Sürtünme karıştırma işleminin bir gemi inşa çeliğinin yapısal ve mekanik özelliklerine olan etkisi ve bu çeliğin sürtünme karıştırma kaynak yöntemi ile birleştirilmesi
Effect of friction stir processing on structural and mechanical properties of a shipbuilding steel and its joining with friction stir welding
Yazar: DURSUN MURAT SEKBAN
Danışman: PROF. DR. GENÇAĞA PÜRÇEK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Çelik malzemeler = Steel materials

Özet:
Bu çalışmada, gemi inşaatında kullanılan düşük karbonlu Grade A çeliğine sürtünme karıştırma işlemi (SKİ) uygulanmış ve bu işlemin içyapı ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Ayrıca söz konusu çeliğe sürtünme karıştırma kaynak (SKK) yöntemi de uygulanmış ve kaynak bölgesinin içyapı ve mekanik özellikleri, gemi inşaatında sıklıkla kullanılan metal aktif gaz (MAG) kaynağı ile karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Optimum parametrelerde yapılan SKİ işlemi çeliğin içyapısını incelterek karıştırma bölgesinde (KB) tane boyutunu 25 µm'den 3-4 µm değerine kadar düşürmüştür. SKİ ile oluşan ince tane yapısına bağlı olarak, çeliğin süneklik ve şekillendirilebilirlik değerlerinde yaşanan küçük orandaki düşüşe rağmen, sertlik, mukavemet, korozyon dayanımı, oda sıcaklığında kırılma enerjisi ve sünek gevrek geçiş sıcaklığı değerlerinde önemli iyileştirmeler elde edilmiştir. Öte yandan hem tekil plaka hem de gemi orta kesiti ızgara sistemi üzerine sonlu elemanlar tabanlı nihai mukavemet analizine göre, plakaların SKİ sonrası nihai mukavemet değerlerinin önemli ölçüde arttığı da görülmüştür. Aynı çeliklere uygulanan SKK ve MAG işlemleri sonrası kaynak bölgesinde, SKİ sonrası olduğu gibi ince taneli bir içyapı oluşmuştur. Yine SKK ve MAG kaynağı sonrası kaynak bölgesinde süneklik ve şekillendirilebilirlik değerlerinde ihmal edilebilir oranlardaki düşüşe rağmen, bu bölgelerin sertlik, mukavemet, şekillendirilebilirlik ve korozyon dayanımı değerleri önemli oranlarda iyileşmiştir. Öte yandan, SKK ve MAG kaynağı sonrası kaynak bölgelerinin mekanik özellikleri karşılaştırıldığında, SKK sonrasında daha yüksek sertlik ve mukavemet değerleri ile daha iyi şekillendirilebilirlik ve korozyon dayanımı değerleri elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, friction stir processing (FSP) was applied to a shipbuilding low carbon Grade A steel and its effect on the structural and mechanical properties was investigated in detail. Friction stir welding (FSW) was also applied to that steel, and microstructure and mechanical properties of joined zone were investigated in comparison with the metal active gas (MAG) welding which is one of the welding methods frequently used in shipbuilding. It was observed that the grain size in the processed zone (PZ) decreased from 25 μm to about 3-4 μm after FSP applied under optimum parameters. In spite of small decrease in ductility and formability values, hardness, tensile and impact strength values as well as corrosion resistance increased, and ductile-to-brittle transition temperature decreased as a result of grain refinement with FSP. Finite element based ultimate strength analysis models of both single plate and ship mid-section grid system were established, and it was observed that ultimate strength values significantly increased after FSP. After FSW and MAG welding, grain size decreased in the welding zone (WZ) as in the case of FSP. Also, in spite of a negligible decrease in ductility and formability values in the WZ after FSW and MAG welding, the hardness, tensile strength values increased with significantly improvement in the formability and corrosion resistance. On the other hand, it was determined that FSWed joints showed higher hardness, tensile strength, formability and corrosion resistance values than those of MAG joints.