45Mn5 ıslah çeliğinin ısıl işlem ve ergitme yöntemleri ile yüzey modifikasyonu işlemleri sonrası mekaniksel davranışlarının incelenmesi
The investigation of mechanical properties of 45Mn5 steel after surface modification processes
Yazar: SERKAN ISLAK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YILDIRIM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
ÖZET Yüksek Lisans Tezi 45Mn5 ISLAH ÇELİĞİNİN ISIL İŞLEM VE ERGİTME YÖNTEMLERİ İLE YÜZEY MODİFİKASYONU İŞLEMLERİ SONRASI MEKANİKSEL DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ Serkan ISLAK Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalürji Eğitimi Anabilim Dalı 2005, Sayfa: 105 Bu çalışmada, 45Mn5 ıslah çeliğine GTA yöntemi ile silisyum karbür (SiC) tozu kullanarak yüzey alaşımlama işlemi uygulanmıştır. Numune kalınlığı sabit tutulup tozun farklı miktarları (gram) kullanılmış olup, bunun yanında enerji girdisi, kaplama hızı ve kaplama akımı gibi işlem parametreleri değişken tutulup; bunların mikroyapısal değişmelere, mikrosertliğe, makrosertliğe ve abrasiv aşınma direncine karşı etkileri araştırılmıştır. Kaplamanın mikroyapısı, optik mikroskop (OM), taramalı electron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spectrum (EDS), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve spectral analizler ile tespit edilmiştir. Modifiye tabakalarının sertlikleri mikrosrtlik ölçme cihazı ile abrasiv aşınma özellikleri ise pin-on- disk test yöntemi ile belirlenmiştir. Aşınma testleri sonrası numunelerin kütle kayıpları tespit edilerek aşınma oranları elde edilmiştir. Alt malzeme olarak 45Mn5 çeliği kullanılmış olup, SiC tozu 0.5, 1, 1.5, 2 ve 2.5 gr. miktarlarında kullanılmıştır. Bu miktar değişiminin kaplamanın özelliklerine etkisi incelenmiştir. SiC yüzey modifikasyonlu numunelerde, ötektik altı ve ötektik üstü mikroyapılar elde edilmiştir. Katılaşmanın hızlı olmasmdan dolayı dendritik yapı meydana gelmiştir. Dendritlerin boyutları, soğuma hızın yüksek olmasından dolayı, alaşımlanmış bölgenin üst kısmına doğru küçülmekte ve doğrultuları çeşitlenmektedir. Ayrıca farklı biçim ve konsantrasyona sahip Fe7C3, FeaC, FeSi2 ve vraFeo.4Mn3.6C karbür ve kompleks fazlarını içeren mikroyapılar meydana gelmiştir. Bu yapıların oluşumu kaplama hızı, enerji girdisi ve toz miktarına göre değişmektedir. Mikroyapıdaki FeSİ2 ve sert karbür (Fe7C3, Fe2C) fazlarının varlığından dolayı, kaplama yüzeyinin makrosertliği önemli ölçüde artmıştır. Ölçülen sertlik değerleri 510-1250 FTVYdir. Mikrosertlik ölçümlerinde ise; yüzeyden alt malzemeye doğru bir hat boyunca azalma olmuştur. Bu da kaplama hızı, soğuma hızı ve katılaşma olayı ile meydana gelen faz dönüşümü ile açıklanabilir. Aşınma oranları, abrasiv aşınma deneyi sonucunca elde edilen kütle kayıpları ölçülerek elde edilmiştir. SiC ile yapılan yüzey alaşımlama işleminde en yüksek kütle kaybının, kaplama hızının yüksek, enerji girdisinin düşük ve toz ilavesinin az olduğu şartlarda olduğu tespit edilmiştir. Minimum kütle kaybı ise düşük kaplama hızı, yüksek enerji girdisi ve yüksek toz miktarında tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: GTA yöntemi, yüzey alaşımlama, ısı girdisi, abrasiv aşınma, silisyum karbür (SİC). IX

Abstract:
ABSTRACT Masters Thesis THE INVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF 45Mn5 STEEL AFTER SURFACE MODIFICATION PROCESSES Serkan ISLAK Firat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Metallurgy Education 2005, Page: 105 In this study, on the surface of a 45Mn5 steel a silicon carbid (SiC) powder layer was coated with use of GTA method. As first the specimen thickness was fixed and subsequently the different powder quantities (in gram) were used. Besides, process parameters such as heat input, coating speed and welding current were varied and the effect of these parameters on microstructural chancing, microhardness, macrohardness and abrasive wear resistance of modified materials were investigated. The microstructure of the coating layer was characterized by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive spectrometer (EDS) and spectral analysis. While the hardness of the modified layer was measured by microhardness tester, abrasive wear properties were evaluated under pin-on-disc abrasive wear test conditions. After wear tests, wear rates were calculated via the mass losses of the specimens which were measured. While the 45Mn5 steel was used as the substrate material, coating powder (SiC) was alloyed at 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 gr. quantities on to surface of these steel. Effect on the properties of the coating materials amount of SiC was investigated experimentally. The hypoeutectic and hypereutectic microstructures were observed in coated specimens. Because of rapid solidification, dendritic phases were formed. Because of high cooling rate, dendrites become finer from interface zone to top of coating and their directions were getting differently. Besides, microstructures containing Fe7C3, Fe2C, FeSi2 and Feo.4Mn3.0C carbid and intermetallic complex phases having different shape and Xcomposition were formed. The forms of these phases were depended on the coating speed, the energy input and the powder quantity. Coating surface macrohardness importantly increased because hard phases such as FeSİ2 and carbides (Fe7C3, Fe2C) exist in microstructure. The hardnesses values measured between 510-1250 HV3. As the microhardness measurements, the hardness decreased along a line from coating toward to substrate material. This can be explained with phase transformations which the coating speed, the cooling rate and solidification conditions occured. Wear rates were calculated using mass losses obtained in the result of the abrasive wear test. In surface alloying process used SiC as coating powder, the maximum mass loss was found by high coating speed, low energy input and low powder quantity conditions. The minimum mass loss also was found by low coating speed, high energy input and high powder quantity conditions. Key words: GTA process, surface alloying, heat input, abrasive wear, silicon carbid (SiC) XI