YÜKSEK MUKAVEMETLİ YENİ NESİLÇELİKLERİN ÜRETİMİ ve MEKANİK ÖZELLİKLERİ

1. YÜKSEK MUKAVEMETLİ YENİ NESİLÇELİKLERİN ÜRETİMİ ve MEKANİK ÖZELLİKLERİ Arş. Gör. Emrah UYSAL Marmara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Göztepe Kampüsü 34722 Kadıköy/İSTANBUL

2. 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.

3. 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.

4. 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

5. 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 ostenitinmartensite dönüşebileceği hızlarda soğutulmasıyla üretilirler.

6. a’ da görülen ara su verme işleminde ostenit bölgesinden su verilmiş malzemenin tekrar iki fazlı bölgeye ısıtılması, primermartensit dilim sınırları boyunca ostenitin çekirdeklenmesine neden olur. Bu işlem sonucu fiberli (lifli) martensit, ferrit matris içerisinde dağılmaktadır.

7. b’ de α+γ bölgesinde tavlama işleminde malzemenin başlangıç mikroyapısıotektoidaltıferrit ve perlitten oluşmaktadır. İkili bölgede tavlama ile olusanostenit, ferrit-sementit (karbür) ara yüzeyinde çekirdeklenir ve büyür. Su verildikten sonra mikroyapı, ferrit sınırları boyunca ince küresel martensittenoluşmaktadır

8. c’ de görülen kademeli su verme işleminden önce ostenitleme yapılır, sonra α+γ bölgesine malzeme soğutulur. Sıcaklık iki fazlı bölgeye düşünce ferrit, primerostenit tane sınırları boyunca çekirdeklenir ve büyür. Ferrit (α) ve ostenitten (γ) olusan yapı hızla soğutulduğunda ferrit yapı tarafından çevrelenmiş kaba martensit parçacıkları meydana gelmektedir

9. 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, ferritinmartensit tane sınırlarından ayrılırken oluşturduğu boşluklardır. Bu durum malzemede kırılmalara yol açabilmektedir.

11. KULLANIM ALANLARI

13. TRIP ÇELİKLER • TRIP (TransformationInducedPlasticity) 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.

14. TRIP ÇELİKLERİN YAPISI • Yapıda ferrit, beynitve martensit fazları ile birlikte kalıntı östenit fazı bulunmaktadır. Bu kalıntı faz şekillendirme esnasında martensite dönüşerek malzemenin sertliğini artırmaktadır.

15. TRIP ÇELİKLERİN ÜRETİMİ • TRİP işlemi, malzemeye uygulanan deformasyon sonucu, östenitinmartensite dönüşümü sırasında deformasyon sertleşme katsayısının artmasıyla, homojen deformasyon bölgesinin genişletilmesidir. Çeliklerde östenit mukavemetle birlikte özellikle süneklik sağlar.

16. 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

17. 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-Mnçeliği)

18. Uygulanan termo-mekanik işlemlere ait sıcaklık-zaman 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.

19. TMA şemasına göre uygulanan her iki deformasyon işlemi yeniden kristalleşmenin kendi kendine gerçekleştiği sıcaklık bölgesinde (850 ºC’ nin üzerinde) olup Şekil a’dagörüldüğü gibi, yapı kaba tanelerden ve küçük adacıklar şeklindeki kalıntı östenitten oluşmaktadır.

20. Optimum östenit tane boyutu çözündürme sıcaklığından 800 °C’ ye soğutma ve bu sıcaklıkta numuneye uygulanan sadece bir deformasyon ile elde edilebilmiştir. (Şekil’b)

21. 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

22. 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.

23. 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

24. BENİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM Arş. Gör. Emrah UYSAL emrahuysal06@gmail.com