İki farklı kalite çeliğin yorulma ve aşınma davranışları
Fatigue and wear behaviours of two different steel qualities
Yazar: RAMAZAN TÜTÜK
Danışman: PROF. DR. E. SABRİ KAYALI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Mikroalaşımlı çelikler geleneksel yapı çeliklerine nazaran çok daha yüksek mukavemet ve tokluk gösterirler. Niobyum, vanadyum ve titanyum gibi karbür, nitrür ve kompleks karbonitrür bileşikleri oluşturan alaşım elementlerini, düşük miktarlarda içeren bu çeliklerde mikroalaşımlama ve kontrollü deformasyon birlikte uygulanarak tane küçültme ve çökelti sertleşmesi sağlanır. Gaz ve petrol boru hattı, depolama tankları off-shore konstrüksiyonlan ve oto karoserlerinde kullanılan sac ve levhalardan, otomotiv sanayiinde kullanılan dövme parçalara kadar oldukça geniş bir uygulama alanı içeren bu çelikler 25 - 30 yıllık geçmişe sahiptir. Bu çalışmada otomotiv sanayiinde, diferansiyel sistemi içinde, pinyon dişü malzemesi olarak kullanılan 8622 çeliklerinin yerine "Vanadyumlu Mikroalaşımlı Çelikler" grubuna giren 38MnSiVS5 mikroalaşımlı çeliklerinin kullanılıp kullanılamayacağı, burmalı yorulma ve aşınma davranışları açısından incelenmiştir. 38MnSiVS5 mikroalaşımlı çehlderinin yüzeyleri indüksiyon ve plazma nitrasyon yöntemleri ile 8622 çeliklerinin yüzeyi ise sementasyonla sertleştirilmiştir. 38MnSiVS5 çeliğinin orijinal, indüksiyonlu ve nitrasyonlu durumları ile 8622 çeliğinin sementasyonlu durumu burmalı yorulma testlerine tabi tutulmuştur. Aşınma testleri ise orijinal ve nitrasyonlu 38MnSiVS5 çelikleri ile orijinal ve sementasyonlu 8622 çelikleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yapılan burmalı yorulma deneylerinde 38MnSiVS5 mikroalaşrmlı çeliğinin indüksiyonlu durumunun orijinal durumuna göre daha düşük yorulma direncine sahip olduğu belirlenmiştir. Nitrasyonla yüzeyi sertleştirilmiş 38MnSiVS5 çeliği ile orijinal 38MnSiVS5 çeliğinin yorulma dayanımları arasında belirgin bir fark görülmemiştir. Sementasyonlu 8622 çeliği ise deney cihazının çalışabileceği maksimum gerilmeye kadar (750 MPa) çıkılmasına rağmen 5.1 06 çevrimde kırılamamıştır. Yorulma dayanımları açısından sementasyonla yüzeyi sertleştirilmiş 8622 çeliğinin, gerek orijinal ve gerekse yüzeyi sertleştirilmiş 38MnSiVS5 çeliklerden çok daha yüksek yorulma direncine sahip olduğu görülmüştür. Yapılan ileri-geri aşınma testlerinde İse orijinal 8622 çehğinin sementasyonla yüzeyi sertleştirildikten sonra aşınma hızında ciddi bir düşüş görülmüştür. Aynı şekilde orijinal 38MnSiVS5 çeliğinin de nitrasyonla yüzeyi sertleştirildikten sonra aşınma hızı düşmektedir. Sementasyon işlemi uygulanan 8622 çeliği ile nitrasyon uygulanan 38MnSiVS5 çeliğinin aşınma dirençleri arasında özellikle yüksek deney hızlarında belirgin bir fark görülmemiştir. vm

Abstract:
Microalloyed steels which have history of 25 -30 years, are now being used in a wide range of applications such as gas and petrol pipelines, storage tanks, off shore constructions, automotive body panels. These steels exhibit improved strength and toughness compared to conventional carbon steels. They contain small amounts of alloying elements such as niobium, vanadium and titanium in their chemical composition, which form carbide, nitride and complex carbonitride precipitates on ferrite and ferrite lamels of pearlite. Grain refinement and precipitation hardening through combination of microalloying and controlled deformation processes result in an increment in both strength and toughness. The aim of this thesis was to find out whether 38MnSiVS5 microalloyed steel can be an alternative material of AISI 8622 quality steels for pinion gear application of automotive differential systems. In this study 38MnSiVS5 and AISI 8622 quality steels were compared by torsional fatigue and reciprocating wear tests after application of surface hardening treatments. For 38MnSiVS5 microalloyed steel induction hardening and plasma nitriding, and for AISI 8622 quality steel carburizing were the applied surface treatments. Fatigue tests revealed that, induction hardened 38MnSiVS5 microalloyed steel exhibited lower wear resistance than as-received and nitrated conditions. The fatigue resistances of as-received and nitrated 38MnSiVS5 microalloyed steels were almost the same. Carburized AISI 8622 quality steel did not fail even at the maximum stress level of the fatigue tester (750 MPa) after 5xl06 cycles. Thus, carburized AISI 8622 quality steel showed significantly higher fatique resistance than as-received and surface treated 38MnSiVS5 microalloyed steels Wear tests revealed dramatic reduction in wear rate of AISI 8622 quality steel after carburizing. In the same manner, the wear rate of the 38MnSiVS5 decreased after nitriding. Especially at high wear testing rates, carburized AISI 8622 quality steel and nitraded 38MnSiVS5 microalloyed steel exhibited similar wear resistances. IX