Farklı lazer parametreleri kullanılarak borlama işlemi uygulanmış Sleipner soğuk iş takım çeliğinin mekanik ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and tribological properties of Sleipner cold work tool steel borided using different laser parameters
- Tez No: 950193
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE ALTAŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN BATI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bartın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Bu çalışmada, Sleipner soğuk iş takım çeliği üzerine lazer kaynak teknolojisi kullanılarak bor kaplama işlemi uygulanmış ve farklı işlem parametrelerinin malzemenin tribolojik özelliklerine etkileri kapsamlı olarak incelenmiştir. Araştırma kapsamında, iki farklı lazer güç seviyesi (1500 W ve 1800 W) ve iki farklı salınım frekansı (20 Hz ve 40 Hz) parametreleri kullanılarak bor kaplamaların performansları değerlendirilmiştir. Aşınma testleri kuru ortam koşullarında, oda sıcaklığı (25 °C) ve yüksek sıcaklık (450 °C) olmak üzere iki farklı sıcaklık seviyesinde gerçekleştirilmiştir. XRD analizleri sonucunda, tüm lazer kaplama koşullarında FeB ve Fe₂B borid fazlarının başarılı bir şekilde oluştuğu belirlenmiştir. Optik mikroskopi incelemeleri, 1500 W lazer gücünde daha homojen kaplama yapılarının elde edildiğini göstermiştir. Mikrosertlik ölçümlerinde en yüksek değer, 1500 W güç ve 20 Hz salınım frekansı koşullarında 988,9 HV olarak elde edilmiş olup, bu değer işlenmemiş Sleipner çeliğine (338,7 HV) göre %192'lik bir artış göstermiştir. Isıl işlem uygulaması ise 700,5 HV ile %107'lik artış sağlamıştır. Tribolojik testler 10 N ve 20 N yük altında, ball-on-disc ve pin-on-disc düzenekleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Oda sıcaklığı koşullarında bor kaplamaların sürtünme katsayısında önemli iyileşmeler sağladığı görülmüştür. İşlenmemiş (Untreated-UT) numune en yüksek sürtünme katsayısı değerlerini (10 N'da ~0,70 μ, 20 N'da ~0,62 μ) sergilerken, bor kaplı numunelerde sürtünme katsayıları 0,30-0,48 μ aralığına düşmüştür. En düşük spesifik aşınma oda koşullarında 1500–20 numunesinde 20 N yük altında 1,95 x 10-6 mm3/N·m olarak ölçülmüştür. Ancak yüksek sıcaklık (450 °C) koşullarında bor kaplamalı numunelerin performansları önemli ölçüde düşmüş, en dirençli yapı ısıl işlem görmüş (Heat Treated-HT) numunesinde 20 N'da 1,62 x 10-6 mm3/N·m gözlenmiş, bor kaplamalı numuneler arasında ise en iyi performans 1800–40 numunesinde 20 N'da 9,50 x 10-6 mm3/N·m olarak elde edilmiştir. SEM ve EDS analizleri, oda koşullarında WC-Co bilyenin yapısal bütünlüğünü koruduğunu, ancak yüksek sıcaklıkta (450 °C) kobalt fazın oksitlenme ve tungsten transferi nedeniyle yapısal bozunma yaşandığını ortaya koymuştur. Aşınma mekanizmalarında oda koşullarında adhezyon aşınması ve triboyüzey oluşumu baskın olurken, yüksek sıcaklıkta yoğun oksitlenme gözlenmiştir. Sonuç olarak, lazer destekli bor kaplama işlemi oda sıcaklığında etkili bir yüzey sertleştirme yöntemi olarak başarıyla uygulanabilir, ancak yüksek sıcaklık uygulamaları için alternatif yaklaşımlar değerlendirilmelidir.
Özet (Çeviri)
This study comprehensively investigated the effects of different processing parameters on the tribological properties of Sleipner cold work tool steel subjected to boron coating using laser welding technology. The research evaluated the performance of boron coatings using two different laser power levels (1500 W and 1800 W) and two different oscillation frequencies (20 Hz and 40 Hz). Wear tests were conducted under dry ambient conditions at two different temperature levels: room temperature (25 °C) and high temperature (450 °C). XRD analyses revealed that FeB and Fe₂B boride phases were successfully formed under all laser coating conditions. Optical microscopy examinations showed that more homogeneous coating structures were obtained at 1500 W laser power. In microhardness measurements, the highest value was obtained as 988.9 HV under conditions of 1500 W power and 20 Hz oscillation frequency, representing a 192% increase compared to untreated Sleipner steel (338.7 HV). Heat treatment application provided a 107% increase with 700.5 HV. Tribological tests were conducted under 10 N and 20 N loads using ball-on-disc and pin-on-disc configurations. Significant improvements in friction coefficient were observed for boron coatings under room temperature conditions. While the untreated (UT) specimen exhibited the highest friction coefficient values (~0.70 μ at 10 N, ~0.62 μ at 20 N), boron-coated specimens showed friction coefficients reduced to the 0.30-0.48 μ range. The lowest specific wear under room conditions was measured as 1.95 x 10-6 mm3/N·m for the 1500-20 specimen under 20 N load. However, under high temperature (450 °C) conditions, the performance of boron-coated specimens significantly decreased, with the most resistant structure observed in the heat-treated (HT) specimen at 1.62 x 10-6 mm3/N·m under 20 N. Among boron-coated specimens, the best performance was achieved in the 1800-40 specimen at 9.50 x 10-6 mm3/N·m under 20 N. SEM and EDS analyses revealed that the WC-Co ball maintained its structural integrity under room conditions, but experienced structural degradation at high temperature (450 °C) due to cobalt phase oxidation and tungsten transfer. In wear mechanisms, adhesive wear and tribosurface formation were dominant under room conditions, while intensive oxidation was observed at high temperature. In conclusion, laser-assisted boron coating can be successfully applied as an effective surface hardening method at room temperature, but alternative approaches should be considered for high-temperature applications.
Benzer Tezler
- Yüksek krom ve nikelli dökme çeliklerin mekanik ve korozyon özelliklerine yaşlandırma ve borlama ısıl işleminin etkisi
The effect of aging and heat treatment boriding on mechanical and corrosion properties of high chromium and nickel cast steels
ERGUN KABADAYI
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYRETTİN AHLATCI
- Farklı bor türevleri ile alternatif borlama bileşimlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of alternative boriding composition by different boron derivatives
İLYAS TÜRKMEN
Doktora
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE YALAMAÇ
- 2365 ile 2344 çeliklerinin plazma elektroliz tekniğiyle borlanması ve yüzey özelliklerinin incelenmesi
Boriding of 2365 and 2344 steels by plasma electrolysis technique and investigation of surface properties
ORHAN AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiCelal Bayar ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEKAİ TEK
- Orta karbonlu DIN Ck45 çeliğinin elektrokimyasal yöntemle borlanması
Electrochemical boronizing of medium carbon DIN Ck45 steel
ÇAĞIN BOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Elektrokimyasal yöntemle borlanan DIN 1.3343 yüksek hız çeliğinin tribolojisi
Tribology of DIN 1.3343 high speed steel boronized by electrochemical method
FATİH SANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GAMZE GÜLERYÜZ PARASIZ