Farklı kalitedeki rayların mikroyapı, kalıntı gerilme ve kırılma tokluğu özelliklerinin incelenmesi
Investigation of microstructure, residual stress and fracture toughness characteristics of different quality rails
Yazar: SABRİ ERTAN
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET EMRE TURAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, demir yollarında kullanılan R260, R260Mn ve R350HT kalite rayların kalıntı gerilme, yorulma çatlak ilerleme ve kırılma tokluğu performansları incelenmiştir. Kimyasal kompozisyonun (Mn miktarı) ve ısıl işlemin (mantar sertleştirme işlemi) rayların mikro yapı, sertlik, gerilme ve yorulma davranışlarına etkisi araştırılmıştır. Mikroyapı incelemeleri, standart metalografik prosesler uygulandıktan sonra, Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Spektral analizle deneysel çalışmada kullanılan rayların kimyasal bileşimleri not edilmiş ve brinell sertlik yöntemiyle de sertlikleri ölçülmüştür. Rayların üretimi neticesinde oluşan kalıntı gerilmeleri hem X ışını ile hem de gerinim ölçerlerle ölçülmüş ve bu teknikler kendi aralarında kıyaslanmıştır. ASTM standartlarına göre üç farklı kalite rayların yorulma çatlak ilerleme hızları ve kırılma tokluğu davranışları incelenmiştir. 
Deneysel sonuçlar neticesinde mantarı sertleştirilmiş rayın yorulma çatlak ilerleme hızı daha düşük, kırılma tokluğu ise daha yüksek bulunmuştur. X ışını yöntemiyle yapılan kalıntı gerilme ölçümleri, kesme yöntemine göre tutarlı çıkmıştır. R260 ve R260Mn kalite raylarda mikro yapı ve sertlik değerleri arasında belirgin bir fark görülmemiştir. R260Mn kalite ray daha düşük yorulma çatlak ilerleme hızına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu raylar genel olarak kaba perlitik yapıya sahip olmakla beraber R350HT kalite ray da ince perlitik yapı görülmüştür. Lameller arası mesafe de mantarı sertleştirilmiş rayda diğerlerine göre daha azdır.

Abstract:
In this study, the residual stress, fatigue crack propagation and fracture toughness performances of R260, R260Mn and R350HT quality rails used in railways were investigated. The effects of chemical composition (Mn content) and heat treatment (cork hardening process) on the microstructure, hardness, stress, and fatigue behavior of rails were examined. Microstructural investigations were carried out using Scanning Electron Microscope (SEM) after applying standard metallographic processes. The chemical compositions of the rails used in the experimental study were noted by spectral analysis and their hardness was measured with the brinell hardness method. The residual stresses resulting from the production of the rails were measured with both of X-ray and strain gauges, and these techniques were compared among themselves. Fatigue crack propagation rates and fracture toughness behavior of three different quality rails according to ASTM standards were examined.
As a result of the experimental results, the fatigue crack propagation rate of the head hardened rail was found to be lower and the fracture toughness was higher. The residual stress measurements made by the X-ray method were consistent with cutting method. There was no significant difference between the microstructure performance and hardness values in R260 and R260Mn quality rails. It was determined that R260Mn quality rail has lower fatigue crack propagation rate. Although these rails generally have a coarse pearlitic structure, a fine pearlitic structure was observed in the R350HT quality rail. The distance between the lamellae is also less in the head hardened rail compared to the others.