Çelikte Ferrovanadyum Yerine Nitrovanadyum Kullanımının Elektriksel Aşındırma ile İşlenebilirliğe Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Çelikte alaşım elementi olarak kullanılan Vanadyum, östenit tane büyümesini sınırlar. Ayrıca güçlü bir karbür ve nitrür oluşturucudur. Vanadyum; akma mukavemetini, tokluğu, sertliği ve temperleme sırasında çeliğin yumuşamaya karşı direncini önemli ölçüde artırmaktadır. Azotla bir araya gelerek uzama yaşlanması özelliğini zayıflatır. Çeliğe vanadyum ilavesi olarak kullanılan FeV pahalı bir ferro alaşımdır. İçeriğinde, Vanadyum ve Azot bulunan NV ise çeliğin mukavemetini arttır. Elektriksel kıvılcımla işleme yöntemi, özellikle çok sert ve karmaşık geometrilere sahip malzemelerin işlenmesinde kullanılan alışılmamış bir imalat yöntemdir. Bu işleme yöntemi; dielektrik sıvı içerisinde bulunan iş parçası ile elektrot arasında oluşturulan ardışık kıvılcımların oluşturduğu termal ve elektriksel enerji geçişi esasına dayanmaktadır. Elektriksel darbelerin oluşturduğu kıvılcımların termal etkileri ile yüzeyden malzeme kaldırılmaktadır. Bu işleme metodunda; darbe akımı, darbe ve bekleme süresi, deşarj gerilimi, darbe karakteristiği, iş parçası, takım, dielektrik sıvı özellikleri gibi işlenen parçanın yüzey bütünlüğünü ve işlenebilirliğini doğrudan etkileyen birçok parametre mevcuttur.Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T.A.Ş. bünyesinde, FeV yerine Nitrovanadyum kullanımı ile maliyet tasarrufu sağlanması ve yüksek mukavemetli çelik üretilebilirliğinin araştırılması amacı ile levha ve bobin ürün tiplerinde denemeler gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamında her iki alaşımlı çelik türünün elektriksel aşındırma ile işlenmesinin etkileri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Elektriksel kıvılcımla işleme yönteminde etkin rol oynayan işleme parametreler ve istenen fonksiyonel yüzey özelliklerinin belirlenmesi hedeflenmiştir.Yapılan analiz sonuçlarına göre FeV ve denemesi yapılan NV alaşımlı dökümler karşılaştırılmıştır. Buna göre NV alaşımlı çeliklerin akma ve çekme mukavemetleri daha yüksek , % uzama değerleri ise kısmen daha düşük olduğu görülmüştür. EKİ işlemine tabi tutulan numunelerin yüzey pürüzlülükleri incelendiğinde, kullanılan gazyağı ve su dielektrik sıvılara bağlı olmaksızın, çeliğin alaşımlama tekniğinin pürüzlülük üzerine belirgin bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Yapılan SEM analizlerinde ise NV ve FeV alaşımlı çeliklerde yüzey morfolojisi açısından büyük farklar gözlemlenememiştir. XRD analizlerinde her iki alaşımlı çelikler için yüzey faz yapısının elektriksel parametrelere bağlı bir değişime uğramadığı görülmüştür. EKİ'ye tabi FeV ve NV alaşımlı çelik numunelerin kesit mikroyapılarında gözlemlenen en önemli sonuç, EKİ sırasında meydana gelen katmanlar üzerindeki sertliklerdeki faklılaşmadır. Ayrıca derinliğe bağlı gerçekleştirilen GDOES ölçümlerinde takım elektrodundan yüzeye malzeme geçişi saptanmıştır.

Vanadium is used as an alloying element in steel which limits the growth of austenite grains. Moreover, it is a strong carbide and nitride constructor. Vanadium improves yield strength, toughness, hardness and resistance to softening at high temperatures of the material during tempering. Weakens strain aging when combined with Nitrogen. FeV as an additive in steel, is an expensive ferro-alloy. NV composed of nitrogen and vanadium which enhances the strength of the steel.Electrical Discharge Machining (EDM) is a non-traditional production process especially used for machining very hard materials with complex geometries. This processing technique is based on consecutive thermal and energy transition between the work piece and the electrode by electrical sparks in dielectric liquid. Material is removed from the surface through thermal effects of electrical discharges. There are many process parameters like pulse current, pulse duration, pause duration, open gap voltage, pulse form, workpiece, tool electrode and dielectric liquid properties which affect the resultant surface roughness and machinability. Eregli iron and steel works co. carried out trials on sheet steel and coil products to investigate the use of Nitro vanadium instead of FeV for manufacturability of high strength steel and cost savings. In this thesis, two types of alloyed steels are investigated comparatively according to the effect of electrical discharge machining. The effective parameters in electrical discharge machining method and determination of functional surface characteristics are intended.FeV and NV are compared according to analysis. It is observed that, yield and tensile strength of NV alloyed steels are high and percent elongation is low partially. Independently de-iyonized water or kerosene dielectric liquid, alloying technique of steels are not effective on surface roughness when surface roughness of EDM'ed samples are investigated. In SEM analysis, big differences are not observed in terms of surface morphology. It is observed that electrical parameters cannot cause phase change according to XRD analysis. The most important observed result in section microstructure of FeV and NV alloyed steel is the hardness variations on layers which are occurred during EDM. Also, material transition is determined in GDOES measurements according to depth.