Sıcak dövme işlemi uygulanan mikroalaşımlı çeliklerin mikroyapı ve işlenebilirlik özelliklerinin araştırılması
Investigating the microstructure and machinability properties of microalloyed steels applied to hot forging
Yazar: BARIŞ ÖZLÜ
Danışman: PROF. DR. HALİL DEMİR ; DOÇ. DR. MUSTAFA TÜRKMEN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Otomobil sektöründe sıcak dövme yöntemi ile üretilen rot başı, rot kolu, rotil ve çeki kolu gibi otomotiv parçalarının üretiminde mikroalaşımlı ve ıslah çelikleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, mikroalaşımlı 38MnVS6 ve ıslah çeliği 41Cr4 ham malzeme (HM) haricindeki diğer numuneler indüksiyon tavlama sistemi ile 1200 ºC sıcaklığa kadar tavlanan numuneler, kapalı kalıpta dövülmüşlerdir. Dövme işlemi sonrası numuneler kumda (KS), havada (HS), yağda (YS) ve polimerli suda (PSS) soğutulmuştur. Farklı ortamlarda soğutulan numunelerin mikroyapı incelemeleri ile sertlik ölçümleri yapılmış, tane boyutu, ferrit ve perlit fazlarının % oranları belirlenmiştir. 38MnVS6 ve 41Cr4 HM ile sıcak dövme işleminden sonra KS, HS, YS ve PSS numuneleri tornalama işlemine tabi tutulmuştur. Numunelerin tornalanmasında TiCN-Al2O3-TiOCN kaplı karbür kesici takım ve Al2O3-TiCN-TiN kaplamalı seramik kesici takımlar kullanılmıştır. Deneyler kuru kesme şartlarında CNC torna tezğahında beş farklı kesme hızında (120, 150, 180, 210 ve 240 m/dak), dört farklı ilerleme miktarında (0,04, 0,08, 0,12 ve 0,16 mm/dev) ve dört farklı kesme derinliğinde (0,4, 0,6, 0,8 ve 1 mm) yapılmıştır. Numunelerin mikroyapı ve sertliklerindeki değişimin ve kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınmasına etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar 38MnVS6 HM ile bütün soğuma şartlarında hazırlanan numunelerin, 41Cr4 çeliğine nazaran, daha yüksek sertlik değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. Tornalama deneylerinde 38MnVS6 ve 41Cr4 HM'lerin kaplamalı karbür ve kaplamalı seramik kesici takımlar ile işlenmesinde en düşük kesme kuvvetleri (Fc) ölçülmüştür. 38MnVS6 ve 41Cr4 çeliklerinin dövme işlemi sonrası HS ve PSS numunelerin 0,16 mm/dev ilerleme miktarında kaplamalı karbür ve kaplamalı seramik kesici takım ile işlenmensinde en yüksek kesme kuvvetleri (Fc) ölçülmüştür. 38MnVS6 ve 41Cr4 çeliklerinin dövme işlemi sonrası HS ve PSS sonucunda elde edilen numunelerin 180 m/dak kesme hızında kaplamalı karbür ve kaplamalı seramik kesici takım ile işlenmensinde en düşük yüzey pürüzlülük (Ra) değerleri ölçülmüştür. Dövme işlemi sonrası farklı ortamlarda soğutulan numunelerin mikroyapıları, tane boyutları, sertlik değerleri ve kesme parametrelerinin kesme kuvvetleri, yüzey pürüzlülüğü ve takım aşınması üzerinde önemli etkiye sahip olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In the automobile industry, microalloyed and tempered steels are used in the production of automotive parts such as joint rod, tie-rod, ball joint, and drawbar, all of which were produced using hot forging. In this study, samples other than micro-alloyed 38MnVS6 and tempered steel 41Cr4 as-received material (AR) were annealed using an induction annealing system at temperatures of up to 1200 ºC and closed-die forged. After the forging process, the samples were cooled in sand (SC), air (AC), oil (OC) and polymer water (PWC). Hardness measurements of the samples cooled in different environments were made and microstructure examination, and grain size volume fraction of ferrite and perlite phases were determined. After the hot forging process AR, SC, AC, OC and PWC samples obtained from 38MnVS6 and 41Cr4 steel were subjected to turning process. In the turning of the samples, both TiCN-Al2O3-TiOCN coated carbide cutting tool and Al2O3-TiCN-TiN-coated ceramic cutting tools were used. The experiments were conducted under dry cutting conditions at a CNC lathe work bench at five different cutting speeds (120, 150, 180, 210, and 240 m/min), at four different feed rates (0.04, 0.08, 0.12 and 0.16 mm/rev), and at four different depth of cuts (0.4, 0.6, 0.8, and 1 mm). The effects of changes in the microstructure and hardness of the samples along with cutting parameters on cutting forces, surface roughness, and tool wear were investigated. The results showed that the samples prepared under all of the cooling conditions and with 38MnVS6 AR had higher hardness values than 41Cr4 steel. In the turning experiments, the lowest cutting forces (Fc) were measured during the machining of 38MnVS6 and 41Cr4 AR using the carbide and ceramic-coated cutting tools. Upon forging the 38MnVS6 and 41Cr4 steels, the highest cutting forces (Fc) were measured in the machining of AC and PWC samples by using the carbide and ceramic-coated tools at a feed rate of 0.16 mm/rev. On the other hand, upon forging the 38MnVS6 and 41Cr4 steels, the lowest surface roughness (Ra) values were measured in the machining of AC and PWC samples by using the carbide and ceramic-coated tools at cutting speed of 180 m/min. It was observed that after the forging process, the microstructure, grain size, hardness values, and cutting parameters of the samples cooled in the different environments had a significant impact on cutting force, surface roughness, and tool wear.