Hardox 450 ve S355J2C+N çeliklerinin gazaltı ark kaynak yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından incelenmesi
Özet
Bu tez, Hardox 450 ve EN 10025 S355J2C+N çeliklerinin gazaltı ark kaynak
(GMAW) yöntemi ile birleştirilmesinin mikroyapı ve mekanik özellikler bakımından
araştırılmasını bildirmektedir. Bu kapsamda iki farklı üstün özelliğe sahip metal ve
kaynak telinin birleşimi ile oluşan kaynak merkezi, ısıdan etkilenen iki esas metalin
mikroyapıları incelenmiş ve mekanik özelliklere etkileri araştırılmıştır. Deneyler,
Vickers mikrosertlik (HV 0.1), eğilme, Charpy V-Notch darbe, aşınma, çekme gibi
mekanik testler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optik incelemede, optik mikroskop
(OM), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM), enerji dağıtıcı X-ışını
spektroskopisi (EDX), X-ray difraksiyonu (XRD) analizleri uygulanmıştır. Optik
incelemede S355J2C+N ana metalin ortalama tane boyutu 18 ± 6 µm, Hardox 450 ana
metalin ortalama tane boyutu ise 9.2 ± 6 µm olarak ölçülmüştür. Gazaltı ark kaynak
işleminden sonra Hardox 450 ısı tesiri altında kalan bölgesinde (ITAB) 4.4 ± 1 µm’ye
26 ± 4 µm uzunluğunda iğnemsi yapılar ve 11.8 ± 3 µm boyutunda taneler yer
almaktadır. S355J2C+N ITAB bölgesinde 13 ± 3 µm ve yer yer 9.2 ± 3 µm boyutunda
kompleks bir tane boyutu dağılımı mevcuttur. Kaynak merkezinde ise heterojen bir yapı
oluşmuştur. Vickers mikrosertlik değerleri, Hardox 450’den S355J2C+N metaline
doğru gidildikçe azaldı. En yüksek sertlik değeri Hardox 450 ana metalde ölçülmüştür
ve 311 ± 8 HV'dir. S355J2C+N ana metalin sertliği yaklaşık 217 ± 8 HV iken kaynak
merkezinin sertliği yaklaşık 249 ± 8 HV olarak ölçülmüştür. Mekanik dayanım analizi,
esas metallerin akma dayanımlarının S355J2C+N ve Hardox 450 için sırasıyla 513 ± 8
MPa ve 1464 ± 8 MPa olduğunu, gazaltı ark kaynağının boyuna yönünden çıkarılan
numunenin en yüksek çekme dayanımının 899 ± 8 MPa olduğunu, enine yönden
çıkarılan numunenin en yüksek çekme dayanımı ise 699 ± 7 MPa olduğunu ve
S355J2C+N malzemesinden koptuğunu gösterdi. Dinamik bir test cihazı kullanılarak
Hardox 450, S355J2C+N ve kaynaklı bölgeye aşınma testi yapıldı. Eğme testinde,
S355J2C+N ve Hardox 450 çeliklerinin maksimum eğme kuvvetlerinin sırasıyla 15.67
± 2 ve 43.24 ± 4 kN, boyuna ve enine yönünden kesilen kaynaklı numunelerin eğme
kuvvetlerinin sırasıyla 22.06 ± 2 ve 19.65 ± 2 kN olduğu tespit edildi. Mikroyapı
analizleri için kapsamlı ve günümüz teknolojisi ile gerçekleştirilen analizler mikroyapı
ile ilgili tüm detayları sundu. Gazaltı ark kaynağı iki farklı metalin birleşiminde
mukavemet, sızdırmazlık ve tokluk gibi iyi özellikler sağladı ve bu kaynak yöntemi bu
iki farklı metalin başarılı biçimde birleştirilmesi için uygundur. Böylece kompleks
sistemler için bu farklı özellikteki iki metalin başarılı biçimde birleştirilebildiği tespit
edildi. This thesis presents the investigation of the joining of Hardox 450 and EN
10025 S355J2C+N steels by the gas metal arc welding (GMAW) method in terms of
microstructure and mechanical properties. In this context, the welding center formed by
the combination of two different superior metals and welding wire, the microstructures
of the two heat-affected base metals zone were examined and their effects on the
mechanical properties were investigated. Experiments were carried out using
mechanical tests such as Vickers microhardness (HV 0.1), bending, Charpy V-Notch
impact, wear, tensile tests. In optical investigation, optical microscope (OM), field
emission scanning electron microscope (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy
(EDX), X-ray diffraction (XRD) analyzes were applied. In optical investigation, the
average grain size of S355J2C+N base metal was 18 ± 6 µm, and the grain size of
Hardox 450 base metal was 9.2 ± 6 µm. After the gas metal arc welding process, there
are acicular structures of 4.4 ± 1 µm by 26 ± 4 µm in length and grains of 11.8 ± 3 µm
in the heat affected zone (HAZ) of Hardox 450. There is a complex grain size
distribution of 13 ± 3 µm and 9.2 ± 3 µm in places in the S355J2C+N HAZ. A
heterogeneous structure was formed in the welding center. Vickers microhardness
values decreased from Hardox 450 to S355J2C+N metal. The highest hardness value
was measured in Hardox 450 base metal and was 311 ± 8 HV. The hardness of the
S355J2C+N base metal was approximately 217 ± 8 HV, while the hardness of the weld
center was measured as approximately 249 ± 8 HV. Mechanical stress analysis revealed
that the yield strengths of base metals were 513 ± 8 MPa and 1464 ± 8 MPa for
S355J2C+N and Hardox 450, respectively, the highest tensile strength of the sample
extracted from the longitudinal direction of the gas metal arc welding was 899 ± 8 MPa,
the highest tensile strength of the sample extracted from the transverse direction was the
highest. its tensile strength was 699 ± 7 MPa and showed that it fractured from the
S355J2C+N material. Wear test of Hardox 450, S355J2C+N and welded area was
performed using a dynamic tester. In the bending test, it was determined that the
bending forces of the the maximum forces obtained in the bending tests of S355J2C+N
and Hardox 450 steel were 15.67 ± 2 ve 43.24 ± 4 kN while the maximum forces
obtained in the bending tests of the welded samples cut from the longitudinal and
transverse directions of the gas metal arc welding were 22.06 ± 2 ve 19.65 ± 2 kN,
respectively. Comprehensive analyzes for microstructure analyzes carried out with
today's technology provided all the details about microstructure. Gas metal arc welding
provided good properties such as strength, impermeability and toughness at the junction
of two dissimilar metals, and this welding method is appropriate for the successful
joining of these two dissimilar metals. Thus, it has been determined that these two
metals with different properties can be successfully welded for complex systems.
Koleksiyonlar
- Tez Koleksiyonu [1287]