Effect of heat and hybrid surface treatment on the microstructure, mechanical and tribological properties of maraging steel produced by selective laser melting
Isı ve hibrit yüzey işleminin seçici lazer ergitme ile üretilen maraging çeliğinin mikroyapısı, mekanik ve tribolojik özellikleri üzerine etkisi
- Tez No: 883913
- Danışmanlar: PROF. DR. RASİM İPEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Seçici Lazer Ergitme (SLM) veya Lazer Toz Yatak Füzyonu (L-PBF) ile üretilen 18Ni300 maraging çeliği, karmaşık geometrilere sahip aletlerin üretimi için umut verici bir seçenektir. Ancak, çökelme sertleşmesi isil islemi sonrası elde edilen maksimum sertlik, yüksek aşınma direncini garanti edecek kadar yüksek olmayabilir. Yüzey sertliği, yüzey işlemleri ile artırılabilir. Bu doktora tezi, plazma nitrürleme ve ardından PVD kaplama ile gerçekleştirilen bir dubleks yüzey işleminin, L-PBF 18Ni300 maraging çeliğinin çekme, darbe ve eksenel yorulma dayanımı üzerindeki etkisini, çeliğe uygulanan iki farklı ısıl işlemle elde edilen sonuçlarla karşılaştırarak incelemektedir: çözeltiye alma ve yaşlandırma (SAT) ve üretilmiş malzemenin doğrudan yaşlandırılması (DAT). Mikroyapısal ve yapısal analizler, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM)ve X-Işını Difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, incelenen işlemler sonrasında malzemelerin mikroyapısal özelliklerini, özellikle kalinti östenit içeriği ile difüzyon tabakasındaki mikroyapı ve çökelmeleri vurgulamaktadır. Çekme testleri, SAT malzemesinin en yüksek çekme mukavemetine ve DAT malzemesinin en yüksek çekme sünekliğine sahip olduğunu göstermektedir. Yüzey işlemleri, hem çekme mukavemeti hem de çekme sünekliğinde azalmaya neden olmaktadır. Darbe dayanımı, farklı işlemlerden etkilenmezken, eksenel yorulma dayanimi yüzey işlemleri ile belirgin şekilde artırılmıştır. Mekanik testlerin sonuçları, kırılma yüzey analizi ve malzemelerin mikroyapısal özelliklerine dayanarak yorumlanmıştır, özellikle nitrürleme sonrası farklı östenit içeriği ve difüzyon tabakasının mikroyapısı dikkate alınmıştır. Nitrürlenmiş numunelerdeki inklüzyonlar ve difüzyon tabakasının TRIP etkisi üzerindeki etkisi ve bunun sünekliğe katkısı vurgulanmıştır. Yorgunlukta, yüzey sertleşmesinin çatlak başlangıç noktası üzerindeki etkisi de vurgulanmıştır. Nitrürlemenin kaplamanın yapışması üzerindeki etkisini inceleyen ön bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Genel sonuçlar, yüzey dubleks işleminin, L-PBF ile üretilen 18Ni300 maraging çeliğinin yüzey sertliğini ve yorgunluk dayanımını, darbe dayanımını azaltmadan artırmak için umut verici bir teknoloji olduğunu göstermektedir. Çekme mukavemeti ve süneklik azalmasının pratik önemi saha testleri ile doğrulanmalıdır. Metal dışı inklüzyonların kontrolünün önemi vurgulanmıştır, çünkü bunlar çekme sünekliği üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir.
Özet (Çeviri)
Selective Laser Melting (SLM) or Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) of 18Ni300 maraging steel is a promising option for the production of tools with complex geometry. However, the maximum hardness achieved after the precipitation hardening may not be high enough to guarantee a high wear resistance. Surface hardness may be increased by surface treatments. The present PhD thesis investigates the effect of a duplex surface treatment, plasma nitriding followed by PVD coating, on the tensile, impact and axial fatigue strength of an L-PBF 18Ni300 maraging steel, in comparison to the ones obtained with the two heat treatments performed on the steel: solution annealing and ageing (SAT) and direct ageing of the as-built material (DAT). The microstructural and structural analysis was carried out at Scanning Electron Microscope (SEM) and Transmission Electron Microscope (TEM); both equipped with microanalysis and X-Ray Diffraction (XRD). The results highlight the microstructural features of the materials after the treatments investigated, in particular the different content of reverted austenite and the microstructure and precipitation in the diffusion layer. Tensile tests highlight the highest tensile strength of SAT material and the highest tensile ductility of the DAT material. Surface treatments cause a decrease in both tensile strength and tensile ductility. Impact strength is not affected by the different treatments considered, while axial fatigue is noticeably increased by surface treatments. The results of mechanical tests were interpreted based on the fractographic analysis and of the microstructural features of the materials, in particular the different austenite content and the microstructure of the diffusion layer after nitriding. The effect of inclusions and the diffusion layer in nitrided specimens on the TRIP effect and its contribution to ductility was highlighted. In fatigue, the surface hardening effect on the crack initiation site was highlighted, too. A preliminary study of the adhesion of the coating, as affected by the prior nitriding, was carried out. The overall results demonstrate that surface duplex treatment is a promising technology to improve surface hardness and fatigue strength of the L-PBF manufactured 18Ni300 maraging steel, without depressing impact strength. The practical importance of the decrease of tensile strength and ductility must be verified with field tests. The importance of controlling the non-metallic inclusions was highlighted, since they may have a large impact on tensile ductility.
Benzer Tezler
- Niyobyum borür katkılı Al5Si hibrit tozların ve kompozitlerin mekanik alaşımlama ve basınçsız sinterleme yöntemleriyle geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Developing and characterization of niobium boride reinforced Al5Si hybride powders and composites with mechanical alloying and pressureless sintering methods
EZGİ BURCU ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Genleştirilmiş cam, genleştirilmiş kil ve hibrit takviyeli sintaktik köpük metallerin üretimi, içyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Expanded glass, expanded clay and hybri̇d added syntactic foam metal production, microstructure and mechanical properties analysis
ENGİN KARAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
- Kompakt grafitli dökme demirde frezeleme işlemi sonrası kalıntı gerilmelerin incelenmesi ve kesme parametreleri için süreç optimizasyonu
Investigation of residual stresses induced by milling in compacted graphite iron and process optimization for cutting parameters
MEHMET EMRE KARA
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Paslanmaz çeliklere uygulanan düşük sıcaklık nitrürleme işleminin mekanik ve korozyon özelliklerine etkisi
The effect of low temperature nitriding on mechanical and corrosion properties of stainless steels
ÖZGÜR ÇELİK
Doktora
Türkçe
2010
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- Development of indium tin oxide (ITO) nanoparticle incorporated transparent conductive oxide thin films
İndiyum kalay oksit (İTO) nanoparçacık katkılı şeffaf iletken ince filmlerin geliştirilmesi
HAKAN YAVAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANER DURUCAN