Karbür içermeyen beytinik dökme çeliklerin aşınma davranışı
Wear behavior of carbide-free bainitic cast steal
Yazar: HALİL ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. VOLKAN KILIÇLI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, östemperleme sıcaklığının karbür içermeyen beynitik dökme çeliğin (KİD-DÇ) mikroyapısı, mekanik özellikleri ve aşınma davranışı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Numuneler 900°C'de 60 dakika östenitleme sonrası östemperleme ısıl işlemi için 275°C, 300°C, 325°C ve 350°C'deki tuz banyosunda 90 dakika izotermal bekletilmiştir. KİB-DÇ numunelerin mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Östemperlenmiş KİB-DÇ numunelerinin kalıntı östenit hacim oranı X-ışını kırınımı (XRD) ile belirlenmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla sertlik deneyleri yapılmıştır. ASTM G133-22 standardına uygun olarak pin on disk yöntemiyle aşınma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Aşınmış yüzeylerdeki hacim kayıpları optik profilometre kullanılarak ölçülmüştür. Ayrıca aşınmış yüzeyler SEM ile incelenerek baskın aşınma mekanizmaları belirlenmiştir. KİB-DÇ numunelerde 275°C'de 90 dakika östemperleme ısıl işlemiyle en ince taneli mikroyapı ve 350°C'de 90 dakika östemperleme ısıl işlemiyle en kaba taneli mikroyapı elde edilmiştir. 275°C'de 90 dakika östemperlenen numunede en yüksek sertlik (54,9 HRC) elde edilirken en düşük sertlik (48,6 HRC) 350°C östemperlenen numunede elde edilmiştir. 275°C östemperlenen numunede en düşük kalıntı östenit hacim oranı (%17,5) elde edilmiştir. En yüksek kalıntı östenit hacim oranı (%24,2) ise 350°C östemperlenen numunede elde edilmiştir. Döküm halindeki numunede en yüksek aşınma ile hacim kaybı (0,3304 mm3) ve en yüksek aşınma hızı (1,32x10-4 mm3/N.m) elde edilmiştir. KİB-DÇ numunelerde östemperleme sıcaklığına bağlı olarak aşınma hızları incelendiğinde 275°C östemperlenen numunede en düşük aşınma hızı (6,68x10-6 mm3/N.m), en düşük aşınma ile hacim kaybı (0,0167 mm3) ve en düşük ortalama sürtünme katsayısı (μ= 0,684) elde edilmiştir. Buna karşın en yüksek aşınma hızı (1,62x10-5 mm3/N.m), en yüksek aşınma ile hacim kaybı (0,0406 mm3) ve en yüksek ortalama sürtünme katsayısı (μ= 0,709) 350°C östemperlenen numunede elde edilmiştir. KİB-DÇ numunelerinin aşınmış yüzeyleri incelendiğinde baskın aşınma mekanizmaları oksidatif ve adhesif aşınma mekanizmasının mevcut olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
This study investigated the effect of austempering temperatures on microstructure, mechanical properties, and wear behavior of carbide-free bainitic cast steel (CFB-CS). The samples were austenitized at 900°C for 60 minutes and then isothermally held in a salt bath at 275°C, 300°C, 325°C and 350°C for 90 minutes for austempering heat treatment. The microstructures of the carbide-free bainitic cast steel samples were examined by optical microscope and scanning electron microscope (SEM). The volume fraction of retained austenite was determined by X-ray diffraction (XRD) in the carbide-free bainitic cast steel samples. Hardness experiments were performed to determine the mechanical properties. Wear tests were carried out using the pin-on-disk method by ASTM G133-22 standard. The volume losses on the worn surfaces were measured using an optical profilometer. In addition, the worn surfaces were examined by SEM to determine the dominant wear mechanisms. The finest microstructure was obtained by austempering heat treatment at 275°C for 90 minutes, and the coarsest microstructure was obtained by austempering heat treatment at 350°C for 90 minutes in CFB-CS samples. The highest hardness (54.9 HRC) was obtained in the sample austempered at 275°C for 90 minutes, while the lowest hardness (48.6 HRC) was obtained in the sample austempered at 350°C. The lowest volume fraction of retained austenite (17.5%) was obtained in the sample austempered at 275°C. The highest volume fraction of retained austenite (24.2%) was obtained in the sample austempered at 350°C. Volume loss with the highest wear on the sample in the as-cast condition (0.3304 mm3) and the highest wear rate (1.32x10-4 mm3/N.m) has been obtained. When the wear rates of the CFB-CS samples depending on the austempering temperatures were examined, the lowest wear rate of the austempered sample was 275°C (6.68x10-6 mm3/N.m), volume loss with the lowest wear (0.0167 mm3) and the lowest average coefficient of friction (μ = 0.684) were obtained. On the other hand, the highest wear rate (1.62x10-5 mm3/N.m), volume loss with the highest wear (0.0406 mm3), and the highest average coefficient of friction (μ = 0.709) were obtained at 350°C. It was determined that oxidative and adhesive wear mechanisms were predominantly present when the worn surfaces of the CFB-CS samples were examined.