HARDOX-500 ve AISI-430 çeliklerinin farklı kaynak teknikleriyle birleştirilebilirliği
Weldability of HARDOX-500 and AISI-430 steel with different welding techniques
Yazar: ERDAL BULUT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ENGİN KOCADAĞİSTAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışma ile HARDOX-500 ve AISI-430 çeliklerini CMT ve GAK (MIG/MAG) kaynak yöntemleri ile birleştirerek kaynak ve ITAB bölgelerinin mekanik özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada 4 mm kalınlığında 100x130 mm ebatlarındaki HARDOX-500 ve AISI-430 çeliklerine kaynak ağzı açılarak ve AWS 307 ilave tel kullanarak CMT ve GAK (MIG/MAG) yöntemi ile kaynak işlemi uygulanmıştır. Kaynak işlemi 140-130-120 A'de, koruyucu gaz olarak %97,5 Ar ve %2,5 CO2 gazı kullanılarak yapılmıştır. Çelikler su jeti ile standartlarda kesilmiş, kaynak işlemleri sonrasında, kaynaklı bölgelerin özellikleri ve mikroyapısal değişimleri; Optik Mikroskop, SEM, EDS, XRD analizleri ile incelenmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için mikrosertlik, çentik darbe ve çekme testleri yapılmıştır. Deney numunelerinin çekme testinden sonra kopan yüzeyleri SEM analizi ile incelenmiştir.
Bulgular: Kaynak sonrası optik görüntülerde farklı morfolojk yapılar oluştuğu belirlenmiştir. ITAB bölgelerinde kaba taneler oluşmuş fakat sınırlı kalmıştır. EDS analiz sonuçlarında bölgeler arasında, atomların geçişleri olduğu görülmüştür. En düşük sertlik değeri 6 nolu numunede 177 HV, en yüksek sertlik değeri ise 8 nolu numunede 516 HV olarak belirlenmiştir. En yüksek darbe enerji değeri 12 nolu numunede 66,84 J, en düşük darbe enerji değeri ise 1 nolu numunesinde 23,46 J olarak belirlenmiştir. Gerilme dayanımı en yüksek 18 nolu numunede 765,21 N/mm2, en düşük değer ise 15 nolu numunede 220,23 N/mm2 olarak ölçülmüştür. XRD analiz sonuçlarına göre fazlar; FeO.NiO, FeCrO.NiCO, östenit, Fe3Ni2, CrFeCO, Cr-Ni-Fe-C, taenite, Cr2Ni3, Fe6Cr7NiSiO2MoO, AlMnSi, FeMoO, Ni, Cr7C3 (kromkarbür), ferrit, FeMn, Cr3Si, kamacite (FeNi), AlNi2Si, MoSi, Alüminyum manganez, Al2FeSi, martenzitik faz ve bileşikleri şeklinde belirlenmiştir.
Sonuç: 4 mm kalınlığındaki HARDOX-500 ve AISI-430 çelikleri CMT ve GAK (MIG/MAG) kaynağı ile başarılı bir şekilde birleştirilmiştir. CMT kaynaklı birleştirmelerde kaynak bölgelerinde tane yapılarının daha ince olduğu belirlenmiştir. HARDOX-500 ana metalinden daha düşük fakat AISI-430 ana metalinden daha yüksek sertlik değerleri elde edilmiştir. En yüksek darbe enerji değeri 12 nolu numunede, en düşük darbe enerji değeri ise 1 nolu numunede belirlenmiştir. Gerilme dayanımı en yüksek olan numune 18 nolu numunede, en düşük değer ise 15 nolu numunede ölçülmüştür. Östenitik ve ferritik yapılar GAK (MIG/MAG) kaynaklı çelik çiftlerinde daha sıklıkla, CMT kaynaklı çelik çiftlerinde özellikle düşük amperde yapılan kaynaklarda östenitik yapılara daha az rastlanmıştır. Farklı akımlarda yapılan kaynak işlemlerinde çelik çiftlerinin mekanik özelliklerinde iyileştirmelerin olduğu, CMT kaynak yönteminin daha üstün özelliklere sahip olduğu ve kaynak işlemlerinde mekanik özelliklere daha olumlu katkılarda bulunduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: The aim of this study was to investigate the mechanical properties of weld and HAZ zones by combining HARDOX-500 and AISI-430 steels with the CMT and GMAW (MIG/MAG) welding processes.
Method: In this study, HARDOX-500 and AISI-430 steels with a thickness of 4 mm and dimensions of 100x130 mm were welded by opening the welding bevel and using AWS 307 filler wire with CMT and GMAW (MIG/MAG) methods. The welding process was carried out at 140-130-120 A using 97,5% Ar and 2,5% CO2 gas as shielding gas. The steels were cut with a water jet according to the standard. After the welding process, the properties and microstructural changes of the welded areas were investigated using optical microscope, SEM, EDS and XRD analyzes. Microhardness, Charpy impact and tensile tests were carried out to determine the mechanical properties. After the tensile test, the fractured surfaces of the test specimens were examined using SEM analysis.
Findings: It was found that different morphological structures formed in the optical images after welding. Coarse grains formed in the areas of the HAZ, but remained limited. In the results of the EDS analysis, it was found that there were atomic transitions between the regions. The lowest hardness value was found to be 177 HV in sample no.6, and the highest hardness value was found to be 516 HV in sample no.8. The highest notched impact energy value was found to be 66,84 J in sample no.12, and the lowest notched impact energy was found to be 23,46 J in sample no.1. The highest tensile strength was found to be 765,21 N/mm2 in sample no.18, and the lowest value was 220,23 N/mm2 in sample no.15. According to the results of the XRD analysis, the phases FeO.NiO, FeCrO.NiCO, austenite, Fe3Ni2, CrFeCO, Cr-Ni-Fe-C, taenite, Cr2Ni3, Fe6Cr7NiSiO2MoO, AlMnSi, FeMoO, Ni, Cr7C3, ferrite, FeMn, Cr3Si, kamacite (FeNi), AlNi2Si, MoSi, aluminum-manganese, martensitic phases and compounds were determined.
Results: HARDOX-500 and AISI-430 steels with a thickness of 4 mm were successfully joined by CMT and GMAW (MIG/MAG) welding. The grain structures in the welded areas were finer in CMT-welded joints. Hardness values lower than those of the HARDOX-500 base metal but higher than those of the AISI-430 base metal. The highest impact energy value was determined for sample no.12, and the lowest impact energy value was determined for sample no.1. The sample with the highest tensile strength was measured in sample no.18, and the lowest value was measured in sample no.15. Austenitic and ferritic structures were more frequently encountered in GMAW welded steel pairs, whereas austenitic structures were less frequently encountered in CMT welded steel pairs, especially in low-ampere welds. It was determined that there were improvements in the mechanical properties of steel pairs in welding processes performed at different currents, that the CMT welding method had superior properties, and that it made more positive contributions to the mechanical properties of welding processes.