Hardox 450 ve S355J2C+N çeliklerinin gazaltı ark kaynak yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından incelenmesi
Investigation of joining Hardox 450 and S355J2C+N steels with gas metal arc welding in terms of microstructure and mechanical properties
Yazar: ATAKAN BARIŞ ÖZTURAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRKAN İRSEL
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Gazaltı kaynağı = Gas metal arc welding ; Hardox çeliği = Hardox steel ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Metaller = Metals ; Mikroyapı = Microstructure

Özet:
Bu tez, Hardox 450 ve EN 10025 S355J2C+N çeliklerinin gazaltı ark kaynak (GMAW) yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından araştırılmasını bildirmektedir. Bu kapsamda iki farklı üstün özelliğe sahip metal ve kaynak telinin birleşimi ile oluşan kaynak merkezi, ısıdan etkilenen iki esas metalin mikroyapıları incelenmiş ve mekanik özelliklere etkileri araştırılmıştır. Deneyler, Vickers mikrosertlik (HV 0.1), eğilme, Charpy V-Notch darbe, aşınma, çekme gibi mekanik testler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optik incelemede, optik mikroskop (OM), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ray difraksiyonu (XRD) analizleri uygulanmıştır. Optik incelemede S355J2C+N ana metalin ortalama tane boyutu 18 ± 6 µm, Hardox 450 ana metalin ortalama tane boyutu ise 9.2 ± 6 µm olarak ölçülmüştür. Gazaltı ark kaynak işleminden sonra Hardox 450 ısı tesiri altında kalan bölgesinde (ITAB) 4.4 ± 1 µm'ye 26 ± 4 µm uzunluğunda iğnemsi yapılar ve 11.8 ± 3 µm boyutunda taneler yer almaktadır. S355J2C+N ITAB bölgesinde 13 ± 3 µm ve yer yer 9.2 ± 3 µm boyutunda kompleks bir tane boyutu dağılımı mevcuttur. Kaynak merkezinde ise heterojen bir yapı oluşmuştur. Vickers mikrosertlik değerleri, Hardox 450'den S355J2C+N metaline doğru gidildikçe azaldı. En yüksek sertlik değeri Hardox 450 ana metalde ölçülmüştür ve 311 ± 8 HV'dir. S355J2C+N ana metalin sertliği yaklaşık 217 ± 8 HV iken kaynak merkezinin sertliği yaklaşık 249 ± 8 HV olarak ölçülmüştür. Mekanik dayanım analizi, esas metallerin akma dayanımlarının S355J2C+N ve Hardox 450 için sırasıyla 513 ± 8 MPa ve 1464 ± 8 MPa olduğunu, gazaltı ark kaynağının boyuna yönünden çıkarılan numunenin en yüksek çekme dayanımının 899 ± 8 MPa olduğunu, enine yönden çıkarılan numunenin en yüksek çekme dayanımı ise 699 ± 7 MPa olduğunu ve S355J2C+N malzemesinden koptuğunu gösterdi. Dinamik bir test cihazı kullanılarak Hardox 450, S355J2C+N ve kaynaklı bölgeye aşınma testi yapıldı. Eğme testinde, S355J2C+N ve Hardox 450 çeliklerinin maksimum eğme kuvvetlerinin sırasıyla 15.67 ± 2 ve 43.24 ± 4 kN, boyuna ve enine yönünden kesilen kaynaklı numunelerin eğme kuvvetlerinin sırasıyla 22.06 ± 2 ve 19.65 ± 2 kN olduğu tespit edildi. Mikroyapı analizleri için kapsamlı ve günümüz teknolojisi ile gerçekleştirilen analizler mikroyapı ile ilgili tüm detayları sundu. Gazaltı ark kaynağı iki farklı metalin birleşiminde mukavemet, sızdırmazlık ve tokluk gibi iyi özellikler sağladı ve bu kaynak yöntemi bu iki farklı metalin başarılı biçimde birleştirilmesi için uygundur. Böylece kompleks sistemler için bu farklı özellikteki iki metalin başarılı biçimde birleştirilebildiği tespit edildi.

Abstract:
This thesis presents the investigation of the joining of Hardox 450 and EN 10025 S355J2C+N steels by the gas metal arc welding (GMAW) method in terms of microstructure and mechanical properties. In this context, the welding center formed by the combination of two different superior metals and welding wire, the microstructures of the two heat-affected base metals zone were examined and their effects on the mechanical properties were investigated. Experiments were carried out using mechanical tests such as Vickers microhardness (HV 0.1), bending, Charpy V-Notch impact, wear, tensile tests. In optical investigation, optical microscope (OM), field emission scanning electron microscope (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD) analyzes were applied. In optical investigation, the average grain size of S355J2C+N base metal was 18 ± 6 µm, and the grain size of Hardox 450 base metal was 9.2 ± 6 µm. After the gas metal arc welding process, there are acicular structures of 4.4 ± 1 µm by 26 ± 4 µm in length and grains of 11.8 ± 3 µm in the heat affected zone (HAZ) of Hardox 450. There is a complex grain size distribution of 13 ± 3 µm and 9.2 ± 3 µm in places in the S355J2C+N HAZ. A heterogeneous structure was formed in the welding center. Vickers microhardness values decreased from Hardox 450 to S355J2C+N metal. The highest hardness value was measured in Hardox 450 base metal and was 311 ± 8 HV. The hardness of the S355J2C+N base metal was approximately 217 ± 8 HV, while the hardness of the weld center was measured as approximately 249 ± 8 HV. Mechanical stress analysis revealed that the yield strengths of base metals were 513 ± 8 MPa and 1464 ± 8 MPa for S355J2C+N and Hardox 450, respectively, the highest tensile strength of the sample extracted from the longitudinal direction of the gas metal arc welding was 899 ± 8 MPa, the highest tensile strength of the sample extracted from the transverse direction was the highest. its tensile strength was 699 ± 7 MPa and showed that it fractured from the S355J2C+N material. Wear test of Hardox 450, S355J2C+N and welded area was performed using a dynamic tester. In the bending test, it was determined that the bending forces of the the maximum forces obtained in the bending tests of S355J2C+N and Hardox 450 steel were 15.67 ± 2 ve 43.24 ± 4 kN while the maximum forces obtained in the bending tests of the welded samples cut from the longitudinal and transverse directions of the gas metal arc welding were 22.06 ± 2 ve 19.65 ± 2 kN, respectively. Comprehensive analyzes for microstructure analyzes carried out with today's technology provided all the details about microstructure. Gas metal arc welding provided good properties such as strength, impermeability and toughness at the junction of two dissimilar metals, and this welding method is appropriate for the successful joining of these two dissimilar metals. Thus, it has been determined that these two metals with different properties can be successfully welded for complex systems.