6 th Interntionl Advned Tehnologies Symposium (IATS 11), 16-18 My 2011, Elzığ, Turkey Çelik DiĢlilerin Mikroypı ve Meknik Özelliklerine Isıl ĠĢlem Rejimlerinin Etkisi C. Özkn 1, S. Ulu 1, Ġ. GüneĢ 1 1 Afyon Kotepe Üniversitesi Afyon / Türkiye emlozkn26@hotmil.om, sinnulu@ku.edu.tr, igunes@ku.edu.tr Effet of Het Tretment Regimes on Mirostruture nd Mehnil Properties of Steel Gers Astrt In this study, we hve reserhed the hnges of the mirostruture nd mehni fetures in steel y implementing rillint trnstion regimes for st steels whih is used in the onstrution of steel jg s GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 in the mhine industry. Firstly,the GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 steels were kept to normliztion proess t 950,930 nd 900 degrees elius het. After the normliztion right proess, hrdening opertions in the stge of wter nd oil were held on the smples from the ustenite prt.after hrdening proess,steels were tempered respetively 200,400 nd 600 degrees elius. After the right proess, the mirostruture of the experiment smples were studied.after the uniprous pull test,the mehni fetures(yield nd tensile strength, elongtion nd ontrtion on the surfe) ws studied nd the results were supported with the hrdening tests. Keywords Steel, Het Tretment, Mirostruture, Mehnil Properties. I. GĠRĠġ Isıl iģlem, özellikle metlik mlzemelere uygulnn ve mlzemenin meknik özelliklerini sıklık değiģimi ile iyileģtirme mçlı proseslerin tümüne denir. Demir ve kronun frklı sıklıktki iriri içindeki çözünme değerlerine göre hzırlnn demir-kron fz diygrmı ve zmn sıklık dönüģüm diygrmlrı frklı sıklıklrd oluģileek fzlr ve uygulnileek ısıl iģlemler hkkınd ilgi vermektedir [1]. Türkiye nin son yıllrd içinde ulunduğu endüstriyel geliģimin ir sonuu olrk rtn reket ortmı, üretim detleri ve kısln teslim süreleri değiģik mkine prçlrının, klıp ve tkımlrın optimum mukvemet değerlerinde ve olumlu Ģınm performnslrınd sorunsuz ir Ģekilde çlıģmsını zorunlu kılmktdır [2]. Çeliklere uygulnn ütün temel ısıl iģlemler, iç ypının dönüģümü ile ilgilidir. DönüĢüm ürünlerinin türü, ileģimi ve metlogrfik ypısı çeliğin fiziksel ve meknik özelliklerini üyük ölçüde etkiler. BĢk ir deyiģle; ir çeliğin fiziksel ve meknik özellikleri içerdiği dönüģüm ürünlerinin insine, miktrın ve metlogrfik ypısın ğlıdır [3-4]. Bu rģtırm genel olrk diģli, kmyon destekleme silindirleri ve mden zinirlerinde yygın olrk kullnıln GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 çeliklerine uygulnn normlizsyon, sertleģtirme ve temperleme iģlemlerinin mikroypı, çekme testi sonrsı elde edilen meknik özellikler ve sertlik üzerine oln etkiler etrflı rģtırılmy çlıģılmıģtır. II. DENEYSEL ÇALIġMALAR A. Çlışmd Kullnıln Çelikler ArĢtırmd kullnıln çeliklerin kimysl kompozisyonlrı Tlo 1 de verilmiģtir. Tlo1. Çeliklerin Kimysl BileĢimi. ÇELĠK C Si Mn P S Cr Ni Mo % GS18NiMoCr36 0,21 0,58 0,92 0,01 0,015 0,6 0,6 0,4 GS22NiMoCr56 0,22 0,60 0,93 0,01 0,005 0,6 0,9 0,5 GS32NiCrMo6.4 0,32 0,60 0,93 0,01 0,003 1,0 1,4 0,4 B. Çeliklere Uygulnn Isıl İşlemler GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 döküm çeliklerine Fe-C denge diygrmınd A 3 sıklığı tespit edilerek sırsıyl 950, 930 ve 900ºC de 30 dkik ekletilip hvd soğutulrk normlizsyon ısıl iģlemi ypılmıģtır. Normlizsyon ısıl iģlemi ypılmıģ ir grup numune yrılrk, kln numunelere normlizsyon ısıl iģleminin rdındn ynı sıklıklrd 30 dk. ekletilerek su ve yğ ortmlrınd sertleģtirme iģlemleri gerçekleģtirilmiģtir. SertleĢtirme ısıl iģlemi sonrsı çelikler A 1 sıklığının ltınd 200 (düģük), 400 (ort) ve 600 ºC (yüksek) sıklıklrdki temperleme kdemelerinde irer st ekletilerek fırınd soğutulmuģtur. ġekil 1 de döküm çelikler için uygulnn ısıl iģlem sıklıklrı Ģemtik olrk gösterilmektedir. 350
Çelik Dişlilerin Mikroypı ve Meknik Özelliklerine Isıl İşlem Rejimlerinin Etkisi ġekil 1. Çeliklerine Uygulnn Isıl ĠĢlem Sıklıklrı. C. Metlogrfik Anliz Uygulnn ısıl iģlem deneyleri sonrsı numuneler mikroypı inelemeleri için metlogrfik Ģmlrdn geçirilmiģtir. Dğlm rektifi olrk % 2 lik Nitl kullnılmıģtır. GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 döküm çeliklerinin stın lındığı durumd ve ısıl iģlemler sonrsı elde edilen mikroypı görüntüleri ġekil 2 ile ġekil 11 rsınd verilmiģtir. ġekil 3. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Normlizsyon Isıl ĠĢlemi Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 4. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Su ortmınd Soğutm Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 2. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin stın lındığı durumdki mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 5. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Su ortmınd Soğutm ve 200 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). 351
C. Özkn, İ. Güneş, S. Ulu ġekil 6. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Su ortmınd Soğutm ve 400 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 9. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Yğ ortmınd Soğutm ve 200 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 7. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Su ortmınd Soğutm ve 600 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 10. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Yğ ortmınd Soğutm ve 400 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 8. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Yğ ortmınd Soğutm Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). ġekil 11. ) GS18NiMoCr36 ) GS22NiMoCr56 ) GS32 NiCrMo6.4 Çeliklerinin Yğ ortmınd Soğutm ve 600 C de Temperleme Sonrsı mikroypı görüntüleri (500X). 352
GS32NiCrMo6.4 GS22NiMoCr56 GS18NiMoCr36 Çelik Dişlilerin Mikroypı ve Meknik Özelliklerine Isıl İşlem Rejimlerinin Etkisi ġekil 2 de iģlemsiz çeliklerin mikroypı görüntülerinde ferrit fzının ynınd ine dğılmıģ perlit ypısı d frkedilmektedir. ÇlıĢmd kullnıln diģliler döküm yöntemiyle üretildiğinden ve yüksek lģımlı olduklrındn üretim sonrsı iģlemsiz mikroypılrınd lģım elementlerinin oluģturduğu krürlerde frkedilmektedir. ġekil 3 de normlizsyon ısıl iģlemi sonrsı her üç çelikte de hvd soğutmnın etkisiyle ine tneli perlit ve mrtensit fzlrı olduğu düģünülen mikroypılr elde edilmiģtir. ġekil 4 ve 8 de çeliklerin su ve yğ ortmlrınd soğutm sonrsı elde edilen mikroypı görüntüleri verilmiģtir. GS 22NiMoCr56 çeliğinin su ortmınd soğutm sonrsı elde edilen mikroypı görüntüsünde sürekli mrtensit plklrı frkedilmektedir. Tüm çeliklerin su ve yğ ortmlrınd östenit ölgesinde hızl soğutulmsı sonuu iririne ykın mikroypılr orty çıkmıģtır. Ank su ortmındki soğum hızının dh yüksek olğı düģünüldüğünden u ortmd ypıln ısıl iģlem sonrsı elde edilen mikroypılrd mrtensit fzlrı dh elirgin ve yoğundur. Çeliklerin su verme sonrsı 200 C temperleme iģlemlerinde mrtensit plklrının fzl değiģime uğrmdığı gözlenmektedir. Bu temperleme kdemesinin etkileri meknik testlerde frkedilmektedir. Aynı durum yğd soğutulmuģ ve 200 C de temperlenmiģ çelikler içinde geçerlidir. 400 C temperleme iģlemlerinde lģım elementlerinin oluģturduğu krürler, prçlnn mrtensitten yrılrk mikroypıd homojen ir dğılım sergilemektedir. 600 C temperleme kdemesinde ise ypıd ine dğıln krürlerin küresel form geçtiği Ģekil 7 ve 11 de gözlenmektedir. D. Sertlik ve Tek eksenli Çekme Testleri Numunelerin meknik testler sonrsı elde edilen syısl değerleri Tlo 2 de verilmiģtir. ) ) ġekil 12. Çeliklerin ısıl iģlemler sonrsı tlo 2 deki sertlik değerlerinin grfiksel gösterimi. ÇELĠK Tlo 2. Çeliklerin çekme ve sertlik testi syısl verileri. Isıl ĠĢlem Rejimleri Akm Muk Çekme Muk Uzm Drlm Sertlik Mp % HB S.A.D. 624,2 744,7 2,5 2,94 237 Normlizsyon 640,5 905,7 3,3 22 207 Su verme 1630,7 1755,3 5,05 8,16 373 Su+200 Temp. 1277,7 1522,3 5,75 23,23 357 Su+400 Temp. 1111,3 1316,3 6,4 20,2 342 Su+600 Temp. 889,3 981,8 8 26,5 270 Yğd soğutm 1215,7 1497,6 5 21,4 328 Yğ+200 Temp. 1197,5 1537,9 5,75 20,4 319 Yğ+400 Temp. 1207 1320,2 4,1 16,16 315 Yğ+600 Temp. 885,2 969,5 13,1 33 270 S.A.D. 624,8 762,5 1,1 4,85 251 Normlizsyon 733,4 978,5 3,5 23,4 251 Su verme 1559,1 1666,6 2,7 5,45 395 Su+200 Temp. 1255,8 1501,6 6,1 15,15 379 Su+400 Temp. 1147,3 1315,9 6,6 28,4 350 Su+600 Temp. 953 1040,9 8,3 33,6 280 Yğd soğutm 1305,1 1518,7 4,25 6,1 357 Yğ+200 Temp. 1273,6 1495,1 3,5 2 350 Yğ+400 Temp. 1130,5 1326,2 4,3 25,2 335 Yğ+600 Temp. 933,7 1038 8 21,4 286 S.A.D. 625,5 900 2,5 1,98 265 Normlizsyon 667,8 1224,4 5 10,8 315 Su verme 1561 1718,2 0,3 0,6 427 Su+200 Temp. 1260,4 1375 1,6 3,96 408 Su+400 Temp. 1116,8 1316,3 2,5 5 358 Su+600 Temp. 902,2 1020,4 4,1 11,4 303 Yğd soğutm 1703,1 1938,7 3,3 2 399 Yğ+200 Temp. 1212,5 1403 2,5 4 394 Yğ+400 Temp. 1377,9 1505 3,7 17,3 373 Yğ+600 Temp. 1019 1131,9 6,6 10 302 Tlo 2 deki değerlerin grfiksel gösterimleri ġekil 12 ile ġekil 14 rsınd gösterilmektedir. DiĢli sistemlerde kullnıln döküm çeliklerin üretim sonrsı iģlemsiz sertlik değerleri, çeliklerin kron içeriği ile orntılı olrk rtmktdır. Çeliklerin yğ ortmınd soğutm sonrsı elde edilen sertlik değerlerinin su ortmınd soğutm sonrsı elde edilen sertlik değerlerine gore dh düģük veriler sergilediği görülmektedir. Bu d yğ ortmının etkili soğutmsının suy gore dh düģük olmsındn kynklnmktdır. Temperleme Ģmlrındn sonrki elde edilen sertlik değerleri ise litertürde çıklnnlrl uyum içerisindedir [3-5]. Çeliklerin ġekil 12 deki km mukvemeti değerlerindeki orntı, sertlik değerleriyle prlellik göstermektedir. Su verildikten sonr en yüksek değerler elde edilirken, temperleme sıklığı rttıkç km mukvemeti değerleri de zlmıģtır. Yğ ortmındki soğutm sonrsı elde edilen km 353
C. Özkn, İ. Güneş, S. Ulu mukvemeti değerleri ise, su vermedeki değerler ile prlellik göstermiģtir. Fkt yğ ortmındki soğutm hızının suy gore dh düģük olmsındn dolyı km mukvemeti değerlerinde de ir miktr zlm gerçekleģmiģtir. ġekil 14. Çeliklerin ısıl iģlemler sonrsı tlo 2 deki çekme mukvemeti değerlerinin grfiksel gösterimi. Çeliklerin çekme testi sonrsı çekme mukvemeti değerlerinde ise km mukvemetindeki yorumlr prllel yorumlr söylemek mümkündür. Plstiklik özellikler ise özellikle yüzde drlm temperleme sıklığının rtmsıyl tüm çelikler için ir rtıģ göstermiģtir. Sonuç olrk diģli üretiminde kullnıln GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 çeliklerinin meknik özelliklerini iyileģtirmek için ypıln çlıģmd değiģik ısıl iģlem rejimleriyle çeliklerin km ve çekme mukvemetleri, sertlikleri geniģ ir rlıkt değiģtirilmiģtir. Normlizsyon ısıl iģlemi sonrsı ypıln testlerde elde edilen veriler, her üç çelik içinde sertleģtirme ve temperleme sonrsı elirli ornlr kdr rttırılmıģtır. DiĢli sistemler dh çok Ģınmy mruz yerlerde çlıģtığındn sözkonusu çeliklere sertleģtirme sonrsı 400 C temperleme kdemesinin uygulnmsı önerileilir. Sud sertleģtirmeden dolyı meydn geleileek çtlmlr için soğutm ortmı yğ olrk d seçileilir. III. SONUÇLAR VE DEĞERLENDĠRME Çelik DiĢlilerin Mikroypı ve Meknik Özelliklerini değiģik ısıl iģlem rejimleriyle iyileģtirmenin mçlndığı çlıģmd; ġekil 13. Çeliklerin ısıl iģlemler sonrsı tlo 2 deki km mukvemeti değerlerinin grfiksel gösterimi. ) ) GS 18NiMoCr36, GS 22NiMoCr56, GS 32NiCrMo6.4 döküm çelikleri kullnılmıģtır. Çeliklerin döküm sonrsı oluģileek ypı kusurlrını gidermek için normlizsyon ısıl iģlemi ypılmıģtır. Normlizsyon ısıl iģlemi ypıln çeliklere sud ve yğd sertleģtirme rdındn temperleme ısıl iģlemleri uygulnmıģtır. Her üç çeliğinde sertleģtirme sonrsı sertlik değerlerinin rttığı gözlenmiģtir. Normlizsyon ısıl iģlemine gore sertleģtirme ve temperleme sonrsı elde edilen km ve çekme mukvemeti değerlerinde elirgin ir rtıģ gözlenmiģtir. Normlizsyon ısıl iģlemi sonrsı ypıln meknik testlerden elde edilen değerler sertleģtirme ve 400 C temperleme ısıl iģleminde hemen hemen 2 ktın çıkmıģtır. Su ortmınd sertleģtirme sonrsı çelikler üzerinde oluģileek gerilimler içim soğutm ortmı yğ olrk d seçileilir. Her üç çelik içinde idel meknik özellikler ve sertlik yğ ortmınd soğutm ve 400 C temperleme ısıl iģlemi için elde edilmektedir. 354
Çelik Dişlilerin Mikroypı ve Meknik Özelliklerine Isıl İşlem Rejimlerinin Etkisi KAYNAKLAR 1. http://www.teknomiks.om 10.09.2010 2. http://www.tmelik.om 10.09.2010 3. TopĢ M.A., Çeliğin Isıl iģlemi Yıldız Teknik Üniversitesi, Ġstnul, 1992 4. Sid G., Isıl iģlemler ve Lorturı Ders Notlrı, Afyon Teknik Eğitim Fk. Afyonkrhisr, 2006 5. http://www.-grossmnn.de 11.09.2010 355