Farklı metotlarla elde edilen Inconel 718 alaşımının aşınma davranışının incelenmesi

Abstract

Nikel bazlı süper alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini ve korozyon direncini koruyabildikleri için yüksek sıcaklık ve oksitleyici ortamlar için vazgeçilmez malzemelerdir. Nikel bazlı süper alaşım ailesinde bulunan Inconel alaşımlarından elde edilen makine parçaları genellikle uçak türbinleri, roket motorları, nükleer enerji santralleri gibi yüksek sıcaklıktaki servis ortamlarında çalışır. Bu nedenle, farklı sıcaklıklarda malzemelerin aşınma mekanizmalarının ortaya çıkarılması pratikte büyük öneme sahiptir. Nitrürleme, karbürleme, borlama gibi difüzyon işlemleri aşınma gibi tribolojik özelliklerin iyileştirilmesi için uygulanan alternatiflerdir. Bu çalışmada; eklemeli imalat, döküm ve haddeleme yöntemiyle üretilmiş Inconel 718 numunelerinin ve Elektrokimyasal Borlanmış (EB) döküm Inconel 718 numunesinin oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıklardaki aşınma davranışları incelenmiştir. Aşınma deneyi, ASTM G99 standardına göre bilya-disk düzeneğine sahip aşınma deney cihazında oda sıcaklığında (25 °C) 30 N, 15 N, 7,5 N ve 3,75 N yük altında gerçekleştirilmiştir. Yüksek sıcaklık aşınma deneyleri ise normal atmosferik şartlarda 600 °C sıcaklıkta ve 30 N yük altında gerçekleştirilmiştir. Aşınma izlerine ait incelemeler hem optik mikroskop (OM) hem de taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla yapılmıştır. Tüm numunelerin aşınma yüzeylerinden EDS analizi yapılmıştır. Aşınma izlerinin 2 boyutlu profilleri Mitutoyo Surtest SJ-400 profilometre cihazı ile elde edilmiştir. Aşınma deneyi sonrasında sürtünme katsayı eğrileri çıkarılmış ve aşınma kayıpları hesaplanmıştır. Numunelerin mikrosertlik ölçümleri yapılmış, EB numunenin yüzeyden itibaren sertlik dağılımı incelenmiştir. Numunelerin mikroyapıları incelenmiş, hazırlanan temel numunelerin faz kompozisyonunu analiz etmek ve döküm numunenin yüzeyine uygulanan EB işlemi ardından oluşan fazların tayini amacıyla XRD analizi gerçekleştirilmiştir. EB işlemi sonucunda oluşan kaplama tabakasının incelenmesi amacıyla OM ve SEM görüntülemeleri yapılmıştır.Nickel-based superalloys are indispensable materials for high temperature and oxidizing environments because they can maintain their mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures. Machine parts made from Inconel alloys, which are in the nickel-based superalloys family, generally operate in high-temperature service environments such as aircraft turbines, rocket engines, and nuclear power plants. Therefore, revealing the wear mechanisms of materials at different temperatures is of great importance in practice. Diffusion processes such as nitriding, carburizing, and boriding are alternatives applied to improve tribological properties such as wear. In this study; the wear behaviors of additive manufacturing, cast and rolled Inconel 718 samples and Electrochemical Boronized (EB) cast Inconel 718 sample were investigated at room temperature and high temperatures. The wear test was carried out under 30 N, 15 N, 7,5 N and 3,75 N loads at room temperature (25 °C) in a wear test device with a ball-disc mechanism according to the ASTM G99 standard. High temperature wear tests were carried out at 600 °C and 30 N load under normal atmospheric conditions. Wear trace examinations were carried out with both optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). EDS analysis was performed on the wear surfaces of all samples. 2D profiles of wear marks were obtained with Mitutoyo Surtest SJ-400 profilometer device. After the wear test, the friction coefficient curves were obtained and the wear losses were calculated. Microhardness measurements of the samples were made and the hardness distribution of the EB sample from the surface was examined. The microstructures of the samples were examined, XRD analysis was performed to analyze the phase composition of the prepared untreated samples and to determine the phases formed after the EB treatment applied to the surface of the cast sample. OM and SEM imaging were performed to examine the coating layer formed as a result of the EB process.