Plazma nitrürleme işleminin düşük alaşımlı AISI 4140 çeliğinin yapı ve mekanik özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, plazma nitrürleme işleminin soğuk şekillendirilmiş (hammadde) durumdaki düşük alaşımlı AISI 4140 çeliğinin yapı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Söz konusu çelik, öncelikle hafif silah endüstrisinde tabanca kapaklarının sertleştirilmesinde kullanılan geleneseksel su verme sertleştirmesi ve Avrupa silah endüstrisinde aynı parçanın sertleştirilmesinde bir başka yöntem olarak kullanılan ve termokimyasal bir işlem olan plazma (iyon) nitrürleme işlemlerine tabi tutuldu. Gerek hammadde gerekse geleneksel sertleştirilmiş ve plazma nitrürlenmiş durumdaki çeliğin yapı ve mekanik özellikleri ile yorulma davranışları incelendi. Yapılan incelemelerde, hammadde durumundaki çeliğin içyapısının ferrit ve perlit fazlarından oluştuğu, uygulanan deformasyonun etkisiyle tanelerinin yönlendiği görüldü. Geleneksel sertleştirme ve menevişleme işlemlerinden sonra içyapının büyük oranda martenzit ve kalıntı osnetite dönüştüğü belirlendi. Plazma nitrürlenmiş çeliğin yüzeyinde kimyasal yapının değiştiği, yüzeyde demir nitrür bileşikleri içeren beyaz tabaka ve alaşım nitrürleri içeren difüzyon tabakasının oluştuğu gözlendi. Azot difüzyonun etkisiyle çeliğin yüzeyinde efektif sertlik derinliği 0,25-0,30 mm arasında ölçüldü. En yüksek sertlik, çekme dayanımı ve tokluk değerleri plazma nitrürlenmiş çelikten elde edildi. Ayrıca, söz konusu çeliğin en iyi yorulma performansını yine plazma nitrürlenmiş durumda sergilediği görüldü. Yapılan korelasyonlar sonucunda, AISI 4140 çeliğinin her durumdaki yorulma davranışının Basquin bağıntısı ile ifade edilebileceği belirlendi. Yorulma örneklerinin kırılan yüzeylerinde yapılan incelemeler sonucunda hammadde ve geleneksel sertleştirilmiş numunelerde yorulma çatlağının yüzeyden başladığı, plazma nitrürlenmiş numunede ise dizfüyon tabakası ile çekirdek bölgesi arasında oluştuğu (balıkgözü çatlağı - fisheye crack) gözlendi.