Nokta direnç kaynağı ile birleştirilen ileri dayanımlı otomotiv sac çeliklerinin yorulma davranışlarının incelenmesi
Investigation of the fatigue behaviours of resistance spot welded advanced high strength automotive sheet steels
Yazar: MUHAMMED ELİTAŞ
Danışman: PROF. DR. BİLGE DEMİR
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrik direnç nokta kaynağı = Electrical resistance spot welding ; Kısa ömürlü yorulma = Low cycle fatique ; Çekme makaslama = Tensile shear ; Çift fazlı çelik = Dual phase steel

Özet:
Bu çalışmada iki farklı dayanım seviyesinde ticari DP600 ve DP1000 ileri dayanımlı otomotiv sacları kullanılarak gerçekleştirilen nokta direnç kaynaklı birleşimler incelenmiştir. Çalışmada öncelikle eğmeli yorulma makinesi tasarlanarak üretilmesi sağlanmıştır. İleri dayanımlı çelikler özellikle de bu çalışmada kullanılan DP600 ve DP1000 çelikleri, günümüzün otomotiv gövdesinin ve eklenti parçalarının üretildiği en önemli metal malzemeleridir. Dinamik şartlarda çalışan, hatta istenmese de çarpışmaya maruz kalabilen, bir taşıtın imalinde kullanılan malzemelerin bütün özelliklerinin ayrıntılı olarak tespit edilmesi ve yeni açılımların sağlanması çok önemlidir. Çalışmalarda genellikle eksenel yorulma üzerinde yoğunlaşılmıştır. Bu çalışma kapsam ve konsepti ile ileri dayanımlı iki farklı DP çeliği kullanılarak ana  malzeme ve nokta direnç kaynaklı birleşimlerin yorulma davranışları  hem teorik hem de deneysel olarak detaylı incelenmiştir. Deneysel olarak; detaylı malzeme karakterizasyonu (mikro-makro inceleme), farklı parametreler kullanarak nokta direnç kaynaklı birleştirmeler, sertlik incelemesi, çekme-çekme makaslama testleri, eğmeli yorulma testi, mekanik ve kırılma davranışlarının detaylandırılması, optik ve stereo mikroskop analizleri ve XRD analizi çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca teorik olarak elastik eğri denklemi ile eğmeli yorulma kuvveti ve eğme kuvveti değerleri üzerinden de eğmeli yorulma momenti elde edilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen kuvvet verileri, maksimum şekil değiştirme enerjisi hipotezinden hareketle eğmeli yorulma gerilmesini teorik olarak hesap etmek için kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar; nokta direnç kaynak (NDK) numunelerinin ITAB ve kaynak metali mikroyapısının, esas metal alaşım içeriği, kaynak ısı girdisi ve soğuma şartlarının bir sonucu olarak esas metale göre önemli oranda değiştiğini göstermiştir. Nokta direnç kaynağı işleminden sonra kaynak metali ve ITAB sertliğinde esas metale göre önemli derecede artış meydana gelmiştir. Artan elektrod basıncı ve kaynak akımı genel olarak çekme makaslama yük taşıma kapasitesini arttırmıştır. Ayrıca sıçramanın çekme makaslama yük taşıma kapasitesi üzerinde negatif etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. Bu çalışma sonuçlarından, eksenel yorulmada olduğu gibi artan kaynak akımının eğmeli yorulma dayanımını arttırdığı gözlemlenmiştir. Kaynak çekirdeği boyutu ve yorulma dayanımı arasında doğru orantılı ilişki elde edilmiştir. Ayrıca kısa ömürlü yorulma şartlarında, DP600 çelik sac numunelerinin dayanımı her ne kadar düşük de olsa uzun ömürlü yorulma şartlarında DP1000 çeliğine göre daha iyi yorulma gerilmesi değerleri verdiği gözlemlenmiştir. Hem çekme makaslama hem de eğmeli yorulma deneylerinde çekme tipi kırılma meydana gelmiştir.

Abstract:
Resistance spot welded joints using DP600 and DP1000 advanced high strength automotive sheets with two different strength levels were investigated in the present study. Firstly, a bending fatigue machine was designed and produced in the study. High strength steels especially DP600 and DP1000 steels used in this study are the most important metal materials in where today's automotive body and attachment parts are produced. It is very important to identify all the features and provide new expansions of the materials used in the manufacture of a vehicle which are working under dynamic conditions and may even be exposed to collisions. The studies generally focus on axial fatigue. In this study, the fatigue behavior of the base material and resistance spot welded joints between two different high strength DP steels were investigated in detail both theoretically and experimentally. Experimentally; detailed material characterization (micro-macro analysis), spot welded joints obtained by different parameters, hardness examination, tensile-tensile shear tests, bending fatigue test, elaboration of mechanical and fracture behaviors, optical and stereo microscope analysis and XRD analysis were performed. Also, the bending fatigue force was calculated using the elastic curve equation and bending fatigue moment have been obtained from the bending fatigue force values. The force values obtained from experimental studies were used to calculate the bending fatigue stress theoretically based on the maximum deformation energy hypothesis. Experimental results; HAZ and weld metal microstructures of the RSW samples were significantly changed compared to the base metal because of the base metal alloy content, welding heat input and cooling conditions. Weld metal and HAZ hardness increased significantly compared to the base metal after RSW process. Generally, increased electrode pressure and welding current have increased the tensile shear load bearing capacity. Also, it has been observed that the expulsion has a negative effect on the tensile shear load bearing capacity. It has been observed that the welding current increases the fatigue strength like axial fatigue. Correlation between weld nugget size and fatigue strength was obtained. In low fatigue life conditions, DP600 steel sheet samples' strength lower than DP1000 steel. However, it was observed that DP600 steel sheet samples' fatigue stress values were better than DP1000 steel in high fatigue life conditions. Pull-out type fracture mode was occurred both tensile shear and bending fatigue experiments.