EFFECT OF ABRASIVE PARTICLE SIZE AND AUSTEMPERING TIME ON THE ABRASİVE WEAR OF ALLOYED AND UNALLOYED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Transkript

1 . Uluslrrsı İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 9), - Myıs 9, Krük, Türkiye KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRİN ABRASİF AŞINMA DAVRANIŞINA AŞINDIRICI PARÇACIK BOYUTU VE ÖSTEMPERLEME SÜRESİNİN ETKİSİ EFFECT OF ABRASIVE PARTICLE SIZE AND AUSTEMPERING TIME ON THE ABRASİVE WEAR OF ALLOYED AND UNALLOYED AUSTEMPERED DUCTILE IRON Melik ÇETİN ve Ferht GÜL Krük Üniversitesi, Teknik Eğitim Fkültesi, Metl Eğitimi Bölümü, metin@kruk.edu.tr Gzi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fkültesi, Metl Eğitimi Bölümü,fgul@gzi.edu.tr Özet Bu çlışmd, östemperlenmiş küresel grfitli dökme demirin rsif şınm dvrnışın östemperleme süresinin ve şındırıı prçık oyutunun etkisi rştırılmıştır. Alşımlı ve lşımsız küresel grfitli dökme demir numuneler, 8 C de dkik östenitlenmiş ve C de, ve dkik süreyle östemperlenmiştir. Östemperlenmiş küresel grfitli dökme demir numunelerin rsif şınm testleri, disk üzerinde pim ihzınd, N yük ltınd ve - µm oyutundki Al O şındırıı ile. ms - kym hızınd gerçekleştirilmiştir. Aşınm testleri,numunelerin şınm direni üzerinde östemperleme zmnının etkisinin, rsif Al O tne oyutun ğlı olduğunu orty koymktdır. Alşımlı ve lşımsız numuneler dkiklık östemperleme süresinde, dkiklık östemperleme süresine göre en yüksek şınm direni sergilemiştir. - 7 µm rlığınd tne oyutun ship rsif Al O üzerinde gerçekleştirilen şınm testleri, dkik östemperlenen lşımlı numunenin en z şındığını gösterirken, µm dn üyük Al O rsif prçıklr üzerinde şındırıln lşımsız numuneler tüm östemperleme şrtlrı için en yüksek şınm kyın shiptir. Anhtr kelimeler: Arsif şınm direni, östemperlenmiş küresel grfitli dökme demir, şındırıı oyutu, sertlik, mikroypı Astrt In this study, effet of the ustempering time nd rsive grit size on rsive wer ehviour of ustempered dutile iron (ADI) ws investigted. Alloyed nd unlloyed dutile iron ws ustenised t 8 C for min nd ustempered t C for, nd min. Austempered dutile st iron (ADI) speimens were rded on the pin on dis pprtus under the norml lod of N nd the sliding speed of. m s - y ruing the speimens to rsive Al O grins with dimeters in the rnge of - µm. Arsive wer tests reveled tht, the effet of the ustempering times on the wer resistne of speimens, depends on the rsive Al O grins size. Unlloyed speimens ustempered for minute exhiited lower wer rte thn the speimens ustempered for nd minute when rued on ll rsive Al O grins. Wer tests performed on Al O rsive grins hving - 7 µm dimeters rnge showed tht, lloyed speimens with minute ustempered hd the lowest wer rte, while unlloyed speimens rded on Al O rsive grins hving dimeters higher thn µm for the ll ustempered ondition hd the highest wer rte. Keywords: Arsive wer resistne, ustempered dutile iron, rsive grins size, hrdness, mirostruture.. Giriş Küresel grn?fitli dökme demir(kgdd) mükemmel dereede meknik özellik kominsyonun ve iyi şınm direni ile sertleşeilirliğe shiptir [-]. Döküm endüstrisindeki gelişmelerle irlikte ösferritik mikroypıy ship östemperlenmiş küresel grfitli dökme demir (ÖKGDD) mlzeme elde edilmiştir. KGDD mlzemeden ösferritik ypı iki yoll elde edilir: (i) Döküm durumund Ni, Mo ve Cr gii lşım elementi ilvesi vey (ii) geleneksel KGDD mlzemeye östemperleme olrk dlndırıln spesifik ir ısıl işlem uygulnrk ösferritik dönüşüm elde edilir [ ]. ÖKGDD mlzeme hâlihzırd çelik mlzemeye lterntif ir mlzemedir [, 8]. Çünkü ÖKGDD mlzeme; yüksek dynıml irlikte iyi süneklik, iyi şınm direni ve yüksek yorulm direni ve kırılm tokluğunun mükemmel kominsyonu gii enzersiz özelliklere shiptir [9-]. Ayrı ÖKGDD mlzemeler çeliklerle krşılştırıldığınd; düşük mlzeme mliyetine, düşük üretim mliyetine, düşük yoğunluğ, iyi işleneilirliğe ve yüksek titreşim söndürme kiliyetine shiptir [,7]. ÖKGDD ler, otomotiv, demiryolu ve ğır snyi gii geniş ir yelpzede değişen uygulmlr için uygun mlzemedir. Bu mlzemeler dişli, krnk mili, knt, lokomotif tekerleği, trımsl ekipmnlr gii şınm direninin iyi olmsı gereken ypısl elemnlrd kullnılmktdır [,]. Bu çlışmd KGDD mlzemenin rsif şınm dvrnışın östemperleme süresinin, kym mesfesi ve şındırıı prçık oyutunun etkisi rştırılktır..deneysel Çlışmlr Bu çlışmd numuneler mm çpınd ve mm oyundki silindirik mç klıplrın dökülmüştür. Ypıln spektrl nliz sonuu dökülen numunelerin %, C, %,9 Si, %,7 Mn, %, Cu, %, P ve %,8 S ileşimine ship olduğu tespit edilmiştir. Deneysel çlışmd kullnılk döküm durumu ferritik KGDD numuneler silindir döküm prçlrdn tornlrk, mm IATS 9, Krük Üniversitesi, Krük, Türkiye

2 çpın ve mm uzunluğun getirilmiştir. Östemperleme ısıl işlemi için numuneler 8 o C de dkik östenitlenerek dh sonr hızlı o C deki tuz nyosun (% NNO + %KNO ) trnsfer edilmiştir. Bu sıklıkt, ve dkik ekletilerek dh sonr od sıklığın çık tmosferde soğutulmuştur. Aşınm deneylerinden öne şınm numunelerinden kesilmiş oln mikroypı numunelerine stndrt metlogrfik işlem uygulnmıştır [9 ]. % nitl ile dğlnmış numunelerin mikroypısının inelenmesi Olympus mrk optik mikroskopt ypılmış, görüntüler CCD kmer ve uygun progrm rılığıyl ilgisyr ktrılmıştır Sertlik testleri numuneleri üzerinde INSTRON WOLPERT mrk sertlik ölçüm ihzı ile ypılmış ve kg yük uygulnmıştır. Her ir numune için sertlik testi ypılmış ve u değerlerin ortlmsı lınmıştır. Aşınm testleri, disk üzerinde pim ihzınd [9-], N yük ltınd ve, m/sn kym hızınd ve,,, 8 ve µm oyutundki frklı rsif Al O şındırıı zımpr üzerinde ypılmıştır. Arsif zımpr üzerinde şınn numuneler, şınm yönüne dik şekilde hreket ettirilmiş. Deneyler, numuneler dim temiz (fresh) rsif zımpry tems ettirilerek ypılmıştır. Arsif zımpr üzerinde numunelerin toplm kym mesfesi 7, m dir. Her ir numune, m lik kym mesfesinde, mg hsssiyetindeki elektronik terzide trtılmıştır Aşınm testinden öne ve sonr numuneler Etil lkol ile temizlenmiş ve sık hv ile kurutulmuştur. Her numune en z iki teste ti tutulmuş ve elde edilen değerlerin ortlmsı lınmıştır.. Deneysel Sonuçlr ve Trtışm Östemperleme süresine ğlı olrk ÖKGDD numunelerin mikroypılrı Şekil de verilmiştir. Şekil den görüldüğü gii 8 o C de östenitlenen ve o C de, ve dkik östemperlenen numunelerin mikroypısı, ferrit ve yüksek kronlu östenitten oluşmktdır. Östemperleme süresine ğlı olrk numunelerin sertlik değişimleri Şekil de verilmiştir. Şekilden görüldüğü gii o C de östemperleme süresinin dkikdn dkiky çıkmsıyl numunenin sertliği rtmkt iken, sürenin dkik çıkrılmsıyl sertlik zlmıştır. İnelenen numunelerin rsif şınm testlerinden elde edilen şınm kyıplrı kym mesfesinin fonksiyonu olrk Şekil - de verilmiştir. Şekil den görüldüğü gii N norml yük ltınd numunelerin şınm kyıplrı kym mesfesinin rtmsıyl irlikte doğrusl şekilde rtmktdır. Şekil ün eğimi lınrk; irim kym mesfesinde irim şınm kyı mg/m iriminde şınm hızı vermektedir. İnelenen numunelerin şınm hızın, Al O şındırıı prçık oyutunun etkisi Şekil de verilmiştir. Arştırıln numunelerin tüm östemperleme şrtlrınd şınm hızlrı rsif Al O prçık oyutun ğlı olrk değişmektedir. Aşınm hızındki değişim µm nin ltınd ve üstünde meydn gelmektedir, dolyısıyl geçiş noktsı yklşık µm Al O rsif prçık oyutun krşılık gelmektedir (Şekil ). Şekil. 8 o C dkik östenitleme ve o C de () dkik, () 9 dkik, () dkik östemperleme, Dğlm: % Nitl x8 Sertlik, HV Östemperleme Süresi, (dk) Şekil. 8 o C de dkik östenitlenen numunelerin östemperleme sıklığın ğlı olrk sertliklerindeki değişimine östemperleme süresinin etkisi. Trtışm 8 o C de dkik östenitleme ve o C de, ve dkik östemperlenen ÖKGDD numunelerin mikroypı inelemelerinden, o C de östemperleme süresinin rtışın ğlı olrk mikroypının homojenliğinin rttığı görülmektedir. Bunun ynı sır östemperleme süresinin dkikdn ve dkiky çıkrılmsıyl mikroypının klştığı Şekil - den görülmektedir. Östemperlenmiş küresel grfitli dökme demirin mikroypı krkteristiğini östenitleme sıklığı ve süresi ve östemperleme sıklığı ve süresi gii östemperleme

3 Aşınm Kyı, (mg) 8 Aşınm hızı, (mg/m) 7, 7,, 7, Kym mesfesi, (m) Zımpr oyutu, (µm) Aşınm Kyı, (mg) Aşınm Kyı, (mg) 7 8, 7, 8 Kym mesfesi, (m), 7, Kym mesfesi, (m) Şekil. 8 o C de dkik östenitlenen ve o C de () dkik, () dkik ve () dkik östemperlenen numunelerin şınm kyın kym mesfesi ve zımpr oyutunun etkisi prmetreleri etkilemektedir [9,]. 8 o C de dkik östenitlenen ve dh sonr o C de, ve dkik östemperlenen döküm durumu ferritik numunede ferrittin ir kısmının ypıd östenite dönüşmeden kldığı görülmektedir (Şekil ve ). Seçilen östenitleme sıklığı ve süresi mtrisin tmmen östenite dönüşümü ve kronun difüzyonu için önem kznmktdır. Ayrı östenitleme süresine ğlı olrk östemperleme sıklığı ve süresi de dönüşüm meknizmsı için önem Aşınm hızı, (mg/m) Aşınm hızı, (mg/m), 7, 9 8 7, 7, Zımpr oyutu, (µm) Zımpr oyutu, (µm) Şekil. 8 o C de dkik östenitlenen ve o C de () dkik, () dkik ve () dkik östemperlenen numunelerin şınm hızın zımpr oyutunun etkisi kznmktdır. Dolyısıyl östemperleme sürense ğlı olrk ösferritik ypı içeriği rtmktdır. İnelenen numuneler 8 o C de dkik östenitleme işleminden sonr o C de, ve dkik östemperleme işlemi ypıldığınd numunelerin sertlikleri östemperleme süresine ğlı olrk değişmektedir. Östemperleme süresinin dkikdn dkiky çıkrılmsıyl

4 rtmkt, sürenin dkiky rttırılmsıyl zlmktdır (Şekil ). Elde edilen sertlik sonuçlrı genel olrk litertürle prlellik göstermektedir [8,8]. İnelenen ÖKGDD numunelerin şınm hızını Al O rsif prçık oyutu, östemperleme süresinin etkilediği rsif şınm testlerinden çıkn en önemli sonuçtur. Şekil () ve () den çıkç görüldüğü gii Al O rsif şındırıı prçık oyutu rttıkç ÖKGDD numunelerin şınm hızlrı rtmktdır. Çetin ve Gül de [-] yptıklrı çlışmlrd Al O rsif şındırıı prçık oyutunun rtmsıyl ÖKGDD mlzemenin şınm kyının rttığını elirtmişlerdir. Arsif şınm sırsınd sit ir yük uygulndığınd, rsif şındırıı oyutunun rtmsı, z syıd tneden oluşn ölgede test yükünün rtmsın neden olur, unun sonuu her ir rsif tnenin uç kısmınd yüksek tems sını meydn gelir [7]. Bu nedenle rsif şındırıı oyutunun rtmsıyl tems gerilimi rtmkt, dolyısıyl fzl miktrd deformsyon oluştuğu için şınm sırsınd yüksek miktrd mlzemenin uzklşmsın neden olmkt, un ğlı olrk d numunelerin şınm hızı rtmktdır (Şekil ). Al-Cu ve kompozit mlzemelerin şınmsı üzerine ypıln çlışmlrd elirli ir yükte zı şındırıı prçık oyutlrınd şınmnın şiddetlendiği vey zldığı ifde edilmektedir [,7,8]. Bununl ilgili olrk elirtilen kompozit mlzemede elirli ir şındırıı prçık oyutu için kritik yükün ulunduğu u yükün üzerinde zı mlzemelerin çok dh yüksek şınm gösterdiği elirtilmektedir [8]. Ayrı inelenen ÖKGDD numunelerin rsif şınm dvrnışlrı östemperleme süresine ğlı olrk değişmektedir. 8 o C de dkik östenitlenen ÖKGDD numuneler için, Al O şındırıı prçık oyutu küçüldüğünde (< µm) o C de östemperleme süresinin rtmsıyl inelenen ÖKGDD numunelerin şınm hızlrı rtmıştır, ynı sıklıkt östemperleme süresinin dkiky çıkrılmsıyl numunelerin şınm hızı zlmkt, süre dkiky çıkrıldığınd ise şınm hızı tekrr rtmıştır. En düşük şınm hızı dkik östemperlenen numunede elde (Şekil ). Al O şındırıı prçık oyutu üyüdüğünde (> µm) inelenen ÖKGDD numunelerin şınm hızlrı; 8 o C de dkik östenitlenen numune için için o C de östemperleme süresinin rtmsıyl şınm hızı rtrken (Şekil ). Bun ilveten, östemperleme süresinin dkikdn dkiky çıkrılmsıyl şınm hızı zlırken, süre dkik çıkrıldığınd ise şınm hızı rtmktdır (Şekil ). Metl ve kompozit mlzemelerde şındırıı prçık oyutu rtrken mlzemelerin şınm miktrlrı rtmkt, nk u rtış değeri mlzeme özelliklerine göre değişim göstermektedir [8,9].. Sonuçlr. 8 o C de dkik östenitlenen numunenin sertli ği östemperleme süresinin dkikdn dkiky çıkrılmsıyl rtmkt ve sürenin dkiky rttırılmsıyl d zlmktdır.. Aşınm testleri, ÖKGDD numunelerin şınm hızı üzerinde östemperleme süresinin etkisinin, rsif Al O tne oyutun ğlı olduğunu orty koymktdır. Tüm Al O rsif prçıklr üzerinde şındırıln 8 o C de dkik östenitlenen ve o C de dkik östemperlenen numunenin şınm hızı, ynı sıklıkt ve dkik östemperlenen numunelere göre dh zdır.. 8 o C de dkik östenitlenen ÖKGDD numuneler için, Al O şındırıı prçık oyutu küçüldüğünde (< µm) o C de östemperleme süresinin dkikdn, dkiky çıkmsıyl şınm kyı zlırken, sürenin dkiky çıkrılmsıyl şınm hızı rtmıştır. Al O şındırıı prçık oyutu (> µm) yi geçtiğinde inelenen ÖKGDD numunelerin şınm hızlrı ynı eğilim göstermiştir. Teşekkür Bu çlışm, 7/ nolu Gzi Üniversitesi Bilimsel Arştırm Projeleri kpsmınd desteklenmiştir. Yzrlr, destekleri nedeniyle Gzi Üniversitesi Arştırm Fonu n teşekkür ederler. Kynklr [] Lreque,C., nd Ggne, M., Review: Dutile iron fifty yers of ontinuous devellopment, Cndin Metllurgil Qurterly,7-,-78,998. [] C.F., Wlton, Mehnil properties of dutile iron, Iron Cstings Hndook, Iron Cstings Soiety In., - 7,98. [] Trudel,A., nd Ggne,M., Review: Effet of omposition nd het tretment prmeters on the hrteristis of ustempered dutile irons, Cndin Metllurgil Qurterly,-,89-98,997. [] Refey, A., Fthll,N., Effet of mirostruture on properties of ADI nd low lloyed dutile iron, Journl of Mterils Siene,,-,. [] Jnowk J.F., nd Gundlh, R.B., Development of dutile iron for ommeril ustempering, AFS Trnstions, 8-,77-8,98. [] Hrding R.A., nd Gilert, G.N.J., Why the properties of ustempered dutile irons should interest engineers, The British Foundrymn, 79, 89-9,98. [7] Shmidt, I., Shuhert, A.,Z., Unlurited sliding wer of ustempered dutile iron, Metllkunde, 78, 87 87,987. [8] Johnsson, M., Austeniti-Biniti dutile iron, AFS Trnstions, 77-7,7-, 977. [9] Lerner,Y.S., Wer resistne of ustempered dutile iron, Foundry Mngement & Tehnology, 7-8,999. [] Brtosiewiz, L., Kruse, A.R., Kovs, B., Puttund, S.K., Ftigue rk growth ehvior of ustempered dutile st iron, AFS Trnstions 9(),,99. [] Bhmni, M., Elliott, R., Vrhrm, N., The reltionship etween ftigue strength nd mirostruture in n ustempered Cu Ni Mn Mo lloyed dutile iron, Journl of Mterils Siene,,-8,997. [] Greno, G.L., Otegui, J.L., Boeri, R.E., Mehnisms of ftigue rk growth in ustempered dutile iron, Interntionl Journl of Ftigue,,-,999. [] Dommro, R.C., Slvnde, J.D., Contt ftigue resistne of ustempered nd prtilly hilled dutile irons, Wer,,,.

5 [] Puttund, S.,K., Gdiherl, K., Influene of ustenitizing temperture on frture toughness of low mngnese ustempered dutile iron (ADI) with ferriti s st struture, Mterils Siene nd Engineering A 8,,999. [) Ro, P., Puttund, S.K., Investigtions on the frture toughness of ustempered dutile irons ustenitized t different tempertures, Mterils Siene nd Engineering A 9, -9,. [] Ro, P., Puttund S.K.,, Investigtions on the frture toughness of ustempered dutile iron lloyed with hromium,mterils Siene nd Engineering A, -,. [7] Jinghui Yng J., Puttund, S.K., Improvement in strength nd toughness of ustempered dutile st iron y novel two-step ustempering proess, Mterils nd Design, 9,. [8] Puttund, S.K., Development of ustempered dutile st iron(adi) with simultneous high yield strength nd frture toughness y novel two-step ustempering proess, Mterils Siene nd Engineering A,7-8,. [9] Çetin, M., Gül, F., Effet of rsive prtile size nd ustempering time on the rsive wer of lloyed nd unlloyed ustemped dutile iron, th Interntionl Metllurgy-Mterils Congress, Septemer 8 - Otoer, Istnul/Turkey, 9-,. [] Çetin, M., Gül, F., Effet of the ooling in the ustempering proess on the rsive wer ehviour of ustempered dutile iron, J.F.Eng.Arh.,Gzi Üniv, (), 9-,. [] Çetin, M., Gül, F.,Arsive wer ehvior of upper usferrite ustempered dutile iron, Teknoloji, (),7-, 8. [] Çetin, M., Gül, F., Effet of ustempering time of rsive wer ehvior unlloyed ustempered dutile iron, st Interntionl Votionl nd Tehnil Edution Tehnologies Congress, Septemer -7, Istnul /Turkey,. [] Çetin, M., Gül, F., Effet of rsive prtile size nd ustenizing time on the rsive wer of unlloyed ustemped dutile iron, th Interntionl Advned Tehnologies Symposium, Septemer 8-, Kony/Turkey, 98-9,. [] Çetin, M., Gül, F., Effet of ustenising temperture nd time of rsive wer ehvior unlloyed ustemred dutile iron, th Interntionl Mterils Symposium, 9- April, Denizli/Turkey,8-9,. [] Çetin, M., Gül, F., Effet of Mg on rsive nd dhesive wer ehvior of Al-Cu sting lloy, th Interntionl Advned Tehnologies Symposium, August 8-, Ankr, -,. [] Drwish,N., Elliott,R., Austempering of low mngnese dutile irons,prt: Proess window, Mterils Siene nd Tehnology,9,7-8,99. [7] Cndn,E., Ahltı,H., Çimenoğlu,H., Arsive wer ehviour of Al SiC omposites produed y pressure infiltrtion tehnique, Wer, 7,. [8] Singh,M., Mondl,D.P.,Modi,O.P.,Jh,A.K., Two-ody rsive wer ehviour of luminium lloy-sillimnite prtile reingfored omposite, Wer,,7-8,. [9] Rohtgi,P.K.,Guo,R.Q., Mehnism of rsive wer of Al-Si hypoeuteti lloy ontining vol %fly sh, Triology Letters,,9-7,997.