Ultra yüksek sertlikteki zırh çeliklerinin ark kaynak kabiliyetinin araştırılması

Abstract

Zırh çeliklerinin yapısal olarak askeri araçlarda geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Seramik ve kompozit zırhlarla rekabet edebilmek ve askeri araçlarda ağırlık azaltma ihtiyacına cevap verebilmek için yeni zırh çeliği sınıfları üzerine çalışılmaktadır. Bu eforun bir sonucu olarak ortaya çıkan kütlesel ve hacimsel yüksek verime sahip Ultra-Yüksek Sertlikte Zırh (USZ) Çeliklerinin yüksek sertliğin yanı sıra sunmuş olduğu makul tokluk seviyesi zırhlı askeri araçlarda kullanımını günden güne yaygınlaştırmaktadır. Termomekanik Kontrollü İşlem olarak isimlendirilen karmaşık bir üretim metoduyla üretilen USZ çelikleri sahip oldukları üstün mekanik özelikleri bu işlemlerle oluşturulan martenzitik mikroyapı sayesinde elde etmektedirler. Balistik performansı doğrudan etkileyen bu mekanik özelliklerin bozulmaması için USZ üreticileri bu çeliklere yüksek sıcaklıklara maruz kalacağı ikincil işlemlerin uygulanmaması gerektiğini belirtmektedirler. Bu durum kaynak prosesinde aşırı ısıl girdilerden malzemenin balistik performansını olumsuz etkileyeceğini göstermektedir. Zırh çeliklerinin kaynak bağlantılarından beklenen mekanik özellikler çeşitli ülkelerin askeri kuvvetleri tarafından standartlarca belirtilmiştir. Hem standartlarca belirlenen kaynak özelliklerini sağlamak hem de kaynak operasyonlarında meydana gelebilecek kaynak kusurlarının ortadan kaldırılabilmesi için geleneksel zırh çeliklerinde kaynak parametreleri üzerine geniş bir literatür oluşturulmuştur. Ancak USZ çelikleri üzerine oluşturulmuş literatür henüz çok kısıtlıdır. Bu sebeple bu çalışmada geçtiğimiz yıllarda Manisa/Türkiye'de üretimine başlanan Protection 600T USZ çeliğinin kendisiyle ve askeri araçlarda sıklıkla kullanılan Hardox 450 aşınma çeliğiyle kaynaklanabilirliği çalışılmıştır. Çalışmanın ilk safhalarında zırh çeliği kaynağı üzerine literatür taraması yapılmış ve balistik performans ile malzemenin mekanik değerleri arasındaki ilişki ortaya konmuştur. Daha sonrasında zırh çeliklerinde kaynak parametrelerine bağlı olarak mekanik davranış değişimi ve kaynak hataları irdelenmiştir. Kaynak parametreleri üzerinden yapılan bu çalışma sonucunda 120 °C ön ısıtma yapılan 4 mm kalınlığındaki plakalar, düşük ısıl girdiyle oda sıcaklığında soğuyacak şekilde üç farklı dolgu malzemesi kullanılarak gaz altı metal kaynağı yöntemiyle kaynatılmıştır. Çalışmada kullanılan dolgu malzemeleri endüstride zırh çeliği kaynağında sıklıkla kullanılan östenitik ER307 kaynak teli, yüksek dayanıma sahip ferritik ER110S-G ve ER70S-6 karbon kaynak telidir. Kaynak işlemi sonrasında plakalardan çıkartılan numuneler üzerinde çekme, Charpy V çentik testleri gerçekleştirilmiş, kaynak yönüne dik olarak sertlik ölçümleri yapılarak kaynağın standartlarca uygunluğu denetlenmiştir. Yapılan testler sonucunda üç dolgu malzemesinin de Protection 600T çeliğinin kendisiyle ve Hardox 450 çeliğiyle kaynaklanması için kullanılabileceği gösterilmiştir. Çekme testi sonucunda ER307 dolgu teliyle gerçekleştirilen Protection 600T-Protection 600T, Protection 600T-Hardox 450 ve Hardox 450-Hardox 450 bağlantılarının maksimum çekme dayanımları sırasıyla 765.84±24.77 MPa, 635.93±15.07 MPa, 706.89±7.16 MPA olarak ölçülmüştür. ER110S-G ile yapılan denemelerde ise maksimum çekme dayanımı sırasıyla 1181±29.23 MPa, 688.91±5.11MPa, 715.09±3.83 MPa olarak ölçülmüştür. ER70S-6 dolgu malzemesi kullanılan kaynaklı bağlantının maksimum çekme dayanımı sırasıyla 938.75±66.56 MPa, 665.04±4.75 MPa, 712.31±2.64 MPa çıkmıştır. Charpy V çentik darbe testi sonucunda ise ER307 dolgu teliyle yapılan kaynak sonucunda sırasıyla 38.67±2.31 J, 68.67±6.66 J, 52 J tokluk değerleri elde edilmiştir. ER110S-G ile yapılan kaynaklı bağlantıdan alınan numuneler test edildiğinde ise sırasıyla 30±2 J, 67.67±6.81 J, 110±2 J değerleri elde edilmiştir. ER70S-6 dolgu teliyle yapılan çalışma sonucunda tokluk değerleri sırasıyla 36±2 J, 46 J, 110 J çıkmıştır. Zırh çeliğiyle yapılan bağlantılarda gerçekleştirilen sertlik ölçümü sonucunda ER110S-G ile kaynatılan Protection 600T-Protection 600T bağlantısı dışında tüm bağlantılarda sertlik dağılımı standartlara uygun şekilde kaynak merkezinden 16 mm uzaklık içerisinde ana metal sertliğini yakalamıştır. ER110S-G ile kaynatılan Protection 600T-Protection 600T bağlantısında ise ana metal sertliğine kaynak metaline 19 mm uzakta ancak ulaşılabilmiştir.