304L ve S355J2C+N çeliklerinin TIG kaynak yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından incelenmesi
Investigation of joining 304L and S355J2C+N steels with TIG welding in terms of microstructure and mechanical properties
Yazar: SELİN KANTUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRKAN İRSEL
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Mikroyapı = Microstructure ; Tungsten = Tungsten

Özet:
Bu tez, S355J2C+N ve 304L çeliklerinin TIG kaynak yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından araştırılmasını bildirmektedir. Farklı üstün özelliklere sahip iki ana metalin birleşimi ile oluşan kaynak bölgesi, ısıdan etkilenen iki ana metalin mikroyapılarının mekanik özelliklere etkileri araştırılmıştır. Optik incelemede, optik mikroskop (OM), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ray difraksiyonu (XRD) analizleri uygulanmıştır. Mekanik deneyler, mikrosertlik (HV 0.1), eğme, Charpy V-Notch darbe, çekme gibi testler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optik incelemede S355J2C+N ana metalin ortalama tane boyutu 5.35 ± 1 µm, 304L ana metalin ortalama tane boyutu ise 35 ± 5 µm olarak ölçülmüştür. Kaynak bölgesinin mikroyapısı heterojen bir yapı sergilemiştir. TIG kaynak işleminden sonra ısı tesiri altında kalan bölgede (ITAB) 304L için ortalama tane boyutu 41 ± 6 µm, S355J2C+N için ise 5.47 ± 1 µm' dir. Vickers mikrosertlik değerleri, 304L ana metalde ~222 ± 10 HV, S355J2C+N ana metaline ait sertlik değeri ~187 ± 10 HV olarak ölçülmüştür. Kaynak merkezinin sertliği ise en yüksek sertliğe sahip olup ~302 ± 10 HV olarak tespit edilmiştir. Çekme testinde, enine yönden çıkarılan numunelerde gözlemlenen en yüksek çekme dayanımı 534.88 ± 10 MPa'dır. Enine yönden çıkarılan numunede kopma pozisyonu S355J2C+N ITAB bölgesinden gerçekleşmiştir. Boyuna yönünden çıkarılan numunenin en yüksek çekme dayanımı 601.29 ± 15 MPa'dır. Ana metal 304L çekme dayanımı 611.46 ± 14 MPa olarak ölçülürken, ana metal S355J2C+N çekme dayanımı 551.96 ± 9 MPa olarak ölçülmüştür. Eğme testinde, 304L ve S355J2C+N ana metallerinin eğme kuvvetleri sırasıyla 27.175 ± 4 kN ve 28.480 ± 2 kN olarak ölçüldü. Enine yönünden kesilen kaynaklı numunelerin eğme kuvveti 28.245 ± 2 kN iken boyuna yönünden kesilen kaynaklı numunelerin eğme kuvveti ise 31.380 ± 2 kN olarak ölçülmüştür. Tungsten inert ark kaynağı, paslanmaz ve karbon çeliğinin birleşiminde mukavemet, sızdırmazlık ve tokluk gibi iyi özellikler sağladı ve bu kaynak yöntemi bu iki farklı metalin başarılı biçimde birleştirilmesi için uygun olduğu belirlendi. Böylelikle benzer olmayan paslanmaz çelik ve karbon çeliğinin farklı malzemeler kullanılmak istenen karmaşık sistemlerde kolaylıkla kullanılabileceği tespit edildi.

Abstract:
This thesis reports the investigation of the joining of S355J2C+N and 304L steels by TIG welding method in terms of microstructure and mechanical properties. The effects of the microstructures of the two heat-affected base metals on the mechanical properties of the weld zone formed by the combination of two base metals with different superior properties were investigated. In optical examination, optical microscope (OM), field emission scanning electron microscope (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD) analyzes were applied. Mechanical tests were carried out using tests such as microhardness (HV 0.1), bending, Charpy V-Notch impact, tensile. In optical examination, the average grain size of S355J2C+N base metal was 5.35 ± 1 µm, and the mean grain size of 304L base metal was 35 ± 5 µm. The microstructure of the welding region exhibited a heterogeneous structure. After TIG welding, the average grain size in the 304L heat affected zone (HAZ) is 41 ± 6 µm, and the average grain size in the S355J2C+N heat affected zone (HAZ) is 5.47 ± 1 µm. Vickers microhardness values were measured ~222 ± 10 HV for the 304L base material, and ~187 ± 10 HV for the S355J2C+N base material. The hardness value of the weld center has the highest hardness and was measured as ~302 ± 10 HV. In the tensile test, the highest tensile strength observed in the specimens extracted from the transverse direction is 534.88 ± 10 MPa. The rupture position of the specimen extracted from the transverse direction was from the S355J2C+N HAZ. The highest tensile strength of the sample extracted from the longitudinal direction is 601.29 ± 15 MPa. While the tensile strength of the base metal 304L was measured as 611.46 ± 14 MPa, the tensile strength of the base metal S355J2C+N was measured as 551.96 ± 9 MPa. In the bending test, the bending forces of 304L and S355J2C+N base metals were measured as 27.175 ± 4 kN and 28.480 ± 2 kN, respectively. While the bending force of the welded samples cut from the transverse direction was 28.245 ± 2 kN, the bending force of the welded samples cut from the longitudinal direction was measured as 31.380 ± 2 kN. Tungsten inert arc welding provided good properties such as strength, sealing and toughness in the combination of stainless and carbon steel, and this welding method was determined to be suitable for the successful joining of these two dissimilar metals. Thus, it has been determined that dissimilar stainless steel and carbon steel can be easily used in complex systems where different materials are desired.