Tel ark katmanlı imalat yöntemi ile yüksek aşınma dayanımlı malzeme üretimi ve özelliklerinin karakterizasyonu
Properties characterisation of high tribological resistant materials produced by wire arc additive manufacturing method
Yazar: BELGA ZEYNEP ULUTAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN GAŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Plazma Tel Ark Katmanlı İmalat (P-TAKİ) yöntemi ile yüksek alaşımlı ve orta karbonlu çelik tel kullanılarak malzeme üretimi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Üretim işlem şartları araştırılarak parametreler belirlenmiş ve üretilen malzemelere ısıl işlem ve kriyojenik işlem uygulanmıştır. Bu malzemelerin işlemsiz, ısıl işlemli ve ısıl işlemli+kriyojenik işlemli numuneleri üzerinden mekanik ve kimyasal özellikleri karşılaştırılmış; mikroyapılarındaki değişimler, çekme mukavemeti, aşınma davranışları ve sertlikleri araştırılarak tribolojik özellikleri incelenmiştir.
Deneysel çalışmalarda 0,4 C'lu ve yüksek alaşımlı (Cr-Si-Mn) çelik tel  kullanılarak P-TAKİ yöntemi ile AISI 304 paslanmaz çelik plaka üzerine üç adet malzeme biriktirilmiştir. Üretilen malzemeler karşılaştırıldığında, işlemsiz üst bölge numune mikroyapısında martenzit ve östenik adacıkları oluşumu gözlenmiş, alt bölge numunesinde martenzit ve östenit adacıkları yanısıra daha sık beynit yapısı görülmüştür. Cr (4,4) elementi nedeniyle homojen dağılımı olmayan karbür taneleri görülmüştür.  Isıl işlem ile su verilmiş ve menevişlemeye tabi tutulmuş numunlerde hızlı soğuma sonucunda daha belirgin martenzitik yapı ortaya çıkmıştır. Temperleme sonrasında beklenildiği gibi karbürlerin homojen bir şekilde çökeldiği tespit edilmiştir. Isıl işlem sonrası kriyojenik işlem de uygulanan numunelerde mikroyapıda belirgin bir farklılık görülmemiştir. Ancak mikroyapı içerisinde daha ince taneli karbürlerin homojen çökelme şeklinde ortaya çıktığı net bir şekilde görülmüştür. 
Makro ve mikrosertlik değerleri, kırılma tokluğu ve aşınma değerleri ısıl işlem ve arkasından yapılan kriyojenik işlem ile iyileşme göstermiştir. Çekme deneylerinde ısıl işlem ve kriyojenik işlemle birlikte çekme ve akma mukavemetlerinde artış gözlenmiştir.




Anahtar Kelimeler: Mikroyapı, Kriyojenik İşlem, Mekanik Özellikler, Tel Ark Katmanlı İmalat, Triboloji, Orta Karbonlu Çelik.

Abstract:
In this study, material production was successfully carried out using high alloy and medium carbon steel wire with the Plasma Wire Arc Additive Manufacturing (P-WAAM) method. The production process conditions were investigated, the parameters were determined, and heat treatment and cryogenic treatment were applied to the produced materials. The chemical and mechanical properties of these materials were compared on untreated, heat treated and heat treated+cryogenic treated samples; Its tribological properties were examined by investigating the changes in microstructure, its effect on tensile strength, wear behavior and hardness.
In experimental studies, three materials were deposited on an AISI 304 stainless steel plate using the P-WAAM method using 0,4 C and high alloy (Cr-Si-Mn) steel wire. When the produced materials were compared, the formation of martensite and austenite islands was observed in the untreated upper region sample microstructure, and a more frequent bainite structure was observed in the lower region sample, as well as martensite and austenite islands. Due to the Cr (4,4) element, non-homogeneous carbide grains were observed. A more pronounced martensitic structure emerged as a result of rapid cooling in samples quenched and tempered by heat treatment. It was determined that carbides precipitated homogeneously after tempering, as expected. It was observed that microstructure of the samples applied to cryogenic treatment showed no significant difference after the heat treatment. However, it was clearly seen that finer grained carbides appeared as homogeneous precipitation within the microstructure.
Macro and microhardness values, fracture toughness and wear values improved with heat treatment and subsequent cryogenic treatment. In tensile tests, an increase in tensile and yield strengths was observed with heat treatment and cryogenic treatment.


Keywords: Wire Arc Additive Manufacturing, Mikrostructure, Mechaninal Properties, Tribology, Medium Carbon Steel, Cryogenic Process.