Investigation of the Effect of Deep Cryogenic Treatment with Different Holding Time on the Corrosion Behavior of Cementation Steel

Öz

In this study, the effect of gas cementation, tempering and deep cryogenic treatment with different holding times (24, 36, 48 hours at -196 °C) on the corrosion behavior of cementation steel in 3,5% NaCl environment was investigated. The corrosion tests of the samples classified in five different groups were examined with the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) method, the degradation of the metal surface was visually investigated with the Scanning Electron Microscope (SEM), and the chemical composition of the surface was determined by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The findings show that cementation, tempering and cryogenic treatment applications reduce the corrosion rate of cementation steel. It has been demonstrated by electrochemical and surface imaging methods that the N3 sample, which applied deep cryogenic treatment with 24 hours holding time after cementation, is much less corroded in 3,5% NaCl environment than other samples.

Anahtar Kelimeler

• Cementation steel
• Cryogenic treatment
• Corrosion
• Cementation
• Tempering

Farklı Bekletme Süreli Derin Kriyojenik İşlemin Sementasyon Çeliğinin Korozyon Davranışına Etkisinin Araştırılması

Öz

Bu çalışmada sementasyon çeliğinin %3,5 NaCl ortamındaki korozyon davranışına, uygulanan gaz sementasyon, temperleme ve farklı bekletme süreli derin kriyojenik işlemin (-196 °C’de 24, 36, 48 saat) etkisi araştırılmıştır. Beş farklı grupta sınıflandırılan numunelerin korozyon testleri; Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) yöntemiyle incelenmiş ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile metal yüzeyinin ne kadar bozulduğu görsel olarak bakılmış ve Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS) ile analiz edilmiştir. Bulgular, sementasyon, temperleme ve kriyojenik işlem uygulamalarının sementasyon çeliğinin korozyon hızını azalttığını göstermektedir. Semantasyon işlemi sonrasında 24 saat bekletme süreli derin kriyojenik işlem yapılan N3 numunesinin diğer numunelere göre %3,5 NaCl ortamında çok daha az korozyona uğradığı yapılan elektrokimyasal ve yüzey görüntüleme yöntemleriyle ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Sementasyon çeliği
• Kriyojenik işlem
• Korozyon
• Sementasyon
• Temperleme
• Cementation steel
• Cryogenic treatment
• Corrosion
• Cementation
• Tempering

Kaynakça

1. Güney, F. (2021). AISI 8620 çeliğinin farklı şartlar altındaki mekanik özellikleri, korozyon direnci ve mikroyapılarının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Düzce Üniversitesi, İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı, Düzce.
2. Güney, F., & Kam. M. (2021). AISI 8620 çeliğinin mekanik özellikleri üzerinde kriyojenik işlemin etkisi üzerine bir değerlendirme, 6. Uluslararası Mühendislik ve Teknoloji Yönetimi Kongresi, 20-21 Kasım, İstanbul, 430-438.
3. Güney, F., & Kam. M. (2022). AISI 8620 (20NiCrMo2) Çeliğinin Mekanik Özelliklerine Kriyojenik İşlemin Etkisinin İncelenmesi. İmalat Teknolojileri ve Uygulamaları Dergisi, 3(2), 22-31.
4. Erden, M. (2016). Effect of C content on microstructure and mechanical properties of Nb-V added microalloyed steel produced by powder metallurgy method. European Journal of Science and Technology, 5(9), 44-47.
5. Kam, M., & Saruhan, H. (2018). Derin kriyojenik işlemin farklı bekletme sürelerinin AISI 4140 (42CrMo4) çeliğin mekanik özelliklerine etkisi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(3), 553-564.
6. Asl, K.M., Tari, A, & Khomamizadeh, F. (2009). Effect of deep cryogenic treatment on microstructure, creep and wear behaviors of AZ91 magnesium alloy. Materials Science and Engineering: A, 523(1-2), 27-31.
7. Nalbant, H. (2018). Derin kriyojenik işlemin AISI 4140 çeliğinin aşınma davranışına etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Osmangazi Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Eskişehir.
8. Karacif, K., Çarboğa, C., & Candemir, D. (2019). Düşük oranlarda bor içeren az karbonlu çeliklerin asidik ve tuzlu ortamlarda korozyon özelliklerinin incelenmesi. Bor Dergisi, 4(1), 39-45.

9. Kayalı, Y., Yalçın, Y., & Ülker, Ş. (2019). Plazma pasta borlama yöntemiyle borlanmış AISI D2 çeliğinin aşınma ve elektrokimyasal korozyon davranışlarının incelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(1), 177-185.
10. Joviˇcevi´c-Klug, P., Kranjec, T., Joviˇcevi´c-Klug, M., Kosec, T., & Podgornik, B. (2021). Influence of the deep cryogenic treatment on AISI 52100 and AISI D3 steel’s corrosion resistance. Materials, 14(21), 6357.
11. Demir, İ.D.K., & Uygur, İ. (2019). AZ63 magnezyum alaşımının korozyon direncine kriyojenik işlemin etkisi. İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi, 8(2), 1-8.
12. Ryl, J., Wysocka, J., Cieslik, M., Gerengi, H., Ossowski T., Krakowiak S., & Niedzialkowski P. (2019). Understanding the origin of high corrosion inhibition efficiency of bee products towards aluminium alloys in alkaline environments. Electrochimica Acta, 304, 263-274.
13. Gerengi, H., Solomon, M. M., Kaya, E., Bagci, F. E.,& Abaib E. J. (2018). An evaluation of the anticorrosion effect of ethylene glycol for AA7075-T6 alloy in 3.5% NaCl solution. Measurement, 116, 264-272.
14. Gerengi, H., Akcay, C., Ozgan, E., & Arslan, I. (2012). Investigation on the corrosion of low carbon steel placed in asphalt concrete in 3.5% NaCl environment. Journal of the Science and Technology, 3(1), 5-11.
15. Gerengi H., Cakmak R., Dag B., Solomon M.M., Tuysuz H.A., & Kaya E. (2020). Synthesis and anticorrosion studies of antipyrine on SAE 1012 carbon steel in 15 wt.% HCl solution. Journal of Adhesion Science and Technology, 34(22), 2448–2466.
16. Rizvi, M., Gerengi, H., Kaya, S. et al. (2021). Sodium nitrite as a corrosion inhibitor of copper in simulated cooling water. Scientific Reports,11(1), 8353.
17. Gerengi, H., Uğraş, H. I., & Yıldız, M. (2017). Bor katyonu içeren iyonik sıvıların 0.1 M HCl ortamında korozyon inhibitörü olarak kullanılması. Journal of Advanced Technology Sciences, 6(1), 11-12.
18. Fytianos G., Ucar S., Grimstvedt A., Svendsen H. F., & Knuutila H. (2016). Corrosion evaluation of MEA solutions by SEM-EDS, ICP-MS and XRD. Energy Procedia, 86, 197-204.
19. M. Abd Mutalib, M.A. Rahman, M.H.D. Othman, A.F. Ismail, & J. Jaafar. (2017). Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-Ray (EDX) Spectroscopy. Membrane Characterization, 9, 161-179.
20. Gerengi, H. (2012). Anticorrosive properties of date palm (Phoenix dactylifera L.) fruit juice on 7075 type aluminum alloy in 3.5% NaCl solution. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(39), 12835-12843.
21. Arslan, Y., & Özdemir, A. (2013). Farklı sürelerde kriyojenik işlem uygulanmış AISI D3 soğuk iş takım çeliği zımbalarda aşınma davranışları ve takım ömrü. Journal of Advanced Technology Sciences, 2(3), 87-99.
22. Park, S., Shin, BH., Park, J., Kim, D., & Chung, W. (2019). Effect of austenite morphology on the electrochemical properties of super duplex stainless UNS S 32750. International Journal of Electrochem Science, 14, 5386-5395.
23. Kazum, O., Kannan M.B., Beladi, H., Timokhina, I.B., Hodgson, P.D., & Khoddam, S. (2014). Aqueous corrosion performance of nanostructured bainitic steel, Materials and Design, 54, 67-71.
24. Kazum, O., Kannan, M.B., Beladi, H., Timokhina, I., Hodgson, P., & Khoddam, S. (2014). Selective dissolution of retained austenite in nanostructured bainitic steels. Advanced Engineering Materials, 16(4), 442-444.
25. Wang, W., Srinivasan, V., Siva, S., Albert, B., Lal, M., & Alfantazi, A. (2014). Corrosion behavior of deep cryogenically treated AISI 420 and AISI 52100 steel. Corrosion, 70(7), 708-720.
26. Akhbarizadeh, A., Amini, K., & Javadpour, S. (2012). Effects of applying an external magnetic field during the deep cryogenic heat treatment on the corrosion resistance and wear behavior of 1.2080 tool steel. Materials & Design, 41, 114-123.
27. Firouzdor, V., Nejati, E., & Khomamizadeh, F. (2008). Effect of deep cryogenic treatment on wear resistance and tool life of M2 HSS drill. Journal of Materials Processing Technology, 206(1-3), 467-472.
28. Yumak, N., & Aslantaş, K. (2021). Effect of heat treatment procedure on mechanical properties of Ti- 15V-3Al-3Sn-3Cr metastable β titanium alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, 30(2), 1066-1074.
29. Yumak, N., Aslantas, K., & Çetkin, A. (2021). Cryogenic and aging treatment effects on the mechanical properties of Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn titanium alloy. J. Test. Eval, 5, 3221-3233.
30. Uygur, I., Gerengi, H., Arslan, Y., & Kutay, M. (2015). The effects of cryogenic treatment on the corrosion of AISI D3 stell. Materials Research, 18(3), 569-574.
31. Wang, F., & Rick, J. (2014). Synergy of Nyquist and Bode electrochemical impedance spectroscopy studies to commercial type lithium ion batteries. Solid State Ionics, 268, 31-34.
32. Solomon, M.M., Gerengi, H., Kaya, T., Kaya, E., & Umoren, S.A. (2017). Synergistic inhibition of St37 steel corrosion in 15% H2SO4 solution by chitosan and iodide ion additives. Cellulose, 24(2), 931-950.
33. Jiang, X., Wan, W., Wang, B., Zhang, L., Yin, L., Bui, H.V., Xie, J., Zhang, L., Lu, H., & Deng, L. (2022). Enhanced anti-corrosion and microwave absorption performance with carbonyl iron modified by organic fluorinated chemicals. Applied Surface Science, 572, 151320.
34. Liu, Y., Guo, X., Liu, D., Wang, Y., Hao, L., Jin, Y., Li, H., & Wu, Y. (2022). Inhibition effect of sparteine isomers with different stereochemical conformations on the corrosion of mild steel in hydrochloric acid solution. Journal of Molecular Liquids, 345, 117833.