Sıvı azotta bekletme ve geleneksel kriyojenik işlemlerin sae 4140 çeliğin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkilerinin karşılaştırılması
Comparison of affects of holding in liquid nitrogen and traditional cryoganic processes on mechanical and microstructure properties of sae 4140 steel
Yazar: GÜRHAN HÖKE
Danışman: YRD. DOÇ. İSMAİL ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sıvı azotta bekletme işlemi ve kriyojenik yöntemin SAE 4140 çeliğe etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda SAE 4140 çeliğine ıslah işlemi, sıvı azotta bekletme işlemi, kriyojenik işlem ve menevişleme işlemleri farklı sıra ve gruplar halinde uygulanmış ve toplamda 8 değişken oluşturulmuştur. Sıvı azotta bekletme işlemi görecek olan numuneler, 1,6 °C/dk ortalama hızla oda sıcaklığından -196 °C'ye indirilmiş ve bu sıcaklıkta 24 saat süreyle bekletilmiştir. Kriyojenik işlem uygulanacak numuneler ise 2 °C/dk sabit hızla oda sıcaklığından -140 °C'ye indirilmiş ve bu sıcaklıkta 24 saat boyunca bekletilmiştir. Yapılan mikrosertlik incelemeleri ve çekme deneyleri sonucunda, ıslah işlemi ardından yapılan tüm soğutma işlemlerinde, sertlikten ödün vermeksizin tokluğun arttığı gözlenmiştir. Tokluk açısından en bariz iyileşme; %32.83'lük artış ile ıslah işleminin ardından kriyojenik işlem ve son olarak menevişleme işlemi uygulanan 8 numaralı değişken numunelerinde görülmüştür. Sıvı azotta bekletme işlemi ve kriyojenik yöntemin, yüzey kalitesine olumlu ya da olumsuz bir etkisinin olmadığı gözlenirken; eş merkezlilik performansı bakımından sıvı azotta bekletme işlemi, kriyojenik yönteme bire bir alternatif teşkil edebilecek performansta gerçekleşmiştir. Kopma dayanımında en yüksek artış, 66 N/mm2 iyileşme ile 8 numaralı değişkende gerçekleşmiştir. Kriyojenik işlem veya sıvı azotta bekletme işlemi uygulanan tüm numunelerin mikroyapısında, martenzit dağılımında iyileşme ve martenzit oranında artış gözlenmiştir. Bu da sertlik verilerinde bir miktar artış sağlamıştır. Çalışma kapsamında incelenen özellikler bakımından; sıvı azotta bekletme işleminin, klasik kriyojenik işleme değişen oranlarda alternatif teşkil edebileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effects of the cryogenic method by waiting SAE 4140 steel into liquid nitrogen were experimentally investigated. In this context, SAE 4140 was exposed of the treatment process, incubation into the liquid nitrogen, cryogenic treatment and tempering operations in the groups of alternate rows, and a total of eight variants were generated. The temperature of samples ready for the liquid nitrogen process was lowered to -196 °C from room temperature by 1,6 °C/min speed and remained for 24 hours. The samples ready for the cryogenic process, on the other hand, were subjected to the same application from room temperature to -140 °C by 2 °C/min. The results of the micro hardness investigations and tensile tests; the cooling processes applied after subsequent treatments point the increase in toughness without any hardness deficiency. The most obvious improvement in terms of toughness was observed as 32.83% in the sample variants of number eight after applications of the treatment, cryogenic and tempering processes. Neither positive nor negative impact of the Soaking in liquid nitrogen and cryogenic method was observed. In terms of concentricity performance, soaking in liquid nitrogen process was an identical alternative of the cryogenic method. The highest increase in tensile strength was realized as 66 N/mm2 in the variant with the number 8. The increase in the distribution and the ratio of the martensite were observed in the microstructures of all the samples which were exposed to cryogenic process or soaking in liquid nitrogen treatment. This leads to an increase in the hardness results. According to the properties investigated in this study, the soaking in the liquid nitrogen treatment was suggested to be an alternative for the classical cryogenic method in various proportions.