Alaşım elementi olarak tungstenin saf demirin borlanma davranışına etkisi

Abstract

Bu çalışmada, tungsten elementinin demir esaslı malzemelerin borlanma davranışına müstakil etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, saf demir ve saf tungsten kullanılarak ark ergitme cihazında % at. 1, 2, 4, 8, 12 ve 16 W içeren sentetik Fe-W alaşımları hazırlanmıştır. Çubuk şeklinde üretilen saf demir ve Fe-W alaşımlardan elde edilen numuneler yüzey pürüzlülüğü ölçümünden sonra kutu borlama yöntemiyle, Ekabor-II tozu içerisinde, 1100° C'de 3 saat süreyle borlanmıştır. Borlanmış saf demir ve Fe-W numuneleri; profilometre, SEM, Vickers mikrosertlik, XRD, SEM-EDS cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Borlanmış numunelerin yüzey pürüzlülüğü, artan tungsten miktarına bağlı olarak sistematik bir şekilde değişmemiştir. Artan tungsten miktarıyla birlikte borür tabakasında oluşan çökelti miktarı artmış ve demir borür tabaka kalınlığı azalmıştır. Oluşan çökeltiler borür tabakasının daha kompakt bir yapıda büyümesini sağlayarak gözenekliliği azaltan bir etki yaratmıştır. Yüzeyden yapılan XRD analizleri neticesinde borlanmış tüm numunelerde Fe2B, FeB fazları tespit edilmiştir. Ayrıca at. %8 ve daha fazla tungsten içeren numunelerde FeW2B2 fazı tespit edilmiştir. Borür tabakası kazındığında 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. Borlanan numunelerin borür tabakasında iğnesel, geçiş bölgesinde kaba iğnesel, lameler ve uzamış görünümlü, matris bölgesinde ise şekilsiz çökeltilere rastlanılmıştır. Fe-4W numunesinin asitte bekletildikten sonra yapılan SEM analizlerinde ise geçiş bölgesinde gözlenen aslında çökeltilerin plakasal ve çubuk benzeri morfolojilerde olduğu anlaşılmıştır. Borür tabakası, geçiş bölgesi ve matris sertliği, artan tungsten miktarıyla artmıştır. Elde edilen maksimum sertlik Fe-16W numunesinin borür tabakasından ölçülmüş olup 2700 HV değerinin üzerindedir.In this study, influences tungsten additions on boronizing behavior of iron-based material were investigated. For this purpose rod shaped pure iron sample and Fe-W alloys (at. % 1, 2, 4, 8, 12, 16) were prepared via arc melting method. Surface roughness of the samples of pure iron and Fe-W alloys were measured after metallographic preparation. Then, the samples were pack boronized in Ekabor-II powder at 1100°C for 3 hours. Borided samples were characterized via profilometer, SEM, SEM-EDS, microhardness tester and XRD devices. Surface roughness of the borided pure iron and Fe-W alloys did not vary systematically. With increasing amount of tungsten in iron, precipitation formation in boride layer increased and conversely boride layer thickness decreased. Precipitates in boride layer and transition zone resulted in a more compact boride layer thus, porosity in the boride layer decreased. Surface XRD results showed that FeB and Fe2B phases were detected in all borided samples. Besides, in 8% and more tungsten containing borided samples, FeW2B2 precipitate phase was detected. After grinding the boride layer FeB and FeW2B2 phases disappeared, intensity of the FeB phase increased and FeWB, Fe7W6 and ?-Fe were detected. Cross-sectional SEM images showed that borided pure iron and Fe-1W alloy consist of 2 distinct regions: boride layer and matrix. Other borided samples consisted of distinct regions: boride layer, transition zone and matrix. In boride layer needle-like precipitates, in transition zone needle-like, lamellar and elongated-shaped and in matrix shapeless precipitates were observed. After solving the 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 rod-like morphology. Hardness of the boride layer, transition zone and the matrix increased with tungsten addition. Maximum hardness value was obtained in Fe-16W sample as 2700 HV.