Politeknik Dergisi Journl of Polytechnic Cilt: 9 Syı: 4 s. 295-301, 2006 Vol: 9 No: 4 pp. 295-301, 2006 Ykm Alın Kynğınd Yığm Bsıncının 16MnCr5 Zincir Çeliğinin Meknik Özelliklerine Etkisi Uğur ARABACI, Cemil ÇETİNKAYA Gzi Üniversitesi Teknik Eğitim Fkültesi Metl Eğitimi Bölümü 06500 Teknikokullr, ANKARA ÖZET Bu çlışmd ykm lın kynğı uygulnmış 16MnCr5 zincir çeliklerinin meknik ve mikroypı özelliklerine yığm sıncının etkisi rştırılmıştır. Deneylerde yığm kım süresi 2 sniye olrk sit seçilmiş; yığm sıncı ise 2, 2,5 ve 3 Br olrk değiştirilmiştir. Deneyler sonund tüm numunelerde en yüksek sertlik değerlerinin kynk ölgesinde meydn geldiği ve değişen prmetrelerle irlikte mlzemelerin meknik özelliklerinin değiştiği tespit edilmiştir. Anhtr kelimeler: Ykm lın kynğı, direnç kynğı, meknik özellikler. The Effect of Pileng Pressure on the Mechnicl Properties of Flsh Butt Welded 16 MnCr 5 Chin Stell ABSTRACT In this study the effect of upsetting pressure on microstructure nd mechnicl properties of flsh utt welded 16MnCr5 chin steels. In the experiments upsetting time ws chosen 2 sec. And upsetting pressures pplied were 2, 2,5 nd 3 r. After the experiments it ws determined tht mximum hrdness vlues were recorded in the weld zone nd mechnicl properties of the joints chnged depending on the welding prmeters. Key Words : Flsh utt welding, resistnce welding, mechnicl properties 1. GİRİŞ Uygulndığı mlzemeye, işlemlerine ve mksdın göre çeşitleri oln ykm lın kynğı, slınd elektrik direnç kynğının frklı ir türü olup, ısı dövme ve yığm işlemlerinden oluşur (1,2). Ykm işlemi, dirençle ısıtm işleminden frklılık göstermekte olup, yüzeydeki pürüzler kynk nınd tems yüzeyinin küçük olmsın, dolyısıyl ölgedeki direncin rtmsın neden olmktdır. Direncin üyük olmsı, ısınm işlemini ynmy dönüştürerek kynk işlemi gerçekleşmektedir (3). Prçlrın toplm kesitlerinin çok z ir yüzdesini temsil eden tems yüzeyinde ulunn pürüzler, sekonder elektrik devresinin kpnmsın neden olurlr. Pürüzlerin temsınd kullnıln sınç çok zyıf olduğundn, tems yüzeyindeki elektrik direnci çok yüksektir. Tems yüzeylerinden çok yoğun ir kım geçtiğinden, pürüzler üzerinde çok kuvvetli ir ısınm meydn gelir (4). Tems noktlrı ni olrk ergime sıcklığın ulşır. Ergime hlindeki u küçük mlzeme hcimleri ptlr ve ynn zerrecikler dışrı doğru fırlr. Fırltmdn sonr u tems noktlrı tekrr yeni krter ve çukurlr oluştururlr. Bu krterlerin uç noktlrı tekrr tems geçer ve öylece oly lın yüzeyinin kynk sıcklığın gelmesine kdr devm eder. Ergime ve ptlmlr seei ile meydn gelen mlzeme kyı, hreketli tllrın yklşmsı ile krşılnır (5,6). Ynmnın ütün yüzeyi kplmsı ve irleştirilecek yüzeyin tmmının ergimesinden sonr, tlnın ni hreketi ile yüksek sıcklıktki yüzeyler iririne stırılır. Böylece pürüzlerin tems dirençleri ortdn klkr ve kıvılcımlnm d iter. Kıvılcımlnm süresi; mlzemenin ısıl iletkenliğine, prçlrın kesitine, kıvılcımlnm çevirimine ve sekonder devre gücüne ğlıdır (7). Bu çlışmd, zincir üretiminde kullnıln 16MnCr5 çeliğinin kynklnilirliği, yığm kım süresi sit tutulup, yığm sıncı rttırılrk rştırılmıştır. Kynklnn numunelerin sertliği, mikroypı ve çekme dynımı incelenmiştir. 2. MATERYAL VE METOD 2.1. Mteryl Deneylerde Çizelge 1. de kimysl nlizi verilen 18 mm çplı 16MnCr5 klite çelik çuuklr kullnılmıştır. Çizelge 1. 16MnCr5 çeliğinin kimysl nlizi % % % % % % Cr C Mn Si Mo Ni 1,04 0,143 1,17 0,188 0,0301 0,0619 % % % % % Co P Al S Fe 0,0205 0,010 0,0234 0,019 97,324 Digitl Oject Identifier 10.2339/2006.9.4.295-301 295
Uğur ARABACI, Cemil ÇETİNKAYA / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 2.2 Deneysel Metod Deneyler OSTİM deki YAPAŞ ZİNCİR FABRİKASI NDA, SCHLATTER mrk ykm lın kynk mkinesi ile ypılmıştır. Deney süresince Çizelge 2 de verilen kynk prmetreleri sit tutulmuştur. Deneylerde çenelerin tems yüzeyleri, tems direnci oluşturmmsı için temiz tutulmuştur. Numunelerin yüzeyleri ilk önce kc temizlenerek kynk işlemine hzır hle getirilmiştir. Çizelge 2. Bu çlışmd sit tutuln kynk prmetreleri. Voltj Ampermetre Ön ısıtm zmnı Tems zmnı Çene sıkm sıncı Mkine sıncı Yığm kım Süresi 3 Volt 30 A 3 Sniye 1,2 Sniye 3 Br 6 Br 2 sniye Deney prmetreleri seçilirken mkinenin teknik kpsitesi ve kynk klitesi göz önüne lınmıştır. Kullnıln mkinede yığm sıncı 2 Br ile 3 Br rsınd değiştirilmiştir. Kynklm işleminde 18 mm çplı 16MnCr5 çuuktn 100 mm uzunluğund kesilen prçlr kullnılmıştır. Kynk işlemi sonrsınd her ir kynk koşulu için sertlik, mikroypı ve çekme deneyleri için eşer det numune yrılmıştır. Mikroypı fotoğrflrı için % 2 Nitl ile dğlnn numunelerin mikroskop görüntüleri Prior mrk mikroskop ile çekilmiş, sertlik ölçümleri ise Instron Wolpert mrk sertlik ölçüm cihzı ile ypılmıştır. Sertlik değeri olrk, her ir ölgeden lınn 4 sertlik ölçüm değerlerinin ortlmsı kullnılmıştır. Çekme deneyleri sonrsınd numunelerin kopm yüzeyleri Jeol JSM 5600 mrk trmlı elektron mikroskou (SEM) ile incelenmiştir. Yine EDAX ölçümleri u SEM e ğlı ilgisyr yrdımıyl ypılmıştır. 3. DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA 3.1. Sertlik Sonuçlrı 2, 2,5 ve 3 Br yığm sıncınd kynk ypıln numunelerin kynk ölgesinde ypıln sertlik ölçüm sonuçlrı Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1 deki sertlik grfiklerinde, en yüksek sertliğe irleşme yerinde ulşıldığı görülmektedir. Birleşme yeri sertlik değerleri yığm sıncı 2 r için 278 Vickers, yığm sıncı 2,5 r için 288 Vickers ve yığm sıncı 3 r için de 301 Vickers ulunmuştur. Yığm sıncının rtmsıyl irlikte kynk ölgesi sertlik değerlerinde rtışın olduğu gözlenmiştir. Uygulnn yığm sıncındki rtışl prlel deformsyon miktrınd ir rtış meydn gelmiştir. Bun ğlı olrk sertliğin ve mukvemetin rttığı düşünülmektedir. Yılmz ın (8) frklı metl çiftlerine uygulnmış ktı hl kynk teknikleri ile ilgili çlışmsınd kynk çizgisi oyunc HSS trfınd mksimum sertliğin oluştuğu, deformsyondn dolyı kynk çizgisinde ve hemen ynındki ölgedeki sertliğin yükseldiği ifde edilmiştir. Ayrıc Civelekoğlu (9) frklı metl çiftlerinin ykm lın kynğı uygulmsınd d en sert ölgenin kynk ölgesi olduğunu elirtmektedir. En düşük sertlik değeri ütün numunelerde kynk ölgesi ile ess metl rsınd ulunmuştur. Bulunn değerler sırsıyl 213, 215 ve 216 Vickerstir. Bu noktdn n metle doğru gidildikçe sertlik tekrr yklşık 2-3 Vickers kdr rtmktdır. 3.2. Mikroypı Sonuçlrı Şekil 2, 3 ve 4 te yığm sıncın ğlı olrk numunelerin mikroypılrındki değişimler incelenmiştir. Şekil 2 deki mikroypı fotoğrflrının tümü incelendiğinde, mikroypıd ferrit ve perlit kolonilerinin ulunduğu görülmektedir. An mlzemedeki ferrit yüzdesi dh fzldır (Şekil 2-). Bu ölgede iri ferrit tneleri rsınd perlit ulunduğu görülmektedir. Aynı numunenin ITAB mikroypı fotoğrfınd (Şekil 2-), kynk sırsındki sıcklık ve uygulnn sıncın etkisiyle n mlzemeye göre perlit tnelerinin küçüldüğü, orn olrk rttığı ve dh homojen ir dğılım sergilediği görülmektedir. Kynk ölgesi mikroypısı (Şekil 2-c) ise, diğer ölgelere göre dh ince ve uzun şekilli siküler ferrit olduğu düşünülen tnelerden oluşmktdır (10). Sertlik değeri (Vickers) 325 300 275 250 225 200-8-7-6-5-4-3-2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Kynk merkezine uzklık (mm) 2 Br 2,5 Br 3 Br Şekil 1. Yığm sıncı 2, 2,5 ve 3 Br oln numunelerin kynk ölgelerine it sertlik değerleri. 296
YAKMA ALIN KAYNAĞINDA YIĞMA BASINCININ 16MnCr5 ZİNCİR ÇELİĞİNİN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 c Şekil 2. Yığm sıncı 2 r oln numunenin mikroypı fotoğrflrı () An mlzeme, () ITAB, (c) Kynk irleşme ölgesi. c Şekil 3. Yığm sıncı 2,5 r oln numunenin mikroypı fotoğrflrı () An mlzeme, () ITAB, (c) Kynk irleşme ölgesi. 297
Uğur ARABACI, Cemil ÇETİNKAYA / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 Yığm sıncının rtmsıyl erer mlzemeye uygulnn kuvvet ve deformsyon miktrı rtmıştır. Yığm sıncı 2,5 r oln numunenin n mlzeme tne ypısının (Şekil 3-), Şekil 2- d n mlzeme söyleneilir. Aynı zmnd perlit kolonilerinin ferrit tnelerinin rsınd dh düzenli yer ldığı görülmüştür. Aynı şekilde kynk ölgesi fotoğrfı incelendiğinde (Şekil 4-c) tne ypısının üyük ornd ince ve iğnemsi c Şekil 4. Yığm sıncı 3 r oln numunenin mikroypı fotoğrflrı () An mlzeme, () ITAB, (c) Kynk irleşme ölgesi. mikroypı fotoğrfı görülen yığm sıncı 2 r oln numuneye enzer olduğu görülmektedir. Burd ferrit tneleri ir rd ulunurken yine perlit kolonilerinin rlrd dğıldığı görülmektedir. Şekil 3- deki ITAB mikroypı fotoğrfın göre yığm sıncının 2 rdn (Şekil 2-) 2.5 r rtmsı ile mikroypının inceldiği ve perlit miktrının rttığı görülmektedir. Birleşme ölgesi mikroypı fotoğrfınd (Şekil 3-c) ise yığm sıncı 2 r oln numunenin kynk ölgesi mikroypı görüntüsüne (Şekil 2-c) göre tnelerin sınç rtışının etkisiyle ir miktr küçüldüğü görülmektedir. Kynk ölgesinde ulunn ferritlerin Şekil 2-c ye göre dh iğnemsi olduğu ve yüzde ornlrının rttığı görülmektedir. Kynk işlemi yığm sıncı 2,5 r dn 3 r yükseltilerek ypıldığınd, Şekil 2- ve Şekil 3- d görülen n mlzeme mikroypı görüntülerine enzer ir ypının oluştuğu Şekil 4- d görülmektedir. Mikroypının ferrit ğırlıklı olduğu ve rlrd dğılmış ve ferrite göre dh z miktrd perlitin vrlığındn söz edileilir. ITAB ölgesi mikroypısınn (Şekil 4-), dh d inceldiği ve dh homojen ir hle geldiği ir ypıd olduğu, yer yer ferritlerin ulunduğu görülmektedir 3.3. SEM ve EDAX Sonuçlrı 2 Şekil 5. Yığm sıncı 2 r oln numunenin kopm yüzeyi SEM fotoğrfı. 1 298
YAKMA ALIN KAYNAĞINDA YIĞMA BASINCININ 16MnCr5 ZİNCİR ÇELİĞİNİN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 Şekil 6. Yığm sıncı 2 r oln numunenin spektrl nliz sonuçlrı. () 1 No lu nokty it, () 2 No lu ln it. Şekil.5 deki ITAB ölgesi kopm yüzeyi SEM görüntüsü incelendiğinde kopm yüzeyinin çok düzgün olmdığı, htt üyük ir prç şeklinde ir kopmnın olduğu görülmektedir. Bu iri kopm muhtemelen Fe- Mn_S den kynklnmktdır. Bu tip kopmlr genellikle süreksizliklere nende olmktdır. Şekil 5 deki fotoğrft görülen 1 No lu noktnın EDAX nlizinde (Şekil 6-) %57,1 ornınd Fe ve %42,5 ornınd ise Mn tespit edilmiştir. Aynı şeklin 2 No lu lnın it Şekil 6- deki spektrl nliz sonucund ise % 96ornınd Fe, %2,2 ornınd Cr ve %1,2 ornınd d Mn tespit edilmiştir. SEM görüntülerinde gözenekler ulunmktdır. Şekil 7. Yığm sıncı 2,5 r oln numunenin kopm yüzeyi SEM fotoğrf 2 1 Şekil 8. Yığm sıncı 2,5 r oln numunenin spektrl nliz sonuçlrı. () 1 No lu nokty it, () 2 No lu ln it. 299
Uğur ARABACI, Cemil ÇETİNKAYA / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 Yığm sıncı 2,5 r oln numuneye it Şekil 7 deki ITAB ölgesi kopm yüzeyi SEM mikroypı fotoğrfınd görülen 1 No lu noktnın EDAX nlizinde (Şekil 8-) %77,4 ornınd Al, %11,54 ornınd Fe ve %10,6 ornınd d Mn içerdiği tespit edilmiştir. 2 No lu lnın EDAX nlizi incelendiğinde (Şekil 8-) ise Fe (%98,1) ğırlıklı ir ypı göze çrpmktdır. Dh sonr sırsıyl Cr (%0,9), Mn (%0,6) ve Si (%0,3) ğırlıklrı ornı gelmektedir. 2 1 Şekil 10 dki yığm sıncı 3 r oln numunenin kopm yüzeyi SEM fotoğrfı incelendiğinde diğer numunelere göre hem pürüzlülük ornının zldığı hem de kopmnın dh gevrek olduğu görülmektedir. Bu numunenin çekme dynımının diğer numunelere göre dh yüksek olduğu çekme testi sonuçlrınd verilmektedir. SEM fotoğrfınd görülen siyh ölgelerin kopm ölgeleri vey süreksizlikler olduğu düşünülmektedir. Bu numuneye it 1 No lu lnın EDAX nlizinde (Şekil 10-) %84,8 ornınd Fe, %9,6 ornınd Mo, %3,7 ornınd Mn ve ir miktrd d Cr (%1,0) tespit edilmiştir. Bu SEM fotoğrfı üzerinden lınn 2 No lu lnın spektrl nlizi (Şekil 10-) incelendiğinde ise %97,6 Fe, diğer elementlerin ise iririne ykın ornlrd ve çok düşük miktrlrd olduğu göze çrpmktdır. 3.4. Çekme Deneyi Sonuçlrı Numunelere Çizelge 3 de gösterilen prmetrelerde çekme deneyi uygulnmıştır. Çekme deneyi uygulrken çekme hızı 2 mm/sn olrk sit tutulmuştur Şekil 9. Yığm sıncı 3 r oln numunenin kopm yüzeyi SEM fotoğrfı Şekil 10. Yığm sıncı 3 r oln numunenin spektrl nliz sonuçlrı. () 1 No lu ln it, () 2 No lu ln it. 300
YAKMA ALIN KAYNAĞINDA YIĞMA BASINCININ 16MnCr5 ZİNCİR ÇELİĞİNİN / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI 4, 2006 Çizelge 3. Numunelerin çekme deneyi sonuçlrı YIĞMA BASINCI (BAR) Mks. çekme dynımı (N/mm2) MAKS. ÇEKME DAYANIMI (N/MM 2 ) 2 670 ITAB KOPMA BÖLGESİ 2,5 674 ITAB 680 3 ITAB 682 680 678 676 674 672 670 668 1,5 2 2,5 3 3,5 Yğm Bsıncı (Br) Şekil 11. Numunelerin çekme dynımı ve yığm sıncı rsındki ilişki. Çekme deney sonuçlrı incelendiğinde kopmlrın ütün numunelerde kynk metli dışınd, ITAB ölgesinde meydn geldiği görülmüştür. Bu durum kynk metlinin dynımının yüksek olduğunu göstermektedir. Numunelerin yığm sınçlrın göre çekme sonuçlrı incelendiğinde en yüksek çekme dynımlrın en yüksek sınç uygulmsınd rstlnmıştır. Yığm sıncı miktrının rtmsıyl deformsyon miktrı rtmış, un ğlı olrk sertlik ve mukvemet değerlerinde de ir rtış görülmüştür. Bulunn değerler ise yığm sıncı 2 r oln numune için 670 N/mm 2, yığm sıncı 2,5 r oln numune için 674 N/mm 2 ve yığm sıncı 3 r oln numune için de 680 N/mm 2 dir. 4. SONUÇLAR 18 mm çplı 16MnCr5 klite çelik çuuğ verilen prmetreler doğrultusund ykm lın kynk uygulmsı sonund elde edilen genel sonuçlr şğıd sırlnmktdır; 1- İncelenen numunelerde en yüksek sertlik değeri kynk irleşme ölgesinde elde edilmiştir. 2- Yığm sıncı miktrı rttıkç kynk irleşme ölgesinin sertlik değerlerinde ir rtış tespit edilmiştir. Yığm sıncının 2 rdn 3 r çıkrılmsı ile kynk merkez sertliği 278 Hv den 301 Hv ye rtmıştr. 3- Uygulnn yığm sıncı rttıkç numunelerin çekme dynımlrı rtmıştır. Yığm sıncının 2 rdn 3 r çıkrılmsı ile çekme dynımı 670 N/mm 2 den 680 N/mm 2 ye rtmıştır. 5. KAYNAKLAR 1- Tülentçi, K., Yılmz, M. Ykm Alın Kynğı. Kynk Dünysı. Birsen Bsımevi, İstnul, 14-25 (1990). 2- Anık, S., Kynk Tekniği El Kitı., Yöntemler ve Donnımlr, Cilt 1, Birsen Bsımevi, İstnul, 40-50 (1983). 3- Svge, P., Flsh welding (process vrile nd weld properties), Welding Journll, 3-6 (1962). 4- Yılmz, M., Kluç, E., Tülentçi, K., C45 kronlu çelik ile HSS 6-5-2 yüksek hız çeliğinin ykm lın kynğınd kynk ölgesinin incelenmesi. Science Technolofgy weld join, 286-288 (1993). 5- Kuchuk, S., Experince of flsh- utt welding ppliction in pipeline construction in the USSR, Proceeding of pipeline technology Conference, Östend, Belgium, 37-39 (1990). 6- Trompler, R. JR., Flsh utt welding of crne ril,iron And Steel Engineer. Oct., (73):10 pp 42-44 (1996). 7- Thoms, K, Michilov, V., Wohlfhrt. H., Toughness Investigtions On Nrrow Process- Affected Zones Of Resistnce-Butt, Welding And Cutting, 254-262 (2000). 8- Yılmz M., Krgöz Ş., Ktı hl kynğınd mikro nliz uygulmsı, XI.Ulusl Elektron Mikroskopisi Sempozyumu, Edirne, 163-165 (1993). 9- Civelekoğlu, F., Yükek hız çeliği (S-6-5-2) ile lşımsız kron çeliği (Ck60) çuuklrının ykm lın kynğı ile irleştirilmesinde zı kynk prmetrelerinin ve kynk ölgesinin etüdü, Doçentlik Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstnul, 7-59 (1971). 10- Yükler, A. İ., Kynk Metli Kitı, Erdini Bsımevi, İstnul, 17-60 (1979) 301