Austempered ductile irons with superior mechanical properties designed by utilizing a computational design approach
Hesaplamalı tasarım yaklaşımı kullanılarak tasarlanmış üstün mekanik özelliklere sahip östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler
- Tez No: 832316
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CANER ŞİMŞİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir, yüksek mukavemet, süneklik ve tokluk gibi üstün mekanik özelliklere sahip olan ve bu özellikleri sayesinde de otomotiv, tarım, enerji, savunma vb. birçok endüstride kullanılan bir malzemedir. Bu özellikleri, iğnemsi beynitik ferrit, grafit nodülleri ve kalıntı östenit fazlarından oluşan benzersiz mikroyapısından kaynaklanmaktadır. Östemperleme işlemi sırasında oluşan ince iğnemsi ferrit, malzemeye yüksek mukavemet ve sertlik sağlar. Belirtmek gerekir ki, iğnemsi ferritin boyutu bu bağlamda önemli bir rol oynamaktadır. Grafit nodülleri, süneklik sağlar ve yapı içerisinde bulunan çatlakları durdurarak ilerlemesini önleyici bir davranış sergiler. Bu davranışın etkili olabilmesi için yüksek nodülerite yüzdesine ulaşmak ve homojen dağılımı sağlamak esastır. Mikroyapıdaki kalıntı östenit, uygulanan stres altında stresle indüklenen dönüşüme uğrar ve mikroyapının aşınma direncini arttırır. Bu davranış, kalıntı östenit fazının stabilite düzeyine bağlıdır. Bu stabilite seviyesi, kalıntı östenit fazının kimyasal bileşimi ve morfolojisi ile belirlenir. Bütün bu etkiler göz önünde bulundurularak, mikroyapıda gerekli ayarlamalar yapılırsa, geleneksel olanlardan daha üstün mekanik özelliklere sahip yeni östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirler geliştirilebileceğine inanılmaktadır. Bu çalışma, biri çok yüksek mukavemet ve orta seviye toklukta, diğeri yüksek mukavemet ve yüksek toklukta olmak üzere iki farklı östemperlenmiş küresel grafitli dökme demir tasarlamayı amaçlamaktadır. Tasarım süreçleri, CALPHAD (Faz Diyagramlarının Hesaplanması) yaklaşımı kullanılarak, üretilecek olan numuneler için farklı kimyasal bileşimler ve ısıl işlem senaryoları belirlenerek gerçekleştirilmiştir. Bu üretim parametreleri, farklı kimyasal bileşimlere sahip farklı kalıntı östenit hacim fraksiyonları ve farklı ösferrit faz boyutları dahil olmak üzere değişken mikroyapılara sahip numuneler elde etmek amacıyla belirlenmiştir. Aynı zamanda, grafit fazı için yüksek nodülarite ve homojen bir dağılım elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu numunelerin mekanik özellikleri, oda sıcaklığında Brinell sertlik testleri, çekme testleri ve darbe testleri ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez, belirlenen tasarım hedeflerine ulaşmanın yanı sıra, kapsamı dahilinde kullanılan hesaplamalı tasarım metodolojisinin faydalarını ve tutarlılığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Given its unique microstructure providing the opportunity to have high strength, ductility, and toughness, austempered ductile iron (ADI) finds applications in various industries, including automotive, agriculture, energy, defense. This typical microstructure consists of acicular bainitic ferrite, graphite nodules, and retained austenite phases. Fine acicular ferrite formed during austempering treatment provides high strength and hardness to the material. Nevertheless, it is essential to note that the size of this ferrite phase plays a significant role in this context. Graphite nodules bring in ductility and arrest the cracks within the structure, thereby preventing their propagation. However, achieving a high nodularity percentage and ensuring the homogeneous distribution is imperative. Moreover, retained austenite in the microstructure undergoes stress-induced transformation when subjected to applied stress, enhancing material's wear resistance. However, this behavior depends on the stability level of the retained austenite phase. This stability level is determined by chemical composition and morphology of retained austenite phase. Taking all these effects into consideration, it is believed that it is possible to develop new Austempered Ductile Iron (ADI) materials with superior mechanical properties compared to conventional ones, provided that the necessary adjustments are made to the microstructure. This study aims to design two distinct ADIs: one with ultra-high strength and moderate toughness, and another with high strength and high toughness. The design processes involve modifications in chemical compositions and heat treatment scenarios, utilizing the CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) approach. These production parameters are specified to yield samples with varying microstructures, including different volume fractions of retained austenite with distinct chemical compositions, and varying sizes of ausferrite phases. Simultaneously, the goal is also to achieve a high level of nodularity and ensure a uniform distribution of the graphite phase. The mechanical properties of these samples are assessed through Brinell hardness tests, tensile tests, and impact tests at room temperature. In conclusion, aside from achieving the study objective, this thesis demonstrates the utility and consistency of the computational design methodology employed within its scope.
Benzer Tezler
- Östemperlenmiş küresel grafitli dökme demirde alaşım elementlerinin östenit-martenzit dönüşümüne etkisi
The Effect of alloying elements on the austenite-marstensite transformation in austempered ductile iron
CEM AKÇA
Doktora
Türkçe
2006
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT KINIKOĞLU
- Farklı oranlarda silisyum içeren küresel grafitli dökme demirlerin mikro yapılarına çift kademeli östemperlemenin etkisi
Two stepped austempering's effects on micro structures of spheroidal graphite cast irons consisting of silicium in different rates
GİZEM GİDER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- GGG 50 ve GGG 80 sınıfı küresel grafitli dökme demirlerin abrasiv aşınma davranışına ostemperleme işleminin etkisi
The influence of a austempering process on the abrasive wear properties of GGG 50 and GGG 80 grade ductile irons
MEHMET UMUT KÖKDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Küresel grafitli dökme demirlerin aşınma davranışları
Wear behaviours of ductile irons
ÖZGÜR ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- 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