26MnB5 kalite çeliğin statik deformasyon yaşlanması davranışının incelenmesi
Investigation of the static strain ageing behaviour of 26MnB5 grade steel
- Tez No: 945199
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Otomotiv sektöründe son yıllarda performans, maliyet ve karbon emisyonu gibi gereksinimleri karşılamak adına üstün mekanik özelliklere sahip yeni nesil çelikler geliştirilmektedir. Bu çelik kalitelerinden olan 26MnB5 çeliği işlenebilirlik, kaynaklanabilirlik ve yüksek dayanım özellikleri sebebi ile otomotiv sektöründe farklı parçaların imalatında kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında iki farklı ana grupta düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık aralığında ticari 26MnB5 çeliğinin statik deformasyon yaşlanması davranışı incelenmiştir. Bu amaçla nominal kalınlığı 2 mm olan ticari 26MnB5 çeliği çekme deneyi numunelerine oda sıcaklığında %4 eksenel deformasyon uygulanmıştır. Düşük sıcaklık test grubunda numuneler %4 eksenel ön deformasyon sonrası 150 ℃, 200 ℃, 225 ℃, 250 ℃, 300 ℃ ve 400 ℃ sıcaklıklarda 1, 10, 100 ve 1000 dakika olmak üzere yaşlanma koşullarına tabi tutulup sonrasında çekme deneyleri yapılmıştır. Deformasyon yaşlanması sonrası ulaşılan mekanik özellikler hesaplanırken, ön deformasyon sonrası elde edilen akma dayanımı değerinden yaşlanma sonrası ulaşılan akma dayanımı değeri arasındaki fark alınmıştır. Dayanım değerlerinin hesaplanmasında numunenin orijinal kesit alanları dikkate alınmıştır. Ayrıca yaşlanma öncesi ve sonrası mikroyapısal değişimleri incelemek amacı ile optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Yüksek sıcaklık test grubunda ise numuneler oda sıcaklığında 1 hafta bekletilmiş, 800 ℃'de 5 dakika ve 950 ℃'de 25 dakika olmak üzere belirli sıcaklık ve sürelerde tutulmuş, sonrasında çekme deneyine tabi tutulmuştur. Bu deney setinde görülen sonuçlarda 26MnB5 kalite çeliğin ön deformasyon ve yaşlanma işlemi sonunda akma dayanımının arttığı tespit edilmiştir. Yüksek sıcaklık test grubunda ön deformasyon sonrası akma dayanımı değeri farkı ve yaşlanma sonrası akma dayanımı değeri farkı en fazla 800 ℃'de 5 dakika yaşlandırılan çeliğe ait iken, düşük sıcaklık test grubunda bu değer 250 ℃'de 1000 dakika yaşlandırılan çeliğe aittir. Düşük sıcaklık test grubununun ön deformasyon sonrası elde edilen akma dayanımı değeri ve yaşlandırma işlemi sonrası elde edilen akma dayanımı değerleri tespit edilmiştir. Buradan hareketle kinetik hesaplaması için Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) modeli kullanılmış ve çeliğin aktivasyon enerjisi 163,57 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlar, uygulamada ardışık deformasyon ve tavlama işlemlerine maruz kalan 26MnB5 kalite çeliğin deformasyon yaşlanmasının etkin olduğunu göstermesi bakımında otomotiv sektörüne yönelik akademik ve endüstriyen çalışmalara katkı sağlayacak nitelik taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
In recent years, the automotive industry has been developing advanced steel grades with superior mechanical properties to meet customer demands for performance, cost, and carbon emissions. One such steel grade is 26MnB5, which belongs to the boron-alloyed steel class. Due to its machinability, weldability, and high-strenght properties, 26MnB5 steel is widely used in production of varios automotive components. The 26MnB5 boron-alloyed steel has emerged as a material of strategic importance in modern automotive manufacturing due to its exceptional combination of properties mechanical properties. A common industrial application of this steel is in the production of precision tubes, such as stabilizer bars. During manufacturing, these components are subjected to sequential thermomechanical processing involving significant plastic deformation followed by thermal treatment. This processing histroy induces static strain aging, a time and temperature dependent phenomenon in which institial atoms such as carbon, nitrogen and boron diffuse toward dislocations introduced by prior deformation. Static strain aging significantly affects several mechanical properties of the material. To understand this effect, numerous researchers and stell manufacturers have conducted studies. A prominent characteristic of static strain aging is its substantial increase in yield strength, which is crucial for predicting material behavior under operational conditions. The strengthening mechanism occurs through the formation of Cottrell atmospheres, where interstitial atoms migrate to and pin dislocations generated during prior deformation. Previous literature has explored this phonomenon in low-carbon steels, ultra low carbon steels, dual phase steels, martensitic steels and ferritic steels used in automotive sector. This thesis investigates the static strain aging behavior of commercial 26MnB5 steel. The study is divided into two groups: low temperature and high temperature test groups. All specimens used in the study had a nominal thickness of 2 mm. Tensile test specimens of commercial 26MnB5 steel were subjected to % 4 axial pre-deformation at room temperature for both groups. In low temperature test group, all specimens were initially subjected to a %4 axial pre- deformation. Following pre deformation, the samples were aged at six different temperatures: 150 ℃, 200 ℃, 225 ℃, 250 ℃, 300 and 400 ℃. For each temperature four distinct aging durations were applied: 1, 10, 100 and 1000 minutes. After the aging process, the specimens were allowed to cool at room temperature. Subsequently, tensile tests were conducted to evaluate the mechanical properties. For the high-temperature test group, specimens were first subjected to 4% axial pre-deformation at room temperature. Subsequently, three distinct aging treatments were applied: (1) natural aging at room temperature for 1 week, (2) 800°C for 5 minutes, and (3) 950°C for 25 minutes. Following each aging treatment, all specimens were cooled to room temperature to ensure microstructural stability and eliminate thermal stresses prior to mechanical testing. Tensile tests were then conducted to evaluate the post-aging mechanical properties. Following tensile testing, the mechanical properties were systematically determined. from the tensile tests. All calculations were performed using the original cross-sectional areas of the specimens to ensure consistency. The increase in yield strength due to strain aging was calculated as the difference between the post aging yield strength and the yield strength after pre-deformation and aging. The results demonstrated that both pre-deformation and subsequent aging treatments significantly enhanced the yield strength of 26MnB5 steel. In the high temperature group, the maximum increase was observed in specimens aged at 800 ℃ for 5 minutes. On the other hand, in the low temperature group the highest increase occurred at 250 ℃ for 1000 minutes. X-ray diffraction (XRD) analysis was conducted to investigate potential crystallographic changes induced by static strain aging. The diffraction patterns confirmed that 26MnB5 steel maintains a body-centered cubic (BCC) α-ferrite (α-Fe) structure throughout the aging process. Notably, no significant peak shifts were observed in the diffraction patterns, indicating that the lattice parameters remained essentially unchanged despite the applied deformation and aging treatments. To comprehensively evaluate the microstructural evolution during static strain aging, detailed metallographic analysis was performed on low-temperature test group specimens using both optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The SEM investigations revealed distinct temperature-dependent morphological changes: with increasing aging temperature, progressive fragmentation of the pearlitic lamellae was observed, accompanied by a spheroidization tendency of cementite particles. This microstructural transformation became particularly evident at aging temperatures above 250°C, where the initially lamellar cementite progressively decomposed into discrete, near-spherical particles embedded in the ferritic matrix. The yield strength values before and after aging in the low-temperature group were used for kinetic calculations based on the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) model. The time exponent (n) values between 150°C and 250°C showed good agreement with established literature values for steels, ranging from 0,20-0,36. However, a marked deviation from this trend was observed at 300°C and 400°C, where the time exponent values dropped significantly. This abnormal behaviour was attributed to over aging processes and microstructural alterations, like cementite spheroidization observed in SEM analysis. Consequently, these higher temperature data points (300 ℃ and 400 ℃) were omitted from the Arrhenius analysis. The activation energy for 26MnB5 steel was determined to be 163,57 kJ/mol. To establish a comprehensive relationship between aging parameters and mechanical properties, the Hollomon-Jaffe (H-J) parameter was employed to consolidate the temperature-time dependence of yield strength evolution. Thanks to Holloman Jaffe parameter, all yield strenght data between 150°C and 250°C were consolidated into a single master curve (R= 0,96). The strong correlation validates the applicability of the H-J parameter for predicting yield strength changes in this steel grade within the studied temperature range. In conclusion, this study demonstrates that 26MnB5 steel undergoes significant static strain aging when subjected to sequential deformation and annealing processes. The findings contribute to academic and industrial research in the automotive sector, providing insights into material behavior under manufacturing conditions.
Benzer Tezler
- Manganlı çelik borularda kaynak parametrelerinin kaynak akışına, mikroyapıya ve mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Effect of welding parameters on welding flow, microstructure and mechanical properties in manganese steel
GÜLBAHAR ALKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN YILMAZER
- Ağır ticari araç kabin denge çubuğu için malzeme seçimi analizi
Material selection analysis for heavy commercial cabin stabilizer bar
MESUT GÖRÜRGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
- 22MnB5 çelik sacların elektrikli ısıtma ile sıcak şekillendirilmesinin deneysel analizleri
Experimental analysis of conductive heating technique on hot stamping of 22MnB5 steel sheets
OĞUZHAN KURUMAHMUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYDAR LİVATYALI
- 22MnB5 çelik sacların elektrikli ısıtma ile preste sertleştirme işleminin metalurjik analizi ve mekanik davranışlara etkisi
Influence of the conductive heating on press hardening on mechanical and metallurgical properties of 22MnB5 steel sheets
İSMAİL ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYDAR LİVATYALI
YRD. DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- 22MnB5 çelik sacların sıcak şekillendirilmesinin sonlu elemanlar analizi
Finite element analysis of hot stamping 22MnB5 steel sheets
EMRE KURUMAHMUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAYDAR LİVATYALI