Su verme ve karbon ayrıştırma ısıl işlemi ile üretilen ileri yüksek mukavemetli çeliklerde kromun mikroyapıya ve mekanik özelliklere etkisi
Effect of chromium on microstructure and mechanical properties of advanced high strength steels producted by quenching and carbon partitioning heat threatment
Yazar: SONER ASLAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET EROĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Motor teknolojisinin fosil yakıtlı veya elektrikli olmasına bakılmaksızın, otomobillerin menzilini arttırmak otomotiv sektörünün ana amacıdır. Bu amacı sağlamak için güvenlik standartlarınından ödün vermeden, düşük ağırlıklı otomobiller geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Su verilmiş ve karbon ayrıştırılması yapılmış (Q&P) çelik teknolojisi, düşük alaşımlı çeliklere uygulanabilirliği, üretiminin otomasyona uygunluğu, ısıl işlemde ihtiyaç duyulan enerjinin daha az olması, mukavemet ve süneklik birleşik değerinin yüksek olması gibi birçok nedenle bu alanda öne çıkmıştır.
Bu doktora tezinde, krom elementinin Q&P çeliklerinde mekanik ve mikroyapı üzerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, kimyasal kompozisyonu kromsuz ve ağırlıkça yüzde 0,6, 0,9 ve 1,2 krom içeren düşük karbon içeriğine sahip 30 mm kalınlığında çelik plakalar kum kalıba döküm yöntemiyle elde edilmiştir. Plakaların kalınlığı, önce sıcak presleme ile 16 mm'ye ve sonrasında dövme işlemiyle 4 mm'ye düşürülmüştür. Elde edilen bu saclardan mikroyapı ve mekanik özelliklerin incelenmesi için standartlara uygun numuneler çıkarılmıştır. Sayısal çalışmalarla elde edilen sıcaklık ve bekletme zamanı gibi parametrelere göre her bir numune grubuna üç karbon ayrıştırma sıcaklığı ve üç farklı ayrıştırma süresinde Q&P işlemi uygulanmıştır. Bu numunelere, çekme ve sertlik testleri uygulanmıştır. Ayrıca bu veriler, X-ışını spektroskopisi (EDS) ve X-ışını difraksiyonu (XRD), optik mikroskop ve SEM incelemeleri birlikte değerlendirilerek malzemelerin içyapıları, kopma türü,  kalıntı östenit miktarı ve kalıntı östenit karbon oranları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar istatistik programları yardımıyla karşılaştırılmıştır.
Yapılan mikroyapı incelemeleri ve mekanik testler sonucunda krom oranının arttırılmasının, kalıntı östenit miktarını ve çekme mukavemetini arttırırken uzama değerleri üzerinde önemli bir etkisi olmadığı görülmüştür. Tüm numunelerde yoğun sünek kopma ve az miktarda gevrek kırılma yüzeyleri görülmüştür. Sonuç olarak, en yüksek kalıntı östenit miktarının en yüksek krom içerikli numunede 420 °C de 200 s bekleme süresinde elde edildiği görülmüştür. En yüksek östennit karbon konsantrasyonlarının, ısıl işlem süresinden bağımsız olarak en yüksek sıcaklıkta işlem gören numunelerde görülmüştür. Deneysel çalışmalar sonucunda, numunelerin mukamevet-süneklik çarpımı değerinin geniş bir aralıkta (15519-37100 MPa.%) değiştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Regardless of whether the motor technology is fueled by fossil fuels or electricity, increasing the range of automobiles is the main goal of the automotive industry. To achieve this goal, low-weight vehicles are being developed without compromising safety standards by using high-strength materials. The quenching and partitioning (Q&P) steel technology has emerged as a prominent method in this field due to its many advantages, such as its applicability to low-alloy steels, suitability for automation in production, low energy consumption during heat treatment.
The aim of this doctoral thesis is to investigate the effect of the chromium element on the mechanical and microstructural properties of Q&P steels. For the study, steel plates with a chemical composition that is either free of chromium or contains 0.6%, 0.9%, or 1.2% chromium by weight and with a low carbon content of 30 mm thickness were obtained using sand casting. The thickness of the plates was reduced to 16 mm using hot pressing and then to 4 mm using forging. Standard samples were taken from these plates for microstructure and mechanical property analysis. Q&P treatment was applied to each sample group at three different carbon partitioning temperatures and three different partitioning times according to numerical parameters such as temperature and holding time. Tensile and hardness tests were performed on these samples. These data were evaluated together with X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD), optical microscope, and SEM observations to calculate the material's internal structure, fracture type, retained austenite content, and retained austenite carbon content. The results obtained were compared using statistical programs.
As a result of microstructure analysis and mechanical tests, it was observed that increasing the chromium content increases the retained austenite content and tensile strength while having no significant effect on elongation values. Intensive ductile fracture and small amounts of brittle fracture surfaces were observed in all samples. As a result, it was found that the highest retained austenite content was obtained in the highest chromium-containing sample at 420°C for 200 s of holding time. Austenite carbon concentrations were observed in the samples processed at the highest temperature regardless of the process time. As a result of the study, samples with a wide range of strength-toughness multiplication values ranging from 15519 to 37100 Mpa.% were produced.