Yüksek karbonlu çeliklerin süperplastik halde difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliğinin araştırılması
Investigation of the diffusion bondability of high carbon steels in superplastic conditions
Yazar: MUSTAFA TAŞKIN
Danışman: DOÇ.DR. NURİ ORHAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2000
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Difüzyon kaynağı = Diffusion welding ; Kaynak = Welding ; Süperplastik = Superplastic ; Çelik-metal = Steel-metal

Özet:
ÖZET Doktora Tezi YÜKSEK KARBONLU ÇELİKLERİN SÜPER PLASTİK HALDE DİFÜZYON KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLEBİLİRLİKLERİNİN ARŞTHULMASI MUSTAFA TAŞKIN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metal Eğitimi Anabiiim Dalı 2000, Sayfa:91 Çağımızda teknolojinin hızla gelişmesi, sanayinin temel girdisi olan malzeme ve malzeme bilimindeki gelişmeleri de beraberinde getirmiştir. Yeryüzündeki hammadde kaynaklarının sınırlı olması ve bu malzemelerin fiziksel ve kimyasal açılardan yetersizliği, insanoğlunu yeni malzemeler geliştirme arayışlara sürüklemektedir. Bilim adamları, gelişen teknolojilere uygun olarak her geçen gün yeni bir malzeme üretme gayreti içindedirler. Bu gayretler sonucunda geliştirilen ve halen gelişimi için üzerinde çalışılan malzemelerden biri de süperplastik malzemelerdir.IV Süperplastik malzemelerin gelişimine paralel olarak bu malzemelerin birleştirme problemleri de ortaya çıkmıştır. Özellikle, süperplastik hale getirilmiş yüksek ve çok yüksek karbonlu çeliklerin ergitme kaynağı yöntemleri ile birleştirilmeleri, içerdikleri yüksek karbon nedeniyle neredeyse imkansız veya çok problemlidir. Ergitme kaynak yöntemlerinde, birleşme bölgesinde ergime meydana geldiği için, malzemelerin süperplastiklik özelliği kaybolmakta, ayrıca, kaynak bölgesinde martenzit oluşumu nedeniyle mekanik özellikleri de kötüleşmektedir. Belirtilen sebeplerden dolayı, bu tür çeliklerin birleştirilmesinde katı hal kaynak yöntemleri kullanmak tek çıkar yol olarak görülmektedir. Difüzyon kaynağı bir katı hal birleştirme usulüdür. Difüzyon kaynağı ilk defa 1940'larda uygulanmaya başlanmış olmasına rağmen, önemi 1970'lerden sonra anlaşılmıştır. Özellikle yeni ve gelişmiş malzemelerin üretilmesi ve bu malzemelerin geleneksel metotlarla kaynak edilememesi ya da kaynağın problemli olması, bir katı hal birleştirme yöntemi olan bu metodun geniş bir uygulama alam bulmasını sağlamıştır. Difüzyon kaynağı ile yapılan birleştirmelerde ana metaller erimeden birleştirme sağlandığı, ön ve son tavlamaya ihtiyaç duyulmadığı, bir kerede karmaşık şekilli birleştirmeler yapılabildiği, istenmeyen faz dönüşümleri engellendiği seramik ve kompozitlerin metal ve diğer malzemelerle birleştirilmesi sağlanabildiği için ergitme kaynak yöntemlerine göre daha üstündür. Plastik şekil değiştirme kabiliyeti düşük malzemelerde mümkün olan tek metot ve bağlantı mukavemetinde her zaman istenilen değerlere ulaşılabilmesi açısından da diğer katı hal birleştirme yöntemlerinden daha üstün bir kaynak yöntemidir. Difüzyon kaynağında hakim olan mekanizmalar: plastik deformasyon, difüzyon, sürünme ve yeniden kristalleşmedir. Bu mekanizmaların hepsi, süperplastik malzemelerde harekete geçirilebilecek mekanizmalardır. Süperplastik malzemeler, küçük tane yapısı nedeniyle, çok sayıda yüksek difüzyon kanalı oluşturmaktadırlar. Ayrıca, süperplastiklik sıcaklığında, difüzyon kaynağının ana mekanizmalarından olan sürünme de oldukça etkin bir hale gelecektir. Özellikle, bu sıcaklıkta, tarafımızdan, boşlukların belirtilen nedenlerden dolayı hızla kapandığı düşünülmektedir. Düşük süperplastiklik sıcaklarında yapılan birleştirmelerde malzemelerin süper plastiklik özellikleri etkilenmemektedir.V Bu çalışmada, ötektoid altı yüksek karbonlu (% 0,70C) çelik malzemelere Al, Ti, Nb ve V ile mikro alaşımlama yapılmış. Elde edilen numunelere küçük taneli bir iç yapı kazandırmak amacı ile, sıcak dövme ve ısıl işlemler ile tane küçültme yöntemleri uygulanmıştır. Süperplastik hale getirilmiş ötektoid altı yüksek karbonlu çelik malzemelerin vakum atmosferi altmda sabit basınçta düşük sıcaklıkta (650°C, 735°C, 850°C) difuzyon kaynağı gerçekleştirilmiş, bağlantıların iç yapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Yapılan uygulamalar sonucunda bu tür çeliklerin difuzyon kaynağı ile, termomekanik işlemlerle kazandıkları özelliklerini bozmadan düşük sıcaklıkta birleştirilmesi ve böylece malzemenin kendi ataletinden yararlanılarak enerji kazanımı sağlanmıştır. Difuzyon kaynaklarında, karbürlerin iç yapıda meydana getirdikleri lokal gerilme yığılmalarının, difuzyon hızı ve dolayısıyla birleşme süresi üzerindeki olumlu ek etkileri görülmüştür. Bu çalışmada, 1. bölümde konuya giriş yapılmış, 2. bölümde süperplastiklik, süperplastikliğe tesir eden faktörler ve süperplastik mekanizmaları ile ilgili literatür araştırmaları sunulmuştur. Ayrıca süperplastik testi uygulanan malzemeler anlatılmıştır. 3. ve 4. bölümde difuzyon ve difuzyon kaynağı ile ilgili bilgiler ve literatür araştırmaları sunulmuştur. 5. bölümde yapılan deney çalışmaları,6. bölümde deneylerden elde edilen sonuçlar verilmiştir. 7. bölümde ise deney sonuçlarının değerlendirilmesi ve öneriler verilmiştir. Anahtar kelimeler: Süperplastiklik, Difuzyon Kaynağı, Süperplastik Difuzyon Kaynağı

Abstract:
VI SUMMARY PhD THESIS INVESTIGATION OF DIFFUSION BONDABDLITY OF HIGH CARBON STEELS IN SUPERPLASTIC CONDITIONS Mustafa TAŞKIN Firat university Graduate School of Science Metallurgy Education Department 2000, Page: 91 Advancing technology has presented new materials and methods in manufacturing and processing industry. The main goal of these studies is to save money and time. On the other hand some researches on materials are focused on improvement of properties of conventional materials like steels. One of the properties which can be used both in processing and bonding of materials as an advantage is superplasticity. Superplasticity is known as continuous deformation without necking under constant tension. High carbon steels can be made superplastic with thermo-mechanical processes. Bonding of high carbon steels with conventional welding processes are very difficult due to their high carbon content causing formation of a very hard and brittle phase, martensite, after welding. In addition high temperatures up to melting point in welding region change superplastic structure. Therefore it is vital to use a bonding method for joining high carbon steels with respect use of their economical use. One of the methods proper to joint high carbon steels is diffusion bonding. Diffusion bonding is a solid state bonding method. This method was used first in 1940s yet its importance was realized after 1970s. New materials developed and theVII difficulties in joining of these materials with conventional methods have increased the usage of diffusion bonding. Adavantages of diffusion bonding are relatively low bonding temperatures far below melting point, no need for heat treatment before and after bonding, controlling of undesired phase formation, convenience for the materials like composites and ceramics. Them main mechanisms of diffusion bonding are: plastic deformation under initial bonding pressure, diffusion, creep and recrystallization. All of these mechanisms can be stimulated easily in superplastic materials. Superplastic materials on the other hand can induce many high diffusion channels (grain boundaries) due to very fine grained structure. At diffusion bonding temperatures it is well expected creep to be much more effective because of superplasticity. Superplastic properties of the materials generally do not change after diffusion bonding. Therefore, in this study, high carbon-hypoeutectoidic steels alloyed Al, Ti, Nb and V in different proportions were made superplastic with thermo-mechnical processes and then the superplasticity temperatures were determined with hot tension tests. Finally The superplastic specimens were diffusion bonded in vacuum below at and above the superplastic temperatures. Thus it is aimed to determine the bonding conditions which do not harm superplastic properties. As a result it is understood that superplasticity could be used as an advantage in bonding of high carbon and low alloyed steels without changing their superplastic properties. In this study the subject is introduced in the first chapter. In the second chapter, superplasticity and its parameters are given. In addition the materials studied for superplasticity are dealt with. In the 3rd and 4th chapters information on diffusion and diffusion bonding are presented. In the 5th chapter the experimental studies, in the 6th chapter the results of the experiments are given. In the 7th and final chapter conclusions and recommendations are presented. Keywords: Superplastic, superplasticity, diffusion bonding, superplastic diffusion bonding.