celiğin isil islem sonucu davranısları

7/30/2019 celiin isil islem sonucu davranslar

1/69

T.C.

FIRAT NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AISI 4142 ELNN ISIL LEM VE ERGTME

YNTEMLERYLE YZEY MODFKASYONU SONUCU

MEKANK DAVRANILARININ NCELENMES

Abdulaziz KO

YKSEK LSANS TEZ

METALURJ ETM ANA BLM DALI

ELAZI - 2007


2/69

2

T.C.

FIRAT NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

AISI 4142 ELNN ISIL LEM VE ERGTME

YNTEMLERYLE YZEY MODFKASYONU SONUCU

MEKANK DAVRANILARININ NCELENMES

Abdulaziz KO

YKSEK LSANS TEZ

METALURJ ETM ANA BLM DALI

Bu tez ....../...../ 2007 Tarihinde, Aada Belirtilen Jri Tarafndan Oybirlii /

Oyokluu ile Baarl / Baarsz Olarak Deerlendirilmitir.

Danman:Yrd.Do.Dr. Tlay YILDIZ (Danman)

ye:Prof.Dr.M.Mustafa YILDIRIM (Jri Bakan)

ye:Yrd.Do.Dr. Ahmet HASALIK

Bu tez , Fen Bilimleri Enstits Ynetim Kurulunun ....../....../ 2004 tarih ve...............

............... sayl kararyla onaylanmtr.


3/69

I

TEEKKR

Bu tez almasnn hazrlanmas esnasnda, bana her trl yardm ve desteklerini

esirgemeyen; bata danman hocam Sayn Yrd.Do.Dr.Tlay YILDIZa Frat niversitesi,

Teknik Eitim Fakltesi, Metal Eitimi Blm ve Metalurji Eitimi Ana Bilim Dal Bakan

Sayn Prof. Dr. M. Mustafa YILDIRIM a , Sn. Yrd.Do.Dr Mustafa TAKINa Aratrma

Grevlileri Ali Kaya GR ve Ayhan ORHANa teekkrlerimi arz etmeyi bir bor bilirim.

Abdulaziz KO


4/69

II

NDEKLER

TEEKKR...................................................................................................................................I

NDEKLER .............................................................................................................................II

EKLLER LSTES .................................................................................................................. IV

TABLOLAR LSTES ................................................................................................................VI

ABSTRACT...............................................................................................................................VII

ZET ..........................................................................................................................................IX

1. GR ........................................................................................................................................ 1

2. ELN TANIMI ................................................................................................................... 2

2.1 ELKLERN SINIFLANDIRILMASI ............................................................................. 2

2.2.ELKLERLE LGL BAZI NEML BLGLER ......................................................... 22.2.1 Sade Karbonlu elikler ............................................................................................... 2

2.2.2 Alaml elikler ......................................................................................................... 3

2.2.3 Paslanmaz elikler ...................................................................................................... 3

2.3 ELKTE ALAIM ELEMANLARININ GENEL ETKLER ........................................ 4

2.3.1 Ostenit Oluturucu Elementler .................................................................................... 5

2.3.2 Ostenitik Yap.............................................................................................................. 5

2.3.3 Ferrit Oluturan Elementler ......................................................................................... 6

2.3.4 Karbrler ..................................................................................................................... 62.3.5 Nitrr Oluturucular .................................................................................................... 6

2.3.6 Birden Fazla Elementin elie Etkisi ......................................................................... 7

2.4 ALAIM ELEMENTLERNN GENEL ETKLER ........................................................ 7

2.4.1 Ferritin sertliine etkileri ............................................................................................. 7

2.4.2 Tane Bymesine Etkileri ........................................................................................... 7

2.4.3 tektoid Noktasna Etkileri......................................................................................... 8

2.4.4 Martenzitin Olutuu Scakla (Ms) Etkisi................................................................ 8

2.4.5 zotermal Dnm Sresinin Perlit ve Beynit Dnmne Etkileri........................ 9

2.4.6 Kaynak Kabiliyetine Etkisi ......................................................................................... 9

2.4.7 Sertleme Kabiliyetine Etkisi .................................................................................... 10

2.4.8 Alam Elementlerinin Sertleme Derinliine Etkisi................................................. 10

2.4.9 Alam Elementlerinin Ostenit Dnm Hzna Etkisi............................................ 11

2.5 ALAIM ELEMENT OLARAK KROM VE MANGANIN ELE ETKLER ........ 11

2.5.1 Krom.......................................................................................................................... 11

2.5.2 Mangan ( Mn )........................................................................................................... 13

2.5.3 Mangan elikleri ....................................................................................................... 14


5/69

III

2.5.4 Krom elikleri........................................................................................................... 17

3. KROM MANGANLI ELIKLER.......................................................................................... 21

4. YZEY MODFKASYONU ................................................................................................ 23

4.1 YZEYN DEM...................................................................................................... 234.1.1 Kimyasal Bileimi Deitirmeksizin Yaplan Yzey Sertletirme lemleri ............ 23

4.1.2 Yzeyin Kimyasal Bileimini Deitirerek Yaplan Yzey Sertletirme Yntemleri

............................................................................................................................................ 24

4.2 YZEY KAPLAMA........................................................................................................ 25

4.2.1 Ergitme Yntemleri................................................................................................... 25

4.2.2 Isl Pskrtme (Thermal Spray) ................................................................................ 26

4.2.3 Kaynak ...................................................................................................................... 26

5. DENEYSEL ALIMALAR................................................................................................. 27

5.1. DENEYSEL YNTEM................................................................................................... 27

5.2. ELEKTRK ARK KAYNAK YNTEMYLE (SMAW) LE YZEY ALAIMLAMA

................................................................................................................................................ 27

5.3 MKROYAPI NCELEMELER VE SERTLK LMLER...................................... 30

6. DENEY SONULARI VE TARTIMA................................................................................ 32

6.1 MKROYAPI NCELEMELER VE SERTLK LMLER...................................... 32

6.2 ABRASF AINMA TEST............................................................................................. 32

6.3 MKROYAPI NCELEME SONULARI....................................................................... 34

6.5 ABRASF AINMA TEST SONULARI ...................................................................... 47

6.6 GENEL SONU VE NERLER.................................................................................... 55

KAYNAKLAR ........................................................................................................................... 56


6/69

IV

EKLLER LSTES

Sayfa No

ekil 2.1 Demir Krom kili Faz Diyagram ........................................................................... 12

ekil 2.2 Demir Mangan kili Denge Diyagramnn Demir Kesi ....................................... 13

ekil 2.3 Fe-Cr-C l Denge Diyagram ............................................................................ 17

ekil 2.4 Karbonun Demir Krom Diyagramna Etkisi ........................................................... 20

ekil 5.1 Deney Numunelerinin Kaplama ncesi Tasarm ................................................. 28

ekil 5.2 Elektrik Ark Yntemiyle Yzey Alamlama leminin ematik Resmi............... 29

ekil 5.3 Elektrik Ark Yntemiyle yzey alamlama yaplan AISI 4142 eliinin Farkl

retim Hzlarndaki Makro Yzey Grnleri ................................................... 30

ekil 5.4 Numune Hazrlama emas..................................................................................... 31

ekil6.1 OM Teknii le ekilen Resimlerin Referans Blgleri ve simleri ......................... 32

ekil 6.2 Abrasif Anma Deneylerinde Kullanlan Numunenin lleri ............................. 33

ekil 6.3 Abrasif Anma Testi Aparat ................................................................................. 34

ekil 6.4 S1 numunesinin 1. Blge OM grnm .............................................................. 35

ekil 6.5 S1 nolu numunenin 2. Blge OM grnm.......................................................... 35



ekil 6.8 S1 nolu numunenin 4.Blge OM grnm........................................................... 37


ekil 6.10 S2 nolu numunenin 2. Blge OM grnm........................................................ 39




ekil.6.14 S3 nolu numunenin 1. Blge OM grnm........................................................ 41



7/69

V









ekil 6.24 Mikrosertlik lm Sonular

Diyagram

............................................................ 47ekil 6.25 Numunelerin 20 m. Mesafesine Bal Ktle Kayb Deiim Grafii ................... 48

ekil 6.26 S 1 numunesinin 10 N Yk sonras Anma Yzeyi SEM Resmi ........................ 49

ekil 6.27 S 1 numunesinin SiC Tanecii EDS Analizi ........................................................ 49


ekil 6.29 S 2 numunesinin Anma Kanal EDS Analizi ..................................................... 50

ekil 6.30 S 3 numunesinin 10 N Yk sonras

A

nma Yzeyi SEM Resmi ........................ 51



ekil 6.33 S 5 numunesinin Anma Kanal EDS Analizi ..................................................... 53


ekil 6.35 S 6 numunesinin SiC Tanecii EDS Analizi ........................................................ 54


8/69

VI

TABLOLAR LSTES

Sayfa No

Tablo 2.1 Mangan eliklerinin Mangan Oranlar Ad ve zellikleri ..................................... 16

Tablo 3.1 TS 2525 de verilen Islah eliklerinin AISI Karlklar ....................................... 21

Tablo 5.1 Yzey Alamlama in Kullanlan Alt. Malzemenin ve Elektrodun ve Kaplama

Tozunun Kimyasal Bileimi .................................................................................. 27

Tablo 5.2 Yzey Modifikasyonu in retim Parametreleri.................................................. 28

Tablo 5.3 Deney numunelerinin retim parametreleri ........................................................... 28

Tablo 6.1 Mikrosertlik lm sonular ................................................................................. 46


9/69

VII

ABSTRACT

Masters Thesis

THE EXAMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF A HEAT TREATED4142 STEEL AFTER SURFACE MODIFICATON BY SMELTNG ARC WELDNG

(SMAW)

Abdlaziz KO

Firat University

Graduate School of Natural and Applied Sciences

Department of Metallurgy Education 2007, Page: X+57

In this study, on the surface of a 4142 steel a silicon carbid (SiC) powder layer was

coated with use of SMAW (SMAW= Smelting Arc Welding) method with using Citodur 600

electrod. As first the specimen thickness was fixed and subsequently the different powder

thickness were used. Besides, process parameters such as coating speed, cooling envoriment and

welding current were varied and the effect of these parameters on microstructural chancing,microhardness, macrohardness and abrasive wear resistance of modified materials were

investigated.

The microstructure of the coating layer was characterized by optical microscope (OM),

scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and spectral

analysis. While the hardness of the modified layer was measured by microhardness tester,

abrasive wear properties were evaluated under pin-on-disc abrasive wear test conditions. After

wear tests, wear rates were calculated via the mass losses of the specimens which weremeasured.

While the 4142 steel was used as the substrate material, coating powder (SiC) was

alloyed at 0.5, 1 and 1.5 gr weighton to surface of these steel. Effect on the properties of the

coating materials amount of SiC was investigated experimentally. The hypoeutectic and

hypereutectic microstructures were observed in coated specimens. Because of rapid

solidification, dendritic phases were formed. The forms of these phases were depended on the

coating speed, the energy input, coolling enviroment and the powder quantity.


10/69

VIII

Coating surface hardnesses values measured between 254-1366 HV. As the

microhardness measurements, the hardness decreased along a line from coating toward to

substrate material. This can be explained with phase transformations which the coating speed,

the cooling enviroment and solidification conditions occured.

Wear rates were calculated using mass losses obtained in the result of the abrasive wear

test. In surface alloying process used SiC as coating powder, the maximum mass loss was found

by high coating speed, low energy input and low powder quantity conditions. The minimum

mass loss also was found by low coating speed, and high powder quantity conditions.

Keywords: Arc welding, surface alloying, Citodur 600, abrasive wear, silicon carbid (SiC)


11/69

IX

ZET

Yksek Lisans Tezi

AISI 4142 ELNN ISIL LEM VE ERGTME YNTEMLERYLE

YZEY MODFKASYONU SONUCU MEKANK DAVRANILARININ

NCELENMES

Abdulaziz KO

Frat niversitesi

Fen Bilimleri Enstits

Metalurji Eitimi ABD

2007, Sayfa : X+57

Bu almada, 4142 eliine elektrik ark kaynak yntemiyle Citodur 600 elektrodu

kullanlarak silisyum karbr (SiC) tozu yzey alamlama ilemi uygulanmtr. Numunekalnl sabit tutulup toz farkl kalnlklarda kullanlm olup kaplama hz, soutma ortam ve

kaplama akm gibi ilem parametreleri deiken tutulup; bunlarn mikroyapsal deimelere,

mikrosertlie ve abrasiv anma direncine kars etkileri aratrlmtr.

Kaplamann mikroyaps, optik mikroskop (OM), taramal elektron mikroskobu (SEM),

enerji dalm tayf (EDS) ve spektral analizler ile tespit edilmitir. Modifiye tabakalarnn

sertlikleri mikrosertlik lme cihaz ile abrasiv anma zellikleri ise pim-disk test yntemi ile

belirlenmitir. A

nma testleri sonras

numunelerin ktle kay

plar

tespit edilerek a

nmaoranlar elde edilmitir.

Alt malzeme olarak 4142 elii kullanlm olup, SiC tozu 0.5, 1 ve 1.5 gr arlnda

kullanlmtr. Bu miktarn deiiminin kaplamann zelliklerine etkisi incelenmitir. SiC yzey

modifikasyonlu numunelerde, tektik alt ve tektik st mikroyaplar elde edilmitir.

Katlamann hzl olmasndan dolay dendritik yap meydana gelmitir.Bu yaplarn oluumu

kaplama hz, enerji girdisi ve toz miktarna gre deimektedir.


12/69

X

llen sertlik deerleri 254-1366 HVdir. Mikrosertlik lmlerinde ise; yzeyden alt

malzemeye doru bir hat boyunca azalma olmutur. Bu da kaplama hz, souma ortam ve

katlama olay ile meydana gelen faz dnm ile aklanabilir.

Anma oranlar, abrasiv anma deneyi sonucunca elde edilen ktle kayplar llerek

elde edilmitir. SiC ile yaplan yzey alamlama ileminde en yksek ktle kaybnn, kaplama

hznn yksek, enerji girdisinin dk ve toz ilavesinin az olduu artlarda olduu tespit

edilmitir. Minimum ktle kayb ise dk kaplama hz ve yksek toz miktarnda tespit

edilmitir.

Anahtar kelimeler: Elektrik ark kaynak yntemi, yzey alamlama, Citodur 600, abrasiv

anma, silisyum karbr (SiC).


13/69

1

1. GR

Gnmz teknolojisindeki gelimeler, ileri seviyede yeni ve farkl ihtiyalara cevap

verebilecek tarzda malzeme retilmesi ihtiyacn ortaya koymutur.

elik, tarihsel geliimi gz nne alndnda bir endstri olarak karmza kmaktadr.

Alam elemanlarnn istenen zelliklerin ortaya karlmasndaki olumlu etkisi, bu sanayi

kolunun gelimesinde nclk etmitir.

nceleri sadece eliin sertletirilmesi zerinde karbonun etkisi bilinmekteydi. Ama

artan karbon orannn sertlii artrmasnn yan sra istenmeyen zelliklerinin ortaya kmas

elie daha farkl oranlarda deiik alam elemanlarnn katlmasna neden olmutur.

elik retiminin gnmzde geldii noktada mangan alam elementinin elie katlm

oran

n

n

n en az % 1 olma zorunluluu bu elementin nemini ortaya koymaktad

r (Savakan,1999).

Teknolojik gelimelere paralel olarak malzemelerin yzey zelliklerini gelitirmek ve

yeni mhendislik zellikleri kazandrmak amacyla yzey mhendisliine olan ilgi daha da

artmaktadr. nk malzemelerde meydana gelen anma, korozyon ve srtnme gibi

istenmeyen etkileri nlemek amacyla yzey modifikasyonu ilemlerine gerek duyulur.

Oluturulan yzey katlar, yzeyin mekanik zelliklerini gelitirerek onlarn kullanlacaklar

ortama kar daha dayankl olmasn salar. Yzey ilemleri uygulandklar metalin sadece

mekanik zelliklerini gelitirmek iin deil, ayn zamanda onlara estetik gzellik kazandrmakamacyla da yaplmaktadr.

Malzeme yzeyinin mekanik zelliklerini gelitirmenin en basit ve ekonomik yolu, sl

ilemlerden yzeyin kimyasal bileimini deitirmeksizin yaplan yzey sertletirme

ilemleridir. Bu yolla; metal yzeyinin sert ve anmaya dayankl, i ksmnn ise yeterli

dayanmda ve enerji absorbe edecekekilde tok olarak kalmas salanr. Ayrca difzyon esasl

yntemlerle de yzey bakalam salamak mmkndr(Yldrm ve di., 2001a; Avner, 1986).


14/69

2

2. ELN TANIMI

elik, ierisinde en fazla % 1.7 orannda karbon, % 0.8den fazla mangan, % 0.5e

kadar silisyum, % 0.05den daha az oranlarda kkrt ve fosfor bulunan, daha farkl zelliklereulamak amacyla deiik oranlarda Cr, Ni, Mo, V, W, Co, vs. dier alam elementlerinin

katlabildii demir-karbon alamdr.

2.1 ELKLERN SINIFLANDIRILMASI

eliklerin incelenmesini kolaylatrmak ve onlar daha yakndan tanmak amacyla baz

ortak zellikler gz nnde bulundurularak eitli snflandrmalar yaplr (Yldrm ve di.,

2001a).

eliklerde genellikle aadaki genel snflandrma yaplr. Bunlar,

1. retim yntemlerine gre elikler,

2. Kullanlma alanlarna gre elikler,

3. Alam durumlarna gre elikler,

4. Ana katk maddesine gre elikler,

5. yap ve metalografik yaplarna gre elikler,

6. Kalite durumlarna gre elikler,

7. Fiziksel ve kimyasal zelliklerine gre elikler,

8. Sertletirme ortamlarna gre elikler, eklinde sralanrlar.

2.2.ELKLERLE LGL BAZI NEML BLGLER

2.2.1 Sade Karbonlu elikler

Bunlar yaplarnda eser miktarda Mn , Si , P , O , N gibi elik retim yntemlerinden

gelen elementler bulunduran demir karbon alamlardr.

Sade karbonlu elikler ucuzdur ve bunlardan dk karbonlu olanlar kolayca

ekillendirilebilirler. Mekanik zellikleri yaplarnda bulunan karbon oran ve retim srasnda

gsterilen zene bal olarak deiir ve snrldr. Bugn iin retilen eliklerin % 90 sade

karbonlu eliktir. Sertleme yetenekleri azdr. Sertletirme ilemlerinden sonra paralarda

atlama , arplma ve i gerilmelere rastlanr.


15/69

3

Kaln kesitli paralar, istenilen dzeyde sertletirilemezler. Korozyonik ortamlara kar

dayankszdrlar. Alevle ve indksiyonla yzey sertletirmeye yakndrlar (Yldrm ve di.,

2001a).

Yaplarndaki karbon oranlarna gre sade karbonlu elikler kendi aralarnda : Az karbonlu elikler (% 0.05 0.3 C) Orta karbonlu elikler (% 0.3 0.8 C ) Yksek karbonlu elikler (% 0.8 1.7 C )

eklinde snflandrlr. Yine ayn elikler ;

tektoid alt elikler (% 0.05 0.83 C) tektoid st elikler (% 0.83 1.7 C)

olarak da snflandrlabilirler.

2.2.2 Alaml elikler

Sade karbonlu eliklerin kullanlma alanlar snrldr. Bunlarda derinliine sertleme

yetenekleri ve korozyona dayanmlar iyi deildir. Bu zelliklere ulamak iin elie alam

elementleri ilavesi arttr.

elie baz alam elementlerinin katlmas eliin eitli zelliklerini gelitirir.

eliklerin snflandrlmasnda alam elmanlarnn etkisi byktr.

Dolaysyla alaml elikleri aadaki gibi snflandrmak mmkndr ;

Az Alaml elikler: Bnyesinde % 5den az alam eleman bulunduran elikler. Orta Alaml elikler: Bnyesinde % 5-10 alam eleman bulunduran elikler. Yksek Alaml elikler: Bnyesinde % 10 dan fazla alam eleman bulunduran

elikler.

Az alaml elikler yksek dayanm gsteren yap ve imalat elikleridir. Yksek

alaml elikler genellikle paslanmaz elikler , zel amal takm elikleri ve manyetik zellikli

eliklerdir (Yldrm ve di.,2001a; Demirci, 2004).

2.2.3 Paslanmaz elikler

Bunlar oksitlenme ve korozyon gibi evresel etkilere dayankl eliklerdir. Bu

zellikleri bileimlerinde bulunan kromdan ileri gelir. Paslanmann dnda baka zelliklerinde

arzuland durumlarda kromla birlikte alama baka elementler de katlmaktadr. Bu

elementlerden en ok kullanlan nikel (Ni), molibden (Mo) ve mangan (Mn)dr.


16/69

4

Sertleebilen paslanmaz elik bileiminde % 12-14 Cr bulundurur. Martenzitik yapya

ulaabilmek iin bnyede bir miktar karbon bulunmas gerekir.

Krom alaml bir eliin korozyona dayankll bu elementin varl ile elik

yzeyinde ince bir oksit katnn olumas ile aklanr. Bu oksit kat demiri d etkilerden korur(Meran, 2003).

2.3 ELKTE ALAIM ELEMANLARININ GENEL ETKLER

Ham demirin ierisinde bulunan % 4 oranndaki karbonun eitli yntemlerle % 2nin

altna drlmesiyle elikler elde edilir. elikler bileimlerinde % 0.1


17/69

5

a) Ostenit oluturucu,

b) Ferrit oluturucu,

c) Nitrr oluturucular olmak zere gruba ayrmak mmkndr.

2.3.1 Ostenit Oluturucu Elementler

Manganez, nikel, kobalt, azot, inko bu gruba ait olan elementlerdir. Bu elementler

yksek oranlarda bulunurlarsa, ostenit alann genileterek ostenit kararlln oda scaklna

ve daha aalara indirirler. Bylece oda scaklnda bile kbik yzey merkezli kristal kafesine

sahip olan ostenitik elikler elde edilir.

Byk oranlarda Ni ve Mn, elii oda scaklnda bile ostenitik halde tutar. Buna en

tipik rnek olarak bileimi (genel olarak) % 1 C, % 13 Mn ve % 1.2 Cr olan Hadfield eli i

verilebilir. Bu elikte Mn ile C ostenitin kararl hale gelmesinde nemli rol oynarlar. Dier bir

rnek % 18 Cr, % 8 Ni ieren ostenitik paslanmaz eliklerdir. Ostenitik eliklerin kendine zg

zelikleri vardr. Bunlar:

Yksek ekil deitirebilme kabiliyeti ostenitik paslanmaz eliklerde grlen nemli bir

zelliktir. rnein Cr-Ni elikler kbik yzey merkezli kristal kafesi nedeniyle dk

scaklklarda (-200 C) dahi snekliklerini kaybetmezler.

Dk akma snr ve daha yksek ekme mukavemetine sahiptirler. Bu nedenle plastik ekil

deitirmeye yatkndrlar.

Manyetik deildirler ve dnme uramazlar. Bu nedenle sertletirme ve normalizasyon

ilemleri mmkn deildir.

Korozyona dayankldrlar.

2.3.2 Ostenitik Yap

Yaklak olarak % 1.2 C ve % 12 Mn ieren X120Mn12 sert manganez elikleri bu

yapya sahiptir. Su verilmi durumda retimden ktklar iin tamamen ostenitik yani snek

fakat sert olmayan bir yap gsterirler. elik bylece kuvvetli olarak souk sertletirilir. Merkez

ise deimez ve snek kalr.

Srtnme eklindeki anmalara kar uygun deildir. Sadece basma eklindeki blgesel

darbelerin elii akma snrna kadar etkiledii durumlar iin bu elik kullanlr. Byle etkilere

maruz kalan yap paralar olarak tren yolu makaslar, deirmen astarlar ve sert maddeler iin

eneli ve darbeli krclar saylabilir. Souk sertletirilmi tabaka zamanla anmasna ramen

devaml olarak kendini yeniler.


18/69

6

2.3.3 Ferrit Oluturan Elementler

Bu grubun en nemli elementleri krom (Cr), silisyum (Si), molibden (Mo), vanadyum

(V), titanyum (Ti), ve alminyum (Al)dur. Bu alam elementlerinin byk bir ksm kbikhacim merkezli sistemde kristalleir. Eger yksek oranlarda bulunurlarsa demiri de kbik

merkezli olarak kalmaya zorlarlar. Bu elikler katlama srasnda dnmeye uramadan

souduklar iin ferritik elikler olarak adlandrlrlar.

Sadece dk krom oranlarna sahip elikler souma srasnda kbik yzey merkezli

olabilirler. Ostenit alannn altnda tekrar kbik hacim merkezli hale dnerek ferritik olurlar.

Ferritik elie bir rnek olarak transformatr salarnn malzemesini verebiliriz. Bu

malzeme % 3 Si ieren dk karbonlu bir eliktir. Ferritik eliklerin kendine zg zellikleri

vardr. Bunlar:

Manyetiklerdir, ksmen kendilerine zg manyetik zelliklere sahiptirler.

Isya dayankldrlar, ksmen yksek scakla dayanabilirler. Bunlarda kav oluumuna

rastlanmaz.

Korozyona dayankldrlar. Ancak bunun iin saf ferritik olmalar gerekir.

Soukekil deitirmeleri zordur, soukta gevrek bir yapya sahiptirler.

Dnmeye uramazlar, sertletirme veya normalizasyon ilemlerinin uygulanmas mmkn

deildir (Yldrm ve di., 2001).

2.3.4 Karbrler

Krom gibi ferrit oluturan elementler ayn zamanda karbr yapcdrlar. Karbr

yapclarn ounluu da demire bal olarak ferrit oluturucu zelliktedirler. Karbr oluturan

elementlerin karbona olan afiniteleri soldan saa doru yledir. Cr, W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr.

Bu elementler takm elikleri iin ok nemlidir. nk sert karbrler oluturup tala

kaldrmaya ve anmaya kar direnleri ykselir.

2.3.5 Nitrr Oluturucular

Tm karbr oluturucular ayn zamanda nitrr yapc elementlerdir. Azot, eliin

yzeyine nitrrleme yoluyla sokulabilir. Farkl alam elementlerinin sert nitrrler oluturarak

veya kelme sertlemesi yoluyla eliin sertliini arttrma eilimleri incelendiinde; Cr, Ti,

Mo, Al ve V gibi nitrr oluturucu elementlerin sertlikte arta neden olduu gzlenmitir. Buna


19/69

7

karlk Ni gibi nitrr oluturamayan elementlerin sertlikte nemli bir arta neden olmad

grlmtr.

2.3.6 Birden Fazla Elementin elie Etkisi

Alaml eliklerin byk bir ksm sadece bir tek alam elementi deil, iki veya daha

fazlasn ierirler. Burada karbon alam elementi olarak saylmaz. Si ve Mn da her elikte

bulunduu iin miktarlar % 0.5 Si ve % 0.8 Mn geerse alam elementi saylrlar. Birden

fazla elementin i yapya etkisi zannedildii kadar kolay aklanamaz.

Buna rnek olarak krom-nikel alamlarn incelenecek olursa burada, krom ve nikelin

etkilerinin birbirinin tersi olduu grlr. yle ki:

Krom (Cr): Karbr oluturur. Ostenit blgesini kapal duruma getirir ve ferritik elikleri

oluturur.

Nikel (Ni): Kat eriyik oluturur. Ostenit alann geniletir ve ostenitik elikleri

oluturur. Her iki elementin elikte bulunmas zannedildii gibi etkileri ortadan kaldrmaz.

Aksine krom nikelin etkisini kuvvetlendirir (Knkolu, 2001).

2.4 ALAIM ELEMENTLERNN GENEL ETKLER

2.4.1 Ferritin sertliine etkileri

Ferrit iinde kat eriyik oluturan tm alam elementleri ferritin sertliine etki ederler.

eliklerde en ok bulunan alam elementlerinden Si ve Mn ferritin sertliine en fazla etkide

bulunan iki elementtir. Cr ise en az etkiyi gsterir. Bu nedenle Cr, souk ilem grecek

eliklerde kullanlan en uygun alam elementidir.

2.4.2 Tane Bymesine Etkileri

Tane bymesini snrlandrlmasnda en nemli element vanadyumdur. Vanadyumun

elik iinde ok dk oranlarda (% 0.1) kullanm bile sertletirme ilemi srasnda tane

bymesini durdurmak iin yeterlidir. Bunun nedeni vanadyumun sertletirme scaklklarnda

homojen dalm karbrler ve nitrrlereklinde bulunmasdr. Bu tr karbrleri veya nitrrleri

kat eriyik iine alabilmek iin yksek scakla karmak gerekir. Bu nedenle allagelmi

sertleme scaklklarnda vanadyum bileikleri tane bymesi iin bir engel tekil ederler. Eer

scaklk normalinden daha yksek deere kartlsa, vanadyum bileikleri zndrlebilir.


20/69

8

Ancak bu durumda eliin tane boyutunun bymesi sz konusu olabilir. Byle bir zellikte

eliin mekanik zelliklerinde (darbe mukavemeti bata) dme grlr. Ti, Ta ve Nb da

vanadyuma benzer etkiler gsteren iki elementtir.

Yksek hz eliklerinde ve dier alaml takm eliklerinde W, Mo ift karbrleri deVC ve VN ve benzer ekilde tane bymesini engeller. Yzey sertletirmede kullanlan ince

taneli eliklerin imalinde istenilen sertletirme etkisi ergimi metale Al ilavesi ile salanr.

Bunun iin uygulanan pratik yntem, nce oksijen miktarn belli bir seviyeye indirmek ve

sonra elie azot miktarna bal olarak Al ilave etmektir. elik souk iken Al-N partikllerinin

dalm salanr ve eliin normal sertletirme scaklnda tane bymesi bu partikller

tarafndan engellenir (Yldrm ve di., 2001b).

2.4.3 tektoid Noktasna Etkileri

Ostenit oluturucu elementler A1 scakln drc, ferrit oluturucu elementler ise

ykseltici etki gsterirler. rnein % 12 Cr ve % 0.4 C ieren tektoid bileiminde bir krom

elii iin tektoid karbon scaklndan daha yksek ostenitleme scakl gerekirken % 3 Ni

ieren elik 700 C nin altnda ostenitik hale geer. Bu hususlarn A1 scakl civarnda

kullanlan elikler iin byk nemi vardr. tektoid nokta, % 0.8 C orannda ve 723 C

scaklkta oluur. rnegin % 5 Cr u eliin tektoid noktas % 0.5 C ieriindedir. Tm alam

elementleri bu noktann karbon konsantrasyonunu drr.

2.4.4 Martenzitin Olutuu Scakla (Ms) Etkisi

Co dndaki tm alam elementleri Ms (martenzit dnmnn baladg scaklk) ve

Mf (martenzit dnmnn bittii scaklk) deerlerini drrler. % 0.5 den daha yksek

karbon ieren eliklerin byk bir ounluunun Mf i oda scaklnn altndadr. Bu durum,

eliklerin sertletirme sonras pratik olarak bir miktar dnmemi ostenit ierdikleri anlamana

gelir. Aada verilen bantda her bir alam elementinin % konsantrasyonunu kullanarak Ms

saptanabilir. Bu bant tm alam elementlerinin ostenit ierisinde znmeleri sz konusu

olduunda geerlidir.

Ms = 561- 474C - 33Mn - 17Ni - 17Cr - 21Mo


21/69

9

Yksek ve orta alaml elikler iin Stuhlmann, Ms iin aadaki banty nermektedir.

Ms (C) = 550 - 350C - 40Mn - 20Cr - 10Mo - 17Ni - 8W - 35V - 10Cu + 15Co + 30Al

Tm alam elementlerinin arasndan Ms e en fazla etki eden karbondur.

2.4.5 zotermal Dnm Sresinin Perlit ve Beynit Dnmne Etkileri

Co dndaki btn alam elementleri ferrit ve sementit oluumunu geciktirirler. TTT

diyagramlarnda erileri saa doru kaydrrlar. Alam elementlerinin dnmlere etkilerini

formle edecek bir kural saptamak olduka zordur. Ancak baz elementlerin dierlerine oranla

beynitik dnmleri daha fazla etkiledikleri, dierlerinin de bu konuda ters davrandklar kesin

olarak tespit edilmitir.

Belli elementler belirli bir orandan fazla kullanldklarnda dnmleri kesin

olmamakla beraber arttrabilirler. Ancak bunlarn ilave miktarlara mevcudu dier alam

elementleriyle snrlandrlr. Yzey sertletirme ilemi uygulanan elikler ve takm elikleri iin

perlit-beynit dnmnn balamas iin geen sre, karbon miktar % 1 i atndan azalr.

Takm elikleri ve yap eliklerinde Si konsantrasyonu % 1.5 ve daha fazla olduunda perlit

dnm hzlanr.Sade karbonlu elikler iin C miktarnda % 0.30 dan % 1 e kademeli bir

art, ihmal edilebilir bir etki salar. Fazla etkiler ancak alam elementlerinin kombinasyonuyla

salanr (Yldrm ve di., 2001 a).

2.4.6 Kaynak Kabiliyetine Etkisi

Bir eliin ergitme kaynana uygun olmas, byk lde ierdii karbon miktarna

baldr. Ayrca alam elementleri de mevcut ise kaynak dikiinin soumas srasnda havann

ve parann souk ksmlarnn etkisi ile sertleme yani kaynak blgesinde ksmen martenzit

oluur. Bundan dolay gevrekleen malzeme, souma srasnda oluan kendini ekme sonucu

atlar. Bileimdeki alam elementlerinin ayn ekilde etki eden bir edeer karbon miktar

eklinde hesaplanr. Bu hesaplama iin deneysel yollarla bulunmu karbon edeeri

formllerinden yararlanlr.


22/69

10

rnek:

Ce = C + Mn/6 + Cr/5 + Ni/15 + Mo/7 % de oran

Karbon edeeri bir nevi kabul edilen miktar olarak dnlebilir. Bu deere gre

elikler aadaki gibi snflandrlr:

Ce < % 0.45 ise, iyi kaynak edilir.

% 0.45 < Ce < % 0.6 ise, artl kaynak edilir.

Ce > % 0.6 ise, zor kaynak edilir.

artl kaynak edilebilmenin anlam, malzemenin ancak n stma veya tamamlayc bir

sl ilem gibi belirli artlar altnda kaynak edilebilmesidir. Zor kaynak edilebilir elikler

ostenitik elektrotlar (Cr-Ni-Mn alaml elik) ile kaynak edilebilir. Kaynak metali bu

malzemeden meydana geleceinden sertlemez ve akma snr dk olur. Souma srasnda

oluan kendini ekmede ise kaynak metali bir miktar plastik deimeye urayarak kendini

brakr. Bylece kaynak blgesindeki gerilmeler tehlikeli bir bykle erimez.

Krom ve silisyum elementleri kaynak ilemi srasnda yanarlar ve yksek scaklklarda

ergiyen oksitler olutururlar. Bu oksitler kaynak dikiinin kenarlarnn akarak birlemesini

nler. Aynekilde birlikte yanan manganezin oluan oksidi dier oksitlerin ergime noktalarn

drr. Bylece Mn dier elementlerin olumsuz etkisini telafi eder (Yldrm ve di., 2001 b).

2.4.7 Sertleme Kabiliyetine Etkisi

Alaml eliklerin sertleme derinlikleri, alamsz eliklerinkinden fazladr. Alaml

eliklere daha fazla su verilir. Sertliin derecesini (Rockwell birimi olarak) karbon miktar tayin

eder ve bu deer

HRc = 65.....66 dan daha yksek olamaz.

2.4.8 Alam Elementlerinin Sertleme Derinliine Etkisi

Utan su verme erileri ile alam elementlerinin sertleme derinliine etkisi ok iyi

takip edilebilmektedir. Bu eriler Jominydeneyi olarak bilinen utan su verme deneyi ile tespit

edilir. rnek olarak % 0.6 C lu C 60 elii yksek sertlie sahip olmasna ramen sertleme


23/69

11

derinlii dktr. % 0.3 C, % 2.5 Cr ve % 0.2 Mo ieren alaml eliin (30CrMoV9) sertlii

daha dk olmasna ragmen sertlik utan uzaklatka dk miktarda azalr. Yani sertleme

derinlii daha fazladr. Bir dier elik tr; 42CrMo4 zellikleri bakmndan bu iki eliin

arasnda kalr. Ancak % 1 Cr ve % 0.3 Mo iermektedir. Bu sebepten dolay, daha yksekalaml olan 30CrMoV9 a gre sertleme derinlii daha dktr. Fakat karbon miktar daha

yksek olduundan yzey sertlii daha yksektir.

2.4.9 Alam Elementlerinin Ostenit Dnm Hzna Etkisi

Dnm scakl ve hz ile ilgili daha kesin deerlerin verilmesi, demir karbon faz

diyagramnda mmkn deildir. nk bu denge diyagram dier btn diyagramlar gibi ok

yava souma iin geerlidir. Ostenitin hzl souma srasndaki dnm, scaklk-zaman

dnm diyagramndan (TTT diyagramndan) takip edilebilir.

retilen eliklerin byk bir ksmnn TTT diyagramlar vardr. Bu tip diyagramlarn

izilmesi iin ok geni kapsaml seri halde deneyler yaplmaldr. TTT diyagramlarndan

ostenitin ne kadar zaman ierisinde ve hangi scaklkta dier yapekline dnmeye balad

ve bu dnmn ne zaman tamamland grlebilir.

Ostenitin dnt dier i yaplar; ferrit, perlit, ara kademe i yaps olan beynit ve

martenzittir. Ayrca diyagramlar eliin bileen miktarn yzde oran olarak ve oluan i

yapnn oda scaklndaki sertliini vermektedirler (Yldrm ve di., 2001b).

2.5 ALAIM ELEMENT OLARAK KROM VE MANGANIN ELE ETKLER

2.5.1 Krom

elik, retim endstrisinin temel metalik elemandr. Kaliteli inaat ve takm elii

yapmnda nemli yer tutar. Krom, kritik souma hzn drr. Yksek sertlik ve stn anma

dayanm zelliinde, hidrojen gazna kar dayankl karbrler oluturur. Sertletirici ve tane

kltc etkileri vardr.

Dk karbon ierikli eliklerde % 12nin zerine kacak krom katk deerlerinde

elik paslanmaya ve asitlere kar stn bir dayanm gsterir. Krom ierii % 17yi aan elikler

sya ve yksek alma scaklklarna dayankldr ve doku yaplar tamamen ferritiktir. Kromlu

eliklersl ilemlerden geirildikten sonra kullanlrlar.


24/69

12

Mangan, molibden, vanadyum ve nikelle birlikte eliin s ve anma dayanmn daha

da artrmak olanakldr. Islah eliklerinde bu elementlerden molibdenin katlmas temper

gevrekliini 550 dereceye kadar olan tm scaklklar iin nler.

Bilyal ve masural rulmanlarn sahip olmas gereken yksek sertlik ve sneklikzelliklerinin salanmas iin % 1 Clu ve % 1.5a kadar krom katkl elikler kullanlr. Dk

alaml eliklerden srnme dayanm en yksek olan % 2,25 Cr ve % 1 Mo ieren eliktir. Bu

elik termik ve nkleer santrallerde kullanlmaktadr. Srnme direnci yksek eliklerde genel

anlamda krom molibden ve vanadyum gibi karbr oluumuna yakn metaller bulunur. Souk ve

scak allan ilerde, kesme ilerinde kullanlan makinalarda krom vazgeilmez bir alam

elemandr.

Krom oran arttka eliin kaynak edilebilme yetenei azalr. Her % 1 Cr artnda

malzemenin ekme dayanm 80-100 N/mm2 art gsterir. Ayn oranda olmamakla beraber yine

akma snrnda bir ykselme, entik darbe tokluunda dme grlr (Yldrm ve di., 2001b).

Krom Oran %

ekil 2.1 Demir krom ikili faz diyagram (Knkolu, 2001)

ScaklkC


25/69

13

2.5.2 Mangan ( Mn )

Mangan elie ferromangan eklinde dezoksidasyon elementi olarak verilir. Bu metalin

% 0.8 i aan oranlardaki katklarnda manganl elik alamlarndan sz edilir. ekme dayanmve akma snr % 0,7 mangan deerine kncaya kadar uzamada fazla d olmamasna karn

artma gsterir.

Az oranda mangan ierii entik darbe tokluunu olumlu ynde etkilerken kritik

souma hzn nemli lde drr. Artan mangan ierii ile tane irilemesi oluumuna yol

aar. % 1 C lu ve % 12nin zerinde mangan ierikli elikler anmaya dayankl olurlar ve

ostenitik yap gsterirler.

% 0,9 1,4 mangan alaml sade manganl elikler stn dayanml boru ve kazan sac

yapmnda kullanlr. Bu elikler ayrca, slah eliklerinin kaynanda kaynak ubuu olarak,

anmaya dayankl raylarn yapmnda ve benzeri ilerde de kullanlmaktadr. Silisyumla

birlikte stn dayanml inaat elii veya slah elii olarak kullanlr.

Mangan eliin dvlebilme ve kaynak edilebilme zelliklerine olumlu etkide bulunur.

Yksek karbonlu eliklere dk karbonlu eliklerden daha ok etki eder. Paslanmaya anmaya

ve az oranda s etkilerine kar dayankll iyiletirir.

ekil 2.2 Demir mangan ikili denge diyagramnn demir kesi (Yldrm ve di., 2001 b)


26/69

14

Yukardaki ekilde demir-mangan iki bileenli faz diyagram verilmitir. Mangan, ()

blgesini aan, ostenit dnmn ve dolays ile A3 scakln alak scaklklara kaydran

elementlerden biridir. Bunun sonucu olarak % 35 Mn ierikli bir elik alam oda scaklnda

bile ostenitik bir yap gsterir. Diyagramn kesinde kat eriyik faz blgesi bulunur. Bu blge() faz blgesinden ift faz blgesiyle ayrlr. Faz dn, diyagramdan da grlecei gibi

ancak byk konsantrasyon deimeleri ile salanabilir. Artan mangan ieriinin, dnm

alak scaklklara kaydrmas difzyonun glemesine ve hatta tamamen durmasna yol aar.

2.5.3 Mangan elikleri

Yaplarnda % 5ten fazla mangan bulunduran elikler allm normal soutma

hzlarrnda ferrite deil, kbik martenzite dnrler. Burada sz konusu olan ostenit martenzit

dnm, sade karbonlu eliklerdeki dnme benzemekle beraber; sadece burada oluan

martenzitte kafes atomlan arasna karbon atomlar skmaz ve yap da tetragonal yerine kbik

olur. 2 kat eriyii olarak da tanmlanan bu martenzit, olutuu ostenitle ayn bileime sahiptir

ve bu nedenle de ar doymu, kararsz (dengesiz), ancak oda scaklnda deiiklie

uramayan bir grnmdedir.

Manganl eliklerde ostenit ferrit dnm gerekte % 13 Mn deerlerine kadar

grlmektedir. Bu deerin zerinde () fazna rastlanlmaz. Ostenit ise dengesizdir. Bu nedenle

170C dolaylarnda ostenitin difzyon olmakszn hekzagonal () fazna geitii gzlenir. Bu

fazn mikroskopik incelenmesinde ostenit kristallerine yerlemi ince ineler oluturduu

saptanr. Yapsnda % 22nin zerinde mangan bulunduran elikler sade ostenitik yap

gsterirler. Mangan ksmen ana ktleye karr, ksmen de demir karbr ierisinde znr.

Mangann kendine zg zel bir karbr bileii yoktur.

Manganl eliklerin doku oluumlan hakknda bilgi edinmek iin Fe-Mn-C l faz

diyagramnn demir kesini ele alan Guillet diyagramna gz atmak gerekir. Bu diyagrama

gre, manganl

elikler; dk manganl

perlitik, orta manganl

martenzitik ve yksek manganl

ostenitik olmak zere ayr grupta toplanabilirler. Guillet diyagramnda verilen yaplara kesin

gz ile baklmamaldr. rnein % 1 Mn ve % 1,5 C lu bir elik saf ostenitik deildir, hatta

ok ar yava soutmalarda bile yapsnda bir miktar martenzit bulundurur. Hereye ramen

diyagram teknikte geni bir kullanlma alan bulmutur.

Teknikte perlitik, ferritik-perlitik ve ostenitik manganl elikler nem kazanmlardr.

Bileimlerinde % 2-10 Mn bulunduran martenzitik elikler gevrek olular nedeniyle

kullanlmazlar (Yldrm ve di., 2001b).


27/69

15

% 1 Mn katks ile eliklerde ekme dayanm ve akma snr 100 N/mm2 artarken,

uzama az oranda azalma gsterir. Mangan perlit oluumunu gletirirken bainit oluumunu

kolaylatnr. % 2-3 manganh elikler normalizasyon tavlamas ile tamamen bainitik yapya

kavuurlar. Mangan kritik soutma hzn drurken derinliine sertlemeyi kolaylatrr.Boyutlar kk % 2 Mnl elik bir para havada sertleir. Kesit boyunca sertlemenin doal

bir sonucu olarak, haddelenmi ve normalizasyon tav grm manganl bir elik iyi

snekliinin yan sra ok iyi dayanm zellikleri gsterir. Islah edilmi durumlarda mangan

yap elikleri sade karbonlu eliklerden daha iyi ekme dayanm, akma snr ve entik darbe

dayanm gsterirler. Manganl elikier ar stmalara kar duyarldrlar, bunun da nedeni

(Fe,Mn)3C karbr bileiinin ostenit ierisinde sementitten daha abuk znmesidir. Sonuta

malzemede temper gevreklii sz konusu olur (Yldrm ve di., 2001b).

Manganl eliklerde rastlanlan tipik bir oluum doku yapsnda uzunlamasna izgilerin

(damarlarn) grlmesidir. Bu durum, manganl eliklerde uzunlamasna llen entik darbe

dayanmnn, enlemesine llenden fazla olmasna yol amaktadr. Bu zellik mangann

metalik olmayan yabanc elementlerle birleerek MnS, MnO.SiO2 ve 2MnO.SiO2 gibi bileikler

oluturmas ve bu bileiklerin scak biimlendirmede bir izgi zerinde toplanmalarndan

kaynaklanr. Haddelenmi manganl eliklerde llecek entik darbe tokluu, uzunlamasna

lmde enlemesine oranla drt kat daha fazla olarak elde edilir.

Islah eliklerinde bazen yapya mangandan baka vanadyum ve krom gibi alam

elemanlar da katlmaktadr.

Byle eliklere rnek olarak % 0,25 C, % 2 Mn ve % 0,12 Vlu 25MnV8 elii ile; %

0,2 C, % 1,25 Mn ve % 1,25 Crlu 20MnCr5 elii verilebilir. lk eliin ekme dayanm 900

N/mm2 akma snr 700 N/mm2 entik darbe dayanm 100 J/cm2 olup, uzamas % 20 ve

incelmesi de % 60tr. kinci eliin ekme dayanm 1200 N/mm2 akma snr 700 N/mm2 ve

uzamas % 10 olup, her iki elikte de derinliine sert1eme sz konusudur.

Ostenitik gruptan en nemli mangan elii % 1,2 - 1,4 C ve % 12 - 14 Mnl sert

mangan ya da Hadfield eliidir.

Bunlarda mangann karbona olan oran 10 / 1 olarak verilir. Bu elikler yksek dayanm

ve anmaya dayankllk, az sertlik ve dk akma snr deeri gsterirler. Temiz ilenmi

yzeylerde % 80e ulaan bir uzamaya sahiptirler.

Sert manganl eliinin ilenmesi iin sinterlenmi karbrlerle (elmas ular) allmas

veya parann talanmas gerekir. ekillendirmede dkm ilk sray alr. Yzeyin mekanik

zorlamalardan doan plastik ekillenmesi ile, yzeyde Brinell sertlik 200 HB den 500 HBye

kar. Tm ostenitik eliklerde olduu gibi sert mangan elii de manyetik zellik gstermez.


28/69

16

Anmaya kar gsterdii stn dayanm nedeniyle sert mangan elikleri ar

zorlamalara maruz ekskavatr (bager), dozer ve loder kepeleri, krc (konkasr) eneleri, ray

kesime blgelerinin temel paralar bu elikten yaplr. Bazen de yzeyde kaynakla amal

olarak bir sert mangan tabakas oluturulabilir. Ancak byle durumlarda ostenit ve ferritin farkluzama katsaylarndan kaynaklanan bir kristaller aras gerilme yrtlmas sz konusu olabilir. Bu

nedenle anmay nlemek amac ile yaplacak sert mangan tabakas kaplamalarda para ok

yava soutulmaldr.

Dvlm bir sert mangan elii yksek scaklklardan yava yava soutulacak olursa,

tane snrlarnda yava yava (Fe,Mn)3C karbr ayrr. Bazen de, soutmann ar derecede

yava olmas durumunda, karbr ayrmas inemsi ve tane ierisinde bulunacakekilde ortaya

kar. Sert mangan elikleri; ani soutmalarda yumuak ve snek, tavlamalardan sonra sert

karakterdedir.

Tablo 2.1 Mangan eliklerinin mangan oranlar, ad ve zellikleri (Yldrm ve di., 2001b)

-%30-%25 % Mn-%20-%18 Yanma ve sya dayankl krom-mangan elikleri-%16 Ostenitik krom-mangan elikleri-%14 Paslanmaz ve aside dayankl elikler

-%12 Hadfield ostenitik mangan elikleri (sert mangan elikleri)-%10-%8-%6 Kullanlmaz-%4-%3-%2 Mangan yay elikleri (% 08-2 Mn)-%1 Mangan slah elikleri-%0,8-%0,6-%0,4 Kzl krlganla ve ayrlmaya meyletme tehlikesi-%0,2

% Mangan katk oran

Buna neden 1050 Cden itibaren yaplacak soutma ilemlerinde karbonca ar

doymu, homojen bir ostenit fazna ulalmasdr. Byle bir eliin Brinell sertlii 190 HB,

ekme dayanm 1000 (N/mm2) ve uzamas da % 50 dolaylarnda bulunur. Ayn eliin 10 saat

550 Cde tavlanmas ile yap ostenitten ince lamelli perlit ve martenzite dnr. elik ylece

manyetik zellik kazanrken sertlii de 400 HBye kadar ykselir (Yldrm ve di., 2001b;

Schumann, 1964).


29/69

17

2.5.4 Krom elikleri

Krom eliklerinde % 0,3 ile % 30 arasnda krom bulunur. ekil 2.2de demir-krom iki

bileenli denge diyagram verilmitir. Demir ve krom yksek scaklklarda geni birkonsantrasyon aralnda kbik hacim merkezli () kat eriyik faz olutururlar. Yaklak % 15

Cr orannda ve 1400 C scaklkta alam azeotropik bir ergime minimumu gsterir.

Krom, demirin A3 scakln alak deerlere kaydrrken; A3 scakl nce hafif alalr,

% 10dan fazla krom ieren alamlarda bu scaklk tekrar ykselir. Karbonsuz, % 15 Cr ierikli

eliklerde gama blgesi tamamen kapanr ve dolays ile bundan fazla olan krom yzdelerinde

elik oda scaklndan ergime scaklna kadar ferritik kalr. Krom ierii yksek olan elikler,

hzl soutma ileminden sonra da ferritiktir. Ancak bu eliklerin (% 25-70 arasnda krom ieren

elikler) l000 Cden ok yava birekilde oda scaklna soutulmas ve 600-900 Cde uzun

sre tavlanmas ile sert ve gevrek olan bir bileik kristal yaps FeCr faz oluur. Yaplarnda ()

faz bulunduran paralar iyice gevrekletiklerinden teknik adan kullanlmayacak duruma

gelirler.

() faznn doku yapsndan uzaklatrlmas iin parann tekrar 1200 Cye stlp, sz

konusu gevreklii veren fazn zndrlmesi ve sonra abucak soutulmas gerekir.Karbonlu

demir-krom ve demir-nikel alamlarrnda yaplar karbonsuz eliklerden biraz daha farkldr.

Krom, demir-karbon faz diyagrammn hem tektoid noktasn ve hem de tektik yapnn

grlmeye balad noktay alak karbon yzde deerlerine doru kaydrr.Bunun sonucu

olarak yksek krom konsantrasyonlarnda, ok dk karbon yzdelerinde bile eliin yapsnda

nemli miktarda perlit ve sementit bulunur. rnein % 15 Cr ve % 0,11 C lu bir eliin i

yaps % 80 perlitten oluurken; % 14 Cr ve % 0,25 Clu bir eliin i yaps daha bu karbon

yzdelerinde bile tektoidiktir.

ekil 2.3 Fe-Cr-C l faz diyagramnn demir kesi (Yldrm ve di., 2001b)


30/69

18

Karbon ierikli kromlu eliklerde grlen karbr tr (Cr7C3) forml ile ifade

edilebilen zel karbrdr. Bu karbr yapsna % 55 dolaylarna kadar demir kabul edebilir.

Dier zel karbrler gibi, (Cr23C6) zel karbr de ok yava bir difzyon hzna sahiptir. Yanibu karbr ostenitleme srasnda ok yava bir biimde znrken, soutma srasnda da yine

yava bir biimde ayrma gsterir.

Sertletirilmi eliklerin tavlanmalar srasnda, martenzitte grlen segregasyon hz,

sade karbonlu eliklerden daha azdr. Kromlu eliklerin s ortamna olan dayanklklar da zaten

bu zelliklerinden kaynaklanmaktadr.

tektoid st elikler pelitten baka sekonder sementit de ierirler. Byle bir elie

rnek olarak % 1 C ve % 1,5 Cr ierikli rulman yapmnda kullanlan elik verilebilir. Bu

elikteki karbr bileii (Fe,Cr)3C olup, bu karbr % 15 dolaylarna kadar krom ierebilir.

Korozyona dayankl % 0,4 C ve % 13 Crlu bir elik de yine tektoid st eliklerden yksek

krom ve karbon ieriklerinde elikler ledeburitik olur. Yani byle eliklerde () kat eriyii

+ (Fe,Cr)3C +(Cr,Fe) 7C3 ten oluan bir l tektik karma ular. % 0,62 C ve % 21 Crlu

yksek scaklk ve yanma ortamna dayankl alferon denilen dkme elik abucak

soutulursa ostenit dn engellenir ve yapda primer () kat eriyii ile tane snrlannda

ledeburite rastlanlr. Tavlama veya yava soutma ile ostenit, ferrit ve nemli miktarda karbre

dnr. Dk karbon ve yksek krom ieriklerinde elikler krom ferrit ve karbrlerden oluan

bir yapya sahiptir.

eliklerde % 1 Cr katks ile ekme dayanm 80-100 N/mm2 artarken, uzama % 1,5

dolaylarnda azalma gsterir. Kritik soutma hz krom katksyla nemli llerde der ve

derinliine sertleme de buna bal olarak hissedilir llerde artar. Yksek krom ieriklerinde

eliin s ve tavlamaya olan dayanm byk oranda artar. Krom, silisyum ve alminyum ile

birlikte yanmaya dayankll artrr. Kromun dnm scaklklarn ykseltmesi nedeniyle,

kromlu elikler yumuatma tavlamasna elverilidirler. Yine bu nedenle de ayn eliklerin

yksek scaklklardan ani soutularak sertletirilmeleri gerekir. Kromlu eliklerde temper

gevreklii grlr. % 12nin zerinde krom ieren dk karbonlu eliklerde birdenbire su,

asitler ve scak gazlar gibi korozyonik ortamlara kar dayankllk zellii ortaya kar. Bu

nedenle yksek kromlu eliklerin korozyona olan dayanmlar teknikte ayr bir neme sahiptir.

ok iyi derecede sertletirilebildiklerinden ve iyi slah edilebildiklerinden dolay krom

elikleri teknikte byk apta kullanlma alan bulmulardr. Takm, slah v.b. elik tr olarak

baar ile kullanlmaktadr. % 0,40 C ve % 1 Crlu (40 Cr 4) slah eliinin i yaps ferritik-

perlitiktir. eliin Brinell sertlii 200 HB olup, ayn eliin dvlp havada soutulduktan

sonra yaps bainitik olur ve sertlii de 280 HBye kar. Bu elik 840 Cdan yaa ekilir ve


31/69

19

sonra da 600C da tavlanrsa ekme dayanm 950 N/mm2 ve uzamas da % 65e ular. Krom

slah elii olarak adlandrlan bu elikten krank mili yaplr ve elik alevle ok iyi yzey

sertletirilir.

stn korozyon dayanm nedeniyle yksek krom ierikli slah elikleri, rnein % 0,20C ve % 13 Crlu (x20Cr13) elii, pelton trbini kepeleri, biyel kollar, piston milleri ve

pompa paralan yapmnda kullanlr. Bu eliin i yaps yumuak tavlanm durumda krom

karbrlerin yatakland ferritten oluur. Eer elik yada sertletirildikten sonra 700 Cde

tavlanrsa (Cr,Fe)7C3ten oluan krom karbr znr. eliin ekme dayanm 750 N/mm2

akma snr 600 N/mm2, uzamas % 25, incelmesi % 65 ve entik darbe dayanm ise 80 J/cm2

dolaylarnda bulunur. % 1 Mo katks ile eliin s dayankll nemli llerde

ykseltilebilir.

Kromlu eliklerde temper gevrekliini nlemek iin % 0,15 - 0,5 Mo katks gerekir.

Molibden ayrca sertleme, sneklik ve tavlamalara kar dayanm gibi zellikleri de dzeltip,

iyiletirir. ok dayankl olan molibden karbr ayn zamanda eliin srnme dayanmn da

olumlu ynde etkiler.

% 0,15 C, % 1,5 Cr ve % 0,4 Moli bir (15 Cr Mo 6.4) eliinin i yaps

haddelendikten sonra bainitik olur. Molibden yapda kromdan daha ok etkili olur, perlit

oluumunu nler ve ostenitin bainite dnmn hzlandrr. elik 880 Cden havada

soutulur ve sonra 660 Cde tavlanrsa ferrit aa kar ve kalnt ostenit bainite dnr. Bu

elik 530 Cye kadar olan scaklklarda alacak kazanlarn yapmnda kullanlr.

Vanadyum tpk molibden gibi kromlu eliklerin benzer zelliklerini slaha yardm eder.

Tane bymesini engellediinden eliin ar stmalara kar duyarl olmasn nler. Bunun

dnda vanadyum eliin deien kuvvetlere kar dayanklln (yorulma dayanmn) ve

srnme dayanmn artrr. rnein % 0,5 C, % 1 Cr ve % 0,2 Vlu bir elik ok yksek bir

elastiklik snr ve stn srnme dayanm gsterdiinden bu elik sya dayankl yaylarn

yapmnda byk nem tar.

% 1 C ve % 1,5 Crlu, 100 Cr 6 elii, nemli bir takm eliidir. Bu elik

sertletirildiinde ok yksek bir sertlik derecesi (Rc=65), anmaya dayankllk ve elastiklik

zellikleri gsterir. Bu elik haddelendiinde, haddeleme scaklnn ilemden sonra az olmas

ve soutmann hzl seilmesi halinde, ince taneli sorbitik bir yapya ulalr. Ancak

haddelemeden sonraki scakln yksek ve soutmann yava yaplmas durumunda, doku geni

izgili perlit ve tane snr sementitinden oluur. Bu yap elie daha sonra uygulanacak ilemler

asndan iyi sonu vermez, nk elie uygulanacak yumuatma tavlamas ilemlerinde doku

arzulanan bir biimde yumrulamaz, yumrular homojen bir oluum ve dalm gstermezler.

Sonuta ulalan yap krlgan, gevrek ve atlamaya yatkn olur. Bu yzden byle haddelenmi


32/69

20

eliklere, yumuatma tavlamasndan nce normalizasyon tavlamas uygulanmas gerekir. Bu

ilem iin elik; (Ac1) scaklnn zerinde bir scakla, rnein 100Cr6 eliinde 850 Cye,

eitli eliklerde 880-900 Cye, stlr ve hareketsiz hava ierisinde soutulur. Kesitin byk

olmas halinde soutma, basnl hava ile yaplmaldr. Bylece tane snr sementitinin yenidenayrmas kesinlikle nlenmi olur. elie daha sonra 760Cde 6 saat sreyle yumuatma

tavlamas uygulanrsa ve elik 650 Cye kadar saatte 20 C hzla soutulursa, homojen

dalm ve yuvarlanm bir tane yapsna kavuur. Mmkn olduu kadar yapda sorbit ve

perlit kalntlarnn bulunmamasna dikkat edilmelidir. Sementit yumrularnn kk olmas

halinde sertlik ok yksek, iri olmas halinde ise ok dktr. eliin otomatik tala kaldrma

ilemleri her iki halde de ktleir. Sertlik fazla olursa tala kaldrc ularda ar anma,

sertlik az olursa da temiz bir yzeye ulaamama durumlar sz konusu olur. Uygun Brinell

sertlik 180-200 HB arasnda bulunmaldr (Yldrm ve di., 2001b; Schumann, 1964).

Krom oran (%)

ekil 2.4 - Karbonun demir krom diyagramna etkisi (Islak, 2005)

Scaklk(C)


33/69

21

3. KROM MANGANLI ELIKLER

Tablo 3.1 TS 2525'de verilen slah eliklerinin AISI karlklar ve kullanma yerleri (Keskin, 1986)

TS 2525

elik No SembolSAE - AISI Kullanm Yerleri

1.5038 40 Mn 4 1039Genel makina ve tat yapmnda, Mn alaml

slah eliinden paralar

1.5065 28 Mn 6 1330Genel makina ve tat yapmnda, Mn alaml

slah eliinden paralar

1.6511 36 CrNiMo 4 9840Tat ve motor yapmnda, aks, aks kovan, krank

mili, dingil gibi ok fazla zorlanan paralar

1.6580 30 CrNiMo 8 -

Otomobil ve motor yapmnda, dayanm,

sneklilik ve elastikiyetin n planda olduu ok

zorlanan paralar

1.6582 34 CrNiMo 6 4340

Otomobil ve motor yapmnda, krank mili,

direksiyon paralar, eksantrik mili gibi ok

zorlanan paralar

1.7003 38 Cr 2 -

Genel olarak tayc ve motor yapmnda

kullanlan paralar

1.7006 46 Cr 2 5045Genel olarak tayc ve motor yapmnda

kullanlan paralar

1.7033 34 Cr 4 5132Tat ve makine yapmnda, krank mil ve dier

tahrik aksam, n aks, aks kovan gibi paralar

1.7034 37 Cr 4 5135Siyanr banyosunda sertletirilecek, anzman

paralar, piston kolu, krank mili ve dili arklar

1.7035 41 Cr 4 5140Tat ve motor yapmnda, krank mili, n aks, aks

kovan, direksiyon mili ve benzeri paralar

1.7037 34 CrS 4 -anzman paralar, mil, piston kolu gibi talal

ekillendirlecekslah elii paralar

1.7038 37 CrS 4 -1.7037 gibi, ayrca, siyanr banyosunda

sertletirilecek dili arklar

1.7039 41 CrS 4 -1.7037 gibi, ayrca, siyanr banyosunda

sertletirilecek dili arklar


34/69

22

1.7218 25 CrMo 4 4130Otomobil ve tat paralar yapmnda, aks mili,

aks kovan,

1.7220 34 CrMo 4 4135/4137

Otomobil ve uak paralar yapmnda, krank mili,

aks mili ve kovan, yivli mil vb. sneklilii yksek

paralar

1.7225 42 CrMo 4 4142/4140 1.7220 gibi, ayrca dili ark ve bandaj

1.7226 34 CrMoS 4 -1.7220 gibi (daha iyi talalekillenebilirlik

zellii)

1.7227 42 CrMoS 4 -1.7225 gibi (daha iyi talalekillenebilirlik

zellii)

1.7228 50 CrMo 4 4150

Otomobil ve uak yapmnda yksek sneklilikte

paralar, anzman, direksiyon ve aktarma

organlar paralar

1.7361 32 CrMo 12 4 -Dayanm, sneklilik ve elastiklikte fazla

beklentilerin olduu paralar

1.7707 30 CrMo V 9 -

Otomobil ve tatlarda yksek sneklikte, fazla

zorlanan krank mili, saplama, cvata ve benzeri

paralar

1.8159 50 CrV 4 6150

Otomobil ve mekanizma yapmndaki dili ark,

mil, ynlendirme paras gibi anmaya zorlanan

paralar


35/69

23

4. YZEY MODFKASYONU

Makina paralarnda ortaya kan hasarlar; insana bal hasarlar ve teknik esaslara

bal hasarlar olmak zere iki grupta toplamak mmkndr. nsana bal hasarlarn oran % 62

ve teknik esasl hasarlarn oran da % 38 dir. Bu % 38lik ksmn % 11ni anma, srtnme,

korozyon, erozyon, sl etkiler ve dier etkenler oluturmaktadr. Dnyada anmann neden

olduu yllk kaybn 200 milyar dolar dolaylarnda bulunduu tahmin edilmektedir. Bu yzden

bu zararlar nemli lde azaltacak yzey modifikasyonu yntemlerine gereksinim

duyulmaktadr. Bunlar yzeyin deiimi ya da yzeyin kaplanmas eklindedir. Yzeyin

deiimi, yzeyin kimyasal bileimini deitirerek ya da deitirmeden ve yine yzeye iyon

balanmas (iyon implantasyonu) yaplarak salanr.

Ayrca bu yntemlerden farkl olarak yzeye kaplama yaplarak da zararl etkilerinnne geilebilir. Yzey kaplama yntemleri ise; buhar biriktirme, elektrolitik kaplama ve

yzey ergitme yntemleri olarak grupta ele al nabilir. Ergitme yntemlerinden kaynak

ilemleriyle yzey alamlama, yzey modifikasyonu yntemlerinde yeni bir teknik olup, yzey

mhendisliinde geni bir yere sahiptir (Islak, 2005; Yldrm ve di., 2006; Yldrm ve di.,

2007).

4.1 YZEYN DEM

Yzey deiimi ilemleri, yzeyin kimyasal bileimini deitirerek veya deitirmeden

yaplan ilemler olarak iki ana grupta incelenebilir. Kimyasal bileimi deitirerek yaplan

ilemlerde, malzeme yzeyinde kimyasal yntemlerle koruyucu bir tabaka oluturulur.

Kimyasal bileimi deitirmeden yaplan ilemlerde ise; bir faz dnm mekanizmas ya da

yzeyde ergime salamak koulu ile yzey deiimi salanr.

4.1.1 Kimyasal Bileimi Deitirmeksizin Yaplan Yzey Sertletirme lemleri

Bir malzemenin yzeyinin kimyasal bileimini deitirmeden sertletirilebilmesi iinmalzeme yzeyinde karbon orannn yeterli olmas gerekir. Yzey sertletirme ileminin

salanabilmesi iin yzeydeki karbon orannn en az % 0.30 olmaldr (Yldrm ve di., 2001a).

Karbon oranlar yzeyde sertleme snr zerinde bulunan elikler; ya frnda stlarak,

ya alevle, ya endksiyon akm ile, ya da lazerle yzey sertletirilirler (Yldrm, 1984; Yldrm,

1989; Demirci, 2004).

Bu yntemlerin temel prensibi; ncelikle malzeme yzeyini ostenitleme scaklna

kadar stmak, ostenitleme salandktan sonra belirli soutma hz (C/sn) altnda paray belli

ortamlarnda aniden soutmaktr. Burada nemli olan husus, ekirdek sertlemesinden


36/69

24

kanmaktr. Bu yzden paralarn i ksmlarnn ar stlmasndan kanlmal ve bunlarn

sadece yzeylerinde homojen, ancak i blgelerine gre daha hzl, bir stma salanmaldr

(Yldrm ve di., 2001a).

Ayrca malzeme yzeyi ergitilerek de yzey sertlemesi salanabilir. Bu da genelliklelazern kullanlarak yaplmaktadr. Bu yntemde ksa sreli ergime ve bunu takip eden souk

malzeme yzeyindeki hzl katlama sonucunda, yzeyde martenzit oluumu kendiliinden

salanr (Yldrm, 1989).

1. Alevle yzey sertletirme,

2. Endksiyonla yzey sertletirme,

3. Lazern ile yzey sertletirme,

4. Frnda sertletirme.

4.1.2 Yzeyin Kimyasal Bileimini Deitirerek Yaplan Yzey Sertletirme Yntemleri

Sertletirme ilemi iin yzeyde yeterli karbon oranna sahip olmayan malzemeler

yzeylerinde bir kimyasal deiim salanarak sertletirilirler. Bunlar genellikle yzeye karbon,

azot ve bor gibi arayer atomlarnn geitirilmesi ve metal iyonlarnn yzeye balanmas

eklinde olmaktadr. Burada modifiye tabakas daha belirgindir ve baz ilemlerde esas

malzemeden keskin snrla ayrlr. Bu, ilem iin bir dezavantaj oluturabilir. lemlerinuygulanmasnda; bekleme sresi, para scakl, soutma hz, soutmann ekli ve yzeye

geitirilen malzeme miktarna dikkat edilmelidir.

Karbrleme1. Toz ile karbrleme,2. Tuz banyosunda karbrleme,3. Gaz atmosferinde karbrleme,4. Plazma ile karbrleme. Nitrrleme1. Gaz nitrrleme,2. Tuz banyosunda nitrrleme,3. Plazma (iyon) nitrrleme. Karbonitrrleme Borlama


37/69

25

1. Kat ortamda yaplan borlama,2. Sv ortamda yaplan borlama,3. Gaz ortamnda yaplan borlama,4. Plazma borlama,5. Akkan yatakl borlama (Fluidized bed boriding). yon implantasyonu

4.2 YZEY KAPLAMA

Yzey kaplama, malzemelerin yzeylerini buhar biriktirerek, sol-jel yntemi

kullanarak, elektrolitik olarak veya ergitme prosesleri kullanarak tribolojik olaylara kar

korumak ve malzeme zelliklerini gelitirmek amacyla yaplr. Bu yntemlere gereksinim,

dier yzey modifikasyonu ilemlerinin malzemelerin zelliklerini gelitirmede yetersiz

kalmalarndan dolaydr. Bu yntemler ile yzey mhendislii alannda youn aratrmalar

yaplmaktadr. Bu yntemler;

1. Buhar faz yntemleri,2. Sol-Jel yntemi,3. Kaplama ve anotlama yntemleri (elektrolitik kaplama),4. Ergitme yntemleridir.

4.2.1 Ergitme Yntemleri

Nitrokarbrleme, plazma nitrrleme, elektriki boalm, sertletirme, CVD ve PVD

yntemleri gibi bir ok yzey kaplama teknikleri vardr. Dolgu metal veya tozlar ile kaplama;

kaynak, sl pskrtme veya benzer kaynak yntemleri ile ou zaman yaplr. Son almalarda

aratrmaclar yzey modifikasyonu iin lazerle egitme zerine odaklanmlardr. Tungsten inert

gaz s kayna ise yzey modifikasyonunda belli bir potansiyele sahiptir (Erolu ve zdemir,

2002).

Isl pskrme yntemi otomotiv endstrisi iin ilgi ekici bir yntemdir. Is l pskrtme

kaplamalar olduka ksa srelerde elde edilebilirler. Is girii ve arplmalar bir ok CVD

ynteminde daha azdr (Edrisy ve di., 2001).

PTA ile alamlama lazer veya elektron n proseslerinden daha az enerji younluuna

ramen daha basit ve ucuzdur. Bununla birlikte PTA alamlama teknii kompozit

malzemelerin zerine bor modife etmede baarl birekilde uygulanr (Bourithis ve di., 2003).


38/69

26

4.2.2 Isl Pskrtme (Thermal Spray)

1. Alevle pskrtme,

2. Plazma - jeti ile pskrtme,

3. Patlamal pskrtme (Detenation-Gun ya da D-Gun),

4. Elektrik ark ile pskrtme,

5. Yksek hzl oksi yakt (HVOF) pskrtme,

6. zel sl pskrtme yntemleri,

4.2.3 Kaynak

Endstrinin her kesiminde kullanlan makina elemanlar, kullanld yerdeki zelliineve beklentilere gre eitli usullerle imal edilirler. Bazen imalatta yeterli olmayan zellikler,

sonradan o makina elemanna kazandrlmaya allr. Kazandrlmak istenen sonraki zellikler,

hi kullanlmayan bir malzemeye de biraz kullanlp anm bir makina elemanna da

uygulanalabilir. nce ya da kaln sert kaplamalar da makina elemanlarna ska uygulanr. Ama

bazen hatalar yle boyuta ular ki, makina elemanlarnda ortaya kan olumsuzluklarn

kaplamalarla telafisi mmkn olmayabilir.

Geni aralklarda istenen yzey artrmlar; tel pskrterek, toz pskrterek, ince sert

kaplama, krom kaplama, PVD, CVD kaplama ile salanamaz. Bu tr artrmlar gerekletirmekiin mutlaka ilve bir metal (elektrot) kullanmn salamak gerekir. Bu yzey artrmlarn

salamada da elektrik ark, tozalt, gazalt (TIG, MIG, MAG), lazern ve elektron n kaynak

teknikleri kullanlabilir.

Profesyonel ekipmanlar ve elemanlar kullanlarak gerekleen, metallerin kaynaklarla

doldurulmas da makina endstrisinde yaygn olarak kullanlmaktadr. lve metalin elektrik

arkyla ergitilip nceden hazrlanan blgeye aktarlarak yaplan transferi srasnda malzemede

bir takm arplma, dzensiz gerilim ve sertlik, atlama ve yzey hatalar gibi olumsuzluklar

oluabilmektedir.

Ayrca kaynaklar doldurulan yzeylerde dzgnlk salanmad iin talal imalat

yntemlerinden herhangi birisi kullanlarak imalat tamamlanm olur. Yine bu kaynak

yntemleri kullanlarak yzeye esas malzemeden daha iyi anma, korozyon ve erozyon

direncine sahip metal ve metalik tozlar geitirilerek ergitme esasl yzey alamlama eklinde

yzey modifikasyonu salanabilir.

Bu alanlarda bir ok almalar yaplm olup bu yntemlerin yzey modifikasyonunda

verimli olduu gzlenmitir (Islak, 2005).


39/69

27

5. DENEYSEL ALIMALAR

5.1. DENEYSEL YNTEM

Bu almada, AISI 4142 eliinin elektrik ark kaynak yntemi (SMAW= Smelting

Arc Welding) ile Citodur 600 elektrot kullanlarak yzey modifikasyonu (alamlama) yaplarak

elde edilen kaplama tabakasnn kaplama sonras soutma ortamna gre mikro yaps ve

malzemenin abrasif anma davranlarna olan etkilerinin incelenmesi amalanmtr.

5.2. ELEKTRK ARK KAYNAK YNTEMYLE (SMAW) LE YZEY ALAIMLAMA

Elektrik ark kaynak yntemiyle (SMAW) yzey modifikasyonu ileminde, AISI 4142

eliinden oluan yzey bileimi deitirilmek istenen alt malzeme, kaplama tozu olarak SiC vealamlama amal krom ierikli kaynak elektrodu kullanlmtr. Soutma ortam olarak hava

ve ya seilmitir. AISI 4142 eliinin ve kaplama tozunun kimyasal bileimi Tablo 5.1de

gsterilmitir.

Tablo 5.1Yzey alamlama iin kullanlan alt malzemenin (AISI 4142), kaynak elektrodunun (Citodur600) ve kaplama tozunun (SiC) kimyasal bileimi

Alam Elementi (% a.)

C Si Mn P S Cr Ni Mo Al Fe

AISI 4142 0.406 0.27 0.77 0.012 0.029 1.040 0.090 0.024 0.028 KalanCitodur 600 0.4 0.5 0.3 - - 7 - - - Kalan

SiC 27.5 72.5 - - - - - - - -

Kaplama ncesi, 20x25x100 mm boyutlarndaki numunelerin yzeylerine 1 mm

derinliinde 10 mm geniliinde ve 95 mm uzunluunda parmak freze aks ile kanal

almtr. Alan kanal mekanik olarak temizlenip, oksitlerden arndrldktan sonra numuneler

asetonla kimyasal olarak temizlenerek kurutulmutur. Kaplama tozu SiC, kanaladoldurularak

ekil 5.1.deki gibi yzeye yaptrlmtr. Elektrik ark kaynak yntemi ile alamlamaya

balandnda tozun yzeyden uzaklamamas iin toz numune yzeyine balayc olarak alkol

kullanlmtr. Bu ilemden sonra numuneler 50 Clik ortamda 45 dk. sreyle kurutulmutur.


40/69

28

ekil 5.1. Alt malzeme/kaplama tozu iftinin kaplama ncesi tasarm

Yzey alamlama iin elektrik ark ynteminde (SMAW) doru akml g

kaynandan yararlanlm olup, 3,25 mm apnda Citodur 600 marka elektrot ile malzeme

yzeyinde 2-3.5 mm derinliinde oluturulan ark ile modifikasyona urayan nfuziyetli blge

elde edilmitir. Soutma ortam olarak hava ve ya kullanlmtr. Tablo 5.2de retim

parametreleri, Tablo 5.3de de deney artlar verilmitir.

Tablo 5.2 Yzey alamlama (modifikasyonu) iin retim parametreleri

Akm/Volt 130-150 A/20 V

retim Hz 0.28-0.82 mm/snElektrod Citodur 600

Elektrod ap 3,25 mm

Tablo 5.3 Deney numunelerinin retim parametreleri

NumuneAd

AnaTabaka

Kullanlan

SiC Miktar

(gr)

Elektrod Akm TipiAkmDeeri

KaynakHz

(mm/sn)

Soutma

Ortam

S 1 AISI 4142 0,5 Citodur 600 DA 130 A 0,32 Ya

S 2 AISI 4142 1.0 Citodur 600 DA 130 A 0,33 Ya

S 3 AISI 4142 1,5 Citodur 600 DA 130 A 0,31 Ya

S 4 AISI 4142 0,5 Citodur 600 DA 130 A 0,34 Hava

S 5 AISI 4142 1.0 Citodur 600 DA 130 A 0,35 Hava

S 6 AISI 4142 1.5 Citodur 600 DA 130 A 0,33 Hava


41/69

29

ekil 5.1de de grld gibi elektrik ark kaynak yntemiyle yzey

modifikasyonunda, yzeye yaptrlan SiC tozlarnn, Citodur 600 elektrot ile kaynak blgesine

enerji aktarlarak alt tabakaya nfuziyeti salanmtr. Bu ilemde ergimi halde bulunan toz

karmnn uygun elektrot hareketiyle kaynak blgesinde hapsedilmesine dikkat edilmitir.Yzey alamlama ileminden sonra numuneler hava ve ya ortamnda hzlca soutulmutur.

ekil 5.2 numuneler (Sample= S) gsterilmektedir. Yzey alamlama sonras elde edilen

kaplama tabakasnn stten grn. ekil 5.3de SMAW yntemi ile yzey alamlama

ileminin ematik resmi verilmitir.

ekil 5.2 SMAW yntemiyle yzey alamlama ileminin ematik resmi


42/69

30

( S 1; V=32 mm/sn ) ( S 2; V=33 mm/sn ) ( S 3; V=31 mm/sn )

( S 4; V=34 mm/sn ) ( S 5; V=35 mm/sn ) ( S 6; V=33 mm/sn )

ekil 5.3 SMAW yntemiyle yzey alamlama yaplan AISI 4142 eliinin farkl retim hzlarndakimakro yzey grnleri

Elektrik ark kaynak yntemiyle elde edilen yzey alaml numunelerin, mikro yapsn

ve mikroyapya retim parametrelerinin etkisini incelemek iin retim hz (V) 0.30-0.35 mm/sn

aras ortalama hzda allm, toz miktar 0.5-1.5 gr. arasnda deitirilmi ve akm deeri ise

130 A deerinde sabitlenmitir.

5.3 MKROYAPI NCELEMELER VE SERTLK LMLER

Metalografik incelemeler iin numuneler (S), kaynak ynne dik bir ekilde alaml

blgeden alnmtr. Elde edilen metalografi numuneleri 80-1200 meshlik zmpara kadna

tutularak yzeyleri temizlenmitir. Daha sonra 1 ve 6 mlik elmas pasta ve inceltici-alkol

yardmyla yan kesit yzeyleri parlatlmtr. Mikroyap incelemeleri iin numuneler 3-7 saniye

sreyle; 5 gr. FeCl3, 25 gr. HCl ve 100 ml H2O zeltisinde dalanmtr. Alamlanan

yzeyden mikroyap element analizi iin optik mikroskop (OM) resimleri Dicle niversitesiMhendislik Mimarlk Fakltesi, Makine Mhendislii Blmnde, mikrosertlik lmleri

Frat niversitesi Mhendislik Fakltesi, Metalrji Mhendislii Blmnde, SEM ve EDS

analizleri nn niversitesi Aratrma Uygulama Merkezinde alnmtr. Sertlik lmleri

kaplamann st tabakasndan alt malzemeye doru alnarak belirlenmitir. almada mikroyap

ve SEM-EDS incelemeleri iin ekil 5.4de grld gibi inceleme numuneleri u ksmdan

biraz ieriden homojen blgeden alnmaktadr.


43/69

31

ekil 5.4Numune hazrlama emas


44/69

32

6. DENEY SONULARI VE TARTIMA

6.1 MKROYAPI NCELEMELER VE SERTLK LMLER

Bu almada; AISI 4142 eliinin elektrik ark kaynak yntemi kullanlarak SiC ile

yzey modifikasyonu ileminde; mikroyap, mikrosertlik deikenlerine retim parametrelerinin

etkileri incelenmitir. retim parametrelerinden retim hz, enerji girdisi ve katlan toz miktar;

mikroyap deiimi zerine nemli bir paya sahiptir. Enerji girdisi, katlama hz zerinde etkili

olmaktadr. ekil 6.1 optik mikroskopi teknii ile ekilen resimlerin referans blgleri ve isimleri

verilmitir. Optik mikroskopide bu esaslara dikkat edilerek ekimler yaplmtr.

ekil 6.1 : Optik mikroskopi teknii ile ekilen resimlerin referans blgleri ve isimleri

6.2 ABRASF AINMA TEST

Yzeyi alamlanm numunelerin abrasif anma oranlar oda scaklnda kayma

sistemli pin-on-disk deney aparatyla bulunmutur. Bir torna tezgah yardmyla gerekletirilenbu dzenek, ekil 6.3de verilmitir. Abrasif anma deneylerinde 10x10x20 mm ebatlarnda

anma numuneleri kullanlmtr. Numune hazrlama ve boyutlandrma ilemi ekil 6.2 de

ematik olarak grlmektedir.


45/69

33

ekil 6.2 Abrasif anma deneylerinde kullanlan numunenin lleri

Andrcnn bal olduu disk, torna tezgahnn aynasna ve andrlacak deney

numunesi ise bir numune tespit yuvas ierisinde, kater tutucusuna tespit edilmitir. Anma

testleri ncesi, her bir numune, anma yzeyinin abrasif andrc yzeyine tamamen temas

etmesini salamak iin, 600 ve 800 meshlik silisyum karbr (SiC) taneli abrasif andrcyla

ileme tabi tutulmutur. Deneyler 10, 20 ve 30 Ntluk farkl ykte 20 metre kayma

mesafesinde yaplmtr. Andrc olarak 120 meshlik abrasif andrc kullanlm, anan

numunenin yzeyi alkol ve basnl hava ile temizlenerek kalnt metallerden arndrlmtr.

Anma numuneleri, anma ncesi ve sonras 10-5 gr arla duyarl Scaltec marka elektronik

terazi ile tartlp, ktle kaybndan anma miktarlar tespit edilmitir. Ktle kayplarndan

gidilerek numunelerin anma oranlar saptanmtr. Bulunan ktle kayb deerleri, her bir

numune iin farkl yk deerleri parametreleri referans alnarak ayr ayr aratrlmtr. Bulunan

sonularekil 6.25te verilmitir.


46/69

34

1. Yk kolu 7. Numune2. Yk 8. Hareketli numune tutucu3. Kater cvatas 9. Rulman4. Kater 10. Spot5. Andrc 11. Numune bask kolu6. Dili kutusu

ekil 6.3 Abrasif anma testi aparat

6.3 MKROYAPI NCELEME SONULARI

Bu almada; 4142 eliinin SMAW yntemi ve Citodur 600 elektrodu kullanlarak

SiC ile yzey modifikasyonu ileminde; mikroyap, mikrosertlik ve abrasif anma

deikenlerine retim parametrelerinin etkileri incelenmitir.

ekil 6.4te 0,33 mm/sn retim hznda 0.5 gr SiC tozu ilavesi ve yada soutulmas ile

retilen 1 nolu numunenin SiC alam tozuyla retilen modifikasyonlu st tabaka malzemesinin

mikroyaps verilmitir.


47/69

35

ekil 6.4 S1 numunesinin 1. blge OM grnm (50x).

ekil 6.4de grld gibi bu blge alamdan gelen C, Cr, Mn, Si yaplar bulunmakta

olup Fe bakmndan zengindir. Yap dk alaml eliklerde grlen ferritik- perlitik orijinal

yapdan olumaktadr.



48/69

36

ekil 6.5de 2. blge yani ITAB (s tesiri altnda kalan blge balangcna)a ait optik

resimde martenzitik yapnn sertlii, bu noktadaki soutma hznn artmas nedeniyle biraz daha

ykselmitir.


ekil 6.6da 1 Nolu numunenin ITAB kaynak blgesi ile ana malzemenin birlikte

grnmnde modifikasyon sonucu dendritler olumu ve bu dendritler kaynak ynne doru

ynlenmitir. Bu blgede martenzit dnda krom karbrlerinin de olumas sertliin ie doru

srekli artmasna neden olmutur. nk karbr oran ie doru ilerledike oalmaktadr.


49/69

37


ekil 6.7de S 1 numunesinin kaynak blgesi incelendiinde kaynak metalinin etkisiyle

kromun ferritik yaps ve karbr oluumlar gzlenmektedir. Az da olsa martenzitik yaplarn

varl sz konusudur. Bu da sertlikteki artn srekliliine yol amtr.

ekil 6.8 S1 numunesinin 5.Blge OM grnm (50x).


50/69

38

ekil 6.8 numunenin kaplama blgesi verilmitir. Krom oran dier blgelere gre

yksek olan bu blgede kromun ferrit faz dnda martenzit ve metal karbrler de olumutur.

Sertlik bu blgede en st dzeye ulamtr.


ekil 6.9da numunenin 1. blgenin yani ana malzemenin ferrit-perlitten oluan yaplar

gzlenmektedir.


51/69

39


ekil 6.10.da snn etkisiyle perlit taneleri az da olsa irileme gstermitir.

ekil 6.11 : S2 numunesinin 3. blge OM grnm (20x).

ekil 6.11de numunenin kaynak blgesinde (ITAB) perlit adacklarnn snrlar

belirginliini yitirmi, ferrit miktar biraz artma gstermitir. Dalama etkisiyle tane snrlarnda

oluan krom karbrlerin varl tane snr korozyonuna yol amtr.


52/69

40

ekil 6.12. S2 numunesinin 4. blge OM grnm (50x).

ekil 6.12de S2 numunesinin kaynak blgesi incelendiinde kaynak metalinin

etkisiyle kromun ferritik yaps ile tane snrlarnda metal karbrlerden oluan yaplar

gzlenmektedir. Az da olsa martenzitik yaplarn varl sz konusudur.

ekil 6.13 S2 numunesinin 5. blge OM grnm (20x)


53/69

41

ekil 6.13de numunenin 5.blgesinde Fe-Crun oluturduu ferritik yap ile birlikte

metal karbrler meydana gelmi, dolaysyla bu blgenin sertliinin en st dzeye ulamasna

neden olmutur.


ekil 6.14de mikroyap esas itibaryle orijinal yapda olup, ferritik perlitik yap

gzlenmektedir.



54/69

42

ekil.6.15de numunenin ana malzeme-ITAB gei blm belirgin bir snrla

gereklemitir. Martenzit oluumu ile birlikte karbrler kelmeye balamtr.


ekil 6.16da numunenin ITAB-kaynak blgesi (3.blge) incelendiinde dendritler

olumaya balamtr. Metal karbrler ve kromun ferritik yaps gzlenmektedir.

ekil 6.17 S3 numunesinin 4.blge OM grnm (10x)


55/69

43

ekil 6.17de numunenin kaynak blm (4. blge) incelendiinde ferritik yaplar

szkonusudur. Martenzit izgileri rahatlkla grlmektedir.

ekil 6.18 S3 nolu numunenin 5. blge OM grnm (10x)

ekil 6.18 de ineli martenzitik yap szkonusudur. Karbr oluumunun etkisiyle sertlik en st

dzeydedir.



56/69

44

ekil 6.19da martenzitik yap snra doru ynlenmitir.


ekil 6.20de 5. blgede oluan martenzit daha ince ineli (masif) yapdadr. Sertlik biraz

dmtr.

ekil 6.21 5 nolu numunenin 5. blge OM grnm (50x)


57/69

45

ekil 6.21de havada sertlemesine ramen krom orannn yksek olmasndan dolay ineli

martenzit olumutur. Sertlik art olmasna ramen bu sertlik art yada soutma ortamna

gre daha dktr.


ekil 6.22de grld gibi ferritik perlitik eliktir. Az oranda da tane s

n

rlar

nda kromkarbrler grlmektedir.

ekil 6.23 6 nolu numunenin 4. blge OM grnm (50x)


58/69

46

ekil 6.23 ana metalin kaynak blgesi ile birletii bu blgede (ITAB dahil) krom metalinin

ana malzemeye doru, ana metalden de karbonun kaynak blgesine doru ilerledii ve bu

blgede demir ve krom karbrlerin olutuu anlalmaktadr.

6.4. Sertlik lm Sonular

SiC ile yzeyi modife edilen numunelerin mikrosertlik lmleri, kaplama yzeyinin

0.5 mm altndaki blge ile alt tabaka arasnda bir hat boyunca 50 gr yk uygulanarak, dendrit ve

dendritler aras blgede ise 50 gr yk uygulanarak yaplmtr. Kaplama blgesi ile alt tabaka

arasndaki sertlik deiiminde, kaplama blgesinin sertlii maksimum deere ularken,

arayzeye doru yaklaldnda az miktarda azalmaktadr. Is etkisi altnda kalan blgenin

(HAZ blgesinin) sertlii ise alt malzemenin sertliinden biraz yksek deerdedir. Bu durum Fe

ieriinin kaplama blgesinde daha az, arayzey blgesinde ise daha fazla olmasyla; ayrca

kaplama blgesinde Cr7C3, Fe7C3, Fe3C ve Fe3Si2 gibi sert fazlarn younluunun fazla,

arayzeye doru bu younluun azalmas ve tanelerin kaplama blgesinde kk, arayzeye

doru ise byk boyutta olmas, s etkisi altnda kalan blgenin sertlii ise martenzitik faz

dnm ile aklanabilir (Yldrm ve di., 2007).

Tablo 6.1 Mikrosertlik lm sonular

NumuneAd

1. Blge

SertlikDeeri(HV)

2. Blge

SertlikDeeri(HV)

3. Blge

SertlikDeeri(HV)

4. Blge

SertlikDeeri(HV)

5. Blge

SertlikDeeri(HV)

S 1 254 371 451 661 923S 2 269 342 429 843 1105S 3 262 414 538 1064 1366S 4 225 320 422 770 1017S 5 240 283 363 858 1163S 6 254 371 480 916 1272


59/69

47

ekil 6.24 Mikrosertlik lm sonular diyagram

6.5 ABRASF AINMA TEST SONULARI

Elektrik ark kaynak yntemi ve Citodur 600 elektrodu kullanlarak, SiC ile yzeyi

modifiye edilen AISI 4142 eliinin abrasif anma testleri sonras 10N, 20N ve 30Nluk yk

deerlerinde, 20 metre anma mesafesine bal olarak ktle kayb deiim grafii ekil.6.25

de verilmitir.


60/69

48

ekil 6.25Numunelerin 20 m anma mesafesine bal ktle kayb deiim grafii

Elektrik ark kaynak yntemi ve Citodur 600 elektrodu kullanlarak, SiC ile yzey

modifikasyonu yaplan numunelerden S3 numunesi dier numunelerle kyaslandnda anmas

en dk olan numune olduu grlmektedir. Bu numunenin mikroyaps ekil 6.18de

grld gibi kaln ineli martenzitten olumaktadr. Mikrosertlik diyagramnda da grld

gibi S3 numunesi yzey sertlii en yksek numunedir. SiC orannn fazlal ve yada, havaya

gre daha hzl soutma yaplarak sert martenzit tabakalarn elde edilmesi, anma orannn

dk kmasna yol amtr. Elde edilen sonulardan da grld gibi, toz miktarnn ve

soutma ortamnn anma testine olan etkisi olduka yksektir. ekil 6.25deki ktle kayb-yk

ilikisinden de grlecei gibi, 20 mlik ayn anma mesafesinde, anma miktar artan ykle

yaklak olarak dorusal bir art gstermektedir. Kaynakl malzemelerin anma davranlar

arasnda nemli bir farklla rastlanlmamtr. Ancak, yada soutularak sertleen paralarda

martenzit oluumu hzlandndan anma etkileri daha az olmutur.


61/69

49

ekil 6.26 S1 numunesinin 10 N yk sonras anma yzeyi SEM resmi

ekil 6.27 S1 numunesinin SiC tanecii (EDS) analizi


62/69

50

ekil 6.28 S2 Numunesinin 10 N yk sonras anma yzeyi SEM resmi

ekil 6.29 S2 numunesinin anma kanal (EDS) analizi


63/69

51


ekil 6.26, 6.27, 6.28, 6.29 ve 6.30da 10 N yk alt nda SiC katks artrlm olan

numunenin anma SEM ve EDS resimleri verilmitir. Resimlerden de grld gibi artan SiC

miktar ile S1 ve S2 numunelerinde yzeyde kopan SiC tanecik says artmtr. Buna da gevrek

SC tanelerinin krlgan olmas ve yzeyden kolayca ayrlmas neden olmutur. Anmann

oluturduu izgiler asndan bakldnda ilk iki S1 ve S2 numunesinin anm yzeyleri

arasnda nemli bir farkn bulunmad grlmektedir. S3 numunesinin anm yzeyinden de

SEM ve EDS resmi alnm ve bu numunede kaynak blgesinde ineli sert martenzit olan Cr-

Mn ieren snek alt katn iyi enerji absorbe yetenei nedeniyle S3 numunesinin en iyi anma

dayanmn gstermi ve anma izgilerinin bu numunede dier numunelere oranla derin

olmad belirlenmitir. EDS analizleri incelendiinde S1 numunesinden kopan taneciklerin

tamamen SiC olduu dolaysyla ana ktlede SiCun znmeden kald dikkat ekmi ve S2

numunesinde SiC tanecikleri yerine demir ve krom karbrlerin olutuu grlmtr. Bu

durumun sonucu olarak S2 ve S3 numunesinin anma dayanm S1 ve S2 e oranla daha yksek

kmtr.


64/69

52

ekil 6.31 S 4 numunesinin 10 N yk sonras anma yzeyi SEM resmi



65/69

5

Documents

celiğin isil islem sonucu davranısları