x40CrMoV 5 1 sıcak iş takım çeliğinin yüksek sıcaklık yorulma mukavemetinin incelenmesi

Abstract

ÖZET Makine elamanlarının yüksek sıcaklıklarda çalışabilmeleri için bazı özellikleri taşımaları gerekmektedir. Bu özelliklerden biriside yorulma olup, yüksek sıcaklıkta çalışan makine elamanlarında meydana gelen kırılmaların önemli sebepleri arasında yer almaktadır ve bu konuda çok sayıda çalışma yapılmıştır. Bu çalışmanın amacıda yüksek sıcaklık şartlarında çalışan X40CrMoV 5 1 sıcak iş takım çeliğinin yüksek sıcaklık yorulma özelliklerini araştırmak olup deney sıcaklıkları 50°C ile 600°C arasında seçilmiştir. Çalışmada mevcut çelikten imal edilen silindirik B tipi numuneler R.R.Moore tipi dönen eğmeli yorulma deney makinesinde, yüksek çevrim esasında deneye tabi tutulmuştur. Çalışma sıcaklığı aralıkları 50, 100, 200, 300, 400, 500 ve 600°C olarak seçilmiş, bu sıcaklıkların her biri için 2x1 06 çevrimdeki yorulma mukavemeti değerleri tespit edilmiş ve veriler grafik ve tablolarla sunulmuştur. İlgili malzemenin oda sıcaklığındaki yorulma mukavemeti 432 MPa olup 400°C da 383 MPa a düşmüştür. 400°C ile 600°C arasında ise yaklaşık sabit kalmıştır. 50, 100, 200, 300, 400, 500 ve 600°C sıcaklıklarda yapılan deneylerden elde edilen yorulma kırılması yüzeylerinin değerlendirilmesinde, düşük yükleme seviyelerinde tek çatlak hakimiyetli, eğimli bir kırılma yüzeyi tespit edilmiş olup bu kırılma şeklinin yorulma kırılması literatürüne uygun olduğu tespit edilmiştir. Kırılma yüzeylerinde çok sayıda çatlak oluştuğu ve bu çatlakların matris-karbür arayüzeyinden başladığı görülmüştür. Kırılma yüzeyinde oluşan çatlak sayısı yüksek sıcaklığa doğru gidildikçe artmıştır. Çatlaklar, düşük sıcaklıklarda eksenel olarak farklı yerleşimde olup yüksek sıcaklıklarda nispeten aym düzlem üzerinde oluşmuşlardır. Bunlar her sıcaklık kademesinin düşük yükleme seviyelerinde nispeten çevresel olarak, yüksek yüklerde ise radyal olarak ilerlemektedirler. Birleşme yerlerinde sivri geçiş yerleri (ratchet marcs) oluşmuştur. Kırılma tipi taneler içi kırılma olarak tespit edilmiştir. Kırılma yüzeylerinde TEM ile yapılan incelemede, yapıda ikincil çatlakların varlığı gözlenmiş olup bunlar artan yük ile büyümüş ve çoğalmışlardır. Son kırılma bölgelerinin incelenmesi deney sıcaklığı yükseldikçe sünekliğin arttığım göstermiştir. Anahtar kelimeler; Yorulma, Sıcak İş Takım Çelikleri, Yüksek Sıcaklık.

11 SUMMARY Mechanical parts working at high temperatures must possess some specific properties. The fatigue is one of these properties and sometimes cause crack failures. A lot of work have been done in this field. The goal of this work is to investigate the fatigue properties of the hot work tool steel, X40CrMoV 5 1, between the temperatures of 50-600°C. For fatigue tests, B type cylindrical specimens have been used on the R.R.Moore rotating bending type fatigue test machine obeying the high cycle principle. The test temperatures were 50, 100, 200, 300, 400, 500 and 600°C. The fatigue strength values were evaluated for each temperature at 2x1 06 cycles. The fatigue strengths of this material were found 432 MPa and 383 MPa at room temperature and 400°C respectively. The SEM studies of fracture surface at the temperatures of 50, 100, 200, 300, 400, 500 and 600°C showed that the fatigue crack were originated from a single crack at low loading levels and were rough in character, and these findings were in agreement with literature. The results indicated that the fatigue strengths were approximately constant between 400-600°C. This was explained in terms of carbide (such as VC, MoC, G4C) coarsening which were exist in this steel. Secondary cracks were also observed on the crack surfaces. The number of cracks increased with increasing load and temperature. These cracks were moving circularly at low loading levels, and radialy at high loading levels. The type of fracture was found as intergranular at intersections of these cracks and sharp ratchet marks were seen along these region. Observation of final fracture zone showed that fractures were ductile type at relatively high temperature. Key words; Fatigue, Hot Work Tool Steels, High Temperature.