30MNB4 civata malzemesinin statik dayanım değerlerinin değişik ısıl işlem türlerine göre deneysel incelenmesi

Abstract

Günümüz dünyasında teknolojinin gelişmesiyle birlikte büyük makineler ve çok katlı yapılar hemen her yerde karşımıza çıkmaktadır.Bu makineler ve yapılar insanların hayatını kolaylaştırmakta ve insanlığa daha rahat yaşam imkanları sunmaktadır.Hiç şüphe yokki bu tür ileri teknoloji gerektiren işlerin yapılabilmesi için büyük bir mühendislik altyapısına ihtiyaç vardır.Bu mühendislik altyapısı iki ana unsura bağlıdır;bunların ilki kaliteli bir işgücü ,ikincisi ise kaliteli ekipmandır.Teknik donanımı yeterli bir işgücü ile beraber bir çok malzeme ve ekipmanın uyumlu ve kaliteli bir şekilde bir araya getirilmesi gerekmektedir.Bu uyumu sağlayacak unsurlardan en önemlilerinden birisi makine elemanları ;bunlar arasında en önemlilerinden biriside bağlantı elemanlarıdır, 8.8,10.9,12.9 ve daha yüksek kalite cıvatalar bugün ağır sanayide ve büyük yapılarda ençok tercih edilen bağlantı elemanlarındandır.Yüksek kalite cıvatalardan istenen yüksek dayanım değerlerini elde etmek için her geçen gün yeni malzemeler ve yeni imalat yöntemleri geliştirilmektedir.Manganlı çelikler bu malzemeler arasında ıslah işlemine uygun olması nedeniyle cıvata imalatçıları tarafından en sık kullanılanlarından birisidir.Ancak bu malzemenin statik dayanım değerlerinin farklı ısıl işlem özellikleri hakkında literatürde çok da fazla bilgi bulunmamaktadır.Çetin Cıvata Aş nin malzeme, ekipman ve laboratuvar imkanlarını kullanarak yürüttüğümüz çalışmamızda bu malzeme grubundan birisi olan 30MnB4 malzemesi kullanılmıştır. Filmaşin halinde İskenderun Demir Çelik fabrikasından temin edilen 30MnB4 Ø12 tel ,deneylerde kullanılacak M12x35 DIN 933 cıvata imal etmek için , tel çekme makinasında çekilerek Ø10.60 a düşürülmüş tel haline getirilmiştir.Filmaşin ve çekilmiş telden numuneler alınarak çekme deneyine tabi tutulmuş, yaklaşık %12 redüksiyona uğramış telin akma ve çekme dayanımları %20 artmış,sertlik %100 artmış ve uzamalar %200 azalmıştır.Daha sonra bu tel cıvata preslerinde perçin haline getirilip ovalama tezgahında diş açılarak ıslah işlemi görmemiş numune haline getirilmiştir. Ovalama işleminden sonra M12X35 Cıvatalar ısıl işlem uygulanması için ısıl işlem kısmına götürülmüştür. Isıl işlem yapmadan önce kıyaslama için en az altı adet numuneyle çekme testi yapılmıştır. Daha sonra yapılacak ısıl işlem ve farklı meneviş sıcaklıkları belirlenerek deney seti oluşturulmuştur. İlk olarak numune cıvatalara 890 °Cde sertleştirme tavı uygulanmış, bu işlemin hemen ardından farklı meneviş sıcaklıklarında meneviş tavı uygulanmıştır. Her işlemden sonra en az altışar numune olmak üzere çekme testi yapılmış ve sertlikler Rockvel C skalası (HRC) olarak ölçülmüştür. Sertleştirme sonrasında yapılacak meneviş tavı sıcaklıkları sırasıyla 380,430,450,460,490 ve 520 °C olarak belirlenmiştir. Isıl işlem için sürekli sistem bir doğalgaz fırını kulanılmış yıkama için su soğutma içinse bor katkılı yağ kullanılmıştır. Isıl işlem prosesinde numuneler ilk olarak ovalama ve yağ atıklarından kurtarmak için 80 ±3 °C deki suda yıkanmış sonra 200 °Cde birkaç dakika ön kurutma yapılmıştır. Daha sonra 890 °Cde 1 saat bekletilen numuneler 80±10 °Cdeki yağda soğutulup buradan 70±5 °Cdeki suda tav fırınında oluşabilecek kirlerden arındırmak için ikinci yıkamadan geçirilmiştir. İkinci kurutmadan çıkan numuneler istenen sıcaklıkta menevişlenmek için meneviş fırınına gönderilmiştir. Yukarıda belirlenen sıcaklıklarda 1 saat menevişlenen numuneler 25±10 °Cdeki bor katkılı yağa atılarak oda sıcaklığına soğutulmuştur.Herbir meneviş tavından sonra numuneler alınarak çekme deneyi yapılmış,sertlikler ölçülmüş ve çıkan sonuçlar grafik haline getirilmiştir. Bütün tav işlemlerinden alınan numuneler çeşitli işlemlerden geçirilerek bakalite alınmış,sırasıyla 240,400 ve 1200 lük zımparadan geçirilmiş enson olarak da 3 mikronluk parlatma svısıyla beraber keçeden geçirilerek yüzeyi parlatılmıştır.Parlatılan numuneler %3 lük Nitalle dağlanmış ve ışık mikroskobuyla yüzeyin 500 kat büyütülmüş fotoğrafları alınmıştır. Alınan görüntülerle numunelerin mikroyapısı incelenmiş ve çekme deney sonuçlarından alınan sonuçlarla ilişkisi açıklanmaya çalışılmıştır.Sertleştirme tavına tabi tutulan numunelerin çekme dayanım değeri(1048 Mpa) ıslah edilmemiş numuneye (758 Mpa) göre %27 ye yakın bir artış göstermiştir.Sertleştirme Tavına tabi tutulan numunede sert bir martensit mikroyapısı gözlemlenmiş, çekme dayanımındaki artışa karşın martensit yapının gevrek ve kırılgan yapısı nedeniyle uzamalar yok denecek kadar az çıkmıştır (%0.2).Çekme deney sonuçlarına göre en yüksek akma ve çekme dayanım değerleri sırasıyla 1220 ve 1289 Mpa olarak 380 °C Meneviş Tavında elde edilmiştir.Isıl işlem kısmında bahsedildiği üzere ısıl işlemde sertleştirme tavı sonrasında 400 °Cnin altındaki meneviş sıcaklıklarında dayanımlar artmakta , iç gerilmeler azalmaktadır.380 °C meneviş tavında bunu kanıtlar bir grafik elde edilmiştir, bu meneviş tavı sıcaklığında sertleştirme tavına kıyasla akma ve çekme dayanımlarında % 25 lere varan bir artış olmuştur.Sertlik %20 lere yakın bir düşüş göstermiş,uzamalarda ise 85 katı aşan bir artış gözlemlenmiştir. 380 °C meneviş tavından sonra artan meneviş sıcaklıklarıyla birlikte akma dayanımı ,çekme dayanımı ve sertlik meneviş tavı sıcaklığının artmasıyla , düzenli bir düşüş göstermiş ,uzamalarda ise düzenli olmamakla birlikte en yükseği (% 27.5), 460 °C meneviş tavında olmak üzere ciddi artışlar gözlemlenmiştir.Sertleştirme tavından sonra yapılan çekme deneyinde katı martensit yapıdan kaynaklanan iç yapıdaki gerilmeler sebebiyle çok gevrek ve kırılgan bir yapı gözlemlenmiş ve çok düşük uzama değerleri( %0.2) gözlemlenmiştir.Cıvataların bu kırılgan yapılarından dolayı çekme deneyi esnasında neredeyse hiç uzamadan kafa kısmından koptuğu görülmüştür. Işık mikroskobu görüntülerinde ısıl işlem görmemiş cıvata mikroyapısında perlit mikroyapısı açıkca görülmektedir.Perlit mikroyapıyı oluşturan (Fe3C) sert sementit ve çok yumuşak sünek ferrit lamelleri açıkca görülmektedir.Sementit ve ferrit lamellerin aralarındaki mesafenin azalması perlitin sertlik ve dayanımının artmasını sağlar. Tel çekme işleminden sonra soğuk çekilerek çapı küçültülmüş telin sertlik ve dayanımının artması bununla açıklanabilir.Çekme işlemi esnasında redüksiyon oranı arttıkça sertlik ve dayanımın artması lamellerin eksenler boyunca incelmesi ve aralarındaki mesafenin azalması ile adeta fiber benzeri bir yapı alması ile açıklanabilir. Mikroyapılarda serleştirme tavı sonrası oluşan sert martensit yapı açıkca görülmektedir.Serleştirme sıcaklığına çıkarılmış parça karbon atomlarının difüzyonuna fırsat vermeden soğutulacak olursa martensit denilen mikroyapı elde edilir. Burdanda anlaşılacağı üzere martensit yapı elde etmek için parçayı anisoğutmak gerekmektedir. Bu soğutma sıcaklığının değeri karbon oranına bağlıdır ,yüksek karbon oranlarında martensit elde etmek için gerekli sıcaklık sıfırın altına düşmektedir.Martensit sert kırılgan ve dayanımı yüksektir.Bunun sebebi küçük tane boyutu,yüksek dislokasyon yoğunluğu ,dislokasyon hareketleri için gerekli kayma sistemlerinin az oluşu ve iç gerilmelerdir. Sertleştirme Tavı uygulanmış cıvatada çekme deneyinde görülen çekme değerinin yüksek çıkması,buna karşın akma dayanımı değerinin ve uzamaların çok düşük çıkması martensitin yukarıda sayılan özelliklerinden dolayıdır.Serleştirme Tavı sonrasında yapılan menevişleme tavıyla hem iç gerilmeler azalmış hemde mikroyapıda değişiklikler olmuştur.300 °C ile Ac1 sıcaklığı arasında yapılan meneviş tavlarında sementitler( Fe3C) mikroskopla görülebilecek kadar büyür ve kübik martenzit ferrite dönüşür,bu mikroyapıya temperlenmiş martensit denir.İç yapıda meydan gelen bu değişiklikler sertleştirme ve meneviş sıcaklıklarındaki mikro yapılarda da açıkça görülmektedir.Düşük meneviş sıcaklıklarında (380 °C) iç gerilmelerin azalması ve kayma sistemlerinin ve hareketlerinin artması sonucu sert martensit yapıya göre daha yüksek çekme ve akma dayanımı ve uzamalar gözlemlenmiştir.Sertleştirme tavında görülen sert martensit yapının meneviş tavı sonrası mikroyapısında görülen temperlenmiş martensit yapıya dönüşmesiyle alakalıdır. Meneviş Tavı sıcaklık değerinin artmasıyla 430,450,460,490,520 °C mikroyapıdaki kübik martensit ferritlerin oranı artmakta bunun sonucunda akma ve çekme dayanım değerleri ve sertlikler düşmüş ancak uzamalar artmıştır. Sertleştirme sonucu elde edilen martensit yapıdaki numunelerin akma ve çekme dayanımları 10.9 kalite cıvata standart değerleri için uygun olmasına rağmen uzama ve sertlik değerleri standart değerlere uymadığı görülmüştür. Sertleştirme ve sonrasında 380 °C menevişleme tavı sonrası yapılan deneylerden alınan sonuçlara bakıldığında bu meneviş tavı sıcaklığının 30MnB4 malzemesi için 12.9 kalite cıvata standartlarını karşıladığı görülmüştür. Sertleştirme ve sonrasında sırasıyla 430,450 ve 460 °C meneviş tavı sonrasında yapılan deneylerden elde edilen verilerle karşılaştırıldığında bu meneviş tav sıcaklıklarının 10.9 kalite cıvata standartlarını karşıladığı görülmüştür. Sertleştirme ve sonrasında sırasıyla,490 ve 520 °C meneviş tavı sonrasında yapılan deneylerden elde edilen verilerle karşılaştırıldığında bu meneviş tav sıcaklıklarının 8.8 kalite cıvata standartlarını karşıladığı görülmüştür.Sertleştirme sonrası menevişleme tavı sıcaklıklarında en yüksek uzama değeri 460 °C meneviş tavı sıcaklığında elde edilmiştir. Eğer bu sıcaklıkta çekme değeri standart değer sınırında olmasaydı, 460 °C meneviş tavı sıcaklığına ,(30MnB4 malzemesi için) 10.9 kalite cıvata imal etmek için optimum meneviş tavı sıcaklığı denilebilirdi.

With the development of technology in today s world of big machines and multi-storey buildings are seen almost everywhere.These machines and structures facilitate people s lives and offers a more comfortable life to humanity.There is no doubt that this kind of jobs that require advanced technology, there is a need to perform a major engineering infrastructure.The two main elements of this engineering infrastructure depends on the quality of their first labor, the latter quality equipment.sufficient technical equipment with a workforce of a lot of materials and equipment must be brought together in a way consistent and high quality. This is one of the most important elements of the machine elements to ensure compliance; connection elements one of the most important between these 8.8,10.9,12.9 and higher quality bolts today is the most preferred connection elements which in large buildings and heavy industry.High-quality, bolts the desired high-strength values to achieve are being developed new materials and new manufacturing methods with each passing dayBecause are suitable for reclamation between materials that manganese steel is one of the most commonly used of bolt manufacturers.But these materials there is no information in the literature about how to change the static strength values have different thermal processing temperature,By using the opportunities the materials, equipment and laboratory of Çetin Cıvata A.Ş in our study conducted that material which is one of a group 30MnB4 material is used.procured Iskenderun Iron and Steel plant in wire rods 30MnB4 Ø12 wire, DIN 933 M12x35 bolts to be used in experiments to fabricate, wire drawing machine by pulling wire Ø10.60 turned into a reduced.samples are taken wire rod and drawn wire Made of tensile test, have suffered about 12% reduction in the yield and tensile strength of the wire increased by 20%, the hardness increased 100% and 200% elongation decreased. Then, wire made into the rivet bolt presses, tooth by opening the rubbing counter sealed treatment process sample was made into.After scrubbing process M12x35 bolt was taken to heat treatment for heat treating. Before heat treatment, the sample tensile test was used for comparison of at least six.Subsequent heat treatment and tempering temperatures of different test set has been determined. Hardening annealing at 890 ° C the sample was first applied to the bolts, this procedure was applied immediately after the annealing tempering different tempering temperatures.After each transaction, including at least six specimens tensile test made and Rockvel C hardness scale (HRC), respectively. To be made after hardening tempering annealing temperatures 380,430,450,460,490 and 520 ° C, respectively, were determined.For heat treatment continuous system for a gas furnace is for cooling water for the washing of the oil used in boron doped. The samples were first scrubbing and waste heat treatment process to recover the oil was washed in water at 80 ± 3 ° C after a few minutes at 200 ° C were pre-dried. Then the samples were held for 1 hour at 890 ° C ± 10 ° C at 80 ± 5 ° C to 70 here in oil cooled water washing was used to remove impurities resulting from annealing furnace. Used for drying, tempering furnace annealing of the samples sent to the desired temperature tempering. 1 hour tempering applied samples annealed at temperatures above the 25 ± 10 ° C cooled to room temperature by removing the boron doped oil. Annealed in tensile tests made by taking samples after tempering, hardness was measured and the results were plotted. All annealing processes were mounting the samples passed through various processes, respectively, 240,400 and 1200s as the ultimate sanding been felt through 3 micron surface polished with polishing liquid. Samples were polished and etched in 3% Nitalle light microscopy images of the surface were magnified 500 times. The microstructure of the samples were examined and images taken from the results of tensile test results were explained the relationship. Hardening of the samples subjected to tensile strength value (1048 MPa) unimproved sample (758 MPa) showed an increase of close to 27%. The microstructure of the sample subjected to a hard martensite hardening observed, despite the increase in tensile strength of brittle and brittle martensite due to the nature of the structure has little or no prolongation (0.2%). Tensile test results, the highest yield and tensile strength of 380 Mpa, respectively in 1220 and 1289 Tempering ın ° C were obtained. As mentioned thermal annealing process after hardening heat treatment at 400 ° C below the tempering temperature of the growing strengths, internal stress is reduced. Graphic evidence that it is hot tempering 380 ° C was obtained, yield and tensile strengths compared to hardening and tempering annealing temperature has been an increase of up to 25%. Hardness has fallen close to 20%, 85 times more than the increase in elongation was observed.With increasing tempering temperatures of 380 ° C after tempering is hot yield strength, tensile strength and hardness with increasing tempering temperature annealing, showed a decrease in a regular, but not regular if uzamalarda the highest (27.5%), significant increases were observed to be 460 ° C is hot tempers. tensile test, the solid structure of martensite after quenching is hot from the stresses in the structure due to the observed structure is very brittle and fragile, and very low elongation values (0.2%) were observed. Due to the fragile structures of the bolts during the tensile test was to come off of the head with almost no elongation. Light microscopy images of the microstructure of pearlite microstructures of heat treated bolt is apparent. Pearlite microstructure forming (Fe3C) and very soft, ductile ferrite hard cementite lamellae is apparent. Lamellae cementite and ferrite hardness and strength of perlite provides enhanced reduction of the distance between them.Scaled down diameter cold drawn wire after wire drawing increasing hardness and strength can be explained however. Hardness and tensile strength increase as the rate of reduction during the thinning of the lamellae and the distance between them along the axes with the reduction can be explained in that the almost fiber-like structure. Microstructures formed after annealing tempering of martensite structure is apparent hard. Without the opportunity to track the diffusion of carbon atoms in the cooled tempering temperature, if issued, called martensite microstructure is obtained. As seen on the track to get out of here sudden cooling martensite structure is required. It depends on the cooling temperature value in carbon content, a high carbon martensite rates required to achieve temperature drops below zero. Hard brittle martensite andresistance. This is because the small grain size, high dislocation density, dislocation slip systems required for the lesser movements and internal stresses. Anneal hardening in the tensile test applied to the value being higher tensile bolts, while the value of the yield strength and elongation martensite emergence of very low due to the above-mentioned features. Made after the annealing and tempering tempering annealed microstructure changes in both the internal stresses have been reduced. Between Ac1 temperature of 300 ° C and tempering cemented (Fe3C) that can be seen under a microscope ferrite grows up and becomes cubic martensite, tempered martensite microstructure called it. From a change in the internal structure of micro-structures, these changes are also apparent hardening and tempering temperatures. Low tempering temperatures (380 ° C) due to increased internal stress reduction and slip systems and their movements than the hard martensite structure, high tensile and yield strength and elongation were observed. Microstructures after annealing tempering quenching is hot in the hard martensite structure in the tempered martensite structure is about the transformation.Tempering the increase in the value of 430,450,460,490,520 ° C anneal temperature cubic martensite microstructure as a result of this increased rate of yield and tensile strength values of ferrites and hardness decreased, but increased elongation.Martensite structure as a result of hardening of the samples yield and tensile strength values of 9.10 for the standard of quality, although the bolt elongation and hardness values observed do not meet the standard. After hardening and tempering 380 ° C annealing experiments carried out after looking at the results from the annealing temperature of the tempering 30MnB4 meet the standards of quality bolts for the material was 9.12., respectively 430.450 460 ° C, and after hardening and tempering compared to the data obtained from the experiments made after annealing tempering annealing temperatures were 9.10 meets the standards of quality bolts .And after hardening, respectively, 490 and 520 ° C compared to the data obtained from the experiments made on or after tempering annealing, tempering annealing temperatures that meet the standards of quality bolts was 8.8. Annealed after quenching tempering temperatures of 460 ° C tempering annealing temperature for the high elongation value was obtained. If this is not the border of the standard value at the value of drawing, annealing tempering temperature of 460 ° C, (30MnB4 material) to produce 10.9 quality bolts can be called the optimum tempering temperature annealing.