Investigation of Abrasion Properties of DIN 20MnCr5 Steel Bars as a result of Box Boring

Abstract

In this study, boriding process was carried out on Ø11 diameter DIN 20MnCr5 cementation steel bar used in chain elements such as links and rings and fasteners such as bolts, at 950oC boronizing temperature, at different boriding times of 2.5 and 7.5 hours. Depending on the boriding time on the boronized surface, the formation of the boride layer and the metallographic structure of the formed boride layer, microhardness values from the surface to the center and adhesive wear properties were investigated. As a result of box boriding, boride coating thickness of Ø11 mm diameter was measured as an average of 195.6 µm after 2.5 hours of boronizing, and 371.5 µm after 7.5 hours of boronizing. In the hardness values, 1780 HV0.3 hardness was measured on the surface after 2.5 hours of boronizing and 2272 HV0.3 hardness was measured on the surface after 7.5 hours of boronizing. According to the adhesive wear test, 5.256 g weight loss occurred in the untreated Ø11 mm diameter DIN 20MnCr5 steel bar sample, 0.0071 g after 2.5 hours boronizing, and 0.0047 g after 7.5 hours boriding.

Keywords

• DIN 20MnCr5
• box boriding
• hardness
• adhesive wear and microstructure

DIN 20MnCr5 Çelik Çubukların Kutu Borlama Sonucu Aşınma Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, bakla ve halka gibi zincir elemanlarında, cıvata gibi bağlantı elemanlarında kullanılan Ø11 çapındaki DIN 20MnCr5 sementasyon çelik çubuğa, 950oC borlama sıcaklığında, 2,5 ve 7,5 saatlik borlama sürelerinde kutu borlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Borlanan yüzeyde borlama süresine bağlı olarak borür tabakasının oluşumu ve oluşan borür tabakasının metalografik yapısı, yüzeyden merkeze mikrosertlik değerleri ve adhezif aşınma özellikleri incelenmiştir. Kutu borlama sonucu, Ø11 mm çapındaki 2,5 saat borlama sonucu borür kaplama kalınlığı ortalama 195,6 µm ve 7,5 saat borlama sonucu ortalama 371.5 µm ölçülmüştür. Sertlik değerlerinde ise 2,5 saat borlama sonucu yüzeyde 1780 HV0,3 ve 7,5 saat borlama sonucu yüzeyde 2272 HV0,3 sertlik ölçülmüştür. Adhezif aşınma deneyine göre işlemsiz Ø 11 mm çapındaki DIN 20MnCr5 çelik çubuk örneğinde 5,256 g, 2,5 saat borlamadan sonra 0,0071 g, ve 7,5 saat borlamadan sonra 0,0047 g ağırlık kaybı gerçekleşmiştir.

Keywords

• DIN 20MnCr5
• kutu borlama
• sertlik
• adhezif aşınma ve mikroyapı

References

1. Aksöz, S., Kaplan, Y., & Tan, E. (2019). Boro-sinterleme işleminin ham T/M parçaların mikroyapı ve sertlik özelliklerine etkilerinin incelenmesi. Bor Dergisi, 4(2),77-84 .
2. Bariş, M. (2007). Farkli Borlama Sürelerinin Transmisyon Çeliğinde Abrasiv Aşinma Davranişlarina Etkisinin İncelenmesi, Yüksek Lisans, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye. Bozbay, A. B. (2019). Lastik koruyucu zincirlerinde kullanılan 20MnCr5 ve 8620 malzemelerinin farkli ısıl işlem şartları için yorulma ve aşınma dirençlerinin iyileştirilmesi, Yüksek Lisans, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye.
3. Boztepe, M. H. (2014). Effect of boronizing temperature and time on abrasion and corrosion resistance of AISI 1050 steel, Msc Thesis, Çukurova University, Adana, Türkiye. Ergun, Y., Güneş, İ., Erdoğan, M., & Cankaya, N. (2017). Effect of boriding treatment on the corrosion behavior of steels. Journal of nanoscience and nanotechnology, 17 (12), 8946–8951 .
4. Ersöz, A. (2008). Elektrokimyasal borlama ile çeliklerin yüzey özelliklerinin geliştirilmesi, Yüksek Lisans, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
5. Er, Ü., & Par, E. (2004). Bor yayinimiyla yüzeyi sertleştirilmiş aisi 1030 ve aisi 1050 çeliklerinin abrazif aşinma dayanimlarinin incelenmesi. Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17(1) Kayali, Y. (2015). Investigation of diffusion kinetics of borided aisi P20 steel in micro-wave furnace.Vacuum, 121, 129–134.
6. Koçaslan, A. (2016). 16MnCr5 Çeliğinin borlama ve termal çevrimli borlama özelliklerinin araştırılması, Yüksek Lisans, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, Türkiye. Krumes, D., Stubičar, M., Kladarić, I., Milinović, A., & Ducu, C. (2011). Improvement of surface layer properties of some constructional steels induced by applying thermodiffusional duplex treatment, Int. J. Of Microstructure And Materials Properties, 6 (5),425–434. Liszewski, M., Kasprzycka, E., Krupicz, B., & Tarasiuk, W. (2016). The analysis of the selected processes of thermo chemical heat treatment of 20MnCr5 steel in the context of abrasive wear, Tribologia International, 269(5), 183–193.
7. Sen, S., Özbek, İ., Sen, U., & Bindal, C. (2001). Mechanical Behavior Of Borides Formed On Borided Cold Work Tool Steel. Surface And Coatings Technology, 135, 173–177. Şeşen, F. E.(2015).Çelik yüzeylerinde elektrotermokimyasal ve termokimyasal difüzyon tabakasi oluşumuna ve difüzyon tabakalarinin özelliklerine işlem parametrelerinin etkisi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
8. Tarakci, M., Gencer, Y., & Calik, A. (2010). Comparative study of effect of pure vanadium under a controlled atmosphere", Applied Surface Science, 256 (24), 7612–7618 . Topuz, P. (2009). Akışkan yataklı fırında farklı çeliklerin borlanması ve borlama parametrelerinin geliştirilmesi, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.

9. Topuz, P. (2016). DIN 1.2842 çeliğinin borlanması ile oluşan borür tabakası üzerine borlama sıcaklık ve süresinin etkileri. Bor dergisi, 1(1), 15(19). Uluköy, A. & Can, A. Ç. (2006). Çeliklerin Borlanması. Pamukkale Üniveristesi, 12(2).
10. Yang, J., Wang, L., Zheng, Y., & Zhong, Z. (2021). Strain modified constitutive equation and processing maps of high quality 20MnCr5(sh) gear steel, Crystals, 11 (5), 536.