Investigation of Wear and Electrochemical Corrosion Behaviour pf Borided AISI D2 Steel by Plasma Paste Boriding Method

Year 2019, , 177 - 185, 28.05.2019

Yusuf Kayalı

https://doi.org/10.35414/akufemubid.466932

Cited By: 1

Abstract

In this study, AISI
D2 cold work tool steel was boronized with plasma cake boronizing method at 70
and H2O 30% Ar gas mixture under pressure of 10 mbar and 100% by weight of
Borax paste for 2 and 4 hours at 700 and 750 °C processing temperatures. As a result of the
experiments, the morphology of the boride layers formed on the steel surfaces
was examined by optical microscopy. The hardness values ​​were measured by the
micro-hardness tester and the phases formed on the layer were determined by XRD
method. In the XRD analysis, FeB, Fe2B and CrB phases were formed on the boride
layer. As a result, the thickness of the boride layer obtained in boronized
steels increased with increasing boron temperature and duration. While the
original hardness value of AISI D2 steel was 452 HV_0,05, it was
determined to increase to a very high value as 1789 HV0,05 as a result of
boring process. The boring process increased the abrasion resistance of AISI D2
steel, while the decrease in boron temperature and time was reduced. As a result of the
electrochemical tests, the corrosion resistance in the borided steels increased
compared to the non-borided steel. But with increasing boriding temperature and
duration, corrosion resistance has decreased slightly.

Keywords

AISI D2 Steel, %100 Borax, Plasma Paste Borided, Micro hardness, Wear, Electrochemical Corrosion

Plazma Pasta Borlama Yöntemiyle Borlanmış AISI D2 Çeliğinin Aşınma ve Elektrokimyasal Korozyon Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, AISI D2
soğuk iş takım çeliği, 700 ve 750 °C
işlem sıcaklıklarında 2 ve 4 saat süreyle %70 H₂-%30 Ar gaz
karışımında, 10 mbar basınç altında ve ağırlıkça %100 Boraks pasta kullanılarak
plazma pasta borlama yöntemi ile borlanmıştır. Deneyler sonucunda, çelik
yüzeylerinde oluşan borür tabakalarının morfolojisi optik mikroskobu ile
incelenmiştir. Sertlik değerleri, mikro-sertlik cihazı ile ölçülmüş ve tabaka
üzerinde oluşturulan fazlar XRD yöntemi ile belirlenmiştir. XRD analizinde FeB,
Fe₂B ve CrB fazlarının borür tabakasının üzerinde oluştuğu
görülmüştür. Sonuç olarak, borlanmış çeliklerde elde edilen borür tabakasının
kalınlığının artan borlama sıcaklık ve süresi ile artığı görülmüştür. AISI D2
çeliğinin orijinal sertlik değeri 452 HV_0,05 iken, borlama işlemi
sonucunda, 1789 HV_0,05 gibi oldukça yüksek bir değere arttığı tespit
edilmiştir. Borlama işlemi, AISI D2 çeliğinin aşınma direncini artırırken,
artan borlama sıcaklığı ve süresiyle azalma meydana gelmiştir. AISI D2 çeliğinin yüzey
sertliği borlama işlemi ile artmıştır. Elektrokimyasal deneyler sonucunda,
borlanmış çeliklerdeki korozyon direnci, borlanmamış çeliğe göre korozyon
direnci artmıştır.  Fakat artan borlama
sıcaklığı ve süresi ile birlikte korozyon direnci biraz düşmüştür.    

Keywords

AISI D2 Çeliği, %100 Boraks, Plazma Pasta Borlama, Mikrosertlik, Aşınma, Elektrokimyasal Korozyon

References

• Allaoui, O., Bouaouadja, N., Saindernan, G., 2006. Characterization of boronized layers on a XC38 steel. Surface & Coatings Technology, 201, 3475-3482.
• Campos, I., Ramírez, G., Figueroa, F., Villa Velázquez, C., 2013. Paste Boriding Process: Evaluation of Boron Mobility on Borided Steels. Surface Engineering, 23(3), 216-222.
• Campos, I., Palomar, M., Amador, A., Ganem, R., Martinez, J., 2006. Evaluation of the corrosion resistance of iron boride coatings obtained by paste boriding process. Surface & Coatings Technology, 201, 2438-2442.
• Celikyurek, I., Baksan, B., Torun, O., Gurler, R., 2006. Boronizing of iron aluminide Fe72Al28. Intermetallics, 14, 136–141.
• Çiçek, A., Ekici, E., Uygur, İ., Akıncıoğlu, S., Kıvak, T., 2012. AISI D2 soğuk iş takım çeliğinin delinmesinde derin kriyojenik işlemin takım ömrü üzerindeki etkilerinin araştırılması. SDU International Journal of Technologic Sciences, 4(1), 1-9.
• Genel, K., 2006. Boriding kinetics of H13 steel. Vacuum, 80, 451–457.
• Güneş, İ., Ülker, Ş., Taktak, Ş., 2011. Plasma Paste Boronizing of AISI 8620, 52100 AND 440C Steels. Materials and Design, 32(4), 2380-2386.
• Ipek, M., Efe, G.C., Ozbek, I., Zeytin, S., Bindal, C., 2012. Investigation of Boronizing Kinetics of AISI 51100 Steel. Journal Of Materials Engineering And Performance, 21(5), 733-738.
• Jain, V., Sundararajan, G., 2002. Influence of the Pack Thickness of the Boronizing Mixture on the Boriding of Steel. Surface and Coatings Technology, 149, 21-26.
• Kara, R., Çolak, F., Kayalı, Y., 2016. Investigation of Wear and Adhesion Behaviors of Borided Steels. Transactions of the Indian Institute of Metals, 69(6), 1169-1177.
• Karabatak, M., Kara, F., 2016. AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Sert Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün Deneysel Optimizasyonu. Politeknik Dergisi, 19 (3), 349-355.
• Kariofillis, G.K., Kiourtsidis, G.E., Tsipas, D.N., 2006. Corrosion behavior of borided AISI H13 hot work steel. Surface & Coatings Technology, 201, 19-24.
• Kayalı, Y., 2011. Borlanmış AISI 316 L paslanmaz çeliğin korozyon ve Aşınma davranışların incelenmesi. Doktora tezi A.K.Ü., Fen Bil. Ens., Afyon.
• Kayalı, Y., 2013. Investigation of the Diffusion Kinetics of Borided Stainless Steels. The Physics of Metals and Metallography, 114 (12), 1061–1068.
• Kayalı, Y., 2015. Investigation of Diffusion Kinetics of Borided AISI P20 Steel in Micro-Wave Furnace. Vacuum, 121, 129-134.
• Kayalı, Y., Büyüksağış, A., Yalcın, Y., 2013. Investigation of Corrosion and Wear Behaviors of Boronized AISI 316L Stainless Steel. Journal of Metals And Materials International, 19 (5), 1053-1061.
• Kulka, M., Makuch, N. Piasecki, A. 2017. Nanomechanical characterization and fracture toughness of FeB and Fe2B iron borides produced by gas boriding of Armco iron. Surface & Coatings Technology, 325, 515–532.
• Liu, C., Lin, G., Yang, D., Qi, M., 2006. In vitro corrosion behavior of multilayered Ti/TiN coating on biomedical AISI 316 L stainless steel. Surface & Coatings Technology, 200, 4011-4016.
• Özbek, İ., Sen, Ş., Ipek, M., Bindal, C., Zeytin, S., Ucisik, A.H., 2004. A mechanical aspect of borides formed on the AISI 440C stainless-steel. Vacuum 73, 643–648.
• Sinha, A. K., 1991. Boriding(Boronising) of Steels. In: ASM Handbook, V. 4, J. Heat Treating, Materials Park: ASM International, 437-447.
• Şen, U., 1997. Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Bor Kaplanması ve Kaplama Özellikleri. Doktora tezi İ.T.Ü., Fen Bil. Ens., İstanbul.
• Tabur, M., Izciler, M., Gul, F., Karacan, I., 2009. Abrasive wear behavior of boronized AISI 8620 steel. Wear, 266, 1106–1112.
• Ulu, S., Kayalı, Y., Güneş, İ., 2013. Surface Borided SAE 1020 Steel With Dual Phase Core Microstructure. Materials Science And Technology, 29-3, 255-260.
• Uslu, I., Comert, H., Ipek, M., Ozdemir, O., Bindal, C., 2007. Evaluation of borides formed on AISI P20 steel. Materials and Design, 28, 55–61.
• Uysal, M., 2006. CrN, TiN Kaplanmış ve Kaplanmamış AISI 304 paslanmaz çeliğin korozyon özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üni., Fen Bil.Ens., Ankara.