AISI 316 ve Ck 45 çeliğin sürtünme kaynağı ile birleştirilmesi, kaynak işleminin simülasyonu ve ısı analizi

Abstract

İmalat sektörü, daha az maliyetli, daha uzun ömürlü seri üretim yapmak için ham madde fiyatı ve işçilik giderlerini minimuma indirmenin yollarını araştırmıştır. Ekonomik ve rekabetçi üretim düzeni, aynı parçanın üretiminin değişik aşamalarında farklı malzemelerin birleştirilerek birlikte kullanımını ortaya koymuştur. Bu nedenle, su pompalarının imalatında kullanılması avantaj sağlayacak olan, AISI 316 ostenitik paslanmaz çelik ile Ck 45 alaşımsız asal çelik çiftinin sürtünme kaynağı ile birleştirilebilirliğinin ve birleştirme parametrelerinin belirlenmesi için bu çalışma yapılmıştır. Ayrıca çalıştığımız malzeme çifti ve sürtünme kaynağı birleştirme işlemlerinde kullanılacak olan simülasyon "Visual Studio 2008 Express Edition" programı ile gerçekleştirilmiştir. Bu program, deneme yanılma sürecini en aza indirecek, atık malzeme miktarını azaltacak, en kısa sürede en az maliyet ile kaynak işlemine geçilmesine olanak sağlayacaktır. Üç boyutlu sıcaklık dağılımı ısı analizi "cfdesign" programı ile gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen değerler ile simülasyon programından elde edilen sonuçlar kıyaslandığında uyumluluk gösterdiği görülmüştür. Isı analizi sonucunda, Ck 45 malzemesi üzerinde ısının, AISI 316 malzemesinden daha çabuk yayıldığı görülmüştür. Numunelerin birleştirilmesinde bilgisayar kontrollü sürekli tahrikli sürtünme kaynak makinesi kullanılmıştır. Sürtünme kaynağı işlemi 19 farklı kaynak parametresi ile gerçekleştirilmiştir. Kaynak sırasında, kızıl ötesi sıcaklık ölçme cihazı ile kaynak ara yüzeyinin zamana bağlı sıcaklık değişimleri ölçülmüştür. Kaynak sonrası numunelere çekme ve mikrosertlik testleri uygulanmış, mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) analizi ile element dağılımı belirlenerek optimum kaynak parametreleri saptanmıştır. 3000 dev/dk dönme hızında, sürtünme basıncı 100 MPa, sürtünme süresi 10 s, yığma basıncı 200 MPa ve yığma süresi 20 s optimum kaynak parametreleri olarak belirlenmiştir. En yüksek çekme dayanımı 702.15 MPa ile ana malzemeden (AISI 316: 663.53 MPa) % 5.8 daha fazla çıkmıştır. Yapılan mikroyapı incelemesi sonucunda AISI 316 çeliğinde kaynak sonrası dinamik yeniden kristalleşmiş yapının gerçekleştiği, Ck 45 çeliğinde ise kaynak ara yüzeyine yakın bölgelerde martenzit yapının oluştuğu tespit edilmiştir.

The production sector has searched for ways of reducing the costs of raw materials and labor for less costly and longer lasting mass production. Economic and competitive production system has introduced the use of different materials welded together in different phases of the production of the same part. Therefore, this study is conducted to find the possibility of jointing the pair of AISI 316 austenitic stainless steel and Ck 45 unalloyed basic steel, the materials which will provide advantage in the production of water pumps, with friction welding and the parameters for joint. Also, the simulation for friction welding procedures and the material pair we had worked on was realized by "Visual Studio 2008 Express Edition" program. This program would reduce trial and error process time to the minimum and it would decrease the quantity of waste material and would make it possible to start welding process with the least finance in the shortest time. Three dimensional heat analysis was realized by "cfdesign" program. It has been observed that values between the experiment results and the ones from the simulation program are determined by experiment results are consistent. As a result of heat analysis, it has been observed that the heat on Ck 45 material spreads faster than AISI 316 material. In joining the specimens, computer controlled continuous drive friction welding machine was used. Friction welding process was performed with 19 different parameters. During the welding process, the heat changes of welding interface in relation to the time was measured by an infrared temperature measurement device during welding. In obtaining optimum welding parameters, after welding process, the tests of tensile and micro hardness were applied, the microstructures were observed by scanning electron microscope (SEM), and ratios of elements were found by energy dispersive spectroscopy (SEM) analysis. The optimum welding parameters of 100 MPa of friction pressure, 10 sec of friction time, 200 MPa of upset pressure and 20 sec of upset time were determined with 3000 rpm rotation speed. The highest tensile strength, which is 702.15 MPa, has resulted 5.8 % more than that of the parent material (AISI 316: 663.53 MPa). As a result of microstructure analysis, it is found that after the welding, dynamic recrystallization structure was formed up on AISI 316 steel while martenzitic structure was formed up on Ck 45 steel on areas close to the welding interface.