Sertleştirme ısıl işlem yöntemlerinin AISI 4140 kalite çeliğin mekanik ve aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi

Abstract

Orta karbonlu düşük alaşımlı çelikler, birçok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan malzeme grubu olup söz konusu alanlarda istenilen mekaniksel özelliklerin elde edilmesine veya geliştirilmesine yönelik olarak faklı ısıl işlem uygulamalarına tabi tutulmaktadır. Çeliklere sertleştirme amaçlı uygulanan ısıl işlemlerin hemen hepsinde temel olarak tavlama, su verme ve temperleme olmak üzere üç temel kademe mevcut olup bu işlemler ile malzemede herhangi bir boyutsal değişime yol açmadan yüksek mukavemet, tokluk, yüzey kalitesi gibi istenilen özellikleri veren mikroyapının elde edilmesi hedeflenmektedir. Bu çalışmada uçak iniş takımları dişlisinde kullanılan orta karbonlu düşük alaşımlı AISI 4140 kalite çeliğe uygulanan ostemperleme, martemperleme ve vakum altında yağda sertleştirme ve temperleme ısıl işlemlerinin çeliğin mikroyapısal ve mekaniksel özellikleri üzerindeki etkilerinin deneysel olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda söz konusu ısıl işlemlere tabi tutulmuş örneklerde mikroyapısal incelemeler, sertlik ölçümleri, darbe, çekme ve aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmaların sonuçlarına göre, martemperleme ve vakum altında yağ sertleştirme numunelerinde martenizitik yapı, ostemperleme numunesinde beynitik yapı elde edilmiş olup, incelenen numunelerin hiç birinde XRD cihazı limitasyonları içerisinde kalıntı ostenit belirlenmemiştir. Uygulanan sertleştirme ısıl işlemleri içerisinde en yüksek akma, çekme ve sertlik değerlerinin yanı sıra en düşük yüzde uzama martemperleme ısıl işlemine tabi tutulan numuneden elde edilmiştir. Martemperleme ve vakum yağ sertleştirme numunelerinin darbe kırılma enerjilerinin birbirine yakın oldukları görülürken, ostemperleme ısıl işlemine tabi tutulmuş numunenin çentik darbe kırılma enerjisinin incelenen numuneler içerisinde en yüksek olduğu belirlenmiştir. İleri-geri aşınma deneyleri sonrasında incelenen ostemperleme, martemperleme ve vakum yağ sertleştirme numunelerinin benzer aşınma davranışı gösterdikleri ve adhezif, abrazif ve oksidatif aşınma mekanizmalarının ortak etkisi ile aşındıkları belirlenmiştir.Medium carbon low alloy steels are a group of materials commonly used in many industrial fields and are subjected to different heat treatment applications in order to obtain or improve the desired mechanical properties in these areas. There are three main stages in the heat treatment of hardening steels: annealing, quenching and tempering. With these processes, it is aimed to obtain the microstructure which gives desired properties such as high strength, toughness, surface quality without causing any dimensional change in the material. Since these properties which are desired to be gained to steels are determined according to usage areas, it is very important to determine the most suitable heat treatment method. In this study, it is aimed to investigate experimentally the effects of austempering, martempering and vacuum oil quench and tempering heat treatment on microstructural and mechanical properties of medium carbon low alloy AISI 4140 steel which is used for aircraft landing gear. In this context, microstructural examinations, hardness measurements, impact, tensile and wear tests were performed by using heat treated samples. According to the results of the experimental studies, martensite structure was obtained in martempering and vacuum oil quenching samples and bainitic structure was obtained in austempering sample. Additionally, XRD studies indicated that all examined sample did not contain any retained austenite. Among the hardening heat treatments, the highest yield strength, tensile strength and hardness values as well as the lowest elongation value were obtained in the martempering sample. Charpy impact tests revealed that the impact fracture energy of the austempered sample was the highest while impact fracture energies of the martempering and vacuum oil hardening samples were close each other. The results of the wear tests performed at room temperature showed that wear coefficient of martempered sample was %20 higher than those of austempered and vacumm oil quenched samples. Wear characteristics of the examined samples were the same and worn by a combination of adhesive, abrasive and oxidative wear mechanisms.