Deformation behaviour and formability characterization of hadfield S teel

Abstract

HADFIELD ÇELIGININ DEFORMASYOM DAVRANIŞI VE BİÇİMLENDİRME ÖZELLİKLERİ Emin Bayraktar Fen Bilimleri Enstitüsü, 1993 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Sabrı Altıntaş Anahtar Kelimeler: Hadfield Çeliği, Deformasyon Sertleşmesi, Deformasyon Davranışı, Biçimlendirme, Gerilme Gevşemesi. ÖZET Bu çalışmada, yüzde 1 C ve yüzde 1 2 Mn içerikli Hadfield çeliğinin mekanik davranışları incelenmiştir. Bulunuşundan (1882) günümüze değin çok yönlü kullanım alanları olmasına rağmen, beklenenin dışında gösterdiği deformasyon sertleşmesi olayı tam olarak açıklanamamıştır. Hadfield çeliğinin deformasyon karakteristiklerini anlayabilmek için değişik hız ve sıcaklıklarda çekme deneyleri gerçekleştirilmiş ve mikroyapı ile mikrosertlik çalışmaları yapılarak deformasyon sertleşme mekanizması incelenmiştir. Oda sıcaklığında akma ve kırılma dayanımı ile kopma uzaması değerleri sırasıyla 420 ±30 MPa, 1350 ±250 MPa ve 0.50 ±0.20 olarak bulunmuştur. Deformasyon sertleşme üssü (n) uzama miktarına bağlı olarak 0.45 ile 0.95 arasında değişmektedir. Akma dayanımı açısından izotropiközellikgöstermektedir. Deformasyon sertleşmesi deformasyon miktarına bağlı olarak sürekli artmaktadır. Yaklaşık 300°C'de deformasyon sertleşme kapasitesi azalmakta ve mavi kırılganlık olayı görülmekte, 400°C'de ise boyunlaşma (kesit daralması) vermektedir. Değişik hız ve sıcaklıklarda Hadfield çeliğinin gerilme gevşemesi özelikleri incelenmiştir. Ayrıntılı olarak oda sıcaklığında biçimlendirme özelikleri araştırılmış ve Biçimlendirme Sınır Diyagramı (BSD) elde edilmiştir. Kırılma davranışı 25 °C ve 400°C'deki çekme deneylerinde koparılan örnekler sünek kırılma özeliği göstermişlerdir. Deforme edilmemiş örneklerde mikrosertlik değeri 250 ± 10 HVN, kırılma kesiti yakınında ise oldukça yüksek ve yaklaşık 650±25 HVN olarak bulunmuştur. Optik mikroskop ile taramalı ve ışın geçirmeli elektron mikroskobu çalışmalarında, deformasyon sertleşme mekanizmasının düşük sıcaklıklarda önemli oranda deformasyon ikizlenmeleri nedeniyle oluştuğu ve yüksek sıcaklıkta (400°C) ikizlenmelerin kısmen azaldığı görülmüştür.

IV DEFORMATION BEHAVIOUR AND FORMABILITY CHARACTERIZATION OF HADFIELD STEEL Emin Bayraktar Doctor of Philosophy in Institute for Graduate Studies in Sciences and Engineering, 1993 Advisor: Prof.Dr. Sabri Altıntaş Keywords: Hadfield Steel, Strain Hardening, Deformation Behaviour, Formability, Stress Relaxation. ABSTRACT In the present study, the mechanical behaviour of Hadfield steel containing about 1.2 per cent C and 12 per cent Mn has been investigated. Despite very different application areas since its discovery more than a century ago (1882), the mechanism of its unusual strain hardening behaviour still remains unclear. In order to understand the deformation characteristics of Hadfield steel, tensile tests were performed at various strain rates and temperatures and strain hardening mechanism has been evaluated through the microstructural and microhardness studies. Yield strength and fracture strength are 420 ±30 MPa and 1350 ±250 MPa with a strain until fracture 0.50 ±0.20 respectively at room temperature. Strain hardening exponent (n) varies between 0.45 to 0.95 depending on the strain level. Hadfield steel shows an isotropic property in view of its yield strength and its strain hardening capacity increases steadily depending on the plastic deformation level at room temperature. Strain hardening capacity decreases at about 300°C and shows blue brittleness and neck formation at 400° C. Stress relaxation behaviour has been investigated to determine the characteristics of dislocation structures in Hadfield steel. Formability characterization was performed and the Forming Limit Diagram (FLD) of Hadfield steel has been obtained at room temperature. Fracture study showed ductile fracture in the specimens at both 25 °C and 400°C. The hardness value of the nondeformed specimens was found to be about 250 ± 10 HVN and this value at the fracture side is high and about 650 ±25 HVN. The optical microscope, SEM and TEM observations have indicated that strain hardening mechanism can be associated primarily with deformation twinning at lower temperature and changed to evolution of high dislocation substructure and detwinning occurred at high temperature.