Özet
Adhesif, abrazif veya korozif ortamlar ile temas halinde olan yüzeylerin aşınma direnci ve sertliklerini arttırmak konusunda artan ilgi, koruyucu kaplamalar oluşturmak için çeşitli yöntemlerin gelişimine ilham kaynağı olmuştur. Plasma Transferred Arc (PTA) kaynak işlemi yüksek enerji yoğunluğu, yüksek çökelme hızı ve düşük ısı girişi sayesinde, çok çeşitli metal tabanlı malzemelerin üzerine erimiş bağlantı ile kalın metalik kaplamalar üretilmesine olanak sağlayan yeni bir kaplama yöntemidir. PTA kaynak yönteminde, çok-bileşenli sert dolgu alaşımları (Co-, Ni- veya Fe-esaslı alaşımlar) nispeten yumuşak malzemelerin yüzeyleri üzerinde kaplana bilir. Diğer Ni- ve Fe- esaslı sert kaplama alaşımları ile karşılaştırıldığında, Co-esaslı sert kaplama alaşımları havacılık, gaz türbinleri, enerji santralleri, kimya ve petrokimya sanayinde kullanılan parçaların aşınma, korozyon ve ısı direnci özelliklerinin iyi bir kombinasyonunu gerektiren bileşenlerin korunması için uygundur. Stellite alaşımı, en popüler kobalt esaslı sert kaplama grubu, yüksek sertlik ve mukavemet, üstün adhesif ve abrasif aşınma direnci ve mükemmel kavitasyon-erozyon direnci gibi mekanik ve tribolojik özelliklerin benzersiz bir bileşimini gösterir. Stellite alaşımında temel unsur olan krom ağırlıkça %20-30 aralığında korozyon direncini arttırmak, Cr-zengin karbürleri oluşturmak ve katı çözelti güçlendirmesi için ilave edilir. Ayrıca, tungsten veya molibden ve bir miktar (ağırlıkça < %3) karbon da ihtiva edebilir. Stellite alaşımlarının mekanik ve tribolojik özelliklerinin çoğu, kobaltın doğal kristalografisinden, krom, tungsten ve molibdenin katı çözelti sertleştirme etkisinden ve karbür veya intermetalik bileşenlerin oluşmasından ortaya çıkmaktadır. Stellite sert kaplama alaşımları arasında, nominal bileşimi ağırlıkça % Co–29.5Cr–8.5W–1.65C olan Stellite 12, yağlanmamış çalışma koşulları altında 700 °C'ye kadar iyi bir aşınma ve oksidasyon direncine sahip olduğundan farklı uygulamalar için oldukça çekicidir. Stellite alaşımların başarısına rağmen, servis ömrünün ve yüksek yükler ve/veya sıcaklıklar altında performansının daha da artması amacıyla özelliklerini daha da geliştirmek için bazı girişimlerde bulunulmuştur. Bu bağlamda, alaşım elementleri ve takviye parçacıkların eklenmesinin Stellite 6 ve düşük karbonlu Stellite alaşımının sürtünme ve abrasif aşınma davranışı üzerindeki etkisi oda sıcaklığında incelenmiş ve ümit verici gelişmeler bildirilmiştir. Fakat eklenen alaşımların ve sert parçacıklarla güçlendirilmiş Stellite 12 kaplamaların yüksek sıcaklıklardaki tribolojik davranışı hakkında bilgi eksikliği bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta Stellite 12 kaplamaların aşınma davranışına molibden ve nikel alaşım elementlerinin ve ayrıca WC/W2C, TiC ve Cr7C3 takviye sert parçacıkların ilave etkisini araştırmaktır. Stellite 12 tozu Mo, Ni tozları ve WC/W2C, TiC ve Cr7C3 parçacıklar ile besleme malzemeleri yapmak için ayrı ayrı karıştırılmıştır ve daha sonra tek bir tabaka halinde ve sabit kaplama şartlarında PTA kaynak makinesi kullanılarak AISI 4140 çelik üzerine kaplanmıştır. Mo, Ni ağırlıkça % 2, 6 ve 10, WC/W2C, TiC ve Cr7C3 hacimce %2, 6 ve 10 oranlarında eklenmiştir. Kaplamaların mikroyapı ve faz analizleri X-ışınları kırınımı ve alan-emisyonlu taramalı elektron mikroskobu ve ona bağlı enerji dağılımlı X-ışınları spektrometresi ile incelenmiştir. Vickers sertlik ölçümleri incelenen kaplama yüzeyi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, derinlik algılama girinti testi Mo ve Ni ekli numunelerin matrisleri üzerinde yapılmıştır. Kaplamaların kuru ortamda sürtünmeli aşınma davranışı ball-on-disc tipi tribometre ile alümina top sürtünmesi kullanılarak 3 N'luk yük altında sırasıyla oda sıcaklığında, 300, 500 ve 700 ºC'de incelenmiştir. Sürtünme hızı ve mesafesi sırasıyla 0,1 m/s ve 500 m' de sabit tutulmuştur. Test numunelerinin aşınma mekanizmasını anlamak için aşınmış yüzeyler EDS donanımlı SFEG SEM ve Raman spektrometresi ile incelenmiştir. PTA yöntemi ile kaplanan Stellite 12'nin mikroyapısal analizi, primer α-Co katı çözelti dentritik matriks içine gömülü kromca zengin karbürler, Co/W zengin kompleks karbürler ve intermetaliklerin oluşturduğu bir kaplamayı göstermiştir. Ağırlıkça %10' a kadar Mo eklenmesiyle PTA yöntemi ile yüzeyde oluşturulan Stellite 12 kaplamaların farklı katılaşma karakteristikleri mikro yapıda değişikliğe neden olurken Co/Mo-zengin kompleks karbür ve intermetalik bileşenlerin hacimsel oranı artmış ve Cr7C3 oluşması önlenmiştir. Tungsten'e göre atomik ağırlığı daha hafif ve atomik boyutu daha küçük olan molibden ayrıca ergime havuzundaki karbon içeriğinin tükenmesi ve Mo içeriğinin artması mikroyapı içinde Cr7C3 yerine Co/Mo-zengin bileşikler ve Cr23C6' nın oluşumunu teşvik eden kritik bir rol oynamaktadır. Co/Mo-zengin kompleks karbür ve intermetalik bileşiklerin hacimsel oranının artması ve matrix içinde çözünen Mo'nin katı çözelti sertleştirme etkisi, Stellite 12 kaplamaların sertlik değerlerinin ağırlıkça %10' a kadar Mo ilavesi ile 490 ± 10 HV2'den 621±8 HV2'ye artmasına katkı sağlamıştır. Mikro yapısal analizler göstermiştir ki, Stellite 12 içine eklenen Ni, Co-zengin katı çözelti matrix içinde mikro yapısal bileşenlerin türünü değiştirmeden tamamen çözünmüştür. Ni elementinin eklenmesi ile α-Co fazının kararlılığı artmış ve oda sıcaklığında mikro yapıdaki hacimsel oranı yükselmiştir ki bu durum incelenen kaplamanın sertliğinde bir azalmaya sebep olmuştur. Ni içeriğinin ağırlıkça %10'a kadar yükselmesi ile sertlik değerleri 490±10 HV2'den 458±5 HV2' ye düşmüştür. Stellite 12 kaplamaların nikel ilavesi ile dayanımının zayıflaması nedeni katı çözelti matrisinin mekanik yükler altındaki matriks deformasyonu FCC→HCP martensitik faz dönüşümü yerine ikizlenme veya kayma ile gerçekleşmesi olabilir. Ayrıca Ni eklenmiş kaplamalarda geliştirilen Cr zengin karbürler ve Co/W zengin intermetalik bileşiklerin düşük hacimsel oranı, sertliğin düşmesine yol açar. PTA kaplama işlemi sırasında WC/W2C parçacıkların tamamen veya kısmen ergimesi ve ergitme havuzu içindeki W ve C zenginleştirmesi yapı içinde daha fazla Co/W zengin kompleks karbürlerin (Co3W3C ve Co6W6C) ve intermetalik (Co3W) bileşiklerin geliştirilmesi hem de Co zengin katı çözelti matriks içinde W' ın çözünmesi ile sonuçlanmıştır. Buna ek olarak, eriyik havuzu içinde kısmen ergimiş WC/W2C parçacıkları dentritik matrisin çekirdeklenme ve katılaşma patternlerindeki değişikliklerden dolayı ötektik bileşiklerin gelişimine katkı sağlar. Stellite 12+WC/W2C kaplamaların mikroyapısında bulunan Cr zengin karbürlere ek oarak Co/W bakımından daha zengin bileşiğin üretimi sertliğin yükselerek hacimce %10 WC/W2C içeren Stellite 12 kaplamalarda 642±5 HV2'ye kadar ulaşmasına katkıda bulunmuştur. Mikroyapısal araştırmalar, Stellite 12 içerisine TiC eklendiğinde kaplamanın temel dendritik matris ve ötektik katılaşma özelliklerinin hemen hemen aynı şekilde korunduğunu fakat katılaşma sırasında oluşan bileşenlerin hacimsel oranlarının değiştiğini göstermiştir. Kobalt esaslı alaşımlar içindeki TiC' ün yüksek termal kararlılığı ve çok sınırlı çözünürlüğü nedeniyle, PTA işlemi sırasında eriyik havuzu içinde kolayca ayrışmaz ve çözünmez. Eriyik havuzu içinde çözünmeyen TiC parçacıkları katılaşma sırasında ötektik bileşenlerin çekirdeklenmesi için uygun bir yer görevi görür, bu nedenle, dentritik matrisin arıtılmasına ve yapı içerisinde daha fazla ötektik bileşenin gelişimine katkı sağlayarak TiC içeren kaplamaların sertlik değerlerinin artmasına sebep olur. Stellite 12+Cr7C3 kaplamalara ait mikroyapısal araştırmalar göstermektedir ki, düşük ergime sıcaklığı nedeniyle Stellite 12 eriyik havuzu içerisinde bütün Cr7C3 parçacıkları tamamen eriyerek çözünmüştür. Cr ve C ile zenginleştirilen eriyik havuzu mikroyapı içindeki Cr7C3 ve Cr23C6 oluşumuna katkı sağlamaktadır. Cr bakımından daha zengin karbürlerin oluşumu Stellite 12+Cr7C3 kaplamaların sertliğini arttırmaktadır ve hacimce %10' luk Cr7C3 eklenmesiyle sertlik 636±6 HV2' ye ulaşmaktadır. Oda sıcaklığında ve 300 °C' de aşınmış kaplama yüzeylerinden alınan SEM mikrograflarında aşınma ilerleyişinde plastik deformasyonun dominant olduğu belirlenmiştir. Oda sıcaklığında aşınan kaplama yüzeyi, periyodik sürtünme sonucunda biriken plastik deformasyon ile karakterize edilmiştir. 300°C' de kayma hareketi yapan Al2O3 bilye kaplamalar üzerindeki aşınmış yüzey üzerinde hareket yönünde hizalanan çizgiler boyunca plastik deformasyona maruz kalmıştır. Sertlik, oda sıcaklığında ve orta dereceli sıcaklıklarda Stellite alaşımlarının tribolojik performansı üzerinde kritik bir rol oynadığından, oda sıcaklığında ve 300 °C'deki Stellite 12+Mo, Stellite 12+WC/W2C, Stellite 12+TiC ve Stellite 12+Cr7C3 kaplamaların aşınma direncinin artışı, güçlendirici parçacıkların veya alaşım elementlerinin eklenmesi ile ötektik karbürlerin ve/veya intermetalik bileşenlerin oluşması ve hacimsel oranındaki artış şeklinde açıklanabilir. Ayrıca aşınma testi sırasında temas yüzeyinde kobalt zengin katı çözelti matrisinin işleme esnasında sertleşmesi oda sıcaklığındaki aşınma direncine katkıda bulunur. Uygulama sıcaklığının oda sıcaklığından 300 °C' ye yükselmesi ile incelenen kaplamanın aşınma direncinde dikkat çekici bir düşüş gözlemlenmiştir Bu durum, işleme sertleşmesi hızı ve mekanik sertliğin azalması ve/veya aşınma yüzeyi üzerindeki ince oksit tabakasının kolay tahribatı ile bağlantılı olabilir. Stellite 12'ye Ni'in eklenmesi oda sıcaklığında ve 300 °C'de incelenen kaplamaların aşınma kayıplarını arttırmıştır. Ni içeren numunelerdeki aşınma direncindeki azalma, işleme sertleşmesi hızı, sertlik ve mikroyapı içindeki sert ötektik karbürler veya intermetalik bileşenlerin hacimsel oranının azalması ile açıklanabilir. Oksidasyon mekanizması, kaplamaların temel aşınma mekanizması olarak 500 ve 700 °C'de tanımlanmıştır. SEM analizleri göstermiştir ki yüksek sıcaklıkta aşınma yüzeyleri üzerinde sürekli ve koruyucu oksit film oluşumu alümina bilye ve sürtünme yüzeyinin direkt temasını azaltarak 300 °C'deki aşınma direncini iyileştirmiştir. 500 ve 700 ° C de Stellite 12 kaplamanın Raman spektroskopisi sinyalleri sırasıyla CoO ve Co3O4 ve Cr2O3'e karşılık gelmiştir. Cr2O3'ün iyi tribolojik karakteristiği uygulama sıcaklığı 500 °C'den 700 °C'ye çıktığında aşınma izinin azalmasına sebep olmaktadır. Dominant oksidasyon mekanizması altında Stellite 12+Mo kaplamalar Stellite 12 kaplamalara göre daha iyi bir aşınma direnci sergilemişlerdir. Stellite 12 kaplamalara Mo eklenmesi ile 500 ve 700 °C'de sırasıyla istenilen Cr2O3 ve CoMoO4 oluşmuştur. Cr2O3 ve CoMoO4 oluşumu, katı çözelti matris içindeki Mo'nun çözünmesine ve mikroyapı içinde daha fazla Cr23C6'nın oluşmasına katkı sağlamış olabilir. Uygulama sıcaklığının 500' den 700 °C' yükselmesi kaplamaların aşınma kaybında bir azalmaya yol açmıştır. Koruyucu ve kaygan bir doğaya sahip olan CoMoO4 kompleks oksidi, molibden içeren Stellite 12 kaplamaların 700 °C'deki aşınma kaybını önemli ölçüde azaltmıştır. Stellite 12 kaplamalara Ni'in eklenmesi, 500 ve 700 °C'de işlem gören kaplamaların aşınma kaybı üzerinde önemli bir değişime sebep olmamıştır. Ayrıca, yüksek sıcaklık uygulamalarında artan Ni içeriğinin aşınma yüzeyi üzerindeki oksit filmlerin gelişmesine yardımcı olsa da sertliğin düşmesine ve buna karşın bilye altındaki zonun plastik deformasyonunun artmasına ve yüzey üzerinde oluşan oksit filmlerin kırılarak kaldırılmasına neden olmaktadır. Stellite 12 içerisine katkılanan WC/W2C'nin 500 and 700 °C' deki aşınma testi sonuçları aşınma direncinin arttığını göstermiştir. 500 °C'de incelenen kaplamaların aşınma yüzeyi üzerinde oluşan oksit film temel olarak Co3O4, Cr2O3 ve ayrıca WO3'ten oluşmaktadır. Cr bakımından zengin katı çözelti matris içinde çözünün W atomu aşınma yüzeyi üzerindeki koruyucu Cr2O3 ve WO3'ün gelişimine katkı sağlamıştır. 500°C'deki uygulama sıcaklığı ile karşılaştırıldığında, 700 °C'de yapılan aşınma testlerine, aşınma kaybının azalmasında önemli bir rol oynayan aşınma yüzeyi üzerindeki CoWO4 kompleks oksidinin oluşumu eşlik etmiştir. 700 °C'de WC/W2C takviye partiküllerin oksidasyon ve buharlaşması sonucu sürtünmeli aşınma boyunca partiküllerin ayrışmasına ve parçalanmasına sebep olduğu unutulmamalıdır. Hacimce %2 ve %6 oranında TiC ekli Stellite 12+TiC 500 °C'deki aşınma direncini arttırmasına karşın, Stellite 12 ve Stellite 12+hac.% 10 TiC kaplamalarla yapılan incelemede kayda değer bir aşınma kaybı gözlemlenmemiştir. Hacimce %10'a kadar TiC eklenmesi Stellite 12 kaplamaların 700 °C'deki aşınma direncini azaltırken aşınma kaybı 2 katına çıkmıştır. 500 and 700 °C' de işlem gören Stellite 12+ hac.% 10 TiC kaplamaların aşınma yüzeyleri üzerinde oluşan oksit film CoO ve Co3O4'ten oluşmuştur. Hacimce %2 ve 6 TiC içeren kaplamaların daha yüksek sertliği, sürtünen bilye altındaki bölgenin plastic deformasyonunu azaltmak ve aşınma yüzeyi üzerinde oluşan oksit filmin kırılarak ayrılmasını engellemekte faydalı olmuştur. Bununla birlikte, Stellite 12+ hac.% 10 TiC durumunda oluşan daha fazla Cr bakımından zengin karbürlerin ve Co bakımından zengin katı çözelti matrisinin hacimsel oranının azalması aşınma yüzeyi üzerindeki sürekli koruyucu CoO filmin gelişimini engellemektedir. Ayrıca, daha fazla Cr bakımından zengin karbürlerin oluşumu yüzünden, krom atomları dentritik katı çözelti matrisinden yüzeye serbest bir şekilde taşınır ve 700°C'de sürekli bir Cr2O3 tabakası oluşturursa, beklenildiği gibi fazla korumacılık sağlamaz. Bu nedenle, Stelite 12 içerisine daha fazla TiC katkılanması 700 °C'deki aşınma direncinin azalmasına sebep olmuştur. 500 ve 700 °C'de yapılan test sonuçlarına göre, hacimce %10'a kadar eklenen Cr7C3 partiküllerin incelenen kaplamaların aşınma kaybını arttırdığı sonucuna varılmıştır. Hac.% 10 Cr7C3' eklenmesi ile 500 °C'deki aşınma kaybı önemli ölçüde artmıştır ve Stellite 12+Cr7C3 kaplamalar Stellite 12 kaplamalara göre 700 °C'de daha kötü bir aşınma performansı sergilemiştir. 500 ve 700 °C aşınma deneylerinde aşınan yüzeylerde yeterli CoO ve Cr2O3 oluşmaması aşınmanın bu derece yüksek olmasının ana sebebi olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The aim of this study is to investigate the influence of the addition of molybdenum and nickel alloying elements and also WC/W2C, TiC and Cr7C3 reinforcement hard particles on the wear behavior of Stellite 12 coatings deposited by the plasma transferred arc (PTA) method. Single layer coatings were deposited on AISI 4140 steel under constant PTA parameters. Present study mainly focused on room and high temperatures wear behavior of the coatings produced from the feedstocks prepared by mixing Stellite 12 powder with 2, 6 and 10 (wt%) of Mo and Ni powders and 2, 6 and 10 (vol%) WC/W2C, TiC and Cr7C3 particles separately. Phase analysis and microstructure of the coatings were examined by X-ray diffractometer (XRD) and field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray (EDX) spectrometer. Vickers microhardness measurements were performed on the surfaces of examined coatings. Furthermore, depth sensing indentation test was conducted on the matrices of Mo and Ni added samples. Dry sliding wear behavior of deposited coatings were determined on a ball-on-disc type tribometer by rubbing alumina ball under normal load of 3 N at RT, 300, 500 and 700 ºC. Sliding speed and distance were kept constant at 0.1 m/s and 500 m, respectively. For determining wear mechanism of tested samples, their worn surfaces were examined by EDX equipped SFEG SEM and Raman spectroscopy. The microstructural analyses of PTA deposited Stellite 12 revealed that the coating was composed of Cr-rich carbides Co/W-rich complex carbides and intermetallics embedded in primary α-Co solid solution dendritic matrix. Addition of Mo up to 10 wt% induced different solidification characteristics in the microstructure evolution of the PTA deposited Stellite 12 coating as volume fraction of Co/Mo-rich complex carbide and intermetallic compounds increased and formation of Cr7C3 was suppressed. Increasing volume fraction of Co/Mo-rich complex carbide and intermetallic compounds and solid solution hardening effect of Mo dissolved in the matrix contribute to increasing hardness of Stellite 12 coating from 490 ± 10 HV2 to 621±8 HV2 upon addition of 10 wt% Mo. Microstructural analyses showed that added Ni into Stellite 12 totally dissolved in Co-rich solid solution matrix without changing the type of microstructural constituents. Addition of Ni element promoted stabilization of α-Co phases and increased its volume fraction in the microstructure at room temperature which led to reduction in hardness of examined coating. The hardness value decreases from 490±10 HV2 to 458±5 HV2 as the Ni content increases up to 10 (wt%). Full or partial melting of WC/W2C particles during PTA deposition process and enrichment of the melt pool in W and C resulted in development of more Co/W-rich complex carbides (Co3W3C and Co6W6C) and intermetallic (Co3W) compounds in microstructure and also dissolution of W in Co-rich solid solution matrix. Generation of more Co/W-rich compound in addition to Cr-rich carbides in the microstructure of the Stellite 12+WC/W2C coating contribute to increasing hardness as the it reaches 642±5 HV2 in 10 vol% WC/W2C containing Stellite 12 coating. Microstructural surveys showed that when TiC was added into the Stellite 12, the basic dendritic matrix and eutectic solidification features of deposited coatings was maintained almost the same but volume fraction of constituents formed during solidification was altered. Undissolved TiC particles in the melt pool act as suitable sites for nucleation of eutectic compounds during solidification and therefore contributed to the refinement of dendritic matrix and development of more eutectic compounds in microstructure which led to increase in hardness of TiC containing coatings. In the case of Stellite 12+Cr7C3 coatings, microstructural investigations indicate that total of Cr7C3 particles were completely melted and dissolved in Stellite 12 melt pool due to its lower melting point. Enrichment of melting pool in Cr and C contributed to development of Cr7C3 and Cr23C6 in the microstructure. Formation of more Cr-rich carbide resulted in enhancement of hardness in Stellite 12+Cr7C3 coatings and it reaches to 636±6 HV2 upon addition of 10 vol% Cr7C3. SEM micrographs taken from the worn surfaces of all examined coatings indicated that at RT (25 °C) and 300 °C the wear progressed by the plasticity dominant mechanism. At testing temperature of RT, the worn surfaces of the coatings was characterized by accumulated plastic deformation resulting from cyclic sliding contact. The sliding action of the Al2O3 ball at 300 °C imposed plastic deformation along with scratches aligned in the direction of motion on the worn surfaces of the coatings. Since hardness play a crucial role on tribological performance of Stellite alloys at RT and moderate temperature, enhancement in wear resistance of Stellite 12+Mo, Stellite 12+WC/W2C, Stellite 12+TiC and Stellite 12+Cr7C3 coatings at RT and 300 °C can be attributed to the formation and increasing volume fraction of eutectic carbides and/or intermetallic compounds upon addition of alloying element or reinforcement particles. Furthermore, work hardening of cobalt-rich solid solution matrix at the contact surface during wear testing contributed to the wear resistance at RT. With increasing testing temperature from RT to 300 °C, remarkable decreases in wear resistance of examined coating was observed which can be related to reduction in the work hardening rate and mechanical strength and/or easy destruction of thin and less adherent oxide films covering the worn surfaces. Addition of Ni in to Stellite 12 increased the wear loss of examined coatings at RT and 300 °C. The reduction of wear resistance in Ni containing examined coatings can be attributed to decrease of work hardening rate, hardness and volume fraction of hard carbides or intermetallic compounds in microstructure. Oxidative mechanism was identified as the main wear mechanism of examined coatings at 500 and 700 °C. SEM analyses indicated that formation of protective and continuous oxide film on won surfaces at elevated temperature reduced direct contact of sliding surface and alumina ball and improved the wear resistance in comparison with testing temperature of 300 °C. Raman spectroscopy signals of the Stellite 12 coating worn at 500 and 700 °C corresponded to CoO and mainly a mixture of Co3O4 and Cr2O3, respectively. Therefore good tribological characteristics of Cr2O3 contributed to reduction of weal loss when testing temperature increased from 500 to 700 °C. Under oxidation dominated wear mechanism, the Stellite 12+Mo coating exhibited better wear resistance than the Stellite 12 coating. Addition of Mo in to Stellite 12 coating favored formation of Cr2O3 and CoMoO4 at 500 and 700 °C respectively. Formation of Cr2O3 and CoMoO4 can be attributed to the dissolution of Mo in solid solution matrix and development of more Cr23C6 in the microstructure. Increasing testing temperature from 500 to 700 °C led to decrease in wear loss of examined coatings. Protective and lubricious nature of CoMoO4 complex oxide efficiently decreased the wear loss of molybdenum containing Stellite 12 coatings at 700 °C. Addition of Ni into the Stellite 12 coating did not caused significant changes in wear loss of examined coatings tested at 500 and 700 °C. Although at elevated testing temperature increasing Ni contents can favor development of oxide films on the worn surfaces but decreasing hardness and consequently increasing plastic deformation of zone beneath the sliding ball led to break-down and removal of oxide films formed on the surfaces. The wear tests results at 500 and 700 °C showed that addition of WC/W2C into Stellite 12 improved wear resistance. The oxide film formed on the worn surface of examined coating tested at 500 °C was composed of mainly Co3O4, Cr2O3 and also WO3. The dissolution of W atom in Co-rich solid solution matrix contributed to the development of protective Cr2O3 and WO3 on the worn surface. Comparing with testing temperature of 500 °C, wear tests conducted at 700 °C was accompanied by generation of CoWO4 complex oxide on worn surfaces which played crucial role on reduction of wear loss. It should be noted that oxidation and consequently volatilization of WC/W2C reinforcement particles at 700 °C led to their decomposition and fragmentation during sliding wear. In the case of Stellite 12+TiC coatings while addition of 2 and 6 vol% TiC improved the wear resistance at 500 °C, significant diffidence was not observed between wear loss of Stellite 12+10 vol % TiC coating and Stellite 12 coating. Introducing TiC particles reduced the wear resistance of Stellite 12 coating at 700 °C as wear loss increase more than two times upon addition of 10 vol % TiC. The oxide film formed on worn surface of Stellite 12+10 vol% TiC coating tested at 500 and 700 °C was composed of CoO and mainly Co3O4, respectively. Higher hardness of 2 and 6 vol% containing TiC coatings was beneficial in reducing plastic deformation of zone beneath the sliding ball and preventing break-down and removal of oxide films formed on worn surfaces. However in the case of Stellite 12+10 vol% TiC coating formation of more Cr-rich carbides and decreasing volume fraction of Co-rich solid solution matrix inhibited the development of continuous protective CoO film on the worn surface. Also due to formation of more Cr-rich carbides, chromium atoms do not afford quite as much protection as might be expected if they were free to migrate from dendritic solid solution matrix to the surface and form a continuous Cr2O3 layer at 700 °C. Therefore introducing more TiC particles into Stellite 12 was accompanied by reduction of wear resistance at 700 °C. The results of wear tests at 500 and 700 °C indicated that introducing Cr7C3 particles up to 10 vol% resulted in increasing wear loss of examined coatings. Addition of 10 vol% Cr7C3 remarkably increased wear loss at 500 °C and Stellite 12+Cr7C3 coatings exhibited worse wear performance than Stellite 12 coatings at 700 °C. Deficiency in development of continuous CoO and adequate Cr2O3 on the worn surfaces tested at 500 and 700 °C were determined as the main reasons of increment in wear loss.
Benzer Tezler
- Mekanik alaşımlama süreçleri ile Al-20Si esaslı toz ve sinter kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyon çalışmaları
Studies of development and characterization of Al-20Si based powder and sintered composites by mechanical alloying processes
HASAN GÖKÇE
Doktora
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU
- Farklı karbür fazı içeren partikül takviyeli al matrisli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of various carbide particulate reinforced aluminium matrix composites produced by powder metallurgy method
RİFAT ONUR ÜLKÜSEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- Production and characterization of W-Ni matrix composites reinforced with CeB6, NdB6, ErB4 particulates by powder metallurgy methods
CeB6, NdB6, ErB4 partikülleri ile takviye edilmiş W-Ni matris kompozitlerin toz metalurjisi yöntemleri ile üretimi ve karakterizasyon çalışmaları
BURÇAK BOZTEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- An investigation on enhancement in wear resistance of hardfacings
Sert dolgu kaplamaların aşınma direncini artırmaya yönelik bir araştırma
SHAIKH ASAD ALI DILAWARY
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Surface modification of stellite hardfacings by post surface melting processes
Stellite sert dolgu kaplamalar sonrası uygulanan yüzey ergitme prosesleri ile yüzey modifikasyonu
ALI ABDUL MUNIM ALI ALHATTAB
Doktora
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVAT FAHİR ARISOY