1.3207 takım çeliğinin borlanması ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, 1.3207 yüksek hız çeliğine, ticari Ekabor-2 tozu kullanılarak farklı sıcaklık (850 °C, 925 °C ve 1000 °C) ve sürelerde (1,5, 3, 6 ve 9 saat) kutu borlama işlemi uygulanmıştır. Yüksek kesme performansı, ısı altında sertliğini uzun süre koruma yeteneği, darbelere karşı dayanıklılığı ve aşınma direnci sayesinde endüstride sıklıkla tercih edilen bu çelik, özellikle hassas takım, kalıp ve kesici uç üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Borlama işlemi sonrası elde edilen numuneler; detaylı mikroyapı ve faz analizleri için çeşitli ileri karakterizasyon teknikleriyle incelenmiştir. Bu kapsamda optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu, X-ışını kırınımı teknikleri ve mikrosertlik ölçümleri kullanılmış, böylece çok yönlü bir analiz yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, 850 °C ve 925 °C sıcaklıklarında borlanan örneklerde borür tabakası, geçiş bölgesi ve altlık malzeme olmak üzere üçlü bir mikroyapı gözlemlenmiştir. Ancak 1000 °C'de uygulanan borlama işlemi sonucunda geçiş bölgesi kaybolmuş ve yapı iki tabakalı hale gelmiştir. FeB ve Fe?B fazları morfolojik olarak ayırt edilmiş, Fe?B'nin daha kalın, derin ve sürekliliği yüksek bir tabaka oluşturduğu belirlenmiştir. Yüzeye yakın bölgelerde FeB; daha derinlerde ise Fe?B fazlarının bulunduğu doğrulanmış, bor difüzyonunun derinlikte giderek azaldığı gösterilmiştir. Borür tabaka kalınlığı, borlama sıcaklığındaki artışla parabolik olarak hızlanırken, işlem süresi uzadıkça bu artış yavaşlamakta; sabit sıcaklıkta ise süre uzaması tabaka kalınlığında daha doğrusal bir artışa yol açmaktadır. Mikrosertlik ölçümleri, yüzeyden altlığa doğru düzenli bir sertlik geçişi olduğunu göstermiş; ancak 1000 °C'de bu geçişin bozulduğu ve dalgalı profillerin oluştuğu saptanmıştır. En yüksek yüzey sertliği, 925 °C'de 9 saatlik borlama işlemi sonunda elde edilmiştir. Sonuç olarak, elde edilen bulgulara göre özellikle 850–925 °C aralığında gerçekleştirilen borlama işlemlerinin daha homojen ve kararlı mikroyapılar oluşturduğu; bu nedenle optimum mekanik ve yapısal özellikler sağladığı net olarak ortaya konmuştur.In this study, pack boriding treatment was applied to 1.3207 high-speed steel using commercial Ekabor-2 powder at different temperatures (850 °C, 925 °C, and 1000 °C) and durations (1.5, 3, 6, and 9 hours). Due to its high cutting performance, ability to retain hardness under elevated temperatures, resistance to impact, and excellent wear resistance, this steel is widely preferred in the industry, particularly for the production of precision tools, molds, and cutting inserts. After the boriding treatment, the obtained samples were examined in detail through various advanced characterization techniques for microstructural and phase analyses. Within this scope, optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction techniques, and microhardness measurements were employed, enabling a comprehensive and multidimensional evaluation. The analyses revealed that in samples borided at 850 °C and 925 °C, a triple microstructure consisting of a boride layer, a transition zone, and the substrate material was observed. However, as a result of boriding at 1000 °C, the transition zone disappeared, and the structure transformed into a two-layered morphology. FeB and Fe?B phases were morphologically distinguished, and it was determined that Fe?B formed a thicker, deeper, and more continuous layer. It was confirmed that FeB phases were present in the regions near the surface, whereas Fe?B phases dominated in the deeper zones, demonstrating that boron diffusion gradually decreased with depth. The thickness of the boride layer accelerated parabolically with increasing boriding temperature, while the growth rate slowed down with longer durations; at constant temperatures, the extension of the process duration resulted in a more linear increase in layer thickness. Microhardness measurements indicated a gradual hardness transition from the surface to the substrate; however, at 1000 °C this transition was disrupted, and fluctuating profiles were observed. The highest surface hardness was obtained after 9 hours of boriding at 925 °C. In conclusion, based on the obtained findings, it was clearly demonstrated that boriding treatments carried out within the 850–925 °C range generated more homogeneous and stable microstructures; thus, they provided optimum mechanical and structural properties.