Östemperleme ısıl işleminin toz metal yüksek karbonlu çelik malzemenin mekanik özellikleri üzerine etkisi
Effects of austempering heat treatment on mechanical properties of powder metallurgy high carbon steel material
Yazar: ÖMER FARUK ÖZCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN BURAK KARADAĞ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada,toz metalurjisi metoduyla üretimi gerçekleştirilen yüksek karbonlu çelik malze-melere farklı sıcaklık ve zaman parametreleri ile östemperleme ısıl işlemi uygulanmıştır. Isıl işlemler sonucunda ortaya çıkan farklı beynitik yapılar ve bunlara bağlı olarak gelişen yüksek karbonlu çeliğe ait darbe tokluğu ve sertlik parametrelerine etkisi incelenmiştir. Malzeme üretiminin ilk aşamasında gaz atomizasyon yöntemi ile üretilmiş %99.9 saflıktaki demir tozlarına ağırlıkça %1.2 grafit tozu ilave edilmiş ve homojen yapıdaki kompozisyon oda sıcaklığında çift etkili preste 850 Mpa basınç altında sıkıştırılmıştır. Elde edilen ham numuneler 1180 °C  sıcaklıkta ve 20 dk süreyle sinterleme işlemine tabi tutulmuşlardır. Sinterleme işleminden hemen sonra potasyumnitrat (KNO3)- Sodyumnitrat (NaNO3) karışımı tuz banyosu içerisinde 300, 375 ve 450 °C sıcaklıklarında, 30-60-90 ve 120 dakika bekletme sürelerinde östemperleme ısıl işlemleri uygulanmıştır.  Bu ısıl işlemler sonucunda malzemelerin mikroyapılarında üst(kaba) ve alt(ince) beynitik yapılar elde edilmiştir.  En yüksek proses sıcaklığında (450 °C ) ve uzun bekletme sürelerinde (90-120dk) malzemelerin mikroyapısında oluşan fazın üst beynit olduğu, en düşük tuz banyosu sıcaklığı olan 300 °C  ve düşük bekleme sürelerinde ise mikroyapıda alt beynitin hakim olduğu SEM görüntülerinde gözlenmiştir. Bu farklı ısıl işlem parametreleriyle beşer adet hazırlanan malzemelerin darbe dayanımlarının tespiti Charpy test metodu ile yapılmıştır. Yapısında üst beynitik fazın baskın olduğu malzemelerin darbe dayanımlarının, alt beynit içeren malzemelere oranla çok daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Darbe testi sonucunda oluşan kırık yüzeylere ait SEM görüntüleri incelenmiş ve nispeten sünek kırılma gözlenen yapıların üst beynitik yapıya sahip malzemeler olduğu alt beynit ihtiva eden yapılarda ise daha ziyade gevrek kırılma belirtileri gözlenmiştir. Yükek karbonlu çeliklerin sertlik testi Brinell sertlik ölçme metodu ile icra edilmiş ve alt beynitik yapılı malzemelerin sertliklerinin üst beynitik yapıya sahip malzemelere oranla daha yüksek olduğu görülmüştür. Artan östemperleme sıcaklık ve süreleriyle %1.2 (ağ.) karbonlu çeliklerin darbe tokluklarında artış bunun tersi bir biçimde sertliklerinde düşüş tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, austempering heat treatment, with different time and temperature, is applied to high carbon steel materials which are produced by powder metallurgy methode. It is investigated different bainites as a result of heat treatment and its effects on impact thoughness and hardness values of high carbon steel material.  At the first step of production gas atomized iron powders are used with %99,9 pureness and grapthite powder used on %1,2 ratio by weight. Then homogene mixed composition pressed under 850 Mpa pressure with double effective press. Green samples are sintered at 1180 °C and 20 minutes. After sintering specimens treatened on salt baths which contains half percent KNO3 and hal percent NaNO3 by weight at  300, 375, 450 °C and 30, 60, 90, 120 minute time values. After these heat treatments in the microstructre of material its observed that upper and lower bainite. At the higher level of process temperature which is 450 °C and the longest waiting times 90, 120 minutes upper bainite structure and at the lowest level of temperature 300 °C and shortest waiting times 30, 60 minutes lower bainite structeres observed by SEM investigation. Impact thoughness values calculation of these 5 specimens are done with carphy impact test methode. It is seen that the specimens have much higher imact thoughness whic are contains upper bainite when compared with the specimens which are contains lower bainite. After impact test fracutre faces are investigated by SEM device and seen that upper bainitic specimens show relatively more ductile behavion then lower ones. Lower bainitic specimens are tend to be brittle then upper ones.  Hardness test is done with Brinnel Hardness Measuring Methode and seen that lower bainitic materials are harder then others. By increasing austempering temperature and time it is seen that decreasing on hardness but increasing on impact thoughnes on %1,2 wt. carbon contained steel material.