Sondaj tijlerinin üretiminde kullanılan SAE/AISI 4130 çeliğine uygulanan sertleştirme parametrelerinin mekanik özellikler üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of hardening parameters applied to SAE/AISI 4130 steel used in the production of drilling drills on mechanical properties
Yazar: AHMET ERDİ GÖÇMEN
Danışman: DOÇ. DR. ERDOĞAN KANCA
İskenderun Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Günümüzde sondaj işlemleri birçok farklı prosesler için kullanılmaktadır. Yer altını ilgilendiren her işlemde sondaj şarttır. En yaygın sondajlar; zemin etüdü, su arama, maden arama, jeotermal ve petrol ve doğalgaz derin kuyu sondajlarıdır. Maden cevheri aramalarında sondaj tijleri kullanılmaktadır. Sondaj işlemi başladıktan sonra zeminde ilerleme, eklenen yeni tijlerle yapılmaktadır. Yapılan çalışmalarda karotlu maden sondajlarında kullanılan sondaj tijlerinin, ERW metoduyla üretimi gerçekleşmiştir. SAE/AISI 4130 çeliğinden üretilen sondaj tijlerinin, hammadde seçiminden başlanarak, çelikhanedeki üretimi, üretilen slabların haddehanede bobin haline getirilmesi, boru fabrikasında bu bobinlerin uygun genişlikte dilinmesi, boru üretim yöntemi ve seçilen kalitenin sahada uygun ve güvenli bir şekilde sorunsuz çalışabilmesi için incelemeler yapılmıştır. SAE/AISI 4130 (25CrMo4) çeliğinden üretilen sondaj tijlerine ısıl
işlemlerin uygulanmasıyla mekanik özelliklerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla sondaj tijlerine fırında ısıtma işlemi uygulanmıştır. 88,9 mm çapında, 5,55 mm et kalınlığında ve 300 mm uzunluğundaki 10 adet sondaj tiji numunesi, fırında ısıtma işlemine tabi tutulmuştur. Fırında, önceden belirlenen 3 farklı sıcaklık değerinde (950 °C, 1000 °C ve 1050 °C) 30 dakika süre ile bekletilen numuneler, tasarımı tamamen bize ait olan soğutma düzeneğine yerleştirilmiştir. 3 kW gücündeki bir motor, 2650 m3/h hava debisine sahip bir radyal fan ve belirli ölçülerdeki çelik malzemelerin kullanıldığı soğutma düzeneğinde, 3 farklı parametre (20 m/s, 40 m/s ve 60 m/s) ile soğutulan numuneler, daha sonra mekanik değerleri belirlenmek üzere laboratuvar testlerine tabi tutulmuşlardır. 9 adet numune ile oluşturulan karşılaştırmalı deney grubunda; 3 farklı ısıtma sıcaklığı ve 3 farklı soğutma parametresi ile çalışılırken, 1 adet numune ise 1000 °C'de fırında ısıtıldıktan sonra, oda sıcaklığında bekletilerek soğutulmuştur. Numuneler laboratuvar ortamında çekme, mikro sertlik, metalografik muayene, çentik darbe ve aşınma deneylerine tabi tutulmuştur. Deneysel çalışmalar sonucunda, 1050 °C'de ısıtılan ve 60 m/s hızında soğutulan numunelerin, daha düşük sıcaklıklarda ısıtılan ve daha düşük hızlarda soğutulan numunelere göre, daha yüksek çekme dayanımı ve sertlik değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Sertlik arttıkça malzemenin enerji absorbe etme yeteneği yani tokluğu düşer. Sonuç olarak daha yüksek sıcaklıklarda ısıtılan ve hemen sonrasında daha hızlı soğutulan numunelerin çentik darbe değerleri daha düşük olarak ölçülmüştür.

Abstract:
Nowadays, drilling operations are used for many different processes. Drilling is essential in any operation conducting under ground. The most common drilling methods are: ground survey, water exploration, mineral exploration, geothermal and oil and natural gas deep well drilling. Drilling rods are used in mineral ore exploration. After the drilling process has started, progress on the ground is made with new rods added. In the studies it is carried out that the drilling rods used in core drillings are produced using the ERW method. Starting off with the raw material selection, the production of drill rods made of SAE/AISI 4130 steel in the steel mill, the coiling of the produced slabs in the rolling mill, the slitting of these coils in the pipe factory at the appropriate width, the pipe production method and the selected quality to work properly and safely in the field were studied. It is aimed to improve the mechanical properties of drilling rods made of SAE/AISI 4130 (25CrMo4) steel by applying heat treatments. For this purpose, the
drilling rods were heated in the furnace. 10 drill rod samples with a diameter of 88,9 mm, a wall thickness of 5,55 mm and a length of 300 mm were heated in the furnace. The samples, which were kept in the oven for 30 minutes at 3 different predetermined temperatures (950 °C, 1000 °C and 1050 °C), were placed in the cooling mechanism of our own design. The cooling system has a 3 kW motor, a radial fan with an air flow capability of 2650 m3/h and steel materials of certain dimensions. The samples cooled with 3 different parameters (20 m/s, 40 m/s and 60 m/s) are then subjected to laboratory tests to determine their mechanical values. In the comparative experimental group formed with 9 samples; while working with 3 different heating temperatures and 3 different cooling parameters, 1 sample was heated in the oven at 1000 °C and then cooled at room temperature. The samples were subjected to tensile, microhardness, metallographic
examination, notch impact and abrasion tests in the laboratory. As a result of the experimental studies; it has been observed that the samples heated at 1050 °C and cooled at 60 m/s have higher tensile strength and hardness values than the samples heated at lower temperatures and cooled at lower speeds. As the hardness increases the absorbing ability of the material, known as toughness, decreases. As a result, the notch impact values of the samples heated at higher
temperatures and then cooled faster were measured to be lower.