AISI 52100 rulman çeliğinde beynitik martensitik dubleks mikroyapının geliştirilmesi ve işlenebilirliğe etkisinin araştırılması
Development of bainitic martensitic doublex microstructure in AISI 52100 bearing steel and examination of its effect on machinability
Yazar: MÜCAHİT KAPLAN
Danışman: PROF. DR. ADNAN AKKURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Bu çalışmada AISI 52100 rulman çeliğinde ısıl işlemle beynit + martensit dubleks yapılar
üretilmiş, mekanik özellikler, kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkileri araştırılmıştır.
Rulman uygulamaları için gerekli sertlik değerini (~62 HRC) elde etmek amacıyla 25 mm
çapında ve küreselleştirilmiş başlangıç mikroyapısına sahip AISI 52100 çeliğinden deney
numuneleri hazırlanmıştır. Farklı östenitleme ve östemperleme sıcaklık ve sürelerinde ısıl
işlem çevrimleri uygulanmıştır. Bu çalışma sonucunda hedeflenen sertlik değeri 950 ºC'de 30
dk. östenitlemenin ardından 275 ºC'de 30 dk. östemperleme ve suda suverme sonrası elde
edilmiştir. Bu ısıl işlemle elde edilen numuneler 2253 MPa çekme dayanımı ve 19 J darbe
tokluğu sergilemişlerdir. Yine aynı başlangıç numunelerinden farklı beynit hacim oranları
(BHO) (%10, 30, 40 ve 50 BHO) 950 ºC'de 30 dk. östenitlemenin ardından 275 ºC'de farklı
sürelerde (15 dk. – 24 saat) östemperleme sonrası suda suverme işlemi ile elde edilmiştir.
İşleme parametrelerinin kesme kuvvetleri ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerini incelemek
amacıyla dört farklı beynit hacim oranına sahip numunelere sabit kesme derinliğinde (0,25
mm), 4 farklı kesme hızı 60, 80, 100, 120 m/dk. ve 3 farklı ilerleme 0,075, 0,1, 0,125
mm/dev'de sert tornalama işlemi uygulanmıştır. BHO arttıkça ilerleme kuvveti, radyal kuvvet
ve asıl kesme kuvveti azalmıştır. BHO 10 olduğunda mikroyapıda çok yüksek oranda bulunan
taze martensit ve doymamış kalıntı östenitin gerinim pekleşmesine etkisiyle kesme
kuvvetlerinin radyal bileşeninin en yüksek olduğu görülmüştür. BHO 30, BHO 40 ve BHO 50
olan numunelerde asıl kesme kuvvetinin en yüksek olduğu ve sertlik azalmasına bağlı olarak
kesme kuvvetlerinin tamamında azalma görülmüştür. Kesme kuvvetlerinin sertlikten daha çok
mikroyapıdaki faz hacim oranlarına ve morfolojilerine bağlı olduğu saptanmıştır. BHO ile
yüzey pürüzlülüğü arasında doğrusal bir ilişki gözlenmemiştir. En düşük ortalama yüzey
pürüzlülük değeri (Ra) 0,38 μm, 0,075 mm/dev ilerleme, BHO %50 ve 60 m/dk kesme hızında
sağlanmıştır. En yüksek Ra değeri 1,98 μm, 0,125 mm/dev ilerleme, BHO %10 ve 120 m/dk.
kesme hızında elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, bainite + martensite dublex structures in AISI 52100 bearing steel were produced by
heat treatment, its effects on mechanical properties, cutting forces and surface roughness were
examined. In order to obtain the hardness value (~62 HRC) necessary for bearing applications, test
specimens having 25 mm diameter and spheroidized starting microstructure were prepared from
AISI 52100 steel. Heat treatment cycles were applied at different austenitizing and austempering
temperature and time. In this study, after austenitizing at 950 ºC for 30 min., austempering at 275
ºC for 30 min. and quenching in water, aimed hardness value was achieved. Specimens achieved by
this heat treatment give a 2253 MPa tensile strength and 19 J impact toughness values. Also from
the same starting specimens different bainite volume fraction (BVF) (10%, 30, 40 and 50 BVF) has
been achieved by austenitizing at 950 ºC for 30 min., then austempering at 275 ºC for different
time periods (15 min. – 24 hours) and water quenching. In order to examine the effect of
processing parameters on cutting forces and surface roughness, hard turning was applied to
specimens having four different bainite volume fraction, with fixed cutting depth (0,25 mm), 4
different cutting speeds of 60, 80, 100, 120 m/min and 3 different feed rates of 0.075, 0.1, 0.125
mm/rev. The value of feed force, radial force and main cutting force were decreased as there was
an increase in BVF. The specimen having 10% BVF exhibited the highest radial component of
cutting forces due to the very high ratio of fresh martensite and unstable retained austenite in the
microstructure effect on strain hardening. In the specimens BVF 30, BVF 40 and BVF 50, the main
cutting force was observed to be the highest and a decrease was observed in all the cutting forces
depending on a decrease in hardness. The value of cutting forces was determined to be correlated
with the phase volume fractions and morphologies rather than the hardness value of the specimens.
No linear correlation was determined between BVF and surface roughness. The minimum value of
average surface roughness (Ra) was 0.38 μm for feedrate of 0.075 mm/rev, BVF of 50% and
cutting speed of 60 m/min. The maximum Ra was 1.98 μm for feedrate of 0.125 mm/rev, BVF of
10% and cutting speed of 120 m/min.