Tozaltı ark kaynak yöntemi ile birleştirilen alaşımsız ve Hardox çeliklerinin mikroyapı ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the microstructure and structural properties of unalloyed and Hardox steels joined by submerged arc welding
Yazar: ENES BATUHAN ZEYBEK
Danışman: DOÇ. DR. ŞABAN BÜLBÜL
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Konstriksüyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hardox çeliği = Hardox steel ; Kaynak bölgesi = Welding zone ; Makine konstrüksiyonu = Machine construction ; Mikroyapı = Microstructure ; Tozaltı kaynağı = Submerged arc welding ; Yapı çeliği = Structural steel

Özet:
Endüstriyel uygulamalar ve mühendislik tasarımlarında, yüksek mukavemet, aşınma ve korozyon direnci gibi çeşitli özelliklerin tek bir yapıda bir araya getirilmesi, yapının performansını ve dayanıklılığını artırmak için kritik bir öneme sahiptir. Bu tür özellikleri aynı yapıda birleştirebilmek genellikle farklı malzemelerin birlikte kullanılmasını gerektirir. Ancak bu durumda, malzemelerin kaynak edilebilirlik kapasitesi, oluşturulacak yapının kalitesini ve bütünlüğünü doğrudan etkileyen en kritik faktörlerden biridir. Bu nedenle, malzemelerin kaynak edilebilirlik performanslarını değerlendirmek amacıyla kapsamlı deneysel çalışmalar ve görsel analizler yapılması gereklidir. Bu çalışmada, Hardox 450 ve S235JR çeliklerinin tozaltı ark kaynağı yöntemiyle kaynaklanabilirliği incelenmiştir. Kaynak performansını değerlendirmek için, kaynak metali ve Isıdan Etkilenmiş Bölge'den (ITAB) alınan kesitler üzerinde mikroyapı ve mekanik özellik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler, farklı özelliklere sahip çeliklerin bir araya geldiğinde nasıl davrandığını ve birleştirme sürecinin malzeme performansını nasıl etkilediğini anlamak açısından önemlidir. Deneylerde, 4 mm kalınlığındaki metal levhalar, SG2 kaynak teli ve Eliflux Bar kaynak tozu kullanılarak alın kaynağı yöntemiyle aynı kaynak parametreleri altında birleştirilmiştir. Kaynaklı bağlantıların mukavemetini değerlendirmek amacıyla, numuneler çekme testine tabi tutulmuş ve sonuçlar Vickers (HV) yöntemi kullanılarak mikro sertlik ölçümleriyle desteklenmiştir. Çekme testlerinin ardından, elde edilen numunelerin mikroyapı görüntüleri incelenerek deformasyon özellikleri analiz edilmiştir. Deneyler sonucunda, iki farklı metalin birleşme bölgesinde düzensiz boyutlarda dendritik bir yapının oluştuğu tespit edilmiştir. Sertlik ölçümleri, S235JR çeliğinde ana metalden kaynak metaline doğru bir sertlik artışı gösterirken, Hardox 450 çeliğinde ise tam tersi bir sertlik düşüşü ortaya koymuştur. Çekme testi sonuçlarına göre, S235JR çeliği kendi içinde veya Hardox 450 çeliği ile kaynatıldığında, esas metalde sünek bir kırılma gözlenirken; Hardox 450 çeliğinde ise kırılmanın kaynak bölgesinde gerçekleştiği belirlenmiştir.

Abstract:
In industrial applications and engineering designs, combining various properties such as high strength, wear resistance, and corrosion resistance in a single structure is crucial for enhancing the performance and durability of the structure. Achieving such a combination of properties often requires the use of different materials together. However, in such cases, the weldability of the materials is the most critical factor that directly affects the quality and integrity of the structure to be formed. Therefore, comprehensive experimental studies and visual analyses are necessary to evaluate the weldability performance of materials. This study investigates the weldability of Hardox 450 and S235JR steels using the submerged arc welding (SAW) method. To evaluate welding performance, microstructure, and mechanical property analyses were conducted on sections taken from the weld metal and the Heat-Affected Zone (HAZ). These analyses are essential for understanding how steels with different properties behave when joined and how the welding process affects the material's performance. In the experiments, 4 mm thick metal plates were joined using the butt welding method with SG2 welding wire and Eliflux Bar welding flux, using the same welding parameters. To assess the strength of the welded joints, the samples were subjected to tensile testing, and the results were supported by microhardness measurements using the Vickers (HV) method. After the tensile tests, the microstructure images of the samples were examined to analyze deformation characteristics. The experiments revealed that an irregular dendritic structure formed in the fusion zone where the two different metals were joined. Hardness measurements showed an increase in hardness from the base metal to the weld metal in S235JR steel, while a decrease in hardness was observed in Hardox 450 steel. According to the tensile test results, ductile fracture occurred in the base metal when S235JR steel was welded within itself or with Hardox 450 steel, whereas the fracture occurred in the weld zone in Hardox 450 steel. These findings provide valuable insights into how different types of steel interact during the welding process and how the structural changes that occur during this process affect the material's performance.