Katı borlamanın Hardox 450 ve Hardox HiTuf çeliklerin yüzey özelliklerine etkisi / The effect of solid boronizing on the surface properties of Hardox 450 and Hardox HiTuf steels

Abstract

Bu çalışmada; Hardox 450 ve Hardox HiTuf çelikleri katı borlama yöntemiyle 800, 900 ve 1000 oC sıcaklıklarda, 5 saat süre ile Ekabor-1 tozu kullanılarak borlanmıştır. Borlama ısıl işlemi sonucunda numunelerde oluşan fazlar, oluşan borür tabakasının difüzyon derinliği, borür tabakalarının yapısı ve borür tabakaların sertlikleri sırasıyla XRD, SEM ve Mikro-Vickers sertlik ölçme cihazı kullanılarak incelenmiştir. XRD analizleri sonuçları; Hardox 450 çeliğinin borlanmış bölgesinde FeB ve Fe2B fazlarının meydana geldiğini ve Hardox HiTuf çeliğinde ise borür tabakası bölgesinde sadece Fe2B fazının oluştuğunu göstermiştir. SEM mikroyapı incelemeleri sonucunda; borür tabakası derinliklerinin ortalama değerleri alındığında her iki çelik içinde 800 oC'de 60-70 µm, 900 oC'de 170-190 µm aralığında ve 1000 oC borlama sıcaklığında ise borür tabakası derinliğinin 335-345 µm arası değerlerde olduğu gözlenmiştir. Bu verilere göre, borlama sıcaklığı ile borlama tabakasının derinliğinin doğru orantılı olduğu ve sıcaklık arttıkça difüzyon derinliğinde bir artış olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, SEM mikroyapıları; örneklerin yüzeylerinde oluşan borür tabakalarının parmaksı şekilde olduğunu göstermiştir. Hardox 450 çeliğinin sıcaklık değişimine bağlı olarak borür tabakası bölgesindeki sertlik değerleri 800-1250 kg/m2, matris bölgesinde ise 100-140 kg/m2 aralığında ölçülmüştür. Hardox HiTuf çeliğinde ise borür tabakası ve matris bölgesindeki sertlik değerleri sırasıyla, 750-900 kg/m2 ve 80-100 kg/m2 aralığında ölçülmüştür. Mikro-Vickers sertlik sonuçları Hardox 450 ve Hardox HiTuf çeliklerinin her ikisinde de borür tabakasının parmaksı yapısından matris yapıya doğru gidildikçe sertlik değerlerinin düştüğünü göstermiştir. Hardox 450 çeliğinin sıcaklık değişimine bağlı olarak borür tabakası bölgesindeki sertlik değerleri 800-1250 kg/m2, matris bölgesinde ise 100-140 kg/m2 aralığında ölçülmüştür. Hardox HiTuf çeliğinde ise borür tabakası ve matris bölgesindeki sertlik değerleri sırasıyla, 750-900 kg/m2 ve 80-100 kg/m2 aralığında ölçülmüştür. Bu verilere göre, borür tabakasının ana malzemeye kazandırdığı sertlik değeri matris sertlik değerinden yaklaşık 6-10 kat daha fazla olduğu görülmüştür. Ayrıca, her iki çelikte de borlama sıcaklığının artmasıyla birlikte borür difüzyon kalınlığı artarken, borür tabakasının sertlik değerlerinde ise bir azalma meydana gelmiştir. Tüm bu sonuçlar değerlendirildiğinde; Hardox çeliklerinden yapılmış iş makine ve makine parçalarının borla kaplanmasının malzemenin iş görebilirliğini ve kullanım ömrünü arttırabileceği sonucu çıkarılmaktadır. In this study; Hardox 450 and Hardox HiTuf steels were boronized by solid boronizing method using Ekabor-1 powder at temperatures of 800, 900 and 1000 oC for 5 h. The phases formed in samples as a result of boronizing heat treatment, and diffusion depth of boride layer, structure and hardness of boride layers were investigated using XRD, SEM and Micro-Vickers hardness testers, respectively. XRD analysis results showed that FeB and Fe2B phases were formed in the boronized area of Hardox 450 steel and only Fe2B phase was formed in the boride layer area of the Hardox HiTuf steel. As a result of SEM microstructure investigations; when theme an values of the boride layer depths were taken, it was observed that the boride layer depths in both steel were between 60-70 µm at 800 oC, 170-190 µm at 900 oC and 335-345 µm at 1000 oC. According to these data, it was observed that the boron temperature and the depth of the boring layer were directly proportional and an increase in the depth of diffusion was observed as the temperature increased. Furthermore, microstructures investigations showed that the boride layers formed on the surfaces of the samples were in the form of finger. Depending on the change of the boronizing temperature, the hardness values of Hardox 450 steel in the boride layer and the matrix area were measured in the range of 800-1250 kg/m2, and 100-140 kg/m2, respectively. The hardness values of Hardox HiTuf steel in the boride layer and matrix area were measuredin the range of 750-900 kg/m2 and 80-100 kg/m2, respectively. Micro-Vickers hardness results indicated that the hardness values of the boride layer decreased from the finger structure to towards the matrix structure in both of Hardox 450 and Hardox HiTuf steel. Further, it was determined how the hardness value of the boride layer according to the base material was about 6-10 times higher than the matrix hardness value. Besides, while the boride diffusion thickness increased with the in crease of the boronizing temperature in both steels, the hardness values of the boride layer decreased. When all these results are evaluated, it is concluded that the boronizing of work machinery and machine parts made of Hardox steels can increase the operability and life of the material.