Makine imalat sanayi için düşük karbonlu beynitik çelikalaşım ve proses tasarımı
Alloy & process design of low carbon bainitic steel formachinery industry
- Tez No: 748270
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAZLI AKÇAMLI, PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alaşımlar, Düşük karbonlu çelik, Haddeleme, Süreç tasarımı, Termomekanik işlem, Alloys, Low carbon steel, Rolling, Process design, Thermomechanical treatment
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada uzun yarı mamul üretiminde üretim maliyeti yüksek ıslah çeliklerinin yerine alternatif olarak kullanılabilecek ve üretim maliyeti daha düşük yeni bir beynitik çelik alaşımın, alaşım ve proses tasarımı yapılmıştır. Makine imalat endüstrisinin kullanımına yönelik olarak tasarlanan yeni beynitik çelik alaşımın mekanik özelliklerinin ve kaynaklanabilirlik özelliğinin ıslah çeliklerine göre aynı veya daha yüksek performans göstermesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada 42CrMo4+QT çelik alaşımının mekanik özellikleri referans olarak alınmıştır. Malzeme modelleme simülasyonlarında kullanılan JMatPro – Hesaplamalı Malzeme Mühendisliği programı desteği ile malzemenin metalürjik özellkleri hesaplanmış, kaynaklanabilirlik ve rekristalizasyon sıcaklığı hesaplamaları yapılmış ve elde edilen sonuçlara göre öngörülen çelik alaşımların laboratuvar ölçekli üretimi gerçekleştirilmiştir. Pilot ölçekli üretim sonrası laboratuvarda gerçekleştirilen mikroyapı ve mekanik karakterizasyon çalışmaları ile de final alaşım olan yeni bir düşük karbonlu beynitik (DKB) çelik alaşımı geliştirilmiştir. Teorik hesaplamalar ile elde edilen alaşımlar (2 alaşım) ile mangan ve krom oranları farklı ilave 2 alaşımın (toplam 4 alaşım) 100 kg kapasiteli vakum indüksiyon ergitme ocağında (VIM) ingot üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen ingotların şekillendirme işlemi standart haddeleme prosesi (SHP) ve termomekanik haddeleme prosesi (TMHP) parametrelerine göre şahmerdanda uygulanan deformasyon ile gerçekleştirilmiştir. İngotlar şahmerdanda östenit rekristalizasyon sıcaklığının üzerinde (SHP: Tdef > TNR) ve altında (TMHP: Tdef < TNR) 30 mm çapa dövülmüştür. SHP ve TMHP uygulamalı olarak dövülen parçalardan çıkarılan mekanik test numunelerine oda sıcaklığında çekme testi ve -40°C, -20°C, 0°C ve oda sıcaklığında Charpy çentik darbe testi uygulanmıştır. Optik mikroskop (OM) ile malzemelerin faz yapıları tayin edilirken taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile de faz yapıları daha detaylı incelenmiştir. Ayrıca beynitik ferrit plakaları ve sementit fazı (Fe3C) kalınlıkları ölçülerek TMHP prosesi ile hedeflenen ince beynit yapısının oluşumu incelenmiştir. 42CrMo4+QT (16-40 mm çap aralığı) referans mekanik özellikleri en iyi sağlayan kompozisyon nihai alaşım olarak belirlenmiştir. Elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) tekniği ile nihai çelik alaşımda TMHP'nin mikroyapı, tane yönlenmesi ve tane boyut dağılımına olan etkisi incelenmiştir. Teorik hesaplamalar ve pilot öçekli üretim sonrasında nihai alaşımın kimyasal kompozisyonu '0,1C-3Mn-0,2Cr-1Si + Mikroalaşım elementleri (MAE)' olarak belirlenmiştir. Mekanik değerleri SHP koşulunda; Akma mukavemeti (Rp0,2) 785 MPa, çekme mukavemeti (Rm) 1095 MPa ve uzama (%A) 7,2 olarak belirlenmiştir. TMHP koşulunda ise Rp0,2 879 MPa, Rm 1215 MPa ve %A 9,5 olarak gerçekleşmiştir. Charpy çentik darbe test sonuçları, -40°C, -20°C, 0°C ve oda sıcaklığında sırasıyla SHP koşulunda 18 J, 27 J, 30 J ve 45 J, TMHP koşulunda ise 37 J, 39 J, 39 J ve 46 J olarak ölçülmüştür. Mikroyapı incelemeleri sonrasında yapının ince yapılı alt beynit ve granülar beynit karışımı ile bir miktar martenzitten oluştuğu görülmüştür. Sonuç olarak, ıslah çelikleri yerine kullanılabilecek, 42CrMo4+QT mekanik özelliklerini karşılayan, alaşım elementleri bakımından daha düşük maliyetli, ilave bir ısıl işlem gerektirmeyen ve proses süresi daha kısa olan ekonomik yeni bir beynitik çelik alaşımın tasarımı yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, alloy and process design of a low-cost bainitic steel grade that can be used as an alternative to high-cost quench and temper (QT) treated steels in the production of semi-finished long products has been carried out. It is aimed that the mechanical properties and weldability of the new low-cost bainitic steel grade designed for use in the machinary industry illustrate a similar or better performance compared to those of the QT treated steels. In this study, mechanical properties of 42CrMo4+QT were taken as the reference values. The chemical composition of low carbon bainitic (LCB) steel alloy was selected with the support of JMatPro – Computational Materials Engineering program used in material modeling simulations, calculations of the weldability and recrystallization temperature followed by the laboratory-scale production and finally microstructure and mechanical characterization studies carried out in our laboratory. Following theoretical calculations four different steel grades with different manganese and chromium content were produced in a 100 kg capacity vacuum induction melting (VIM) furnace. In order to perform a physical simulation of the standart rolling process (SRP) along with the thermomechanical rolling process (TMHP), the produced ingots were forged to 30 mm round pieces at two deformation temperature (Tdef) which are above (SRP: Tdef > TNR) and below (TMHP: Tdef < TNR) the austenite recrystallization temperature (TNR) respectively and subsequently they were left to cool down in still air. Charpy notch impact tests at -40°C, -20°C, 0°C and room temperature and tensile test were carried out on the mechanical test specimens machined from forged pieces. While the phase structure of the materials were investigated by optical microscope (OM), the thickness of the ferritic bainite plates and cementite were measured by scanning electron microscope (SEM), and the formation of thin bainite packages were observed. The crystallographic orientation and grain size distribution of austenite grains of the final steel grade were investigated for both SHP and TMHP conditions. After theoretical calculations, physical casting and shaping activities, the final steel grade was determined as 0.1C-3Mn-0.2Cr-1Si with microalloying elements (MAE). The mechanical properties of the final steel grade were determined as follows: yield strength (Rp0,2) 785 MPa, tensile strength (Rm) 1095 MPa and elongation 7.2% for standart rolling conditions and Rp0,2 879 MPa, Rm 1215 MPa and elongation 9.5% for TMHP. Charpy notch impact test results at -40°C, -20°C, 0°C and room temperature were measured as 18 J, 27 J, 30 J and 45 J for SHP condition and 37 J, 39 J, 39 J and 46 J for TMHP condition, respectively. Microstructural investigations revealed that the structure consisted of fine lower bainite and granular bainite with some amount of martensite phase. Consequently, in this study an economical novel bainitic steel grade has been designed that meets the mechanical properties of 42CrMo4+QT steels and has a lower cost in terms of not containing high cost alloying elements and not requiring additional heat treatment. This novel steel grade can be used instead of standart QT steel grades.
Benzer Tezler
- Östemperleme sıcaklığının küresel grafitli dökme demirlerin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi
Effect of austempering time and temperature on microstructure and mechanical properties of nodular cast irons
EMRE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YILDIRIM
- Metal şekillendirme işleminde geri esneme tahmininin deneysel ve sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Investigation of springback prediction for metal forming process using experimental and finite element method
EMRE SÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT ÖZSOY
- Yapı profillerinde soğutma parametrelerinin ürün özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of cooling parameters effects on product properties in building profiles
AYTAÇ BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TANER KAVAS
- Geometry-aware support design for additive manufacturing
Eklemeli imalat için geometriye duyarlı destek tasarımı
EMRE GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN GÜNPINAR
- Türkiye on birinci kalkınma planındaki öncelikli imalat sanayi sektörlerinin girdi-çıktı analizleri ışığında bir stratejik teşvik modeli önerisi
A strategic incentive model proposal in the light of input-output analysis of priority manufacturing industry sectors in the eleventh development plan of Türkiye
NURULLAH KAHVECİOĞLU