S235 çeliğinde tıg kaynak yöntemiyle sert dolgu kaplama işleminin mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of hard filling coating process by tig welding method on mic rostructure and mechanical properties of S235 steel
- Tez No: 971674
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK ŞİRİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan S235 yapı çeliğinin yüzey özelliklerini iyileştirmek amacıyla, Tungsten İnert Gaz (TIG) kaynak yöntemi kullanılarak uygulanan Fe-Cr-V-C esaslı sert dolgu kaplamalarının mikroyapısal ve mekanik davranışları üzerindeki bor (B) ilavesinin sistematik etkisini incelemektedir. Çalışmanın temel amacı, farklı oranlarda (%0, %10, %20 ve %30 atomik) bor içeren dört farklı alaşım tozu kompozisyonu kullanarak, bor miktarının katılaşma morfolojisi, faz oluşumu, sertlik ve aşınma direnci üzerindeki rolünü kapsamlı bir şekilde ortaya koymaktır. Bu doğrultuda hazırlanan toz karışımları, S235 çelik altlıklar üzerine TIG kaynak yöntemiyle kaplanmış ve elde edilen numuneler, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı Spektrometre (EDS), X-Işını Kırınımı (XRD), Vickers mikrosertlik ölçümleri ve ASTM G133 standardına uygun bilye-disk aşınma testleri ile detaylı olarak karakterize edilmiştir. Deneysel sonuçlar, bor ilavesinin kaplama mikroyapısını temelden dönüştürdüğünü göstermiştir. Bor içermeyen referans alaşım (Fe13Cr3V3C), ferritik matris ve dendritler arası bölgelerde yer alan VC ve Cr₇C₃ karbürlerinden oluşan klasik bir dendritik katılaşma yapısı sergilemiştir. %10 oranında bor ilavesiyle (Fe11Cr3V3CB2) bu yapı tamamen ortadan kalkmış ve yerini, sert borür (Fe₂B, VB) ve karbür fazlarının homojen bir şekilde dağıldığı ince ve girift bir ötektik yapıya bırakmıştır. Bor oranının %20 (Fe9Cr3V3CB4) ve %30'a (Fe7Cr3V3CB6) çıkarılmasıyla birlikte, mikroyapı, iri birincil (Cr,V)-borür ve VC fazlarının ötektik bir matris içerisine gömülü olduğu belirgin bir hiperötektik karaktere bürünmüştür. Bu mikroyapısal evrim, mekanik özelliklere doğrudan yansımıştır. Kaplama tabakasının ortalama mikrosertlik değeri, bor içeriğindeki artışa paralel olarak sistematik bir artış göstererek, bor içermeyen numunedeki yaklaşık 550-600 HV seviyesinden %30 bor içeren numunede 900 HV mertebesine ulaşmıştır. Benzer şekilde, aşınma testleri sonucunda en düşük aşınma hızı (3×10⁻⁵ mm³/m), en yüksek bor içeriğine sahip numunede elde edilmiştir. Bu çalışma, borun Fe-esaslı sert dolgu kaplamalarda sert fazların hacim oranını ve morfolojisini etkin bir şekilde kontrol ederek sertlik ve aşınma direncini önemli ölçüde artırdığını ve endüstriyel uygulamalar için yüksek performanslı yüzeylerin geliştirilmesinde kritik bir alaşım elementi olduğunu kanıtlamıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a systematic investigation into the effect of boron (B) addition on the microstructural and mechanical behavior of Fe-Cr-V-C-based hardfacing coatings applied on S235 structural steel, a material widely used in industrial applications, via the Tungsten Inert Gas (TIG) welding method. The primary objective of this study is to comprehensively elucidate the role of boron content on the solidification morphology, phase formation, hardness, and wear resistance by utilizing four distinct alloy powder compositions with varying boron percentages (0, 10, 20, and 30 at.%). For this purpose, the prepared powder mixtures were deposited onto S235 steel substrates using the TIG welding process. The resulting samples were then subjected to detailed characterization through Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-ray Diffraction (XRD), Vickers microhardness measurements, and ball-on-disk wear tests conforming to the ASTM G133 standard. The experimental results demonstrate that the addition of boron fundamentally transforms the coating's microstructure. The boron-free reference alloy (Fe13Cr3V3C) exhibited a classic dendritic solidification structure, comprising a ferritic matrix and interdendritic VC and Cr₇C₃ carbide phases. With the addition of 10% boron (Fe11Cr3V3CB2), this dendritic structure was completely replaced by a fine and intricate eutectic morphology, featuring a homogeneous distribution of hard boride (Fe₂B, VB) and carbide phases. As the boron content was increased to 20% (Fe9Cr3V3CB4) and 30% (Fe7Cr3V3CB6), the microstructure evolved into a distinctly hypereutectic character, dominated by large primary (Cr,V)-boride and VC phases embedded within a eutectic matrix. This microstructural evolution was directly reflected in the mechanical properties. The average microhardness of the coating layer systematically increased in parallel with the boron content, rising from approximately 550-600 HV in the boron-free sample to a level of 900 HV in the 30% boron sample. Similarly, wear tests revealed that the lowest wear rate (3×10⁻⁵ mm³/m) was achieved in the sample with the highest boron content. This study proves that boron is a critical alloying element in developing high-performance surfaces for industrial applications, as it effectively controls the volume fraction and morphology of hard phases in Fe-based hardfacing coatings, thereby significantly enhancing both hardness and wear resistance.
Benzer Tezler
- S235JR çeliğinde galvaniz kaplamanın korozyon direncine etkisi
Effect of galvanized coating on corrosion resistance of S235 steel
AHMET SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMAL ÇARBOĞA
- Alüminyum ve çeliğin farklı MMA yapıştırıcı kalınlıklarında yapıştırılmasına yaşlandırma işleminin etkisi
The effect of aging process on bonding aluminum and steel in different MMA adhesive thicknesses
HÜSNÜ CEMAL TATAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM ASLANLAR
- Ön yüzündeki her seramiği karbon-fiber kompozitle sarılmış çelik zırhların balistik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the ballistic behavior of steel armors with each ceramic wrapped carbon-fiber composite on the front
ALEMDAR ONGUN
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ KALAYCIOĞLU
- Düşük karbonlu yüksek dayanımlı çeliklerin özelliklerinin üretim parametreleri ile ilişkisi
Relationship between properties of low carbon high strength steels and production parameters
SERKAN OKTAY
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KELAMİ ŞEŞEN
- Gövdesi dairesel boşluklu çelik-betonarme kompozit I-kirişlerin yangın davranışlarının deneysel olarak incelenmesi
Investigating experimental fire behavior of steel-concrete composite cellular I-beams
PINAR SUNAR BÜKÜLMEZ
Doktora
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK