The effect of heat treatment on mechanical properties of spring steel

Abstract

Yaylar, kuvvet ve tork uygulayan, enerjiyi soğuran mekanik elemanlardır. Absorveedilen enerji genellikle depolanır ve daha sonra salıverilir. ncecik bir saç yayından yapılangösterge sayacından, demiryolu ekipmanında kullanılan dev varil yaylara kadar uzanan biryelpazede çelik yaylar, çeşitli tip, şekil ve boyutlarda imal edilirler. Yaylar otomotivendüstrisinde de birçok uygulamada kullanılmaktadır. 50CrV4 yüksek karbonlu krom-vanadyum alaşımı olup bu alanda sıkça kullanılan bir yay çeliğidir. Aynı zamanda, buçeliğin mekanik özelliklerini arttırmak için çeliğe mikroalaşımlama uygulanmaktadır. Buçalışmada, ısıl işlemin yay çeliğinin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri araştırıldı. Birtanesi Ti mikroalaşımlı olmak üzere iki farklı 50CrV4 alaşımı 910 ºC de östenitlenip yağdasoğutulduktan sonra 410 ºC ve 440 ºC de olmak üzere iki farklı sıcaklıkta temperlendi. Isılişlem sonrası, numunelerin mikroyapıları ve sertlik, çekme, darbe, yorulma dayanımlarıgibi mekanik özellikleri incelendi. Numunelerde tamamen temperlenmiş martenzitikmikroyapı elde edilirken sertlik değerleri 460 ile 497 HB arasında bulundu. Numunelerinçekme dayanımları 1585 ile 1696 MPa arasında bulunurken yorulma dayanımları da 870ile 950 MPa arasında tespit edildi. Yorulma testleri özel olarak imal edilen dönel eğmeliyorulma testi makinasında gerçekleştirildi. Darbe testleri neticesinde, malzemelerin çokgevrek oldukları ve darbe testi numunelerinin kırık yüzeylerinden de temperlemesıcaklığının düşmesiyle parlak bölgenin arttığı gözlemlendi.

Springs are mechanical elements that exert forces or torques and absorb energy. Theabsorbed energy is usually stored and later released. Steel springs are made in many types,shapes, and sizes, ranging from delicate hair-springs for instrument meters to massivebarrel springs for railroad equipment. In the automotive industry springs are used in manyapplications. DIN 50CrV4 or AISI 6150 spring steel is widely used as a spring material inthis industry. It is a high-carbon chromium-vanadium alloy steel which has been used fornumerous applications including premium quality springs. Also, microalloying is appliedto 50CrV4 to improve its mechanical properties. In present study, the effect of heattreatment on mechanical properties of spring steel was investigated. Two different 50CrV4alloys, one is microalloyed with Ti, were austenitized at 910 ºC, then oil quenched.Finally, they were tempered at two different tempering temperatures, 410 ºC and 440 ºC.Their microstructures, and mechanical properties such as hardness, tensile, impact, andfatigue properties were determined and compared. From the specimens, fully tempered-martensitic microstructures were obtained having hardness values range from 460 to 497HB. Their tensile strengths range from 1585 to 1696 MPa while their fatigue limits rangefrom 870 to 950 MPa. Fatigue tests were performed on a specially set rotating bendingfatigue test machine. As a result of the impact test, it was found out that all the specimenswere very brittle. Moreover, when we examined the fracture appearance of the impact testspecimens, the increase in cleavage area in both two steel alloys could be observed by thedecrease in tempering temperature.