Farklı hızlandırılmış soğutma parametreleri uygulanmış profillerde kalıntı gerilim ölçümlerinin incelenmesi
Investigation of residual voltage measurements in profiles applied with different accelerated cooling parameters
Yazar: ONUR YAĞIZ
Danışman: PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, HEA 120 ile 140 ve HEB 120 ile140 ebatlarındaki S275JR kalite çelik 
profillerin "Hızlandırılmış Soğutma ve Kendi Kendini Temperleme (HS-KT)" ısıl 
işlemleri sonrasında kalıntı gerilim ve mekanik özelliklerinde meydana gelen 
değişiklikler incelenmiştir. HS-KT ısıl işlemi, hava+su karışımını pülüverize şekilde 
profil yüzeyine püskürten özel tasarlanmış ve imal edilmiş sistemle 
gerçekleştirilmiştir. Profillere HS-KT ısıl işlemi 8 ve 12 bar hava basıncında, 20 saniye 
soğutma süresi gibi parametreler uygulanmıştır. HS-KT uygulanmış ve uygulanmamış 
profillerin mikroyapı incelemesi optik ışık mikroskobu ile gerçekleştirilmiştir. 
Mekanik özellikler sertlik ölçümü ile yapılmıştır. Sertlik ölçümü 750 kg yük altında 5 
mm çaplı bilya ile HB cinsinden belirlenmiştir. Kalıntı gerilimleri, web ve flanş 
bölgelerine yapıştırılan gerinim ölçerler (strain gage) yardımıyla kesme metodu 
kullanılarak ölçülmüştür. En yüksek soğutma hızı, HEA 120 profilin web bölgesinde 
soğutma plakası ile malzeme arasındaki mesafenin 2 kat, hava basıncı 8 bar ve 
soğutma süresinin 20 saniye olduğu HS-KT işlemi ile 92°C/sn. olarak elde edilmiştir. 
En düşük soğutma hızıda profillerin flanş bölgesinde minimum 6°C/sn. olarak tespit 
edilmiştir. Isıl işlemsiz malzemelerin mikroyapı Ferrit+Perlit yapısındayken, 
9°C/sn.'lik bir soğuma hızına kadar yapının asiküler ferrit ve/veya poligonal ferrite 
dönüştüğü, 35°C/sn.'lik bir soğuma hızına kadar üst beynit ve/veya sorbit yapısının 
hakim olduğu, 39°C/sn.'nin üzerindeki soğuma hızlarında da alt beynit ve/veya 
martenzit fazının oluştuğu bulunmuştur. Isıl işlem görmemiş profillerdeki 106-120 HB 
aralığındaki sertlik değerinin, HEA 140 profilin web bölgesinde 46°C/sn. soğuma 
hızında 206 HB'ye yükseldiği tespit edilmiştir. En yüksek 92°C/sn. soğuma hızına 
maruz kalan HEA 120 web bölgesin -467 MPa'lık kalıntı çekme gerilmesi ölçülürken 
flanş bölgesinde 6°C/sn.'lik bir soğutma hızında ise 203 MPa'lık kalıntı basma
gerilmesi değeri elde edilmiştir. Daha kalın kesitli olmasından dolayı HEB ebatlı 
profillerde hem kalıntı basma gerilmesi hem de kalıntı çekme gerilmesi daha dar 
aralıklarda ölçülmüştür.

Abstract:
In this study, the changes in the residual stress and mechanical properties of S275JR 
quality steel profiles in sizes HEA 120-140 and HEB 120-140 after the "Accelerated 
Cooling and Self-Tempering (HS-KT)" heat treatment were examined. HS-KT heat 
treatment is carried out with a special design and manufacturing system that sprays the 
air + water mixture on the profile surface in powder form. Parameters such as HS-KT 
heat treatment were applied to the profiles at 8 and 12 bar air pressure and 20 seconds 
cooling time. Microstructure examination of profiles with and without HS-KT applied 
was carried out using optical light microscopy. Mechanical properties were determined 
by hardness measurement. Hardness measurement was determined at HB with a 5 mm 
diameter ball under a load of 750 kg. Residual stresses were measured using the shear 
method with the help of strain gauges installed in the web and flange regions. In the 
HS-KT process, where the distance between the material in the body area of the HEA 
120 profile and the cooling plate is 2 times, the air pressure is 8 bars and the cooling 
time is 2 times, the highest cooling rate is 92°C/sec. It is 20 seconds. was obtained as. 
The lowest cooling rate is at least 6°C/sec in the flange region of the profiles. It was 
determined as . While the microstructure of materials without heat treatment is in the 
Ferrite+Perlite structure, up to a cooling rate of 9°C/sec, the structure turns into 
acicular ferrite and/or polygonal ferrite, and the upper bainite and/or sorbite structure 
forms upwards. Up to a cooling rate of 35°C/s. It was found that the lower bainite 
and/or martensite phase was dominant at cooling rates above 39°C/s. The hardness 
value in the range of 106-120 HB in non-heat treated profiles is 46°C/sec in the crotch 
region of the HEA 140 profile. It was determined that the cooling rate increased to 206 
HB. Maximum 92°C/sec. While -467 MPa residual tensile stress was measured in the 
HEA 120 mesh region exposed to a cooling rate, a residual compressive stress value 
of 203 MPa was obtained in the flange region at a cooling rate of 6°C/sec. Due to the 
thicker cross-section in HEB sized profiles, both residual compressive stress and 
residual tensile stress were measured in narrower ranges.