Inconel 601 alaşımının kutu borlama işlemi ve farklı soğutma/yağlama ortamları ile tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of tribological properties of inconel 601 alloy with pack boronizing process and different cooling/lubrication environment
- Tez No: 944552
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET ERDİ KORKMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek sıcaklıklar ve oksitleyici ortamlar için vazgeçilmez bir malzeme türü olan Inconel alaşımları, yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini ve korozyon direncini koruyabilmeleri nedeniyle birçok mühendislik uygulamasında tercih edilmektedir. Öte yandan, Inconel alaşımlarının yüksek sıcaklıklardaki mekanik kararlılığına ve oksidasyona karşı dirençlerine rağmen, düşük sertlikleri nedeniyle aşındırıcı ortamlarda kullanıldığında yüzeylerinin sert bir tabaka ile kaplanması büyük önem taşımaktadır. Buna dayanarak, bu çalışmada, mikro yapısını ve tribolojik özelliklerini iyileştirmek için Inconel 601'e kutu borlama uygulanmıştır. Ancak yüksek sertlik, kuru koşullarda işlemeyi zor ve verimsiz hale getirdiğinden, soğutma ve yağlama performansını arttırmak için minimum miktarda yağlama (MMY), nanoparçacıklarla (TiO2 ve CuO) desteklenmiş MMY (Nano-MMY), MMY destekli kriyojenik (Kriyo) soğutma (Kriyo-MMY) ve Nano-MMY destekli Kriyo gibi farklı yağlama/soğutma ortamları tercih edilmiştir. Araştırma sonuçları en düşük aşınma derinliği, sürtünme kuvveti, sürtünme katsayısı ve hacim kaybı değerlerinin paket borlanmış Inconel 601 ile Kriyo + Nano MMY ortamında elde edildiğini ortaya koymaktadır. Ortam şartlarına bağlı olarak hem kutu borlanmış Inconel 601'de hem de kaplamasız Inconel 601'de sıralamalar; Kuru > MMY > Nano-MMY1 > Nano-MMY2 > Nano-MMY-Karışım > Kriyo-MMY > Kriyo-Nano-MMY karışım şeklinde ortaya çıkmıştır. Kuru ortamda aşınma derinliği Inconel 601'in bor kaplanması ile 15, 30 ve 45 N yüklerde sırasıyla %14,86 (141,554 µm'den 120,518 µm'ye), %28,22 (175,319 µm'den 125,836 µm'ye) ve %28,40 (181,097 µm'den 129,674 µm'ye) oranlarında azalma sağlanmıştır. Inconel 601'in bor kaplı hali dikkate alındığında, 15 N yükte kuru (en yüksek aşınma değeri) ve kriyo nano MMY karışım (en düşük aşınma değeri) ortamları için aşınma derinliği değerleri sırasıyla 120,518 ve 6,5458 µm olarak belirlenmiştir. Kriyo nano MMY karışım ortamının kullanımı ile aşınma derinliği kuru ortama göre %94,57 oranında azalmıştır. Kuru ortamda kutu borlama ile 15 N, 30 N ve 45 N yüklerde sürtünme kuvveti değerleri sırasıyla %12,92 (14,34 N'dan 12,49 N'a), %29,08 (23,26 N'dan 16,50 N'a) ve %38,33 (34,10 N'dan 21,03 N'a) oranlarında azalmıştır. Kuru ortamdan kriyo nano MMY karışım ortamına geçişle kaplamasız ve bor kaplı Inconel 601'in ortalama sürtünme kuvveti değerleri sırasıyla %84,55 ve %79,65 oranlarında azalmıştır. Kuru ortamda tüm yüklerin ortalaması dikkate alındığında Inconel 601'in kutu borlanması ile sürtünme katsayısı %25,64 (0,830'dan 0,617'ye) azalmıştır. Kriyo nano MMY karışım ortamında bu azalma %4,76 (0,129'dan 0,123'e) olmuştur. Kuru ortamdan kriyo nano MMY karışım'a geçişle kaplamasız ve bor kaplı Inconel 601'de sürtünme katsayısı azalmaları sırasıyla %84,44 ve %80,08'dir. Kuru ortamda tüm yüklerin ortalaması dikkate alındığında Inconel 601'in kutu borlanması ile hacim kaybı %34,17 (2.132'den 1.403'e) azalmıştır. Kriyo nano MMY karışım ortamında bu azalma %43,27 (0.104'ten 0.059'a) olmuştur. Kuru ortamdan kriyo nano MMY karışım'a geçişle kaplamasız ve bor kaplı Inconel 601'de sürtünme katsayısı azalmaları sırasıyla %95,14 ve %95,83'tür. SEM görüntülerinde çatlaklar ve aşınma göstergeleri, kuru ortamda iş parçası yüzeyinden kaybedilen malzeme miktarının fazla olduğu ve yağlama koşullarının değiştirilmesiyle büyük ölçüde azaldığını göstermektedir. Kriyo-nano-MMY karışım ortamında aşınma testi sırasında kırık oluşumunun azalmasıyla daha kaliteli bir yüzey sağlanmıştır. Bu araştırmanın sonuçları, Inconel 601 alaşımlarının tribolojik özelliklerinin kutu borlama ile iyileştirildiğini ve ayrıca Kriyo, MMY ve nanopartikül ilavesinin Inconel alaşımlarının işleme performanslarında önemli bir iyileşme sağladığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Inconel alloys, which are an indispensable material type for high temperatures and oxidizing environments, are preferred in many engineering applications due to their ability to maintain their mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures. On the other hand, despite the mechanical stability of Inconel alloys at high temperatures and their resistance to oxidation, it is of great importance to coat their surfaces with a hard layer when used in corrosive environments due to their low hardness. Based on this, in this study, box boronizing was applied to Inconel 601 to improve its microstructure and tribological properties. However, since high hardness makes machining difficult and inefficient in dry conditions, different lubrication/cooling environments such as minimum amount lubrication (MQL), MQL supported with nanoparticles (TiO2 and CuO) (Nano-MQL), MQL supported cryogenic (Cryo) cooling (Cryo-MQL) and Nano-MQL supported Cryo were preferred to increase cooling and lubrication performance. The research results show that the lowest wear depth, friction force, friction coefficient and volume loss values are obtained with package boronized Inconel 601 in Cryo + Nano MQL environment. Depending on the environmental conditions, the rankings for both box boronized Inconel 601 and uncoated Inconel 601 are as follows; Dry > MQL > Nano- MQL1 > Nano- MQL2 > Nano- MQL -Mixture > Cryo- MQL > Cryo-Nano- MQL. In dry environment, wear depth was reduced by 14.86% (from 141.554 µm to 120.518 µm), 28.22% (from 175.319 µm to 125.836 µm) and 28.40% (from 181.097 µm to 129.674 µm) at 15, 30 and 45 N loads, respectively, with boron coating of Inconel 601. Considering the boron-coated form of Inconel 601, the wear depth values for dry (highest wear value) and cryo nano MQL (lowest wear value) environments were determined as 120.518 and 6.5458 µm, respectively, at 15 N load. With the use of cryo nano MQL environment, wear depth decreased by 94.57% compared to dry environment. With box boronizing in dry environment, the friction force values at 15 N, 30 N and 45 N loads decreased by 12.92% (from 14.34 N to 12.49 N), 29.08% (from 23.26 N to 16.50 N) and 38.33% (from 34.10 N to 21.03 N), respectively. With the transition from dry environment to cryo nano MQL environment, the average friction force values of uncoated and boron-coated Inconel 601 decreased by 84.55% and 79.65%, respectively. When the average of all loads in dry environment is considered, the friction coefficient of Inconel 601 with box boronizing decreased by 25.64% (from 0.830 to 0.617). This decrease was 4.76% (from 0.129 to 0.123) in cryo nano MQL environment. With the transition from dry environment to cryo nano MQL, the decreases in the coefficient of friction in uncoated and boron-coated Inconel 601 are 84.44% and 80.08%, respectively. When the average of all loads in dry environment is considered, the volume loss with box boronized Inconel 601 is reduced by 34.17% (from 2.132 to 1.403). This decrease is 43.27% (from 0.104 to 0.059) in cryo nano MQL environment. With the transition from dry environment to cryo nano MQL, the decreases in the coefficient of friction in uncoated and boron-coated Inconel 601 are 95.14% and 95.83%, respectively. Cracks and wear indicators in SEM images show that the amount of material lost from the workpiece surface in dry environment is high and it is greatly reduced by changing the lubrication conditions. A better-quality surface is provided by reducing the fracture formation during the wear test in cryo-nano- MQL environment. The results of this research show that the tribological properties of Inconel 601 alloys are improved with package boronizing and that the addition of Cryo, MQL and nanoparticles provides a significant improvement in the machining performances of Inconel alloys.
Benzer Tezler
- Characterization of cyclic crack growth behaviour of nickel base superalloys at elevated temperatures
Nikel bazlı süper alaşımlarda yüksek sıcaklıklardaki yorulma çatlağı büyüme tavrının tanımlanması
GÜRSOY ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DORUK
- Elektron bombardıman kaynaklı Fe-Ni esaslı inconel 718'in ısı tesiri altındaki bölgesindeki mikroçatlakların incelenmesi
Research of microfissuring in heat affected zone of welded Fe-Ni based superalloys inconel 718
MELİH CEMAL KUŞHAN
Doktora
Türkçe
1996
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MACİT YAMAN
- Yüksek nikel alaşımlı malzemelerin vakum ortamında sert lehimlenmesine işlem parametrelerinin özelliklere etkisinin incelenmesi
The Investigation of brazing cycle, overlap distance and joint clearance parameters effect to mechanical properties for high nickel alloys during brazing under vacuum
HASAN KURŞUNGÖZ
Doktora
Türkçe
1996
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN KOMAÇ
- Bilgisayar yardımıyla süper alaşım malzeme verileri ve tasarım kriterleri kütüphanesi oluşturulması
Başlık çevirisi yok
M.ÇAĞLAYAN TAŞÇIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET DEMİRKOL
- Elektron ışını ve TIG kaynağı yöntemleriyle birleştirilmiş inconel 718 malzemenin mekanik özelliklerinin karşılaştırılması
Mechanical properties of welded inconel 718 parts that had been jointed by TIG and EBW were compared to the mechanical properties of the parent inconel 718 material
ALİ BAŞARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NERMİN KURŞUNGÖZ