SAE 8620 (21NiCrMo2) çeliğinde yüksek sıcaklıktaki sementasyon işleminin yorulma dayanımına etkisi

Abstract

V Bu çalışmada, dişli çarklar ve küçük çaptaki millerin yapımında yaygın olarak kullanılan SAE 8620 (21NiCrMo2) çeliğinde, yüksek sıcaklıktaki sementasyon işleminin malzemenin yorulma dayanımına etkisi araştırılmıştır. Numuneler, gaz atmosferindeki karbonlama ve tuz banyosundaki karbonlama işlemlerinden sonra 850°C 'den direkt olarak suverilmişlerdir. Gaz atmosferindeki karbonlama işlemleri, 940°C ile 980°C karbonlama sıcaklıklarında, endotermik koruyucu gaz (%33 H2, %28 CO, %0,8 CH4) ile propan (C3H8) karışımı ortamda yapılmıştır. Tuz banyosundaki karbonlama işlemleri ise, 940°C ile 1050°C karbonlama sıcaklıklarında, NaCN (%30), Na2C03 (%40) ve NaCl (%30) tuz karışımlı banyoda yapılmıştır. Numuneler karbonlama ve suverme işlemlerinden sonra 170 °C 'de 2 saat temperlenmişlerdir. Numunelerin yorulma limitleri, N=106 çevrim sayısı değerlendirme sınırı alınarak, dönen eğme gerilmeli yorulma deney makinesinde elde edilmiştir. Yorulma limitleri, mikroyapı, kabuk derinliği, artık ostenit ve artık gerilme dağılımına bağlı olarak değerlendirilmiştir. Numunelerin mikroyapısında meydana gelen artık ostenit ve artık gerilme dağılımı X-ray diffraction metoduyla belirlenmiştir. Metalografik incelemede metal mikroskopu kullanılmıştır. Mikro sertlik değerleri, Vickers mikrosertlik cihazında 9,81 N yük altında elde edilmiştir. Yaklaşık aynı etkili sementasyon derinliğine sahip gaz atmosferi karbonlama ortamında 940°C ile 980°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yorulma deneyi sonuçlarına göre, 980° C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yorulma dayanımları, kabuk bölgesinde karbürlerin, martenzitik olmayanVI mikroyapıların ve daha düşük artık bası gerilmelerin meydana gelmesi nedeniyle, 940°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yorulma dayanımlarından yaklaşık %15 daha düşük çıkmıştır. Yaklaşık aynı etkili sementasyon derinliğine sahip, 940°C ile 1050°C 'de tuz banyosunda karbonlama ve suverme işlemi yapılan numunelerin yorulma dayanımları arasında önemli bir fark yoktur. Çünkü her iki durumdaki numunelerin yüzeyinde meydana gelen artık bası gerilme değerleri birbirine çok yakındır. Yaklaşık aynı etkili sementasyon derinliğine sahip, gaz atmosferi karbonlama ortamında 940°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numuneler ile tuz banyosunda 940°C ile 1050°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yorulma dayanımları karşılaştırılırsa, gaz atmosferi karbonlama ortamında 940°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yüzeyinde ve kabuk bölgesinde artık bası gerilme değerlerinin daha yüksek olması nedeniyle yorulma dayanımları, tuz banyosunda 940°C ile 1050°C 'de karbonlama ve suverme işlemleri yapılan numunelerin yorulma dayanımlarından yaklaşık % 30 daha yüksek olmuştur. Osman ASİ

VI In this study, the effect of high temperature carburizing on bending fatigue strength of SAE 8620 (21NiCrMo2) which is widely used as a carburized steel (shafts, gears etc.) was investigated. Carburizing programs were carried out in gas atmosphere (940°C and 980°C) and salt bath (940°C and 1050°C). Gas carburizing atmosphere consists of an endothermic carrier gas (%33 H2, %28 CO, %0,8 CH4) that is enriched by a propan (C3H8). Salt bath consists of NaCN (%30), Na2C03 (%40) and NaCl (%30). Specimens were processed in direct quenched condition at 850°C after carburizing. All specimens were tempered at 170°Cfor2hours. The fatigue limit of all carburized and heat treated specimens was defined to be the maximum bending stress at 106 cycles to cause failure on rotating bending fatigue test machine. Fatigue limit was evaluated associated with microstructure, case depth and distribution of retained austenite and compressive residual stress near the surface. X-ray analysis was used to determine residual stress and retained austenite levels in the case - hardened microstructures of the all specimens. Optical microscope was used for metallographic examination. The cross-sectional microhardness after carburizing and heat treating was measured with a conventional Vickers microhardness tester with a 9,81 N load. The results of fatigue tests on the gas atmosphere carburized at 940°C and 980°C, specimens have identical effective case depth, have shown that the fatigue limit of specimens in gas atmosphere carburized at 980°C is % 15 lower than the fatigue limit of specimens in gas atmosphere carburized at 940°C due to the presence of large carbides,VII nonmartensitic micro structure and lower residual compressive stress at the case - hardened layer. The fatigue limit was found to be similar for both the salt bath carburized at 940°C and 1050°C, specimens which have identical case depth, since they had identical residual compressive stress at surface. The comparison between the fatigue results of gas atmosphere carburized at 940°C and the salt bath carburized at 940°C and 1050°C, specimens which have identical case depth, have shown that the fatigue limit of specimens in gas atmosphere carburized at 940°C was %30 higher than the fatigue limit of specimens in salt bath carburized at 940°C and 1050°C. Osman ASİ