SAE/AISI 4140 çeliğine uygulanan farklı ısıl işlemlerin mekanik özellikler üzerine etkisinin incelenmesi

Abstract

SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliği yüksek mukavemetli düĢük alaĢımlı çelikler sınıfınagirmektedir. 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) çeliğininbaĢlıca alaĢım elementleri Cr ve Mo‟ dir. Bu çeliğin en önemli özelliği ihtiva ettiği Crve Mo elementleri nedeniyle su verme sonucunda yüksek oranda martenzitik yapıoluĢturabilmesi, mukavemet, süneklik, tokluk gibi mekanik özelliklerin bir aradasağlanmasına imkân vermesidir.SAE/AISI 4140 (42CrMo4) çeliğinin aynı sertlik aralığındaki (28-32 HRC) ıslahve östemperleme ısıl iĢlemi sonrasında mikroyapılarının irdelenmesi, bumikroyapıların mekanik özellikler üzerindeki etkilerinin araĢtırılması bu tezkonusunun amacını oluĢturmaktadır.Isıl iĢlemlere elveriĢli olan SAE/AISI 4140 (42CrMo4) malzemeli çeliknumunelerin farklı ısıl iĢlem özelliklerinin kıyaslaması öncesinde mekaniközelliklerde daha stabil değerler alınması amacıyla normalizasyon ısıl iĢlemiuygulanmıĢtır. Normalizasyon sonrası ferrit-perlit karıĢımı fazlar optik mikroskopaltında, östemperleme sonrası beynit, ıslah ısıl iĢlemi sonrasında ise temperlenmiĢmartenzit mikroyapı kontrolleri hem optik mikroskop altında x100, x500, x1000büyütme değerlerinde hem de SEM görüntülemesiyle detaylı olarak incelenmiĢtir.Daha sonra aynı sertlik aralığında (28-32 HRC) olan östemperleme ve ıslah ısıliĢlemleri sonucunda elde edilen mikroyapılar optik mikroskop ve SEM görüntülemesiyapılmıĢtır. OluĢturulan mikroyapıların Rockwell (HRC) ve Vickers (HV1) sertlikölçüm yöntemleri kullanılarak sertlik kontrolleri detaylı olarak yapılmıĢtır. Çekmedeneyinde her iki gruba ait numunelerden çekme gerilimi (Rm), akma dayanımı(Rp.%0.2), kopma uzaması (A) ve kesit daralması (Z) değerleri elde edilmiĢtir. Odasıcaklığında (+20°C) yapılan darbe v çentik deneyinde numunelere darbeabsoblama enerjileri joule (J) cinsinden belirlenmiĢtir. ±1000N.m tork, 4Hz frekansdeğerlerinde her iki gruba ait üçer adet deney yapılmıĢtır. Yorulma deneyi sonrasıbeynit ve temperlenmiĢ martenzit mikroyapılarının dinamik yüklere karĢı göstermiĢoldukları direnç miktarları birim zamandaki çevrim sayısı (cycles) cinsinden eldeedilmiĢtir.Temmuz2017, 116 sayfaAnahtar Kelimeler: 42CrMo4 çeliği, SAE 4140 çeliği, AISI 4140 çeliği, 1.7225 çeliği,Östemperleme, Islah, Beynit, Martenzit, Mekanik özellikler

SAE/AISI 4140 (42CrMo4) is classified in the high strength/ low alloy steels. Usuallyit is used in applications of automotive industry. Especially it is suitable used for themachine parts (gears, cogwheels, rolling bearing rings and shafts etc.,) whichsubject to high loads at service.It is low alloy and the hypoeutectoid steel which has the main alloyingelements 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 becauseof its content of Cr and Mo alloying elements. This leads to provide good mechanicalproperties such as strength, ductility and toughness etc. at the same time.The aim of the presented thesis is to investigate the microstructure ofSAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel which is very suitable to heat treatments aftertempering and austempering in the same hardness range (28-32 HRC) and also toexamine the effects of microstructures on the mechanical properties of it.Normalization heat treatment was applied in order to obtain more stablevalues in mechanical properties before comparison of different heat treatmentproperties of SAE/AISI 4140 (42CrMo4) steel specimens which are very suitable forheat treatment processes. After normalization heat treatment, the mixed phases offerrite-perlite, bainite after austempering and tempered martensite after temperingheat treatment were examined under optical microscope at magnification of x100,x500, x1000 and SEM. After that the phases in the microstructure of austemperedand 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 theRockwell (HRC) and Vickers (HV1) hardness measurement methods. Tensilestrength (Rm), yield strength (Rp, 0.2%), elongation at rupture (A) and reduction inarea (Z) values were obtained from the specimens of both groups in tensile test. Inthe impact v notch test performed at room temperature conditions (+20°C), theimpact 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 Hzfrequency values. After the fatigue test, the resistance values of bainite andtempered martensite phases against dynamic loads were obtained in cycles per unittime.July2017, 116 pagesKey Words: 42CrMo4 steel, SAE 4140 steel, AISI 4140 steel, 1.7225 steel,Austempering, Quench and Tempering, Bainite, Martensite,Mechanical properties