Sıfıraltı ve temperleme işleminin lazer kaynaklı AISI304 çeliğin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of cryogenic cooling and tempering treatment on the mechanical properties of laser weldind AISI304 steel
Yazar: AYDIN ERKARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET SERDAR GÜLDİBİ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada AISI 304 paslanmaz çelik malzemeler lazer kaynağı ile birleştirilmiştir. Lazer kaynak işlemi diğer geleneksel kaynak yöntemlerine kıyasla lazer ışınınım kolay yönlendirme imkânı ve yüksek miktarda enerjinin dar ve küçük noktalara nüfuzuyeti nedenleriyle ileri bir kaynak yöntemidir. Kaynak işlemi sonrası üç farklı numune grubu oluşturulmuştur. Birincisi kaynak sonrası herhangi bir işlem uygulanmamış ve referans numune olarak kullanılmıştır. İkinci numune grubu 12 ve 24 saat süreyle kriyojenik işlem uygulanmıştır. Üçüncü numune grubuna ise 12 ve 24 saat kriyojenik işlem sonrası temperleme işlemi uygulanmıştır. Kriyojenik işlem ve temperlemenin etkisini görebilmek için, kaynak sonrası malzemelerin mikroyapıları ve mekanik özellikleri (akma ve çekme dayanımı, tokluk ve mikro sertlik) incelenmiştir. Lazer kaynağı ile yapılan birleştirmelerde lazerin çok kısa sürede ve çok dar bir alanda kaynak havuzu oluşturması nedeniyle mikroyapı değişiklikleri dar bir alanda meydana gelmiştir. 304 paslanmaz çelik mikroyapısında östenit fazı olmasına rağmen, kaynak bölgesinde hızlı soğumanın etkisi ile martenzit fazı görülmüştür. Kaynak sonrası en yüksek kaynak bölgesi sertlik değeri 24 saat -140℃ de kriyojenik işleme tabi tutulmuş ve sonrasında 140℃ sıcaklıkta 12 saat temperlenmiş numunede elde edilmiştir. En yüksek çekme dayanımı ise referans numune hariç tutulursa aynı numunede elde edilmiştir. Elde edilen bulgular göstermektedir ki; kaynak işlemi sonrası sıralı şekilde uygulanan kriyojenik işlem ve temperleme mekanik özellikleri iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, AISI 304 stainless steel materials were joined using laser welding. Laser welding is an advanced welding method compared to other conventional welding techniques, due to its ability to easily direct the laser beam and deliver a high amount of energy to small and narrow areas. After the welding process, three different sample groups were created. The first group remained untreated after welding and was used as a reference sample. The second sample group underwent cryogenic treatment for 12 and 24 hours. The third sample group underwent cryogenic treatment for 12 and 24 hours, followed by tempering.
To observe the effects of cryogenic treatment and tempering, the microstructures and mechanical properties (yield and tensile strength, toughness, and micro-hardness) of the materials after welding were examined. In laser welding, the rapid formation of a welding pool by the laser in a very short time and a very narrow area caused microstructure changes to occur in a confined region. Although the microstructure of 304 stainless steel consists of the austenite phase, the effect of rapid cooling in the welding zone resulted in the presence of the martensite phase.
The highest hardness value in the welding zone was obtained from the sample that underwent cryogenic treatment at -140°C for 24 hours, followed by tempering at 140°C for 12 hours. The highest tensile strength was also achieved in the same sample, except for the reference sample. The findings indicate that the sequential application of cryogenic treatment and tempering after the welding process improved the mechanical properties.