Yüksek dayanımlı karbür içermeyen beynitik dökme çelik geliştirilmesi
Development of high strength carbide-free bainitic cast steel
- Tez No: 1011663
- Danışmanlar: DOÇ. DR. VOLKAN KILIÇLI, PROF. DR. NEŞET AKAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, dövme veya haddeleme gibi ek şekillendirme adımlarına gerek duymadan, yalnızca döküm ve ardından uygulanan ısıl işlemlerle hem yüksek mukavemet hem de yüksek tokluk sağlayan düşük alaşımlı yeni bir çelik döküm alaşımı geliştirilmesini amaçlamıştır. Çalışmanın temeli, karbür oluşumunu bastırıp beynitik dönüşümü mümkün kılacak şekilde seçilen yüksek silisyumlu ve düşük karbonlu özgün bir kimyasal bileşime dayanmaktadır. Bu bileşim, Thermo-Calc ve JMatPro ile yapılan termodinamik ve kinetik simülasyonlara dayalı olarak belirlenmiştir. Tasarlanan alaşım kum kalıba döküm yöntemiyle üretilmiş ve ardından normalize edilmiştir. Faz dönüşüm sıcaklıkları dilatometre analizleri ile belirlendikten sonra numuneler üzerinde iki ana ısıl işlem rotası uygulanmıştır. Birinci rotada 950°C'de tam östenitleme yapılmış, ardından 350°C, 375°C, 425°C ve 450°C'de farklı sürelerde (15-120 dk) izotermal bekletme gerçekleştirilmiştir. İkinci rotada ise 820°C ve 840°C'de arakritik östenitlemeyi takiben 325°C ile 375°C aralığında ve 60 dk izotermal bekletme adımları uygulanmıştır. Isıl işlem gören numunelerin mikroyapısı optik mikroskop, SEM, EBSD ve XRD yöntemleriyle, mekanik davranışı ise çekme, sertlik ve darbe testleriyle değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, geliştirilen alaşımın mikroyapısının ağırlıklı olarak karbür içermeyen beynitik ferrit ve karbonca zenginleşmiş kalıntı östenit fazlarından oluştuğunu ortaya koymuştur. En yüksek dayanım değerleri tam östenitleme rotasında elde edilmiş, 950°C'de östenitleme ve 350°C'de 120 dakika izotermal bekletme sonrası çekme dayanımı 1345,3 MPa ve akma dayanımı 1114,3 MPa olarak ölçülmüştür. En yüksek darbe tokluğu 50,16 J ile 950°C'de östenitleme ve 375°C'de 60 dakika bekletme koşulunda sağlanmıştır. En yüksek süneklik ise %24,6 toplam uzama ile 840°C'de arakritik östenitleme ve 375°C'de izotermal bekletme uygulanan numunede elde edilmiştir. Bu çalışma, geliştirilen karbür içermeyen beynitik çelik dökümün seçilen ısıl işlem rotasına bağlı olarak farklı özellikler sunabildiğini göstermiştir. Tam östenitleme rotası en yüksek mukavemet seviyelerine ulaşmak için uygun bir rota iken, arakritik işlemler sünekliği artırarak tokluğu öne çıkarmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis aims to develop a new low-alloy steel casting alloy that provides both high strength and high toughness through casting and subsequent heat treatment alone, without requiring additional forming steps such as forging or rolling. The basis of the study relies on a unique chemical composition containing high silicon and low carbon, selected to suppress carbide formation and enable bainitic transformation. This composition was determined based on thermodynamic and kinetic simulations performed using Thermo-Calc and JMatPro. The designed alloy was produced by sand casting and subsequently normalized. After determining the phase transformation temperatures via dilatometer analyses, two main heat treatment routes were applied to the samples. In the first route, full austenitization was performed at 950°C, followed by isothermal holding at 350°C, 375°C, 425°C, and 450°C for various durations (15-120 min). In the second route, intercritical austenitization at 820°C and 840°C was followed by isothermal holding steps at 325°C and 375°C for 60 minutes. The microstructure of the heat-treated samples was evaluated using optical microscopy, SEM, EBSD, and XRD methods, while their mechanical behavior was assessed through tensile, hardness, and impact tests. Experimental results showed that the microstructure of the developed alloy consisted mainly of carbide-free bainitic ferrite and carbon-enriched retained austenite phases. The highest strength values were obtained in the full austenitization route; a tensile strength of 1345.3 MPa and a yield strength of 1114.3 MPa were measured after austenitization at 950°C and isothermal holding at 350°C for 120 minutes. The highest impact toughness of 50.16 J was achieved under the condition of austenitization at 950°C and holding at 375°C for 60 minutes. The highest ductility was obtained in the sample subjected to intercritical austenitization at 840°C and isothermal holding at 375°C, with a total elongation of 24.6%. This study demonstrated that the developed carbide-free bainitic cast steel can offer different properties depending on the selected heat treatment route. While the full austenitization route is suitable for achieving the highest strength levels, intercritical processes highlighted toughness by enhancing ductility.
Benzer Tezler
- GGG 40-80 sınıfı küresel grafitli dökme demirlerde ostemperleme ısıl işleminin darbe direnci ve darbe geçiş sıcaklığına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of Austempering heat treatment on the impact strenght and impact transition temperature in GGG 40-80 class ductile irons
AHMET ÖZEL
- Düşük sıcaklık izotermal ısıl işlemlerinin yüksek silisyumlu çeliğin mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerine etkisi
Effect of low temperature isothermal heat treatments on microstructure and mechanical properties of high silicon steel
ÖMER FARUK MURATHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VOLKAN KILIÇLI
- Titanyum karbür ve grafen nano plaka (GNP) takviyeli zirkonyum karbür seramiklerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium carbide and graphene nanoplatelets (GNP) reinforced zirconium carbide ceramics prepared by spark plasma sintering
BURAK ÇAĞRI OCAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Çelik üzerinde titanyum karbür katmanlarının katodik ark FBB temelli yayındırma yöntemi ile üretilmesi
Production of titanium carbides on steel via diffusion based cathodic arc PVD method
ERKAN KAÇAR
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- ZrC-TİC kompozitinin spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZrC-TİC composites by spark plasma sintering technique
RAMAZAN BURAK ACİCBE
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER