SAE/AISI 4140 çeliğine uygulanan farklı ısıl işlemlerin mekanik özellikler üzerine etkisinin incelenmesi
The investigation of efects of different heat treatments on the mechanical properties of SAE/AISI 4140 steel
Yazar: SEYFULLAH ÇELİK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SİNEM ÇEVİK
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliği yüksek mukavemetli düĢük alaĢımlı çelikler sınıfına
girmektedir. Genellikle otomotiv endüstrisindeki uygulamalarda kullanılmaktadır.
Uygulamada yüksek oranda yüklemeye maruz kalan makine parçalarında (vites,
diĢliler, Ģaftlar vb.) kullanımı uygun bulunmaktadır.
DüĢük alaĢımlı ötektoid altı bir çelik olan SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliğinin
baĢlıca alaĢım elementleri Cr ve Mo‟ dir. Bu çeliğin en önemli özelliği ihtiva ettiği Cr
ve Mo elementleri nedeniyle su verme sonucunda yüksek oranda martenzitik yapı
oluĢturabilmesi, mukavemet, süneklik, tokluk gibi mekanik özelliklerin bir arada
sağlanmasına imkân vermesidir.
SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliğinin aynı sertlik aralığındaki (28-32 HRC) ıslah
ve östemperleme ısıl iĢlemi sonrasında mikroyapılarının irdelenmesi, bu
mikroyapıların mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin araĢtırılması bu tez
konusunun amacını oluĢturmaktadır.
Isıl iĢlemlere elveriĢli olan SAE/AISI 4140 (42CrMo4) malzemeli çelik
numunelerin farklı ısıl iĢlem özelliklerinin kıyaslaması öncesinde mekanik
özelliklerde daha stabil değerler alınması amacıyla normalizasyon ısıl iĢlemi
uygulanmıĢtır. Normalizasyon sonrası ferrit-perlit karıĢımı fazlar optik mikroskop
altında, östemperleme sonrası beynit, ıslah ısıl iĢlemi sonrasında ise temperlenmiĢ
martenzit mikroyapı kontrolleri hem optik mikroskop altında x100, x500, x1000
büyütme değerlerinde hem de SEM görüntülemesiyle detaylı olarak incelenmiĢtir.
Daha sonra aynı sertlik aralığında (28-32 HRC) olan östemperleme ve ıslah ısıl
iĢlemleri sonucunda elde edilen mikroyapılar optik mikroskop ve SEM görüntülemesi
yapılmıĢtır. OluĢturulan mikroyapıların Rockwell (HRC) ve Vickers (HV1) sertlik
ölçüm yöntemleri kullanılarak sertlik kontrolleri detaylı olarak yapılmıĢtır. Çekme
deneyinde her iki gruba ait numunelerden çekme gerilimi (Rm), akma dayanımı
(Rp.%0.2), kopma uzaması (A) ve kesit daralması (Z) değerleri elde edilmiĢtir. Oda
sıcaklığında (+20°C) yapılan darbe v çentik deneyinde numunelere darbe
absoblama enerjileri joule (J) cinsinden belirlenmiĢtir. ±1000N.m tork, 4Hz frekans
değerlerinde her iki gruba ait üçer adet deney yapılmıĢtır. Yorulma deneyi sonrası
beynit ve temperlenmiĢ martenzit mikroyapılarının dinamik yüklere karĢı göstermiĢ
oldukları direnç miktarları birim zamandaki çevrim sayısı (cycles) cinsinden elde
edilmiĢtir.
Temmuz2017, 116 sayfa
Anahtar Kelimeler: 42CrMo4 çeliği, SAE 4140 çeliği, AISI 4140 çeliği, 1.7225 çeliği,
Östemperleme, Islah, Beynit, Martenzit, Mekanik özellikler

Abstract:
SAE/AISI 4140 (42CrMo4) is classified in the high strength/ low alloy steels. Usually
it is used in applications of automotive industry. Especially it is suitable used for the
machine parts (gears, cogwheels, rolling bearing rings and shafts etc.,) which
subject to high loads at service.
It is low alloy and the hypoeutectoid steel which has the main alloying
elements of Cr and Mo. The most important property of SAE/AISI 4140 (42CrMo4)
steel is to be able to form hard martensitic microstructure after quenching because
of its content of Cr and Mo alloying elements. This leads to provide good mechanical
properties such as strength, ductility and toughness etc. at the same time.
The aim of the presented thesis is to investigate the microstructure of
SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel which is very suitable to heat treatments after
tempering and austempering in the same hardness range (28-32 HRC) and also to
examine the effects of microstructures on the mechanical properties of it.
Normalization heat treatment was applied in order to obtain more stable
values in mechanical properties before comparison of different heat treatment
properties of SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel specimens which are very suitable for
heat treatment processes. After normalization heat treatment, the mixed phases of
ferrite-perlite, bainite after austempering and tempered martensite after tempering
heat treatment were examined under optical microscope at magnification of x100,
x500, x1000 and SEM. After that the phases in the microstructure of austempered
and the tempered samples which are in the same range of hardness (28-32 HRC)
was also observed at SEM. Hardness tests were performed in detail using the
Rockwell (HRC) and Vickers (HV1) hardness measurement methods. Tensile
strength (Rm), yield strength (Rp, 0.2%), elongation at rupture (A) and reduction in
area (Z) values were obtained from the specimens of both groups in tensile test. In
the impact v notch test performed at room temperature conditions (+20°C), the
impact absobling energies of the samples were determined in terms of joules (J).
Three tests were carried out for each two groups at ±1000 Nm torque and 4 Hz
frequency values. After the fatigue test, the resistance values of bainite and
tempered martensite phases against dynamic loads were obtained in cycles per unit
time.
July2017, 116 pages
Key Words: 42CrMo4 steel, SAE 4140 steel, AISI 4140 steel, 1.7225 steel,
Austempering, Quench and Tempering, Bainite, Martensite,
Mechanical properties