Effect of different surface treatments on the tensile and wear behavior of inconel 625 superalloy and aisi 321 stainless steel
Farklı yüzey işlemlerinin ınconel 625 süper alaşım ve aısı 321 paslanmaz çelik için çekme ve aşınma davranışlarına etkisi
- Tez No: 791812
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
AISI 321 paslanmaz çelik ve Inconel 625 süper alaşımı, yüksek sıcaklıklardaki mükemmel mekanik özelliklerinden dolayı uçak motorları, nükleer santraller ve endüstriyel fırınlar gibi geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Zorlu çalışma koşulları nedeniyle, bu malzemeler üzerine yüzey işlemleri uygulamak bir gereksinim haline gelmiştir. Borlama ve Tungsten Karbür (WC) kaplama en önemli yüzey sertleştirme işlemlerindendir. Mevcut çalışmada, AISI 321 ve Inconel 625'in oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklıktaki aşınma performansı ve çekme davranışı üzerine borlama ve Tungsten Karbür kaplamanın etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve optik profilometri kullanılarak hasar mekanizmaları ve kırılma morfolojileri gözlemlenmiştir. Oda sıcaklığında çekme testi sonuçlarına göre borlama işleminden sonra numunelerin akma dayanımı (YS) ve nihai çekme dayanımı (UTS) azalmaktadır. Bu mukavemet azalması, 1100°C'lik yüksek sıcaklıkta borlama işlemi boyunca malzemenin yumuşamasına bağlanabilir. Öte yandan Inconel 625 numunelerinin sünekliği, 600°C'de dinamik gerinim yaşlanması nedeniyle azalmıştır. Borlanmış numunelerin akma mukavemeti, yüksek sıcaklıklarda çekme testi boyunca bor parçacıklarının ayrışması nedeniyle önemli ölçüde azalmıştır. Sonuç olarak, kırılma morfolojisi gözlemleri, yüksek sıcaklıkta hem kaplamalı hem de kaplamasız koşulların ana kırılma mekanizmasının, derin çukurlarla temsil edilen sünek bir kırılma olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte, borlanmış numune, borlama işlemi sırasında tane büyümesinden ve dağılmış parçacıkların ayrışmasından büyük ölçüde etkilenmiştir. Buna karşılık, seramik WC tabakasının hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıktaki çekme testlerinde ani kırılması nedeniyle WC kaplı numunenin sünekliği azalmıştır. Ayrıca, taramalı elektron mikroskobu sonuçları, yüksek sıcaklıkta kırılmadan sonra çukurların kenarlarında dağılmış bor parçacıkları görülen borlanmış 321 paslanmaz çeliğin kırılma yüzeyinde parçacık ayrışmasının meydana geldiğini ortaya koymuştur. WC tabakasının yüksek sertliği ve ısı direnci nedeniyle, aşınma testinde WC kaplı AISI 321'in sürtünme katsayısı borlanmış ve kaplamasız numunelere göre daha yüksek çıkmıştır. Borlanmış ve WC kaplı AISI 321'in aşınma oranı, oda sıcaklığında kaplanmamış numuneden çok daha düşüktür. Öte yandan, 600°C'de WC kaplı numunenin aşınma oranı hala düşükken kaplamasız ve borlanmış numunelerin değerleri, yüzeyin delaminasyonu nedeniyle hemen hemen aynıdır. Inconel 625'in kaplanmamış ve kaplanmış numunelerin aşınma hızı davranışı AISI 321'in sonuçlarına benzerdir. WC kaplı numunelerin aşınma hızının diğerlerinden çok daha düşük olduğu görülmüştür. Yüksek sıcaklıkta, borlanmış Inconel 625, WC kaplı numuneden daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahiptir. Yüksek sıcaklıktaki sürtünme katsayısı grafiğinde yüzeyde bor parçacıklarının birikimiyle bağlantılı bir dalgalanma gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
AISI 321 stainless steel and Inconel 625 superalloy are utilized in an extensive range of applications such as aircraft engines, nuclear powerplants and industrial furnaces due to their excellent mechanical properties at high temperatures. The surface treatment of these materials is necessary due to the extreme working environments. Boronizing and WC coating is the most important surface hardening processes. In the current work, the effect of boronizing and WC coating on the wear performance and tensile behavior of AISI 321 and Inconel 625 at room and high temperature were investigated. Furthermore, damage mechanisms and fracture morphologies were observed using Scanning Electron Microscopy (SEM) and optical profilometry. According to room temperature tensile test results, yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of the samples are reduced after the boronizing process. This strength reduction may be attributed to the softening of the material throughout the boronizing process at high temperature of 1100°C. On the other hand, ductility of the Inconel 625 samples has been decreased due to dynamic strain aging at 600°C. The yield strength of the boronized samples was significantly reduced because of the decomposition of boron particles throughout tensile test at elevated temperatures. Consequently, the fracture morphology observations revealed that the main fracture mechanism of both coated and uncoated conditions at high temperature was a ductile fracture represented by deep dimples. However, the boronized sample was drastically affected by grain growth during boronizing process and decomposition of dispersed particles. In contrast, the strain to failure of the WC coated sample was decreased due to the fast fracture of the ceramic WC layer at both room and high temperature tensile tests. Furthermore, results of SEM revealed that particle decomposition occured on the fracture surface of the boronized 321 stainless steel represented by dispersed boron particles on the edges of the dimples after failure at high temperature. Due to the high hardness and heat resistance of WC coated layer, the friction coefficient of the sample was higher than that of boronized and uncoated conditions at room tempearature. It was seen that the wear rates of boronized and WC coated AISI 321 were extremely lower than that of uncoated sample. On the other hand, at 600°C, WC coated wear rate was still lower but uncoated and boronized samples' values were similar to the room temperature results. Inspection of room temperature the wear test results revealed that the wear rates of Inconel 625 uncoated and coated samples were similar to the results of AISI 321. WC coated samples' wear rate was tremendously lower than the others. At high temperature, the boronized Inconel 625 had higher friction coefficient than the WC coated sample. A fluctuation was also noticed, which is linked to boron particle aggregation on the surface at high temperatures.
Benzer Tezler
- Effect of heat and hybrid surface treatment on the microstructure, mechanical and tribological properties of maraging steel produced by selective laser melting
Isı ve hibrit yüzey işleminin seçici lazer ergitme ile üretilen maraging çeliğinin mikroyapısı, mekanik ve tribolojik özellikleri üzerine etkisi
TUĞÇE TEKİN
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM İPEK
- Hadfield çeliklerine uygulanan farklı çökelme sertleşmesi sıcaklıklarının mikro yapı ve mekanik özelliklere olan etkisinin incelenmesi
Effect of different precipication hardening temperature on microstructural and mechanical properties of Hadfield steels
FARUK ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UYSAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR GÜROL
- Küresel grafitli dökme demir (GGG50) malzemeye bakır ihtivasının yorulma dayanımına etkisinin incelenmesi
The influence of copper addition on fatigue properties of GGG50 grade spheroidal graphite cast iron
MERTCAN KIZGIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA
- Yerli grafen nano plakalarla takviye edilmiş Al-Cu esaslı alaşım matrisli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemi ile üretimi, ısıl işlemi ve karakterizasyonu
Production of native graphene nano platelets reinforced Al-Cu alloy based composi̇tes wi̇th powder metallurgy, heat treatment and characterization
KÜBRA ÇANKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NAZLI AKÇAMLI
- Titanyum ilavesinin nikel alüminyum bronzunun yapı ve özelliklerine etkisi
Effect of titanium addition on structure and properties of nickel aluminum bronze
TURHAN ÜRÜN KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVAT FAHİR ARISOY