THE EFFECT OF NI ON THE MICROSTRUCTURE, WEAR AND CORROSION BEHAVIORS OF MICROALLOYED STEELS PRODUCED BY POWDER METALLURGY

Abstract

ABSTRACT

Microalloyed steels can be stated as low-alloyed high-strength steels that improve the mechanical properties of the carbide, nitride and carbonitride formed by the addition of carbide and nitride-forming elements such as titanium, niobium and vanadium, which are added below 0.2% by weight. The formation and dissolution temperatures of carbon nitrides formed in microalloy steels must be calculated very well. Otherwise, incorrectly designed casting method, rolling temperature and cooling rate may cause carbonitrides not to form or to form and overgrow. The production of microalloyed steels produced by rolling, controlled cooling and casting methods has also been carried out by powder metallurgy method in recent years. Powder metallurgy is one of the independent production methods that is used in the manufacture of parts used in many sectors such as implant materials, gears, tortoiseshells, bushings, which cannot be produced with other production methods such as tungsten filament used in electric lamps, including small precision parts that are difficult to manufacture. The element nickel added in this study is an austenite stabilizer and widens the austenite area as well as narrowing the ferrite area in iron chromium carbon alloys. Nickel increases corrosion resistance against oxidation at high temperatures. It prevents scale formation on the material surface. In addition, nickel, which has a grain reduction effect, increases the toughness and strength of the material. It increases the hardness, ductility, high fatigue resistance of the material and decreases the critical cooling rate by using it with chromium. Compared to many elements such as carbon, copper and molybdenum, the nickel element diffuses slowly in iron because its diffusion coefficient value is lower. In this study, alloy steel with nine different compositions was produced by adding graphite, Nb, V and Ni in different proportions into Fe powders. Characterization of alloy steel samples containing different amounts of Nickel was carried out by corrosion test, wear test, hardness test, optical microscope, XRD, SEM Mapping and SEM EDS analyses.

ÖZET

Mikroalaşımlı çelikler ağırlık olarak %0,2’nin altında katılan titanyum, niyobyum ve vanadyum gibi karbür ve nitrür yapıcı elementlerin ilavesi ile oluşturmuş olduğu karbür, nitrür ve karbonitrürlerin çeliğin mekanik özelliklerini iyileştiren düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çelikler olarak ifade edilebilir. Mikroalaşım çeliklerinde oluşan karbo-nitrürlerin oluşma ve çözünme sıcaklıklarının çok iyi hesaplanması gerekmektedir. Aksi taktirde yanlış tasarlanan döküm yöntemi, haddeleme sıcaklığı ve soğuma hızı karbonitrürlerin oluşmamasına veya oluşup aşırı büyümesine sebep olabilir. Haddeleme, kontrollü soğutma ve döküm yöntemleriyle üretilen mikroalaşımlı çeliklerin üretimi son yıllarda toz metalurjisi yöntemiyle de gerçekleştirilmektedir. Toz metalürjisi imali zor küçük hassas parçalar da dahil olmak üzere elektrik lambalarında kullanılan tungsten filament gibi diğer üretim yöntemleri ile üretilemeyen, implant malzemeleri; dişli, bağa, burç gibi birçok sektörde kullanılan parçaların imalinde kullanılan, her geçen gün kullanım alanı gelişmekte olan müstakil üretim yöntemlerinden biridir. Bu çalışmada ilave edilen nikel elementi ise östenit dengeleyicidir ve demir krom karbon alaşımlarında ferrit alanını daraltmasının yanı sıra östenit alanını genişletmektedir. Nikel yüksek sıcaklıklarda oksitlenmeye karşı korozyon direncini artırır. Malzeme yüzeyinde tufal oluşumunu engeller. Ayrıca tane küçültme etkisine sahip olan nikel, malzemenin tokluğunu ve mukavemetini artırır. Krom ile kullanılması ile malzemenin sertliğini, sünekliliğini yüksek yorulma direncini artırır ve kritik soğuma hızını düşürür. Nikel elementi karbon, bakır ve molibden gibi birçok element ile karşılaştırıldığında, sahip olduğu difüzyon katsayısı değeri daha düşük olduğundan demir içerisinde yavaş yayınım gösterir. Bu çalışmada Fe tozlarının içerisine grafit, Nb, V ve farklı oranlarda Ni ilave edilerek dokuz farklı bileşime sahip alaşımlı çelik üretimi gerçekleştirilmiştir. Farklı oranlarda Nikel içeren alaşımlı çelik numunelerin karakterizasyonu korozyon testi, aşınma testi, sertlik testi, optik mikroskop, XRD, SEM Maping ve SEM EDS analizleri ile gerçekleştirilmiştir.