Mehmet TARAKÇI, Utkan ŞAHİNTÜRK, Yücel GENÇER, Yunus AZAKLI

Fe-8Si İKİLİ ALAŞIMININ BORLANMA İLE YÜZEY MODİFİKASYONU VE KARAKTERİZASYONU

Bu çalışmada atomik % 8 Si içeren Fe-Si ikili alaşımı ile saf demir 900°C, 1000°C ve 1100°Cde 3 saat süre ile Ekabor II tozu ile katı ortamda borlanmıştır. Oluşan borür tabakaların mikroyapısı, faz içeriği, mikrosertlik ve kimyasal kompozisyonu, X-Işınları kırınımı, SEM-EDS ve Vickers Mikrosertlik ölçümü ile karakterize edilmiştir. Her iki malzeme yüzeyinde oluşan borür tabakalarının taraklı bir morfolojide olduğu gözlenmiştir. Ancak borlama sıcaklığı ve özellikle altlıktaki Si ilavesiyle taraklı yapı kabalaşmıştır. Silisyum bor tabakası içerisinde çözünmemiş ve borür tabakası ile altlık malzeme arasında birikerek geçiş bölgesi olarak tanımlanan bölgeyi oluşturmuştur. Bu bölgenin sertlik değeri yaklaşık 500 HV ölçülmüştür. Her iki altlık üzerinde oluşan borür tabakasının sertlik değeri ortalama 2200 HVdir. Borür tabakasının kalınlığı her iki malzemede artan borlama sıcaklığıyla birlikte doğrusala yakın bir şekilde artmıştır. Altlıkta bulunan silisyum borür tabaka kalınlığını saf demire göre azaltmıştır. Saf demir ile karşılaştırıldığında Fe-8Si altlık yüzeyinde oluşan borca zengin FeB fazı, Fe2B fazına göre daha fazla oluşmuştur.

SURFACE MODIFICATION of Fe-8Si ALLOY by BORONIZING AND ITS CHARACTERIZATION

In this study Fe-Si binary alloy containing 8 at. % Si and pure iron were pack boronised at 900°C, 1000°C and 1100°C for 3 h using Ekabor II powder. The microstructure, chemical composition, phase contents and microhardness of the formed boride coatings were characterized by means of XRD, SEM-EDS and Vickers Microhardness measurements. The saw-tooth morphology was observed on both substrates, it tended coarsen with boriding temperature and especially with the addition of Si to the substrate. Silicon did not dissolve in the boride layer but accumulated between boride layer and Fe-8Si substrate and formed a Si rich transition zone with an average hardness of 500 HV. The average hardness value of the boride layers on both substrates were approximately 2200 HV. The boride layer thickness increased near-linearly with boronizing temperature for both materials. The presence of silicon in the substrate reduced the thickness of boride layer compared to the boride layer thickness on pure iron. The amount of boron rich FeB phase compared to Fe2B phase was higher on the boride layer of Fe-Si alloy than of pure iron.

PDF

___

1. A.K. Sinha, Boriding (boronizing), in: A.K. Sinha (Ed.) ASM International Handbook, ASM International, OH, pp. 437-447, 1991.
2. O. Ozdemir, M.A. Omar, M. Usta, S. Zeytin, C. Bindal, A.H. Ucisik, An investigation on boriding kinetics of AISI 316 stainless steel, Vacuum, 83, 175-179, 2008.
3. G. Principi, A. Gupta, C. Badini, Structural Study of Borided Layers Obtained on Synthetic Fe-Ni Alloys, Hyperfine Interactions, 69, 479-483, 1991.
4. C.M. Brakman, A.W.J. Gommers, E.J. Mittemeijer, Boriding of Fe and Fe-C, Fe-Cr, and Fe-Ni Alloys - Boride-Layer Growth-Kinetics, Journal of Materials Research, 4, 1354-1370, 1989.
5. M. Bektes, A. Calik, N. Ucar, M. Keddam, Packboriding of Fe-Mn binary alloys: Characterization and kinetics of the boride layers, Materials Characterization, 61, 233-239, 2010.
6. O. Ozdemir, M. Usta, C. Bindal, A.H. Ucisik, Hard iron boride (Fe2B) on 99.97wt% pure iron, Vacuum, 80, 1391-1395, 2006.
7. E. Atik, U. Yunker, C. Meric, The effects of conventional heat treatment and boronizing on abrasive wear and corrosion of SAE 1010, SAE 1040, D2 and 304 steels, Tribology International, 36, 155-161, 2003.
8. I. Campos, G. Ramirez, U. Figueroa, J. Martinez, O. Morales, Evaluation of boron mobility on the phases FeB, Fe2B and diffusion zone in AISI 1045 and M2 steels, Applied Surface Science, 253, 3469-3475, 2007.
9. Y. Gencer, Influence of manganese on pack boriding behaviour of pure iron, Surface Engineering, 27, 634-638, 2011.
10. Y. Gencer, M. Tarakci, A. Calik, Effect of titanium on the boronizing behaviour of pure iron, Surface and Coating Technology, 203, 9-14, 2008.
11. I. Ozbek, C. Bindal, Mechanical properties of boronized AISI w4 steel, Surface and Coating Technology, 154, 14-20, 2002.
12. S. Taktak, Some mechanical properties of borided AISI H13 and 304 steels, Materials&Design, 28, 1836-1843, 2007.
13. M. Tarakci, Y. Gencer, A. Calik, The packboronizing of pure vanadium under a controlled atmosphere, Applied Surface Science, 256, 7612- 7618, 2010.
14. K. Genel, Boriding kinetics of H13 steel, Vacuum, 80, 451-457, 2006.
15. V.I. Dybkov, W. Lengauer, P. Gas, Formation of boride layers at the Fe-25% Cr alloy-boron interface, Journal of Materials Research, 41, 4948-4960, 2006.
16. P. Goeuriot, R. Fillit, F. Thevenot, J.H. Driver, H. Bruyas, The Influence of Alloying Element Additions on the Boriding of Steels, Materials Science and Engineering, 55 (1982) 9-19.
17. C. Badini, C. Gianoglio, G. Pradelli, Preferential Distribution of Chromium and Nickel in the Borided Layer Obtained on Synthetic Fe-Cr-Ni Alloys, Journal of Materials Research, 21, 1721-1729, 1986.
18. I. Campos-Silva, M. Ortiz-Dominguez, M. Keddam, N. Lopez-Perrusquia, A. CarmonaVargas, M. Elias-Espinosa, Kinetics of the formation of Fe(2)B layers in gray cast iron: Effects of boron concentration and boride incubation time, Applied Surface Science, 255, 9290-9295, 2009.
19. I. Ozbek, Bindal,C., Kinetics of borided AISI M2 high speed steel, Vacuum, 86, 391-397, 2011.