Derin kriyojenik işlemin AISI 4140 çeliğinin aşınma davranışına etkisi
Effects of deep cryogenic treatment on wear behaviour of AISI  4140 steel
Yazar: HALİME NALBANT
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN GAŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, tabanca ve tüfek namlu malzemesi olarak kullanılan ıslah edilmiş ve yüksek sıcaklıkta temperlenmiş AISI 4140 çeliğinin 12, 24 ve 36 saat sürelerle kriyojenik işlem uygulanmıştır. Kriyojenik işlem sonrasında her bekletme süresinden bir grup numuneye 200 ̊C'de 1 saat süreyle temperleme işlemi uygulanmıştır.  Kriyojenik işlem sonrası malzemelerin mikroyapısal incelemeleri yapılmış, mikro sertlikleri ölçülmüş; çentik darbe, çekme ve aşınma deneyleri gerçekleştirilerek işlem görmemiş malzeme ile karşılaştırılmıştır. Kriyojenik işlem, dakikada 2 °C soğutma hızıyla -196 °C'ye soğutularak belirlenen sürelerde bu sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilmiştir. -196 °C'den oda sıcaklığına yine dakikada 2 °C ısıtma hızı ile ulaşılmıştır. Mikroyapıda meydana gelen değişikliklerin ve aşınma yüzeylerinin incelenmesinde optik mikroskop(OM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM)kullanılmıştır. Mikrosertliklerde meydana gelen değişikliklerin belirlenmesinde Vickers sertlik ölçme yöntemi kullanılmıştır. Aşınma deneyleri ball-on-disc metodu ile kriyojenik işleme tabi tutulan her numune ve işlem görmemiş numuneler için 5 N yük ile; 5 mm yarıçapta, 100 metre aşınma mesafesi, 5 cm/s hızla kuru koşullarda gerçekleştirilmiştir. İşlem görmemiş, sadece kriyojenik işleme tabi tutulmuş ve kriyojenik işlem sonrası temperlenmiş numunelerin özgül aşınma oranları hesaplanmış, tüm mekanik testlerin sonuçları çıkarılmış ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Kriyojenik işlem uygulanmış numunelerin tümünün aşınma oranlarında sertlik artışı ile birlikte, işlem uygulanmamış numuneye göre iyileşme olduğu görülmüştür. 5 N yük uygulanan aşınma deneyinde, 12 saat kriyojenik işlem uygulanan numunenin aşınma direncinde %66,4 oranında artış olmuştur. Kriyojenik işlem sonrasında temperleme uygulanmış numunelerde ise benzer olarak sadece 24 saat kriyojenik işlem görmüş numunede aşınma dayanımı görülürken 12 ve 36 saatlik numunede görülen düşüş açıklanamamıştır.

Abstract:
In this study, deep cryogenic treatment is applied at 12, 24 and 36 hours to AISI 4140 steel which is used for pistol and rifle barrel. After cryogenic treatment, a batch of samples from each stooding period was subjected to a tempering process for 1 hour at 200 °C. After cryogenic treatment, microstructural investigations, micro hardness test, notch impact test, tensile test and wear tests were carried out and the results were compared to untreated material. Cryogenic treatment is applied with the cooling rate of 2 °C per minute to -196 °C and had stood at this temperature at specified times. It was reached at room temperature again with heating rate of 2 °C per minute. Optical microscope and SEM techniques were used to examine the changes in the microstructure and worn surface. Vickers was drawn on in determining the microhardness changes. Wear tests were carried out dry conditions by using ball-on-disc method for each times of cryogenic treated and untreated samples with 5 N normal load, 5 mm radius, 100 meters sliding distance and 5 cm/s sliding velocity. Specific wear rates and all mechanical test results of untreated, only cryogenic treated and tempered after cryogenic treatment samples were calculated and compared each other. Result of the comparisons, wear rates of cryogenic treated samples increased according to untreated samples due to increasae of hardness. In the wear test with a load of 5 N, the wear resistance of the sample subjected to the cryogenic treatment for 12 hours increased by 66.4%. In the samples tempered after the cryogenic treatment, similarly, only the cryogenic treated sample for 24 hours showed was increased, but the decrease in the 12 and 36 hour sample was not explained.