Kriyojenik işlem uygulanmış yay çeliklerinin aşınma özelliklerine alaşım elementlerinin etkisi
Effects of alloying elements on the wear characteristics of cryogenic treated spring steels
Yazar: ERDU DOĞUŞ GÜL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ANIK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada otomotiv endüstrisi başta olmak üzere birçok alanda kullanılan yay çelikleri, geleneksel ve kriyojenik ısıl işleme tabii tutulmuş ve bu işlemlerin etkileri deneysel olarak incelenmiştir.
Yay çelikleri birçok farklı alanda birçok farklı sınıfta, şekilde, boyutta kullanılırlar. En önemli kullanım yerlerinden biri denge çubuklarıdır. Değişken çevrimsel yükler altında kullanılan yay çeliklerinin uzun süre güven içerisinde kullanılabilmesi için mutlaka yüksek mekanik dayanım göstermeleri gerekir.
Bu çalışmada farklı deneysel çalışmalar ile geleneksel ısıl işlem ve derin kriyojenik işlemin karşılaştırması yapılmıştır. Çalışmada 55Cr3, 51CrV4, 52CrMoV4 alaşımlı yay çeliklerinin yanı sıra alaşım elementlerinin etkisini anlamak için C50 sade karbon çeliği kullanılmıştır. Derin kriyojenik işlem 2 ℃/dk soğutma ve ısıtma hızlarıyla -196 ℃ sıcaklıkta 24 saatte gerçekleştirilmiştir. Bütün numunelerin içyapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ray spektroskopisi (EDS) yöntemleri ile incelenmiştir. Mikro ve makro sertlikler ölçülmüş ve aşınma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca geleneksel ve kriyojenik ısıl işlem sonrası X-ışınları kırınımı (XRD) yöntemi ile yapı saptanmıştır. Aşınma deneyi ball-on-disc metodu ile kuru koşullarda 5 N yük ile 100 metre mesafede, 2,5 mm yarıçapta, 5 cm/s kayma hızında ve 3 mm çapında WC bilya aşındırıcı kullanılarak yapılmıştır.
Deneysel sonuçlar incelendiğinde kriyojenik işlem ile mikroyapıda yeni karbürlerin oluştuğu ve bunların homojen dağılım gösterdikleri tespit edilmiştir. Sertlik ve aşınma oranının kriyojenik işlem ile iyileştiği görülmüştür. Ayrıca alaşım elementleri miktarının artmasıyla bu özelliklerde artış yaşandığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, spring steels which are used in different fields but particularly in the automotive industry, are conventionally and cryogenically heat treated and the effects of the treatments are experimentally investigated.
Spring steels are used in many different classes, shapes, and sizes. One of the most important areas of use is stabilizer bars. Spring steels used under variable cyclic loads must show high mechanical strength in order to be used safely for a long time.
In this study, the comparison of conventional heat treatment and deep cryogenic treatment has been made through different experimental studies. In the study, alloyed 55Cr3, 51CrV4, 52CrMoV4 spring steels and C50 plain carbon steel were used to understand the effect of alloying elements. Deep cryogenic treatment was carried out in 24 hours at -196 ℃ with cooling and heating rates of 2 ℃/min. Microstructures of all samples were examined with optical microscope, scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) methods. Macro and micro hardness measurements were made and wear tests were carried out. In addition, the structure was determined by X-ray diffraction (XRD) method after conventional and cryogenic heat treatment. The wear test was carried out using ball-on-disc method in dry conditions at 100 meters sliding distance with 5 N load, 2.5 mm radius, 5 cm/s sliding velocity and 3 mm diameter WC ball as counter body.
The results reveal that with the cryogenic treatment new carbides were formed in the microstructure and distributed homogeneously. The hardness and wear rate improved by the cryogenic process. In addition, it has been observed that these properties increase with the increase in the number of alloying elements.