Farklı standartlardaki paslanmaz çelik ve sade karbonlu çelikçiftlerinin sürtünme karıştırma kaynak yöntemiyle birleştirilmesi, mekanik özelliklerinin ve mikroyapılarının incelenmesi
Combination of different standard stainless steel and plain carbon steel pairs by friction stir welding method, examination of mechanical properties and microstructures
Yazar: YELİZ ALNAK
Danışman: PROF. DR. VEDAT SAVAŞ ; DOÇ. DR. ALİ ÖZER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilen farklı kalitede östenitik paslanmaz çelikler (AISI 304 ve AISI 316) ile sade karbonlu çeliklerin (AISI 1010, AISI 1030, AISI 1050 ve AISI 1070) kaynaklı bölgelerinin mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiş, en iyi kaynak çifti belirlenmiştir.
İlk önce AISI 304 ostenitik paslanmaz çelik ile AISI 304 ostenitik paslanmaz çelik farklı devir sayıları ve ilerleme hızları ile birleştirilmiş, mekanik ve mikroyapı özeliklerine bakılarak optimum kaynak parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra, elde edilen optimum değerler ile AISI 304 ostenitik paslanmaz çelik, sade karbonlu çelikler olan AISI 1010, AISI 1030, AISI 1050 ve AISI 1070 kalite çeliklerle sürtünme karıştırma kaynağı yapılarak birleştirilmiştir. Aynı şekilde farklı devir sayıları ve ilerleme hızları kullanılarak AISI 316-AISI 316 ostenitik paslanmaz çelikleri sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmiş, AISI 304'te olduğu gibi mekanik ve mikroyapı özelliklerine bakılarak optimum kaynak parametreleri belirlenmistir. Optimum parametreler ile kaynaklanan AISI 304-AISI 10X0 ve AISI 316-AISI 10X0 çelik çiftlerinin mikroyapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Uygun kaynaklama koşullarında birleştirilen bu malzemelerin ara yüzey uyumlulukları incelenerek en iyi kaynak çiftleri elde edilmistir. Sade karbonlu çelik ve paslanmaz çeliklerin sürtünme karıştırma kaynakları, üniversal freze tezgâhında, freze pensine bağlanan, ucuna özel form verilmiş sert metal tungsten karbür uç ile gerçekleştirilmiştir. Kaynaklama işleminden sonra birleştirilen parçaların mekanik özelliklerine çekme, çentik darbe, mikrosertlik, kayma deneyleri yapılarak bakılmıştır. Kaynaklı bölgenin mikroyapıları ise; faz kaymalarını ve iç gerilmeleri belirlemek için XRD (X-ısını difraktometresi), dağlamalı kaba inceleme için OM (optik mikroskop) ve morfolojik yüzey incelemeleri için SEM (taramalı elektron mikroskobu) kullanılarak incelenmiştir.
Sürtünme karıştırma kaynağı sonrası yapılan mekanik özellik ve mikroyapı incelemeleri sonucunda AISI 304-AISI 10X0 çelik çiftlerinde en iyi mukavemet ve mikroyapı değerlerine AISI 304-AISI 1050'nin, AISI 316-AISI 10X0 çelik çiftlerinde ise en iyi mukavemet ve mikroyapı değerlerine AISI 316-AISI 1010 'nın sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, microstructure and mechanical properties of welded regions of different quality austenitic stainless steels (AISI 304 and AISI 316) and plain carbon steels (AISI 1010, AISI 1030, AISI 1050 and AISI 1070) combined with friction stir welding were investigated and the best welding pair was determined.
Firstly, AISI 304 austenitic stainless steel and AISI 304 austenitic stainless steel were combined with different rotation speeds and travel speeds and the optimum welding parameters were determined by considering the mechanical and microstructure properties. Then, using the obtained optimum values, austenitic stainless steel and plain carbon steels were welded together with the friction stir welding. Likewise, AISI 316-AISI 316 austenitic stainless steels were combined with friction stir welding using different rotation speeds and travel speeds. As in AISI 304, optimum welding parameters were determined by looking at the mechanical and microstructure properties. The microstructure and mechanical properties of AISI 304-AISI 10X0 and AISI 316-AISI 10X0 pairs of steels, which are welded by optimum parameters, were investigated. Interfacial compatibility of these materials, which are combined under suitable welding conditions, was examined, and the best welding pairs were obtained. Friction stir welding of plain carbon steel and stainless steel were performed by shaping into a special form of hard metal tungsten carbide pin connected with collette. After the welding process, in order to examine the mechanical properties of joint parts, tensile test, notch impact test, micro hardness, shear test were performed. The microstructures of the welded region were analyzed by using XRD (X-ray diffractometry) to determine phase shifts and internal stresses, OM (optical microscope) for etch coarse microscopy, SEM (scanning electron microscopy) for morphological surface investigations.
As a result of mechanical properties and microstructure investigations after friction mixing welding, within AISI 304-AISI 10X0 steel pairs were found to have the best strength and microstructure values of AISI 304-AISI 1050 steel pair. Likewise within AISI 316-AISI 10X0 steel pairs were found to have the best strength and microstructure values of AISI 316-AISI 1010 steel pair.