Sae Aısı 4140 Çeliğine Uygulanan Farklı Isıl İşlemlerin Mekanik Özellikler Üzerine Etkisinin İncelenmesi

Abstract

SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliği yüksek mukavemetli düĢük alaĢımlı çelikler sınıfına girmektedir. Genellikle otomotiv endüstrisindeki uygulamalarda kullanılmaktadır. Uygulamada yüksek oranda yüklemeye maruz kalan makine parçalarında (vites, diĢliler, Ģaftlar vb.) kullanımı uygun bulunmaktadır. DüĢük alaĢımlı ötektoid altı bir çelik olan SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliğinin baĢlıca alaĢım elementleri Cr ve Mo‟ dir. Bu çeliğin en önemli özelliği ihtiva ettiği Cr ve Mo elementleri nedeniyle su verme sonucunda yüksek oranda martenzitik yapı oluĢturabilmesi, mukavemet, süneklik, tokluk gibi mekanik özelliklerin bir arada sağlanmasına imkân vermesidir. SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliğinin aynı sertlik aralığındaki (28-32 HRC) ıslah ve östemperleme ısıl iĢlemi sonrasında mikroyapılarının irdelenmesi, bu mikroyapıların mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin araĢtırılması bu tez konusunun amacını oluĢturmaktadır. Isıl iĢlemlere elveriĢli olan SAE/AISI 4140 (42CrMo4) malzemeli çelik numunelerin farklı ısıl iĢlem özelliklerinin kıyaslaması öncesinde mekanik özelliklerde daha stabil değerler alınması amacıyla normalizasyon ısıl iĢlemi uygulanmıĢtır. Normalizasyon sonrası ferrit-perlit karıĢımı fazlar optik mikroskop altında, östemperleme sonrası beynit, ıslah ısıl iĢlemi sonrasında ise temperlenmiĢ martenzit mikroyapı kontrolleri hem optik mikroskop altında x100, x500, x1000 büyütme değerlerinde hem de SEM görüntülemesiyle detaylı olarak incelenmiĢtir. Daha sonra aynı sertlik aralığında (28-32 HRC) olan östemperleme ve ıslah ısıl iĢlemleri sonucunda elde edilen mikroyapılar optik mikroskop ve SEM görüntülemesi yapılmıĢtır. OluĢturulan mikroyapıların Rockwell (HRC) ve Vickers (HV1) sertlik ölçüm yöntemleri kullanılarak sertlik kontrolleri detaylı olarak yapılmıĢtır. Çekme deneyinde her iki gruba ait numunelerden çekme gerilimi (Rm), akma dayanımı (Rp.%0.2), kopma uzaması (A) ve kesit daralması (Z) değerleri elde edilmiĢtir. Oda sıcaklığında (+20°C) yapılan darbe v çentik deneyinde numunelere darbe absoblama enerjileri joule (J) cinsinden belirlenmiĢtir. ±1000N.m tork, 4Hz frekans değerlerinde her iki gruba ait üçer adet deney yapılmıĢtır. Yorulma deneyi sonrası beynit ve temperlenmiĢ martenzit mikroyapılarının dinamik yüklere karĢı göstermiĢ oldukları direnç miktarları birim zamandaki çevrim sayısı (cycles) cinsinden elde edilmiĢtir. Temmuz2017, 116 sayfa Anahtar Kelimeler: 42CrMo4 çeliği, SAE 4140 çeliği, AISI 4140 çeliği, 1.7225 çeliği, Östemperleme, Islah, Beynit, Martenzit, Mekanik özelliklerSAE/AISI 4140 (42CrMo4) is classified in the high strength/ low alloy steels. Usually it is used in applications of automotive industry. Especially it is suitable used for the machine parts (gears, cogwheels, rolling bearing rings and shafts etc.,) which subject to high loads at service. It is low alloy and the hypoeutectoid steel which has the main alloying elements of Cr and Mo. The most important property of SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel is to be able to form hard martensitic microstructure after quenching because of its content of Cr and Mo alloying elements. This leads to provide good mechanical properties such as strength, ductility and toughness etc. at the same time. The aim of the presented thesis is to investigate the microstructure of SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel which is very suitable to heat treatments after tempering and austempering in the same hardness range (28-32 HRC) and also to examine the effects of microstructures on the mechanical properties of it. Normalization heat treatment was applied in order to obtain more stable values in mechanical properties before comparison of different heat treatment properties of SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel specimens which are very suitable for heat treatment processes. After normalization heat treatment, the mixed phases of ferrite-perlite, bainite after austempering and tempered martensite after tempering heat treatment were examined under optical microscope at magnification of x100, x500, x1000 and SEM. After that the phases in the microstructure of austempered and the tempered samples which are in the same range of hardness (28-32 HRC) was also observed at SEM. Hardness tests were performed in detail using the Rockwell (HRC) and Vickers (HV1) hardness measurement methods. Tensile strength (Rm), yield strength (Rp, 0.2%), elongation at rupture (A) and reduction in area (Z) values were obtained from the specimens of both groups in tensile test. In the impact v notch test performed at room temperature conditions (+20°C), the impact absobling energies of the samples were determined in terms of joules (J). Three tests were carried out for each two groups at ±1000 Nm torque and 4 Hz frequency values. After the fatigue test, the resistance values of bainite and tempered martensite phases against dynamic loads were obtained in cycles per unit time. July2017, 116 pages Key Words: 42CrMo4 steel, SAE 4140 steel, AISI 4140 steel, 1.7225 steel, Austempering, Quench and Tempering, Bainite, Martensite, Mechanical properties