Transcript emrah_uysal - Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Makine ve

YÜKSEK MUKAVEMETLİ YENİ
NESİLÇELİKLERİN ÜRETİMİ VE
MEKANİK ÖZELLİKLERİ
Arş. Gör. Emrah UYSAL
Marmara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği
Bölümü, Göztepe Kampüsü 34722 Kadıköy/İSTANBUL
YENİ NESİL ÇELİKLER
Yüksek mukavemet ve iyi şekillenebilirlik
özelliklerinden dolayı başta otomotiv olmak üzere
bir çok sektörde sıkça kullanılmaya başlanan
çeliklerdir.
 Bu çalışma kapsamında yüksek mukavemetli
çeliklerden ;
 Çift fazlı (DP)
 TRIP
Çelik türleri incelenecektir.

ÇİFT FAZLI (DP) ÇELİKLER


Çift fazlı çelik kavramı, 1937 yılında Grabe’in,
yeni bir yatak malzemesinin üretimi için % 0,25
karbonlu bir çeliği kritik sıcaklıklar arasındaki
bölgeden soğutması sonucunda çift fazlı yapıyı
elde etmesi ve patent almasıyla tanınmıştır.
1970’lere kadar çok az sayıda araştırmacının
ilgisini çeken çift fazlı çelikler, bu yıldan sonra
özellikle yaşanan ekonomik darboğazların
ardından
bilim
adamlarının
otomotiv
endüstrisine sunduğu alternatif çözümler olarak
üzerinde etraflıca çalışılan bir alan olmuştur.
ÇİFT FAZLI ÇELİKLERİN YAPISI

Çift fazlı çeliklerin yapısında ferrit yapısının
içerisine dağılmış martensit bulunmaktadır.
Yapıdaki ferrit yumuşak bir fazdır ve çift fazlı
çeliğin şekillendirilme kabiliyetini artırmaktadır.
Martensit fazı ise sert yapısı sayesinde
malzemeye mukavemet kazandırmaktadır.
Ferrit
Martensit
ÇİFT FAZLI ÇELİKLERİN ÜRETİMİ

Çift fazlı çelik yapısı esas olarak, söz konusu
çeliklerin Fe-Fe3C faz diyagramında A1-A3
sıcaklık aralığında (ferrit-ostenit bölgesinden)
herhangi bir sıcaklığa kadar ısıtılıp, bir süre
tutulup ostenitin martensite dönüşebileceği
hızlarda soğutulmasıyla üretilirler.

a’ da görülen ara su
verme işleminde
ostenit bölgesinden
su verilmiş
malzemenin tekrar
iki fazlı bölgeye
ısıtılması, primer
martensit dilim
sınırları boyunca
ostenitin
çekirdeklenmesine
neden olur. Bu işlem
sonucu fiberli (lifli)
martensit, ferrit
matris içerisinde
dağılmaktadır.

b’ de α+γ bölgesinde
tavlama işleminde
malzemenin
başlangıç
mikroyapısı
otektoidaltı ferrit ve
perlitten
oluşmaktadır. İkili
bölgede tavlama ile
olusan ostenit, ferritsementit (karbür) ara
yüzeyinde
çekirdeklenir ve
büyür. Su verildikten
sonra mikroyapı,
ferrit sınırları
boyunca ince küresel
martensitten
oluşmaktadır

c’ de görülen kademeli
su verme işleminden
önce ostenitleme
yapılır, sonra α+γ
bölgesine malzeme
soğutulur. Sıcaklık iki
fazlı bölgeye düşünce
ferrit, primer ostenit
tane sınırları boyunca
çekirdeklenir ve
büyür. Ferrit (α) ve
ostenitten (γ) olusan
yapı hızla
soğutulduğunda ferrit
yapı tarafından
çevrelenmiş kaba
martensit parçacıkları
meydana gelmektedir
MEKANİK ÖZELLİKLERİ
Çift fazlı çeliklerin dayanımı büyük ölçüde
yapıdaki martensit hacim oranına (MHO)
bağlıdır. MHO arttıkça malzemenin akma ve
çekme mukavemetleri artarken, toplam uzaması
azalmaktadır.
 Ayrıca yapıdaki martensitin düzgün dağılımı da
malzeme özelliklerini iyileştirmektedir.
 Çift fazlı çeliklerde oluşan en bilindik hata ise,
ferritin martensit tane sınırlarından ayrılırken
oluşturduğu boşluklardır. Bu durum malzemede
kırılmalara yol açabilmektedir.

KULLANIM ALANLARI
TRIP ÇELİKLER


TRIP (Transformation Induced Plasticity) çelikleri ilk
olarak bulan Zackay ve arkadaşları olmuştur.
Adından da anlaşılacağı gibi TRIP çeliklerin en
büyük avantajı şekillendirme esnasında yapısında
oluşan dönüşümdür. Şekillendirmeden önce yapıdaki
kalıntı östenit şekillendirme kabiliyetini artırır ve
şekillendirme esnasında martensite dönüşerek
malzemeye son halinde mukavemet kazandırır.
TRIP ÇELİKLERİN YAPISI

Yapıda ferrit, beynit ve martensit fazları ile
birlikte kalıntı östenit fazı bulunmaktadır. Bu
kalıntı faz şekillendirme esnasında martensite
dönüşerek malzemenin sertliğini artırmaktadır.
TRIP ÇELİKLERİN ÜRETİMİ

TRİP işlemi, malzemeye
uygulanan deformasyon
sonucu, östenitin
martensite dönüşümü
sırasında deformasyon
sertleşme katsayısının
artmasıyla, homojen
deformasyon bölgesinin
genişletilmesidir.
Çeliklerde östenit
mukavemetle birlikte
özellikle süneklik sağlar.
TRIP üretimi için 2 yöntem mevcuttur;
 TMA  1)1000 ºC sıcaklığa ısıtma ve 1800 s
bekleme,
2) Є1= %50 ilk deformasyon
3) 850 ºC sıcaklığa havada soğutma
4) 90º çevrilerek Є2 = %64 ikinci
deformasyon
5) Tαγ = 750 °C’ de 300 s bekleme
6) Suda soğutma
7) 420 °C’ de 600 s bekleme
8) Havada soğutma


TMB  1)850 ºC sıcaklığa ısıtma ve 1800 s
bekleme
2) 800 ºC sıcaklığa havada soğutma
3) Є = %70 deformasyon
4) Tαγ = 750 °C’ de 300 s bekleme
5) Suda soğutma
6) 420 °C’ de 600 s bekleme
7) Havada soğutma
(Ağırlıkça Fe, %0.18 C, %1.45 Mn, %1.9 Si, %0.02 P,
%0.002 S, %0.04 Cu, %0.003 Nb, %0.02 Al kimyasal
bileşimine sahip düşük alaşımlı Si-Mn çeliği)

Uygulanan termo-mekanik işlemlere ait sıcaklıkzaman ilişkisine bağlı olarak farklı mikro yapılar
meydana gelmektedir. Deformasyon şartlarının
değişmesi ile farklı hacim oranı, dağılım, boyut
ve morfolojide ferrit ve beynitten oluşan
kompleks yapılara sahip numuneler elde
edilmektedir.

TMA şemasına göre
uygulanan her iki
deformasyon işlemi
yeniden
kristalleşmenin
kendi kendine
gerçekleştiği sıcaklık
bölgesinde (850 ºC’
nin üzerinde) olup
Şekil a’da görüldüğü
gibi, yapı kaba
tanelerden ve küçük
adacıklar şeklindeki
kalıntı östenitten
oluşmaktadır.

Optimum östenit
tane boyutu
çözündürme
sıcaklığından 800
°C’ ye soğutma ve
bu sıcaklıkta
numuneye
uygulanan sadece
bir deformasyon ile
elde edilebilmiştir.
(Şekil’b)
MEKANİK ÖZELLİKLERİ

TRİP çeliklerinde mekanik özelliklerin malzemenin
kimyasal bileşimine güçlü bir şekilde bağlı olduğu
bilinen bir gerçektir. Fakat yapıda görülen fazlar ve
hacim oranları da, örneğin kalıntı östenitin
morfolojisi, tane boyutu ve karbon içeriği, mekanik
özellikler üzerinde oldukça etkilidir. Ayrıca yapıda
bulunan bu fazlar, deformasyon sırasında TRİP
çeliğinin davranışını da belirlemektedir


Kalıntı östenit hacim
oranı arttıkça çekme
dayanımı, toplam
uzama ve absorbe
edilen enerji miktarı
artarken, akma
dayanımı azalmaktadır.
TRİP çelikleri
şekillendirme hızına
duyarlı bir
malzemedir. Artan
şekillendirme hızının
ve sıcaklığın
martensitik dönüşümü
sınırlandırdığını
belirlenmiştir.
KULLANIM ALANLARI

TRİP etkisinin
bulunmasıyla yüksek
dayanım ve sünekliğe
sahip çelikler, boru
hatlarından otomotiv
sanayine kadar geniş
üretim alanlarında
ve ayrıca son yıllarda
depreme dayanıklı
çelik olarak da inşaat
sektöründe
kullanılmaya
başlanmıştır
BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN
TEŞEKKÜR EDERİM
Arş. Gör. Emrah UYSAL
[email protected]