Toz metal çeliklerde farklı matriks yapıda küresel sementit üretimi ve mekanik davranışlarının karşılaştırılması
Comparison of spherical cementite production and mechanical behavior in different matrix structure in powder metal steel
Yazar: ONUR ALTUNTAŞ
Danışman: PROF. DR. AHMET GÜRAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Isıl işlem = Heat treatment ; Malzeme bilimi = Material science ; Metalurji = Metallurgy ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Çelik üretimi = Steel production

Özet:
Çelik alaşımları yüksek mekanik dayanıma sahip olmalarından dolayı günümüz dünyasında en çok
kullanılan mühendislik malzemeleridir. Çelik alaşımları günümüzde genellikle yassı ürün ve ingot
halde kullanılmakla beraber son yıllarda giderek kullanımı yaygınlaşan toz metalürjisi de sektördeki
yerini almıştır. Toz metalürjisi ile üretilen çeliklerin mekanik dayanımları çeşitli ısıl işlemler ile artırılabilmektedir. Bu çalışmada literatürde ilk defa çelik alaşımlarında beynitik matrikste küresel sementit mikroyapısı üretilmiş ve mekanik dayanımları incelenmiştir. Bu amaçla iki farklı saf demir tozuna karbon kaynağı olarak grafit tozu ilave edilerek yüksek karbonlu alaşımsız toz metal çelik numuneler üretilmiştir. Birinci grupta elektroliz yöntemiyle üretilen NC100.24 saf demir tozları kullanılırken, ikinci grupta su atomize ATOMET 1001 saf demir tozları kullanılmıştır. Her iki grupta da ağırlıkça %1.5 grafit ve yağlayıcı olarak da %0.5 toz Zn stearat karışıma ilave edilmiştir. Hem birinci hem ikinci grup karışım tozlar, 700 MPa başınç altında soğuk olarak preslenmiş ve 1150 °C'de 20 dakika sürede saf argon gaz atmosferinde sinterlendi. Buna ilaveten ikinci grup numuneler 700 MPa başınç altında soğuk olarak preslenmiş ve 10-2 Mpa vakum atmosferinde
1200°C'de 20 dakika süre sinterlenmiştir. BMKS mikroyapılarının üretilmesi için martensitik
mikroyapıdaki numunenin aşırı temperlenmesiyle elde edilen ferritik matrikste küresel sementit
numuneleri başlangıç malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu numunelerin Ac1 sıcaklık çizgisi üzerinde
735-750°C'de kısmi östenitlenmeleri ve 300-350°C'deki nötr tuz banyosunda 1-2-5 saat süre ile
östemperlenmeleri ile beynitik matrikste küresel sementit numuneleri üretilmiştir. BMKS
mikroyapısına sahip toz metal çeliklerin yoğunluk ve sertlik ölçümleri sonrasında mikroyapısal
karakterizasyonları için taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri alınmıştır. Uygulanan ısıl
işlemler sonucu çökelen fazlar X-RD analizi ile incelenmişlerdir. Mekanik dayanımları ise darbe ve
kuru ortam aşınma testleri ile incelenmiştir. Ayrıca numunelerin ortalama tane boyutu, kristalografik oryantasyonları ve tane sınırı açısı ölçümleri için electron back scatter diffraction (EBSD) görüntüleri elde edilmiştir.

Abstract:
Alloy steels are the most commonly used engineering materials, due to their high mechanical strength
in today's world. Although steel alloys are generally used in as flat products and ingots, powder
metallurgy, which has become increasingly widespread in recent years, has taken its place in the
sector. Mechanical strength of steels produced by powder metallurgy can be increased by various
heat treatments. In this study, for the first time in the literature, spherical cementite within bainitic matrix microstructure has been produced and the mechanical strength of the steel alloys has been investigated. For this purpose, high carbon unalloyed powder steel samples were produced by adding graphite powder as carbon source into two different pure iron powders. In the first group, NC100.24 pure iron powders produced by electrolysis method were used. In the second group, ATOMET 1001 pure iron powders were used. In both groups, 1.5% by weight of graphite and 0.5% by weight of
powder Zn stearate as lubricant were added to the mixture. Both first and second group mixture
powders were cold pressed under 700 MPa and sintered in a pure argon gas atmosphere for 20
minutes at 1150 ° C. In addition, the second group of samples were cold pressed under 700 MPa and
sintered for 20 minutes at 1200 ° C in a vacuum atmosphere of 10-2 Mpa. For the production of
SCBM microstructures, via by over-tempering the martensitic microstructure, In the ferritic matrix
spherical cementite samples were used as starting material. Spherical cementite in bainitic matrix
samples were produced in partly austenization at 735-750 ° C on the Ac1 temperature line and
austempered in the neutral salt bath at 300-350 ° C for 1-2-5 hoursrespectively. Density and hardness measurements of powder metal steels with SCBM microstructure then, scanning electron microscopy(SEM) images were taken for microstructural characterization. The precipitated phases were
investigated by X-RD analysis. Their mechanical strength was examined by impact and dry sliding
wear tests. In addition, electron back scatter diffraction (EBSD) images were obtained for mean grain size and grain boundry angle measurements of samples.