LEE- Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19483

Gözat

Konu "cast irons" ile LEE- Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Mikroalaşımlı östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirlerde vanadyum ve niyobyumun mekanik özelliklere etkisi
    (Graduate School, 2024-12-16) Doğan Mete, Beyza ; Solak, Nuri ; 506201205 ; Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği
    Küresel grafitli dökme demirler (KGDD), yüksek mukavemet, tokluk ve sünekliğin birleşimiyle birçok endüstriyel uygulama için ideal özellikler sunan bir malzeme grubudur. Bu malzemelerin en büyük avantajı, grafitin mikroyapıda küresel formda bulunması sayesinde dövme ve gri dökme demirlere alternatif olmasıdır. Östemperleme işlemi KGDD'ye mekanik özelliklerini ve mikroyapısını iyileştirmek için uygulanan bir ısıl işlemdir. Östemperleme işlemi, malzemeye asiküler ferrit ve yüksek karbonlu östenitin bileşiminden oluşan ösferrit mikroyapısını kazandırır. Bu mikroyapının varlığı malzemeye yüksek mukavemet, süneklik, tokluk, aşınma direnci, yorulma dayanımı, düşük maliyet, işlenebilirlik ve tasarım kolaylığı sağlamaktadır. Bu özellikler, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demiri mühendislik uygulamalarında sıkça tercih edilen bir malzeme haline getirir. Otomotiv sektöründe de kamyonlarda krank mili, kam mili, şasi ve süspansiyon braketleri gibi kritik bileşenlerde tercih edilen bu malzemeler, araçların genel performansını ve enerji verimliliğini artırmaktadır. Mikro alaşımlı KGDD'ye östemperleme ısıl işlemi ile kazandırılan mekanik özellikler, bu malzemeyi ağır ticari araçlar ve elektrikli kamyonlar için ideal hale getirmektedir. Bu nedenle, östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler, modern otomotiv endüstrisinde uzun yıllardır kullanılmaktadır. Bu çalışmada amaç, GGG60 kalite küresel grafitli dökme demire östemperleme ısıl işlemi uygulanarak malzemenin mikroyapısı, çekme mukavemeti, kopma uzaması, sertlik, darbe enerjisine mikro alaşımlama ve östemperleme süresinin etkisini tespit etmektir. Elektrikli kamyon üretiminde kullanılacak şasi braketleri için en iyi mekanik özellikleri elde etmek hedeflenmiştir. KGDD'ye alaşım elementlerinin ilavesi ile matristeki mikroyapıyı, asiküler ferrit yapısını, kalıntı östenit oranını ve östenite karbon difüzyon hızını kontrol etmek mümkündür. Vanadyum ve niyobyum mikro alaşımlanarak mekanik özelliklerde başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Ancak vanadyum ve niyobyumun birlikte mikro alaşımlandığı bir çalışma literatürde bulunmamaktadır. Tez çalışması kapsamında, vanadyum (V), niyobyum (Nb), vanadyum ve niyobyum (V+Nb) ile alaşımlandırılarak Y-blok şeklinde standart test numuneleri üretilmiştir. Döküm sonrasında numuneler talaşlı imalat yöntemleri ile hazırlanmıştır. Döküm sonrası numunelere standart yapısal, mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonları yapılmıştır. Döküm sonrasında yapıya ilave edilen mikroalaşım elementlerinin doğrudan etkisi olmadığı görülmüştür. Numuneler 900°C'de östenitleme işlemine tabi tutulmuştur. Bir saat östenitleme (inch başına) işlemi sonrasında numuneler 300°C sıcaklıktaki tuz banyosuna düşürülmüş ve bu sıcaklıkta 1,15, 30, 60 ve 120 dakika süre östemperlenmiştir. Tüm kompozisyonlarda östemperleme sonrasında, 1 ve 15 dakika temperlenen numunelerde martenzit yapısı görülmüştür ve sonucunda sertliğin yüksek olduğu tespit edilmiştir. Artan süre ile sertlik düşmüş, tokluk/süneklik artmıştır. Östemperleme süresi arttıkça yapıda martenzit miktarının azaldığı, 30 dakika östemperleme sonrasında tamamen kaybolduğu tespit edilmiştir. Mikroalaşımlandırma, ısıl işlem sonrasında aktif bir mekanizma haline gelmiştir. Tüm kompozisyonlardaki mikroyapılarda asiküler ferrit ve yüksek karbonlu östenitten oluşan ösferrit yapısı görülmüştür. Vanadyum+niyobyumlu örneklerde mikroyapıda vermikürler grafit görülmüştür. Mikroalaşımlandırma ile mikroyapıdaki asiküler ferrit daha ince hale gelmiştir. Asiküler ferrit, östemperleme süresinin artması ile kabalaşmıştır. Östemperleme sonucu mikroyapıda karbon stabilize östenit fazı oluşmuştur. Oda sıcaklığında soğuma ile bu faz kalıntı östenite dönüşmüştür. Martenzit oluşumundan dolayı 1 dakika östemperlenmiş numunelerde kalıntı östenit oranı %17 civarındadır. Östemperleme süresi arttıkça yapıdaki kalıntı östenit miktarı tüm kompoziyonlar için artmaktadır. Vanadyum mikro alaşımlı numunelerde östemperleme süresi artması ile orantılı olarak kalıntı östenit artışı tespit edilmiştir. Niyobyum mikro alaşımlı numunede kalıntı östenit yüzdesi, 60 dakikaya kadar artarken 120 dakika sonunda diğer kompozisyonlara göre daha düşüktür (%42). Östenitteki karbon miktarı mikroalaşımlandırma ile tüm kompozisyonlarda artmıştır. Vanadyum ve niyobyum ayrı ayrı östenitteki karbonu stabilize ederek mekanik özelliklerin artmasını sağlamıştır. XRD patternleri incelendiğinde 1 dakika östemperlenen numunelerde martenzit oluşumu sebebi ile östenitin (111) yönünde pik oluşturmadığı tespit edildi. Analiz sonuçlarında vanadyum, niyobyum ve vanadyum+niyobyumlu numunelerin pik şiddetleri farklılık göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde, vanadyum ve niyobyumlu numunelerde ısıl işlemsiz mikroyapılarda görülen karbürlerin, ısıl işlem sonrası çözeltiye geçtiği tespit edildi. Vanadyum ve niyobyumun birlikte mikroalaşımlandırılması kompleks karbür oluşumuna sebep olmuştur. Isıl işlem sonrasında mikroyapıda kompleks karbür görülmektedir. Stabil karbür oluşumu sebebiyle vanadyum ve niyobyum çözeltiye dağılmamıştır. Alaşımlandırma mikro seviyede olduğu için karbürlerin XRD pikleri görülmemiştir. Darbe enerjisi çentiksiz darbe deneyi ile belirlenmiştir. Niyobyum mikroalaşımlı numunelerde en yüksek darbe değerleri elde edilmiştir. 120 dakika östemperlenmiş niyobyumlu örneklerde 145 J darbe enerjisi ölçülmüştür. Vanadyum+niyobyumun mikroalaşımlandırıldığı örneklerde darbe enerjisi alaşımsız GGG60'a göre azalmıştır. Bu durumun sebebi mikroyapıda görülen vermikülerite ve karbür oluşumdur. Tüm sonuçlar incelendiğinde en iyi mekanik özelliklere 15 dakika östemperlenmiş niyobyum numunesinde ulaşılmıştır. Kalıntı östenit %41, östenitteki karbon miktarı %1,8, akma dayanımı 843 MPa, çekme dayanımı 1122 MPa, kopma uzaması %19, sertlik 38,2 HRC, darbe enerjisi 109 J olarak ölçülmüştür. Östemperleme sonradında mikroalaşımlama elementi niyobyumun aktif olması sayesinde mukavemet ve sünekliğin bir arada olduğu sonuç elde edilmiştir.