Geri Dön

Effects of strain rates on the mechanical properties of high manganese austenitic steels

Deformasyon hızının yüksek manganlı östenitik çeliklerin mekanik özellikleri üzerine etkisi

PDF İndir

  1. Tez No: 350519
  2. Yazar: BANU BERME
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 147

Özet

Yüksek manganlı östenitik çelikler sahip oldukları mükemmel mekanik özelliklerinden ötürü daha çok otomotiv endüstrisi için geliştirilir ve otomotiv üreticileri tarafından tercih edilmektedirler. Son yıllarda egzost gazlarının ve yoğun yakıt tüketiminin zararlı etkilerini azaltmak için yapılan araştırmalarda yüksek mukavemetli ve mükemmel bir şekil alabilirliğe sahip yüksek manganlı östenitik çelikler geliştirilmiştir. Bu yeni tür çeliklerle araç ağırlığı azaltılıp, yakıt tüketiminin azaltılması, dolayısıyla da emisyonların en düşük seviyeye inmesi amaçlanmıştır. Böylece ekolojik dengeye katkı sağlanacaktır. Bu çelikler sahip oldukları yüksek mukavemet ve yüksek süneklik gibi mekanik özellikleri kombinasyonları nedeniyle dayanımdan ödün vermeyerek, araç ağırlığında azalma sağlamaktadırlar. Ayrıca daha az yakıt tüketimi sağlayarak enerji kaynaklarının korunabilirliğine yardımcı olmaktadırlar. Kompleks parçaların üretimini mümkün kalmakta, yüksek mukavemet değerleri nedeniyle gelişmiş bir sürücü güvenliğine ortam hazırlamaktadırlar. Bu tür çeliklerin geliştirilmesindeki bir diğer önemli nokta ise kaza sırasında daha güvenilir koşullar oluşturmaktadır.Bu çalışmada yukarıda sıralanmış olan karakteristiklere sahip çeliklerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma sürecinde soğuk haddelenmiş ve tavlanmış 4 adet farklı yüksek manganlı östenitik çelikle çalışılmıştır. Bu çelikler, plastisitesi dönüşümle arttırılmış TRIP çelikleri ve ikizlenme ile plastisitesi arttırılmış TWIP çeliklerini içermektedir. Farklı deformasyon hızları altındaki davranışları incelenmiştir. Bu süreçte, alaşımlar çekme testine ve mikroyapısal incelemeye tabi tutulmuşlardır. Uygulanan çalışma planı sırasıyla şöyledir: Sıcak hadde, soğuk hadde, numune kesimi ve hazırlanması, tuz banyosunda 800°C'de 30 dakika süresince yapılan ısıl işlem, ? = 3x10-3, ? = 3x10-2 ve ? = 1x10-1 gibi farklı deformasyon hızlarında yapılan çekme deneyleri ve tarama elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), Konfokal mikroskop kullanılarak yapılan mikroyapısal incelemeler.Alaşım elementlerinin çeşidi ve miktarı mekanik özellikler üzerinde çok etkilidir. Çalışma sonunda elde edilen çeşitli çekme mukavemeti ve akma muavemeti sonuçları bu durumu kanıtlamaktadır. Çalışılan alaşımların kimyasal kompozisyonu şöyledir: Alaşım I (Fe-22.79 Mn-0.31C-0.06Si), alaşım II (Fe-23.21Mn-0.57C-0.17Si), alaşım IV (Fe-18.4Mn-0.59C-0.10Si), alaşım VII (Fe23.5Mn-0.71C-0.05Si) (ağırlıkça %). Görüldüğü gibi en yüksek karbon ve mangan içeriği alaşım VII'ye ait iken, en düşük karbon içeriği alaşım I ve en düşük mangan içeriği alaşım IV'e aittir. Bu farklılıklar ise, malzeme davranışlarını belirlemektedir. Alaşım I hem TRIP hem de TWIP çeliği karakteristiğine sahip olup, etkin deformasyon mekanizması TRIP mekanizmasıdır. Alaşım II ve alaşım VII ise TWIP mekanizmasına sahip alaşımlardır. Alaşım IV de hem TRIP hem de TWIP çeliği karakteristiğine sahip olup, etkin deformasyon mekanizması TWIP mekanizmasıdır.İncelenen alaşımların malzeme karakterizasyonu, deformasyon öncesi ve sonrasında optik mikroskop, tarama elektron mikroskobu (SEM), ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak yapılmıştır. Optik mikroskop incelemesi alaşımların tavlanmış hallerinde ve çekme testlerinden sonra yapılmıştır. Özellikle yüksek deformasyon hızlarında, TWIP çeliklerinin östenitik matriksinde oluşan ikizlenmeler, TRIP çeliklerinde oluşan martensit yapısı açıkça görülebilmektedir. Alaşım II ve alaşım VII'de deformasyon sonrası oluşan ikizlenmeler ve tane yönlenmeleri tarama elektron mikroskobunda yapılan EBSD analizleri ile kayda alınmıştır. Oluşan fazların kristalografik yönlenmeleri, dislokasyon öbekleri ve ikiz sınırları geçirimli elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Deformasyon öncesi ve sonrasında numune yüzeylerinde meydana gelen yüzey pürüzlülükleri, yüzey topoğrafisindeki değişimler ise konfokal mikroskopta incelenmiştir.Çekme testleri 3 ayrı deformasyon hızında yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ise Origin 8 programında grafiğe dökülmüşlerdir. Deformasyon sırasında çeliklerin iç yapısında oluşan bantlar ve ilgili sıcaklık dağılımı çekme testi sırasında kullanılan termokameradan elde edilen IR videolar ile gösterilmiştir.Elde edilen bulgulara göre, alaşım I en düşük hata yığını enerjisine sahip olduğu için hem TRIP hem de TWIP mekanizmasına sahiptir. Öte yandan, dönüşümle plastisite arttırılmış mekanizma (TRIP mekanizması), ikizlenme mekanizmasından (TWIP mekanizması) daha baskındır. Bu durum, deformasyon sonrasında yapılan optik mikroskop ile yapılan incelemelerde ve SEM'de yapılan EBSD analizlerinde, östenitik matriksteki ? -martensit oluşumuyla da ispat edilmiştir. Matrikste bulunan ? -martensit nedeniyle alaşımın %uzaması düşük değerlere sahiptir.Alaşım IV de hem TRIP mekanizması hem de TWIP mekanizmasına sahip olmakla birlikte TWIP mekanizması daha baskın olan mekanizmadır. Sahip olduğu TRIP etkisi yüksek çekme mukavemetine neden olurken, TWIP etkisi yüksek %uzamaya sebebiyet vermektedir. Dolayısıyla, alaşım IV bünyesinde bu iki mekanik özelliği optimum olarak barındırmaktadır.Alaşım II ve alaşım VII ise sahip oldukları en yüksek hata yığını enerjisiyle TWIP mekanizmasına sahiptir. TEM ve SEM analizleri, optik mikroskop incelemesinden elde edilen mikrograflar östenitik matrikste oluşan ikizlenmeyi açıkça göstermektedir. Dolayısıyla, alaşımların %uzamaları yüksek değerlere ulaşmaktadır.İkizlenme oluşumu, yüksek mekanik özellikler sağlamaktadır. ? = 3x10-3 s-1 lık deformasyon hızından sonra yapılan ölçümlerde de yüksek çekme mukavemeti ve yüksek sünekliğin sağlanabildiği görülmüştür. Hafif TRIP ve baskın olarak TWIP mekanizmasına sahip olan alaşım IV yüksek deformasyon hızlarında, diğer alaşımlar arasında en yüksek mukavemet değerine sahip alaşımdır çünkü, sahip olduğu hata yığını enerjisi ve yüksek karbon (C) içeriği hem dönüşümle plastisiteyi arttırmakta (TRIP etkisi) hem de ikiz oluşumu (TWIP etkisi) sağlamaktadır. TRIP etkisi sonunda görülen martensitik dönüşüm mukavemet mekanizmasını arttırırken, TWIP mekanizması hem mukavemeti hem de uzamayı arttırır. Sadece TRIP mekanizmasına sahip Alaşım I, martensitik dönüşümden ötürü en düşük mekanik özelliklere sahiptir.Çekme testi sırasında, alaşımlar %10 deformasyona maruz bırakılmışlardır. Ölçümlerde termokamera kullanılarak, numune üzerinde meydana gelen bant oluşumu gözlenmiştir. Test sırasında, numuneler üzerinde meydana gelen sıcaklık gradyentleri renk skalasında gösterilmektedir. En fazla sıcaklık değişimi alaşım I'de görülmektedir. Bunun nedeninin ise martensitik dönüşümün olduğu düşünülmektedir. Öte yandan, alaşımlarda meydana gelen bu termal aktivasyonun çekme mukavemetini düşürücü etkisi olduğu saptanmıştır. Çekme testi sırasında, uygulanan deformasyonun hızı ne kadar fazla ise, numune içinde meydana gelen ısıl değişimler o kadar büyüktür.

Özet (Çeviri)

High manganese austenitic steels are mostly demanded by automotive manufacturers, due to their excellent mechanical properties. Their high strength and high ductility combination enables not only the reduction of weight, resulting in less fuel consumption, but also possibility of more complex designs and passenger safety. It is said that by the development of these steels, it is aimed to contribute ecologic balance (decreasing CO2 emission) and to provide safer conditions during crashes. In this study, mechanical properties and microstructural evaluation of cold rolled and annealed 4 high manganese austenitic steels - Alloy I (Fe-22.79Mn-0.31C-0.06Si), Alloy II (Fe-23.21Mn-0.57C-0.17Si), Alloy IV (Fe-18.4Mn-0.59C-0.10Si), Alloy VII (Fe-23.5Mn-0.71C-0.05Si) (in mass %) - after different tensile testings were investigated.Material characterization was conducted by using different techniques, including; metallographic investigations by optical microscopy, SEM und TEM prior and after deformation, investigation of surface conditions by confocal microscope, investigation of band formations and temperature distribution during deformation by IR videos.In this study, alloy I possessed both TRIP/TWIP mechanism due to the lowest SFE value. However, the effect of transformation induced plasticity (TRIP) was more dominant than the efffect of twinning.(TWIP). The metallographic investigations also showed the formation of ?-martensite in the austenitic matrix of alloy I after deformation. Alloy IV showed also characteristics of both TRIP/TWIP effect however, TWIP effect was more dominant. Alloy II and VII possessed TWIP effect due to their higher SFE values. The twin formation provided high mechanical properties, such as high tensile strength and ductility after tensile testing with ?= 3x10-3 s-1. Alloy IV that possessed slightly TRIP and mainly TWIP effect, showed the highest strength values at higher strain rates because its SFE- value and quasi higher carbon content activated both transformation induced martensite and twinning formation. Martensitic transformation supported the strength mechanism when twinning provided both high strength and elongation. TRIP steel (Alloy I) had the lowest mechanical properties, due to martensitic transformation. The conducted investigations also showed that increasing strain rate decreased the tensile strengths of all investigated steels due to the thermal activation. The higher the strain rate, the higher is the temperature difference in samples during tensile testing.The applied tensile testing showed that the alloys behave differently at different strain rates. The mechanical properties of Alloy IV (TWIP-effect is more dominant) changed with increasing strain rates; the highest strength and quasi lower elongation belonged to alloy IV due to the slight martensitic transformation and twin formation in austenitic matrix. Alloy I (TRIP-effect is more dominant) showed a slightly decreasing tensile strength and elongation with increasing strain rate, the yield strength on the other hand increases slightly. Alloy II and alloy VII (TWIP steels) showed a decreasing tensile strength and elongation with increasing strain rate. On the other hand, at lower strain rate (3x10-3 s-1), TWIP steels showed higher elongations and higher tensile strengths, compared TRIP steel. The investigation made with thermocamera showed that at lower strain rates, band formation occurs during tensile testing resulting in inhomogeneous plastic flow. Increasing strain rate were believed to decrease the band formation due to the increases in dislocation and alloying elements mobility. Alloy II, IV and VII had TWIP effect however, the desired intensive twin formation could not be proved by EBSD, due to the applied low strain. It was believed that the applied loads should be increased to observe the activation of the TWIP mechanism.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    536967

    Optimization of fragmentation behaviour of brittle phase in a ductile matrix during mechanical alloying for the production of nano composite powders and final products

    Mekanik alaşımlama sırasında gevrek fazın sünek matris içerisindeki ufalanma davranışlarının optimize edilmesi ve nano kompozit tozu nihai ürün üretimi

    AYDIN ŞELTE

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURAK ÖZKAL

  2. Tez No

    463013

    Thermo-mechanical behavior of severely deformed titanium

    Aşırı deforme titanyumun termo-mekanik davranışı

    SEYEDVAHID SAJJADIFAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Makine MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜNEY GÜVEN YAPICI

  3. Tez No

    179778

    Gerinim hızının kortikal kemiğin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi

    Investigation of effect of strain-rate on the mechanical properties of cortical bone

    KENAN TÜFEKCİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Makine MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. CAHİT KURBANOĞLU

    YRD. DOÇ. DR. RAMAZAN KAYACAN

  4. Tez No

    733538

    Halloysite nanotüp ve nano kauçuk parçacık takviyeli epoksi imalatı ve mekanik karakterizasyonu

    Manufacturing and mechanical characterization of halloysite nanotube and nano rubber particle reinforced epoxy

    İNCİ PİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ

  5. Tez No

    878648

    4D printing of body temperature responsive hydrogels with self-healing and shape-memory abilities

    Kendi kendini onarma ve şekil hafıza özelliklerine sahip vücut sıcaklığına duyarlı hidrojellerin dört boyutlu baskısı

    GAMZE AYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZ OKAY

    DR. TURDİMUHAMMAD ABDULLAH

Geri Dön