Karbür içermeyen beynitik çeliklerin üretimi ve karakterizasyonu

Beynitik yapıda farklı morfolojiye sahip çelikler son yıllarda önemli araştırma konularından birisi olmuştur. Beynitik morfolojiye sahip çelikler otomotiv, rulman, dişli ve demiryolu endüstrilerinde geniş uygulama alanlarına sahiptir. Dönüşüm sıcaklığı ve alaşım elementi ilavesi beynit morfolojisini yakından etkileyen bileşenlerdir. Nispeten düşük sıcaklıklarda oluşan alt beynit (lower bainite, LB) beynitik ferrit plakaları içeresinde çökelen karbürlerle karakterize edilirken, yüksek sıcaklıklarda oluşan üst beynit ise (UB) ise beynitik ferrit plakaları içeresinde çökelen karbürlerle karakterize edilmektedir. Karbür içermeyen çok ince beynitik ferritten ve kalıntı östenitten meydana gelen beynit yeni bir tip olarak bilinmekte ve çeliğe Al ve/veya Si alaşım elementi ilavesi sonucu oluşmaktadır. Si ve Al sementit içerisinde çok düşük çözünürlük sergilemekte olup böylelikle büyümesini önemli ölçüde geciktirmektedir. Bu nedenle, Si ilavesi faz dönüşümü sırasında kırılgan sementitin çökelmesini baskılamada önemli bir rol oynamakta olup, karbürsüz beynitik mikroyapının oluşumunu sağlamaktadır. Diğer bir yandan, beynitik mikroyapının sahip olduğu ince morfolojiden kaynaklı martenzitik ve perlitik mikroyapılara kıyasla daha yüksek aşınma direncine sahip olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada geleneksel rulman çeliklerine alternatif karbür içermeyen beynitik morfolojiye sahip çeliklerin üretimi ile yapısal, mekanik ve aşınma özellikleri detaylı biçimde incelenmiştir. Hesaplamalı malzeme mühendisliği analizleri ile dört farklı bileşime sahip çeliklerin faz diyagramları, soğuma eğrileri ve dönüşüm sıcaklıkları hesap edilmiştir. Bu bileşimlerden iki tanesi geleneksel kum kalıba döküm yöntemi ile üretilmiştir ve takiben sırasıyla östemperleme ve sıfır-altı ısıl işlemleri uygulanmıştır. Isıl işlem sıcaklıkları JMatPro yazılımı ile çizilen izotermal ve sürekli soğuma eğrilerinden belirlenmiştir. Östemperleme ısıl işlemi sonrası üst düzey mekanik özelliklere (~60 HRC sertlik) ve yüksek aşınma direncine sahip eser miktarda karbür içeren beynitik çelikler elde edilmiştir. Östemperleme sonrası beynitik çeliklerin mikro yapısında bulunan kalıntı östenit östemperlenmiş numunelere uygulanan sıfır-altı ısıl işlemi ile büyük oranda giderilmiştir. Sıfır-altı ısıl işlemi sonrası gözlemlenen mekanik ve aşınma özellikleri östemperleme sonrası ortaya çıkan özelliklere benzerlik göstermektedir. Ayrıca beynitik çeliklerin mekanik ve aşınma özellikleri hali hazırda rulman çeliği olarak kullanılan 100Cr6 (SAE 52100) ticari çeliğin mekanik ve aşınma özellikleri ile kıyaslanmıştır. Araştırılan çelikler arasında temperlenmiş rulman çeliği en düşük aşınma kaybı ile en yüksek aşınma direncine sahiptir. Östemperlenmiş ve sıfır-altı ısıl işlem görmüş çeliklerin aşınma kaybı temperlenmiş vaziyetteki rulman çeliğine yakın olsa da az miktar fazladır.