Alaşım elementi olarak tungstenin saf demirin borlama davranışına etkisi

Abstract

Bu çalışmada, tungsten elementinin demir esaslı malzemelerin borlanma davranışınamüstakil etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, saf demir ve saftungsten kullanılarak ark ergitme cihazında % at. 1, 2, 4, 8, 12 ve 16 W içeren sentetikFe-W alaşımları hazırlanmıştır. Çubuk şeklinde üretilen saf demir ve Fe-Walaşımlardan elde edilen numuneler yüzey pürüzlülüğü ölçümünden sonra kutuborlama yöntemiyle, Ekabor-II tozu içerisinde, 1100° C'de 3 saat süreyleborlanmıştır. Borlanmış saf demir ve Fe-W numuneleri; profilometre, SEM, Vickersmikrosertlik, XRD, SEM-EDS cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Borlanmışnumunelerin yüzey pürüzlülüğü, artan tungsten miktarına bağlı olarak sistematik birşekilde değişmemiştir. Artan tungsten miktarıyla birlikte borür tabakasında oluşançökelti miktarı artmış ve demir borür tabaka kalınlığı azalmıştır. Oluşan çökeltilerborür tabakasının daha kompakt bir yapıda büyümesini sağlayarak gözenekliliğiazaltan bir etki yaratmıştır. Yüzeyden yapılan XRD analizleri neticesinde borlanmıştüm numunelerde Fe2B, FeB fazları tespit edilmiştir. Ayrıca at. %8 ve daha fazlatungsten içeren numunelerde FeW2B2 fazı tespit edilmiştir. Borür tabakasıkazındığında FeB, FeW2B2, fazları kaybolurken, Fe2B faz şiddeti artmış FeWB,Fe7W6 ve ?-Fe'den fazlarından sinyal alınmıştır. Kesit SEM resimleri incelendiğinde,borlanmış saf Fe numunede ve Fe-1W numunesinde borür tabakası ve matris bölgesi,diğer numuneler de ise bu bölgelere ek olarak geçiş bölgesi gözlenmiştir. Borlanannumunelerin borür tabakasında iğnesel, geçiş bölgesinde kaba iğnesel, lameler veuzamış görünümlü, matris bölgesinde ise şekilsiz çökeltilere rastlanılmıştır. Fe-4Wnumunesinin asitte bekletildikten sonra yapılan SEM analizlerinde ise geçişbölgesinde gözlenen aslında çökeltilerin plakasal ve çubuk benzeri morfolojilerdeolduğu anlaşılmıştır. Borür tabakası, geçiş bölgesi ve matris sertliği, artan tungstenmiktarıyla artmıştır. Elde edilen maksimum sertlik Fe-16W numunesinin borürtabakasından ölçülmüş olup 2700 HV değerinin üzerindedir.In this study, influences tungsten additions on boronizing behavior of iron-basedmaterial were investigated. For this purpose rod shaped pure iron sample and Fe-Walloys (at. % 1, 2, 4, 8, 12, 16) were prepared via arc melting method. Surfaceroughness of the samples of pure iron and Fe-W alloys were measured aftermetallographic preparation. Then, the samples were pack boronized in Ekabor-IIpowder at 1100°C for 3 hours. Borided samples were characterized via profilometer,SEM, SEM-EDS, microhardness tester and XRD devices. Surface roughness of theborided pure iron and Fe-W alloys did not vary systematically. With increasingamount of tungsten in iron, precipitation formation in boride layer increased andconversely boride layer thickness decreased. Precipitates in boride layer and transitionzone resulted in a more compact boride layer thus, porosity in the boride layerdecreased. Surface XRD results showed that FeB and Fe2B phases were detected inall borided samples. Besides, in 8% and more tungsten containing borided samples,FeW2B2 precipitate phase was detected. After grinding the boride layer FeB andFeW2B2 phases disappeared, intensity of the FeB phase increased and FeWB, Fe7W6and ?-Fe were detected. Cross-sectional SEM images showed that borided pure ironand Fe-1W alloy consist of 2 distinct regions: boride layer and matrix. Other boridedsamples consisted of distinct regions: boride layer, transition zone and matrix. Inboride layer needle-like precipitates, in transition zone needle-like, lamellar andelongated-shaped and in matrix shapeless precipitates were observed. After solvingthe transition zone of the Fe-4W sample, it was understood that the precipitates,which were observed in needle-like morphology, were actually in plate-like and rodlikemorphology. Hardness of the boride layer, transition zone and the matrixincreased with tungsten addition. Maximum hardness value was obtained in Fe-16Wsample as 2700 HV.