Farklı takım çeliklerinin sürtünme kaynağında kaynak bölgesinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Endüstride, talaşlı imalatta oldukça yaygın bir biçimde kullanılan takımlardan olan, matkap uçlarının ana malzemesini yüksek hız çelikleri oluşturmaktadır. Bu tür çeliklerin yüksek fiatları, matkap ucunun tamamen yüksek hız çeliğinden yapılmasını sınırlar. Dolayısı ile, uygulamada matkap uçlarının sap kısımlarının karbonlu çelik, kesici uç kısımlarının ise yüksek hız çeliğinden imal edilmeleri maliyeti düşürmektedir. Günümüzde bu çelik çiftinin birleştirilmesinde yakma alın kaynağı veya sürtünme kaynağı yöntemlerinden biri kullanılmaktadır. Bağlantıyı oluşturan çelik çiftinin birinin orta karbonlu alaşımsız çelik, diğerinin ise yüksek karbonlu ve yüksek alaşımlı çelik olması, kaynak önce ve sonrası ısıl işlemler ve hatta parçanın çalışması sırasında ulaşacağı sıcaklıkların kaynak bölgesinde diftizyon olaylarını teşvik etmesi, karışık bir iç yapıtım oluşmasına neden olmaktadır. Bu konuda yapılan araştırmalarda kaynak bölgesi sadece parlak bir şerit olarak adlandırılmış olup, alışılmış yöntemler ile incelendiğinden iç yapısının metalürjik özelikleri hakkında detaylı bir çalışmanın varlığı saptanamamıştır. Literatürdeki bu boşluğu doldurmak amacı ile, karbonlu çelik ve yüksek hız çeliği çifhne ait sürtünme kaynaklı ve yakma alın kaynaklı bağlantılar gerçekleştirilmiş, kaynak bölgeleri taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş, EDX ve WDX analizleri yapılmıştır. Bu çalışmada, deney malzemesi olarak 11.5 mm çapında, C45 alaşımsız ve S 6-5-2 yüksek hız çeliği çubuklar kullanılmıştır. Deney parçalarının büyük bir bölümü, endüstriyel bir sürtünme kaynak makinasında değişik kaynak parametreleri kullanılarak; diğer bir bölümü ise, endüstriyel bir yakma aim kaynak makinasında sabit kaynak parametreleri kullanılarak C45 taraflna farklı ön tav sıcaklıkları verilerek kaynak edilmişlerdir. Tüm bağlantılar, kaynaktan sonra finn içinde 650 `C'de 4 saat süre ile tavlanmışlardır. Kaynaklı bağlantıların tümünde çubuk ekseni boyunca sertlik değişimleri ölçülmüş, kaynak bölgeleri taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiş, yapılan EDX ve WDX analizleri ile karbon ve ana alaşım elementleri olan Cr, W, V ve Mo'nin kaynak bölgesindeki difüzyonları ve metalürjik iç yapıya etkileri incelenmiştir. Her iki kaynak yöntemi ile birleştirilen bağlantıların kaynak bölgesinde EDX analizleri sonucu kaynak ara yüzeyinde sadece kromda bir difüzyon olayı gözlenmiştir. WDX analizinde ise HSS tarafinda karbonda bir artış saplanmıştır. Bölgedeki karbon profili ile sertlik profili arasında büyük bir benzerlik görülmüştür. Taramalı elektron mikroskobunda yapılan ayrıntılı çalışmada ise kaynak çizgisi boyunca yüksek hız çeliği tarafinda 1-2 um'lik bir alanda 4-5 nm'lik çok ince karbür çökeltilerinin yüksek hız çeliği tarafındaki karbon artışının ve sertlikteki artışın nedeni olduğu saptanmıştır. Yakma alın kaynaklı bağlantılarda, sürtünme kaynaklı bağlantılara nazaran daha geniş bir dekarbürize bölge, S 6-5-2 tarafında daha fazla karbon artışı, C45 tarafına doğru daha geniş bir krom difüzyon bölgesi gözlenmiştir. Sonuçta yakma alın kaynaklı bağlantıların daha geniş bir iç yapı değişikliğine uğramış kaynak bölgesine sahip olmaları, sürtünme kaynaklı bağlantıları bu çelik çiftinin birleştirilmesinde üstün kılmaktadır. IV

ABSTRACT High speed steels (HSS) are the main material of drills which are widely used in industrial tool cutting operations. High cost of HSS. limits production of drills fully of HSS. Therefore, in practice, drill shanks are made of carbon steel whereas drill body is made of HSS, which lowers the cost. Nowadays, flash butt welding and friction welding are used in joining HSS and carbon steel. The necessity that one of the couple must be non-alloy medium carbon steel and the other one high carbon and high alloy, heat treatment before and after welding, and incitement of diffusion in welding region by high temperatures encountered during service of the part result in complicated structure. In literature, welding region is called as bright ring and any study about metallurgical properties of them weren't found in the literature since the investigations were made with conventional methods. To fill this gap in the literature, flash butt welding and friction welding of carbon steel and HSS joints were made, the welding regions were investigated with scanning electron microscope and EDX and WDX analysis were made in this study. C4S carbon steel and S-6-5-2 HSS rods with diameters of 11.5 mm were used as test materials. Most of the test materials were welded in an industrial friction welding machine with various welding parameters, while the rest was welded with an industrial flash butt welding.machine with constant welding parameters and pre-weld heat treatment was applied to C45 side. All joints were annealed at 6S0 °C for 4 hours after the welding for post-weld heat treatment. Variations of hardness were measured along rod axis in all joints, the welding region were investigated with scanning electron microscope, and with EDX and WDX analysis diffusion of carbon and main alloy elements, Cr, W, V and Mo, and their effects on metallurgical structure were investigated. In welding regions of all joints, only Cr diffiision was observed in weld interface by EDX analysis. By WDX analysis increase in carbon was observed in HSS side. Great similarity between carbon and hardness profile of the region was seen. By detailed work with scanning electron microscope, very small carbide particles precipitation of 4 to 5 run in a region of 1 -2 urn in HSS side was found the cause of the increase in carbon and hardness in HSS side. Wider decarburized region, carbon increase in S-6-5-2 side and wider Cr diffusion region toward C45 side were observed in the joints with flash butt welding compared to the joints with friction welding. As a result, wider structure change in welding region of flash butt welding joints makes friction welding of this couple favourable.