Toz metalurjisi yöntemiyle hazırlanan çelik malzemede mikroyapı ve darbe tokluğunun incelenmesi
Investigation of microstructure and impact toughness in steel material prepared by powder metallurgy method
Yazar: HACER TAŞDÖĞEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HAKAN GÖKMEŞE
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yüksek karbon içeren ve toz metalurjisi yöntemi kullanılarak üretilen çeliklere farklı küreselleştirme ısıl işlemleri uygulanmıştır. Uygulanan ısıl işlemler sonucunda küresel sementit yapısının oluşumu incelenmiştir Bu ısıl işlemler sonrası yüksek karbonlu toz metal çeliklerin darbe tokluğu, sertlik değişimi ve mikroyapıları incelenmiştir. Deneysel çalışmalar için, gaz atomizasyon yöntemiyle üretilmiş, Höganäs firmasından temin edilen ABC.100.30 marka %99.9 saflıkta Fe tozlarına ağırlıkça Alfa Aesar firmasından temin edilen %1,2 grafit tozu eklenmiştir. Ağırlıkları ölçülen tozların homojen olarak karışması için, gezegen tipi karıştırıcıda bilyesiz olarak 50 rpm hızda 30 dk boyunca karıştırma işlemi uygulanmıştır. .Karıştırma işlemi tamamlanan tozlar, mikroyapı incelemeleri ve darbe deneyleri için presleme kalıplarında 850 MPa basınç altında preslenmiştir. Presleme işlemi oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Presleme işlemini takiben toz metal çelik numuneler,1180oC'de 20 dk boyunca sinterlenmiştir.  Sinterleme işlemi tamamlanan numunelere sırasıyla 3 farklı ısıl işlem metodu uygulanmıştır. İlk olarak Demir -Karbon (Fe-Fe3C) denge diyagramında Ac1 sıcaklık çizgisinin (723ºC)  altında olan 700 ºC sıcaklıkta, 5-10-20-40 saat klasik küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır. İkinci olarak; Demir-Karbon (Fe-Fe3C) denge diyagramında Ac1 sıcaklık çizgisinin (723ºC)  altında ve üstünde (700 ºC ve 740ºC) 510-20-40 saat salınımlı küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır. Son olarak endüstriyel uygulamaların dışında, asıl çalışma amacı olarak, numunelere su verme işlemini takiben küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır. Bu ısıl işlemde numuneler 900 oC sıcaklıkta 5 dk bekletilmiştir. Tamamen östenit yapı sağlandıktan sonra, suda su verme işlemi uygulanarak martenzit yapısı elde edilmiştir. Bu işlem sonrasında demir-karbon (Fe-Fe3C) denge diyagramında Ac1 sıcaklık çizgisinin (723ºC)  altında 700 ºC sıcaklıkta 5-10-20 saat olarak küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır.  Üçüncü yöntem kullanılarak üretilen numunelerde oluşan küreselleşme davranışının ilk iki yöntem kullanılarak uygulanan ısıl işleme kıyasla daha kısa sürelerde oluştuğu gözlemlenmiştir. Küreselleştirme ısıl işlemleri sonunda artan küreselleştirme ısıl işlem zamanına bağlı olarak küreselleşme eğilimin arttığı belirlenmiştir. Küreselleşme eğiliminin artmasıyla birlikte darbe tokluklarında bir artış gözlemlenmiştir. Ancak sertlik değerlerinin artan küreselleşme zamanına bağlı olarak azaldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Different spheroidizing heat treatments were applied to the steels containing high carbon and produced by powder metallurgy method. As a result of applied heat treatments, the formation of spherical cementite structure was investigated. After these heat treatments, impact toughness, hardness change and microstructures of high carbon powder metal steels were investigated. For experimental studies, 1,2% graphite powder obtained from Alfa Aesar was added to 99.9% purity Fe powders of ABC.100.30 obtained by Höganäs and produced by gas atomization method. For the homogeneous mixing after weight measurements of powders, powders were mixed in a planetary type mixer at 50 rpm for 30 minutes. Mixed powders were pressed under pressure of 850 MPa in pressing molds for microstructure investigations and impact tests. Pressing was carried out at room temperature. Following the pressing process, powder metal steel samples were sintered at 1180 ° C for 20 minutes. Three different heat treatment methods were applied to samples after sintering process respectively. Firstly, in the Iron-Carbon (Fe-Fe3C) equilibrium diagram, the classical spheroidizing heat treatment was applied to samples for 5-10-20-40 hours at 700 ºC which is below the Ac1 temperature line (723ºC). Secondly; cyclically spheroidizing  heat treatment as below and above Ac1 temperature line (723ºC) (700 ºC and 740ºC) 5-10-20-40 hours in Iron-Carbon (Fe-Fe3C) equilibrium diagram was applied to samples Finally, spheroidizing heat treatment was applied to the samples after quenching process in addition to industrial applications as the main purpose of the study. In this heat treatment, samples were kept at 900 ºC for 5 minutes. After providing austenite structure, martensite structure was obtained by applying quenching process in water. After this process, spheroidizing heat treatment was applied to samples at 700 ºC for 5-10-20 hours below Ac1 temperature line (723ºC) on the iron-carbon (Fe-Fe3C) equilibrium diagram. It was observed that the spheroidizing behavior of the samples produced by the third method occurred in shorter periods compared to the heat treatment applied using the first two methods. At the end of the spheroidizing heat treatment, spheroidizing tendency was increased due to the increasing spheroidizing heat treatment time. An increase in impact toughness was observed with increasing of spheroidizing tendency. However, decreasing hardness values were confirmed depending on increasing spheroidizing time