Yüksek karbonlu toz metal çeliklerin martemperlenmesi ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Martempering of high carbon powder metal steels and investigation of wear behavior
Yazar: KEVSER CEYDA GÜNEY
Danışman: PROF. DR. AHMET GÜRAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Toz metalurjisi uygulamaları, mühendislik parçalarının üretildiği geniş kullanım alanına sahip üretim yöntemlerinden biridir. Bu uygulamalar, karmaşık geometrili parçaların yüksek kalitede üretimini sağlamaktadır. Bu nedenle toz metalurjisi ile üretilen malzemelerin mekanik özelliklerinin ve mikroyapılarının araştırılmasına gerek duyulmaktadır. Bu çalışmada, yüksek karbonlu toz metal çelikten üretilen numunelere uygulanan farklı ısıl işlemlerin, numulerin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla saf demir tozu ve karbon kaynağı olarak grafit tozu kullanılarak numuneler üretilmiştir. Su atomizasyon yöntemi ile üretilen ATOMET 1001 saf demir tozuna ağırlıkça % 1,5 oranında doğal grafit tozu ve yağlayıcı olarak ağırlıkça % 0,5 oranında toz Zn stearat ilave edilerek karıştırılmıştır. Karışım tozlar, tek etkili kalıplarda 700 MPa basınç uygulanarak preslenmiş olup, ardından 1200 ˚C'de 20 dakika argon gazı ortamında sinterlenmiştir. Sinterlenen numuneler, ilk olarak 950 ˚C'de 4 dakika östenitlenmiştir. Daha sonra her bir numune sıcaklıkları 210 ˚C, 350 ˚C ve 400 ˚C olan nötr tuz banyolarında farklı sürelerde bekletilmiştir. Tuz banyosundan çıkarılan numunelere oda sıcaklığında doğrudan su verilerek martemperleme ısıl işlemi uygulanmıştır. Martemperleme ısıl işlemi uygulanan numunelerin mikroyapıları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Bununla birlikte, yüksek karbonlu toz metal çeliklere uygulanan ısıl işlemler sonucu oluşan martenzitik yapının beynite dönüşme süresi araştırılmıştır. Çalışmanın sonuçları, optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülerini içeren mikroyapı karakterizasyon çalışmalarına ve sertlik testlerine göre değerlendirilmiştir. Ayrıca kimyasal kompozisyonun güvenilir bir biçimde belirlenmesi amacıyla X-Işını kırınımı analizleri (XRD) gerçekleştirilmiştir. Mekanik dayanımı değerlendirmek için ise 10N yük ile 500 m ve 1000 m mesafede kuru ortam aşınma testleri uygulanmıştır. Aşınma testi sonrası numune aşınma yüzeyleri incelenerek numunelerin aşınma davranışları değerlendirilmiştir. Çalışmaların sonucunda yüksek karbonlu toz metal çeliklerin martenzit fazından beynit fazına dönüşüm süresi Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm diyagramına göre elde edilmiştir. Aşınmaya en dirençli numunenin tuz banyo sıcaklığı en az olan numune olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Powder metallurgy applications are one of the widely used production methods in which engineering parts are produced. These applications provide high quality production of parts with complex geometry. Therefore, it is necessary to investigate the mechanical properties and microstructures of materials produced by powder metallurgy. In this study, the effects of different heat treatments applied to specimens produced from high carbon powder metal steel on the microstructure and mechanical properties of the samples are investigated. For this purpose, the specimens are produced using pure iron powder and graphite powder as a source of carbon. 1.5% by weight of natural graphite powder are mixed to ATOMET 1001 pure iron powder produced by water atomization method, and 0.5% by weight of powder Zn stearate as a lubricant. The mixture powders are pressed by applying uniaxial pressure of 700 MPa, and then sintered in an argon gas environment for 20 minutes at 1200 ˚C. Sintered specimens are austenitized at 950 ˚C for 4 minutes, after this process, which each specimen is held at different periods in the neutral salt baths with temperatures of 210 ˚C, 350 ˚C and 400 ˚C. After that, the martempering heat treatment is applied by quenching with specimens. Microstructure and mechanical properties of the high carbon powder metal steel produced by applying martempering process are studied. Micro-hardness measurements and phase transformations of the heat-treated specimens are examined. However, the transformation time of martensitic structure formed as a result of heat treatment applied to high carbon powder metal steels into bainite phase is investigated.  The results of the study are analyzed based on microstructure characterization studies and hardness tests involving optical and scanning electron microscope (SEM) images. Also, X-Ray diffraction analyzes (XRD) are performed to determine the chemical composition. Dry sliding wear tests are carried out under 10 N load and 500 m-1000 m sliding distance to evaluate the mechanical strength of the specimens in ambient air at room temperature. After the wear test, the wear surfaces of the specimens are examined and their wear resistance is evaluated. As a result of the studies, the transformation time of high carbon powder metal steels from martensite phase to bainite phase is obtained according to the Time-Temperature-Transformation diagram. It is determined that the most wear-resistant specimen is the one with the least salt bath temperature.