İyon implantasyonu ve plazma nitrürleme yöntemi ile yüzeyi sertleştirilmiş soğuk iş takım çeliklerinin içyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, 1.2379 (AISI D2) ve 1.2436 (AISI D6) soğuk iş takım çeliklerinin plazma nitrürleme ve iyon implantasyonu işlemleri neticesinde yüzey bölgeleri incelenmiş, iç yapı ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Sırasıyla 30 mm ve 25 mm çapında, 4 mm kalınlığında hazırlanan numuneler ıslah işlemine tabii tutulmuş ve sertleştirilmiştir. Daha sonra yüzeyleri parlatılarak (Ra < 0.04 µm) plazma nitrürleme ve iyon implantasyonu işlemleri yapılmıştır. Plazma nitrürleme işlem parametreleri 500oC sabit sıcaklıkta, 1,5, 4,5, 8 mbar basınç ve 4, 7, 10 saat süre olacak şeklinde belirlenmiştir. Islah ve plazma nitrürleme işlemi gerçekleştirilen numunelerden bir grup (4.5 mbar ve 7 saat şartlarındaki) numuneye Mo iyonları implante edilmiştir. İyon dozları 8x1015 iyon/cm2 ve 5x1016 iyon/cm2 olarak uygulanmıştır. Numunelerin yüzey sertlikleri ve sertlik dağılımları tespit edilmiş, ball-on-disk aşınma test cihazında aşınma performansları ve sürtünme katsayısı değişimleri belirlenmiştir. Aşınma testi sonrasında yüzeyler optik mikroskop ve SEM yöntemi ile incelenmiştir. Ayrıca XRD verileri de değerlendirilmiştir. Molibden implantasyonunun her iki grup malzemenin de sürtünme özelliklerini iyileştirdiği, ayrıca implantasyon sonrası yapılan plazma nitrürleme neticesinde sürtünme katsayısı değişimlerinin diğer işlemlere göre daha az olduğu tespit edilmiştir.

In this research, microstructure and mechanical properties of plasma nitrided and ion implanted 1.2379 (AISI D2) and 1.2436 (AISI D6) cold work tool steels prepared as 30mm and 25mm diameter, 4mm thickness samples, respectively have been studied. All samples were heat treated and tempered according to the tempering diagrams. Surfaces of the hardened samples were polished to up to Ra < 0,04 µm. Polished samples were plasma nitrided under constant temperature (500oC) with different pressure (1,5 - 4,5 - 8 mbar) and time (4 – 7 - 10 hours) values. Group of 4,5 mbar and 7 hours plasma nitrided samples were ion implanted with Molybdenum ions (8x1015 and 5x1016 ions/cm2 doses). Surface hardness and hardness profiles of the samples were measured, wear performance and friction coefficient was determined with ball-on-disk device. Surfaces have been observed by optical microscopy and SEM techniques. XRD patterns were also evaluated.