Dövme yöntemi ile üretilen parçalarda alternatif ısıl işlem uygulamalarının araştırılması

Otomobil direksiyon ve süspansiyon sistemi parçaları üretiminde sıcak dövme sonrası malzeme yapısındaki iç gerilmeleri gidermek, ısıya ve korozyona karşı direncini yükseltmek, işlenebilirliğini arttırmak, istenen bir sertlik değerine getirmek ve bunun gibi bazı mekanik özellikler kazandırmak amacıyla farklı ısıl işlem metodları uygulanmaktadır. Yapılan bu çalışmada, direksiyon ve süspansiyon sistemi parçalarında kullanılan sıcak dövme ile şekillendiren C45 (SAE 1045) ve 42CrMo4 (SAE 4140) kalite çelik parçalarda, halihazırda uygulanan geleneksel metoda (dövme sonrası oda sıcaklığına soğutulan parçalar sertleştirme ısıl işlemine tabi tutulur ve ardından temperlenir) alternatif sertleştirme ısıl işlemi uygulayarak (dövme sonrası soğumaya bırakılan parçaların sıcaklığı ostenitleme sıcaklığına düştüğünde su verme ortamında daldırılmış ve ardından geleneksel yöntemde belirlenen sıcaklık ve sürede temperlenmişlerdir) mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Geleneksel ısıl işlem metodu uygulanan C45 çeliği numunesinden 3 adet, alternatif ısıl işlem metodu uygulanan C45 çeliği numunesinden 3 adet, geleneksel ısıl işlem metodu uygulanan 42CrMo4 çeliği numunesinden 3 adet, alternatif ısıl işlem metodu uygulanan 42CrMo4 çeliği numunesinden 3 adet olmak üzere toplam 12 adet numune parça hazırlanmıştır. 3 Adet C45 Numunesi Geleneksel Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø32 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, rotil dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1250 °C sıcaklık aralığında havalı şahmerdan preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 150 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Dövme sonrasında havada soğutularak oda sıcaklığına getirilen numuneler, 840 – 870 °C sıcaklık aralığında tav fırınında ostenit faz sıcaklığına getirilmiş inç başına 1 saat bekletildikten sonra ve yağda su verilmiştir. Ardından su verilmiş parçalar 525 – 555 °C sıcaklık aralığında temperlemeye tabi tutularak temperleme tutma süresi sonrası havada soğutulmuştur. 3 Adet C45 Numunesi Alternatif Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø32 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, rotil dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1250 °C sıcaklık aralığında havalı şahmerdan preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 150 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada kontrollü soğutulan C45 malzeme rotil gövde numunesinin sıcaklığı 850 – 880 °C aralığına düştüğünde, önceden hazırlanmış %5 konsantreli su – polimer sıvısı içine su verilmiştir. Sonrasında geleneksel yöntemdeki temperleme sıcaklığı olan 525 – 555 °C sıcaklık aralığında temperleme işlemi yapılarak, havada soğutulmuştur. 3 Adet 42CrMo4 Numunesi Geleneksel Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø60 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, pitman kolu dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1200 °C sıcaklık aralığında 40 kJ Beche marka hidrolik çekiç preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 250 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada soğutularak oda sıcaklığına getirilen numuneler, 840 – 870 °C sıcaklık aralığında tav fırınında C45 çeliğinde olduğu gibi inç başına 1 saat bekletilmiş ve yağ ortamında su verilmiştir. Su verilmiş parçalar 605 - 640 °C sıcaklık aralığında temperlemeye tabi tutularak, sonrasında da havada soğutulmuştur. 3 Adet 42CrMo4 Numunesi Alternatif Yöntem Isıl İşlem Uygulaması: Dolu Ø60 çapta çubuk malzeme, çelik firmalarından tedarik edilmiş, pitman kolu dövme taslak boylarında kesilmiş ve sıcak dövme işlemi için hazırlanmıştır. Taslak malzemeye dövme öncesi indüksiyonla ön ısıtma işlemi yapılmış, 1100 – 1200 °C sıcaklık aralığında 40 kJ Beche marka hidrolik çekiç preste dövme işlemi gerçekleştirilmiştir. Hemen arkasından da 250 tonluk eksantrik pres makas ile sıcak dövme taslak parça çıkarılmıştır. Sıcak dövme sonrasında havada kontrollü soğutulan 42CrMo4 malzeme pitman kolu gövde numunesinin sıcaklığı 850 – 880 °C aralığına düştüğünde, önceden hazırlanmış %5 konsantreli su – polimer sıvısı içine bırakılarak hızlı soğutma yapılmıştır. Sonrasında numunelere geleneksel yöntemde kullanılan 605 - 640 °C sıcaklık aralığında temperleme işlemi yapılarak, havada soğutulmuştur. Deneylerde kullanılan, geleneksel ve alternatif ısıl işlem metodları uygulanan C45 ve 42CrMo4 çelik numunelerinin optik mikroskop ile mikroyapıları incelenmiş, Vickers sertlik cihazında mikrosertlik değerleri belirlenmiştir. Sertlik değerleri tüm kesitte kenar ve merkez bölgelerini içerecek şekilde 6 farklı ölçümün ortalaması olarak verilmiştir. Her iki malzemenin geleneksel ve alternatif ısıl işlem yöntemlerinden, 4 ayrı grup için çekme test çubukları hazırlanmış ve çekme testine tabi tutulmuştur. Çekme testi ile sertleştirilip temperlenmiş çelik parçaların akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve % uzama değerleri tespit edilmiştir. Ayrıca her iki malzemenin geleneksel ve alternatif ısıl işlem yöntemi uygulanan numunelerine Charpy darbe testi yapılmış ve deney sonuçlarına eklenmiştir. Her iki malzemenin geleneksel ve altenatif sertleştirme sonrası mikroyapı incelemeleri su verme sonrası martenzit yapının elde edildiğini göstermiştir. Ancak C45 çeliğinin mikroyapısında her iki sertleştirme ısıl işlemi sonrası martenzit yanında belirgin ferrit adacıkları da mevcuttur. 42CrMo4 çeliği alaşım elemanı içeriği bakımından daha zengin olduğu için daha homojen dağılımlı martenzit yapısı elde edilmiştir. Her iki çelikte de dövme ısısını kullanarak enerji ve zaman tasarrufu sağlamak adına uygulanan alternatif sertleştirme ısıl işlemi sonrası elde edilen tane yapısı, firmada uygulanan geleneksel sertleştirme ısıl işlemi sonrası elde edilen tane yapısına göre oldukça kabadır. Alınan Vickers sertlik ölçüm sonuçlarına göre, geleneksel ve alternatif ısıl işlemi sonucunda her iki çelik tipinde de (C45 ve 42CrMo4) benzer sertlik değerleri ölçülmüştür. C45 çeliği geleneksel ısıl işlem metodu sonrası sertlik değerleri ortalaması 280 HV gelirken, alternatif ısıl işlemi sonrasında benzer şekilde 280 HV sertlik değeri elde edilmiştir. 42CrMo4 çeliği geleneksel ısıl işlem metodu sonrası sertlik değerleri ortalaması 305 HV gelirken, alternatif ısıl işlem sonrasında 310 HV sertlik değerleri elde edilmiştir. Ölçülen sertlik değerleri her iki sertleştirme yöntemi sonrası martenzit yapının oluşturulabildiğini göstermektedir. Alternatif yöntem ile sertleştirme sonrası sertlik değerleri geleneksel sertleştirmeye oranla bir miktar yüksektir. Tane yapısının daha kaba olmasına rağmen sertlik değerinin daha yüksek olmasının muhtemel nedeni su verme ortamının farklı olmasıdır. Alternatif ısıl işlem uygulanan C45 ve 42CrMo4 çelik parçaların akma ve çekme mukavemeti değeri geleneksel sertleştirme ve temperleme uygulanan parçalardan daha yüksek sünekliği ise daha düşüktür. Charpy darbe testi sonuçları, çekme testini doğrular nitelikte alternatif yöntemle ısıl işleme tabi tutulan parçalarda daha düşüktür.