Alaşımlı yay çeliklerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine kriyojenik işlemin etkisi
Effect of cryogenic treatment on microstructural and mechanical properties of alloyed spring steels
Yazar: REŞAT CAN ÖZDEN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ANIK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada otomotiv sanayinde yaygın olarak kullanılan orta karbonlu 55Cr3, 51CrV4, 52CrMoV4 yay çeliklerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine, derin  kriyojenik işlemin (-196 °C) ve bu işlemi takiben uygulananan temperleme işleminin  (500 °C) etkileri incelenmiştir.  
Bu amaçla çelik numunelerin mikroyapılarının şekilsel ve yapısal analizleri için taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) ve X ışını kırınımı (XRD) yöntemleri kullanılmıştır. Numunelerin kalıntı gerilmeleri de yine XRD yöntemi temel alınarak ölçülmüştür. Martenzit fazı kafes yapısındaki değişimler Rietveld analizi kullanılarak belirlenmiştir. Mekanik özelliklerdeki değişim için numunelerin mikrosertlikleri ölçülmüştür. Aşınma oranlarının tespiti için ball-on disk geometrisi, dinamik tokluk değerlerinin belirlenmesi içinse Charpy testi kullanılmıştır. Numunelere  çekme ve dönel eğmeli yorulma testleri de uygulanmıştır.
Numunelere uygulanan kriyojenik işlem sonucunda geleneksel ısıl işlem prosesine göre tane irileşmesi etkin şekilde engellenmiş ve %34'lük bir tane incelmesi gözlenmiştir. Oluşan yeni martenzit ve karbür yapıların malzeme matrisi boyunca homojen dağılımı sayesinde kriyojenik işlem görmüş numuneler tokluk kaybına uğramaksızın mukavemet kazanmıştır. İncelenen numuneler içerisinde en fazla alaşım içeren 52CrMoV4 çeliklerinin kriyojenik etkiye daha duyarlı olduğu ve dinamik tokluğun %43,75, statik tokluğun %19,43, yorulma dayanımının ise %51'e varan düzeyde arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of deep cryogenic process (-196 ° C) and following tempering (500°C) process on microstructure and mechanical properties of medium carbon 55Cr3, 51CrV4, 52CrMoV4 spring steels, which are widely used in automotive industry, were investigated.
For this purpose, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD) methods were used for the formal and structural analysis of the microstructure of steel samples. The residual stresses of the samples were also measured based on the XRD method. Changes in martensite lattice structure were determined using Rietveld analysis. In order to determine the changes in mechanical properties, the hardness of the samples was measured using the Vickers microhardness method. Ball-on disc method was used for determination of wear rates and Charpy method for impact toughness. Tensile and rotational bending fatigue tests of the samples were carried out. 
As a result of the applied cryogenic treatment, grain coarsening was effectively prevented compared to the traditional heat treatment process and a grain refinement of 34% was observed. Thanks to the homogeneous distribution of the newly formed martensite and carbide structures throughout the material matrix, cryogenic treated samples gained strength without losing toughness. It has been reported that 52CrMoV4 steels, which are the most alloyed steel group, are more sensitive to cryogenic effect and have shown improvements up to 43.75% in impact toughness, 19.43% in static toughness and 51% in fatigue strength.