Yüksek karbonlu çeliklerin süperplastik halde difüzyon kaynağı ile birleştirilebilirliğinin araştırılması

ÖZET Doktora Tezi YÜKSEK KARBONLU ÇELİKLERİN SÜPER PLASTİK HALDE DİFÜZYON KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLEBİLİRLİKLERİNİN ARŞTHULMASI MUSTAFA TAŞKIN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metal Eğitimi Anabiiim Dalı 2000, Sayfa:91 Çağımızda teknolojinin hızla gelişmesi, sanayinin temel girdisi olan malzeme ve malzeme bilimindeki gelişmeleri de beraberinde getirmiştir. Yeryüzündeki hammadde kaynaklarının sınırlı olması ve bu malzemelerin fiziksel ve kimyasal açılardan yetersizliği, insanoğlunu yeni malzemeler geliştirme arayışlara sürüklemektedir. Bilim adamları, gelişen teknolojilere uygun olarak her geçen gün yeni bir malzeme üretme gayreti içindedirler. Bu gayretler sonucunda geliştirilen ve halen gelişimi için üzerinde çalışılan malzemelerden biri de süperplastik malzemelerdir.IV Süperplastik malzemelerin gelişimine paralel olarak bu malzemelerin birleştirme problemleri de ortaya çıkmıştır. Özellikle, süperplastik hale getirilmiş yüksek ve çok yüksek karbonlu çeliklerin ergitme kaynağı yöntemleri ile birleştirilmeleri, içerdikleri yüksek karbon nedeniyle neredeyse imkansız veya çok problemlidir. Ergitme kaynak yöntemlerinde, birleşme bölgesinde ergime meydana geldiği için, malzemelerin süperplastiklik özelliği kaybolmakta, ayrıca, kaynak bölgesinde martenzit oluşumu nedeniyle mekanik özellikleri de kötüleşmektedir. Belirtilen sebeplerden dolayı, bu tür çeliklerin birleştirilmesinde katı hal kaynak yöntemleri kullanmak tek çıkar yol olarak görülmektedir. Difüzyon kaynağı bir katı hal birleştirme usulüdür. Difüzyon kaynağı ilk defa 1940'larda uygulanmaya başlanmış olmasına rağmen, önemi 1970'lerden sonra anlaşılmıştır. Özellikle yeni ve gelişmiş malzemelerin üretilmesi ve bu malzemelerin geleneksel metotlarla kaynak edilememesi ya da kaynağın problemli olması, bir katı hal birleştirme yöntemi olan bu metodun geniş bir uygulama alam bulmasını sağlamıştır. Difüzyon kaynağı ile yapılan birleştirmelerde ana metaller erimeden birleştirme sağlandığı, ön ve son tavlamaya ihtiyaç duyulmadığı, bir kerede karmaşık şekilli birleştirmeler yapılabildiği, istenmeyen faz dönüşümleri engellendiği seramik ve kompozitlerin metal ve diğer malzemelerle birleştirilmesi sağlanabildiği için ergitme kaynak yöntemlerine göre daha üstündür. Plastik şekil değiştirme kabiliyeti düşük malzemelerde mümkün olan tek metot ve bağlantı mukavemetinde her zaman istenilen değerlere ulaşılabilmesi açısından da diğer katı hal birleştirme yöntemlerinden daha üstün bir kaynak yöntemidir. Difüzyon kaynağında hakim olan mekanizmalar: plastik deformasyon, difüzyon, sürünme ve yeniden kristalleşmedir. Bu mekanizmaların hepsi, süperplastik malzemelerde harekete geçirilebilecek mekanizmalardır. Süperplastik malzemeler, küçük tane yapısı nedeniyle, çok sayıda yüksek difüzyon kanalı oluşturmaktadırlar. Ayrıca, süperplastiklik sıcaklığında, difüzyon kaynağının ana mekanizmalarından olan sürünme de oldukça etkin bir hale gelecektir. Özellikle, bu sıcaklıkta, tarafımızdan, boşlukların belirtilen nedenlerden dolayı hızla kapandığı düşünülmektedir. Düşük süperplastiklik sıcaklarında yapılan birleştirmelerde malzemelerin süper plastiklik özellikleri etkilenmemektedir.V Bu çalışmada, ötektoid altı yüksek karbonlu (% 0,70C) çelik malzemelere Al, Ti, Nb ve V ile mikro alaşımlama yapılmış. Elde edilen numunelere küçük taneli bir iç yapı kazandırmak amacı ile, sıcak dövme ve ısıl işlemler ile tane küçültme yöntemleri uygulanmıştır. Süperplastik hale getirilmiş ötektoid altı yüksek karbonlu çelik malzemelerin vakum atmosferi altmda sabit basınçta düşük sıcaklıkta (650°C, 735°C, 850°C) difuzyon kaynağı gerçekleştirilmiş, bağlantıların iç yapı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Yapılan uygulamalar sonucunda bu tür çeliklerin difuzyon kaynağı ile, termomekanik işlemlerle kazandıkları özelliklerini bozmadan düşük sıcaklıkta birleştirilmesi ve böylece malzemenin kendi ataletinden yararlanılarak enerji kazanımı sağlanmıştır. Difuzyon kaynaklarında, karbürlerin iç yapıda meydana getirdikleri lokal gerilme yığılmalarının, difuzyon hızı ve dolayısıyla birleşme süresi üzerindeki olumlu ek etkileri görülmüştür. Bu çalışmada, 1. bölümde konuya giriş yapılmış, 2. bölümde süperplastiklik, süperplastikliğe tesir eden faktörler ve süperplastik mekanizmaları ile ilgili literatür araştırmaları sunulmuştur. Ayrıca süperplastik testi uygulanan malzemeler anlatılmıştır. 3. ve 4. bölümde difuzyon ve difuzyon kaynağı ile ilgili bilgiler ve literatür araştırmaları sunulmuştur. 5. bölümde yapılan deney çalışmaları,6. bölümde deneylerden elde edilen sonuçlar verilmiştir. 7. bölümde ise deney sonuçlarının değerlendirilmesi ve öneriler verilmiştir. Anahtar kelimeler: Süperplastiklik, Difuzyon Kaynağı, Süperplastik Difuzyon Kaynağı