Yüksek karbonlu toz metal çeliklerin mikroyapı ve darbe tokluğu özelliklerine küreselleştirme ısıl işlemleri etkilerinin araştırılması
Investigating the effect of spheroidization heat treatments on the microstructure and impact toughness properties of high carbon powder metal steels
Yazar: ONUR ALTUNTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. AHMET GÜRAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiş yüksek karbonlu çeliklere farklı yöntemlerle küreselleştirme ısıl işlemleri uygulanmıştır. Bu ısıl işlemlerle, toz metal çeliklerin mikroyapısında ferrit matriste ince dağılmış küresel sementit üretilmeye çalışılmıştır. Küreselleştirme çalışmaları sonrası, yüksek karbonlu toz metal çeliklerin mikroyapı, sertlik ve darbe özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmalar için Höganas firması tarafından üretilmiş NC.100.24 kodlu saf demir tozuna ağırlıkça ayrı ayrı % 0,9 ve % 1,4 doğal grafit tozu ve yağlayıcı olarak ağırlıkça %0,5 çinko stearat ilave edilmiş ve doğrudan karıştırılmıştır. Karışım tozlar soğuk olarak tek etkili kalıplarda 700 MPa presleme basıncında oda sıcaklığında şekillendirilmiş, ardından 1180 0C?de saf Argon gazı atmosferi altında 20 dk süre sinterlenmişlerdir.
İki farklı C oranına sahip olarak üretilen yüksek karbonlu toz metal çeliklere üç farklı ısıl işlem rotası ile küreselleştirme işlemleri uygulanmıştır. Birinci grup numunelere, Ac1 sıcaklığının altında kalan 705 0C?de farklı sürelerde küreselleştirme ısıl işlemi uygulanmıştır.İkinci grup numuneleri, Ac1 sıcaklığının altında kalan 705 0C?de belli bir süre tutup, ardından Ac1 sıcaklığının üstünde kalan 735 0C?ye ısıtarak belli bir süre tutulmuş ve bu işlem tekrarlı olarak bu sıcaklıklar arasında farklı sürelerde uygulanmıştır.Bu ilk iki yöntemde küreselleştirme süresi 5 ile72 saat arasında yapılmıştır. Son yöntem ise, 850 0C ve 950 0C?de 6 dk sürede östenitlenen sırasıyla % 0,9 ve %1,4 grafit ilaveli numunelerin su verilmesiyle martensitik dönüşümler sağlanmıştır. Ardından  ferritik  matriste  küresel  sementit  dağılımı 505 0C, 605 0C, 705 0C sıcaklıklarda 0,5 ile 5 saat süre arasında tavlanarak üretimi amaçlanmıştır. 
İlk iki yöntemle üretilen numumelerde küreselleşme süresinin üçüncü yöntemle üretilen numunelere gore daha uzun zaman almıştır. XRD analiz sonuçlarına göre tüm numunelerde ferritik yapıda sementit fazı dışında geçiş karbülerine rastlanmamıştır. Bu küreselleştirme işlemleri sonunda, sertlik ve darbe tokluğu arasında doğrudan bir ilişki olmadığı, ancak tokluğun daha çok mikroyapıdaki semenitit morfolojisi ve dağılımına bağlı olduğu anlaşılmıştır.Numuneler arasında en yüksek sertlik(? 340 HV), üçüncü yöntemle 505 0C? sıcaklıkta yapılan işlemlerle üretilen % 1,4 grafit ilaveli numunede elde edilmiştir. En yüksek darbe tokluğu da (?34 j.cm-2) ilk iki yöntemin uygulandığı % 0,9 grafit ilaveli numunelerde sağlanmıştır.

Abstract:
High carbon steels produced by powder metallurgy route were exposed to spheroidization heat treatments by different routes. It was aimed to produce fine dispersed sphere cementite in the microstructure of high carbon powder metal steels through these heat treatments. After spheroidization studies, microstructure, hardness and impact properties of high carbon steels were examined. For these studies, 0,9 % and 1,4 % natural graphite powder and 0,5 % zinc stearate as a lubricant were added separately to Höganäs NC 100.24 grade pure iron powder and they were directly mixed. Mixed powders were cold shaped in the single act die under 700 MPa pressing pressure at room temperature and were sintered at 1180 0C for 20 min under Argon gas atmosphere.  
Spheroidization operations by three different heat treatment cycles were applied to two different high carbon steels. To the first group specimens, spheroidization heat treatment at 705 0C under Ac1 temperature was applied. In the second spheroidization route, the specimens were held at 705 0C for different periods of time and then they were heated up to 735 0C and held at this temperature for different periods of time again and the same process was repeated between these temperatures to accelerate the spheroidization. In the first two heat treatments, spheroidization time was between 5 to 72 hours.In the last procedure, the martensitic transformations were obtained by quenching the specimens with 0,9 % and 1,4 % graphite austenitized at 850 0C and 950 0C for 6 min. respectively. Then, it was aimed to produce fine spherical cementite dispersion in the ferritic matrix by annealing the specimens at 505 0C, 605 0C, and 705ºC temperatures for 0,5 to 5 hours. 
Spheroidization time was longer for the specimens produced through the first two methods in comparison to the ones produced by the third way. According to XRD analysis results, transition carbides except cementite phase weren?t detected in all the specimens. At the end of these spheroidization treatments, it was understood that there wasn?t a direct relation between hardness and impact toughness; however, the toughness was more related to morphology and dispersion of cementite in the microstructure. Among the specimens, the highest hardness (?340 HV) was obtained in the specimen with 1,4 % graphite content produced through the third way at 505 0C temperature. The highest impact toughness (?34 j.cm-2) was provided in the specimens with 0,9 % graphite produced through the first two ways.