Yaprak yay çeliklerinin iç yapı ve mekanik özelliklerine ısıl işlemin etkisi

Abstract

Bu çalışmada, kara ve demir yolu ulaşımında yük taşımacılığına hizmet eden araçların süspansiyon sistemi elemanı olan yaprak yayların imalatında kullanılan 51CrV4 ve 55Cr3 yay çeliklerinde menevişleme sıcaklığının mekanik özelliklere ve iç yapıya etkisi incelenmiştir. Bunun için tüm çelik numunelere önce normalizasyon işlemi uygulanarak çeliklerde aynı başlangıç yapısı elde edilmiştir. Islah işlemi için numuneler 870 ºC'de 30 dakika östenitleme ve yağda soğutma ile sertleştirilmişlerdir. Ardından 300, 375, 450 ve 525 ºC sıcaklıklarında meneviş işlemi uygulanmıştır. Isıl işlemler ile mekanik özelliklerdeki değişimleri belirlemek için çekme ve sertlik (Vickers ve Rockwell) deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca, menevişleme sıcaklığının darbe geçiş sıcaklığına etkisini belirlemek için çeliklere -40 ile +80 ºC arasındaki sıcaklıklarda Charpy V-çentik darbe deneyleri yapılmıştır. Isıl işlemlerle elde edilen iç yapılar metalurji mikroskobu ile, faz analizleri XRD tekniği ile ve kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Menevişleme sıcaklığı arttıkça her iki çeliğin dayanım (akma ve çekme) ve sertlik değerleri azalmış, süneklik (yüzde uzama ve kesit daralması), tokluk ve darbe enerjisi değerleri artmıştır. Düşük darbe sıcaklıklarında tüm meneviş şartları için her iki çeliğin darbe enerjisi değerleri azalmış, menevişlenen çeliklerde belirgin sünek-gevrek geçiş sıcaklıkları gözlenmemiştir. Ayrıca, normalize edilen çeliklerde süneklik tüm meneviş sıcaklıklarına göre daha yüksek elde edilmiş olup bu çeliklerin darbe enerjileri düşük darbe sıcaklıklarında (0 ve -40 ºC) 10 J altında büyük düşüşler göstermiştir.

This study investigated the impact of tempering temperature on the mechanical properties and microstructure of 51CrV4 and 55Cr3 spring steels. These steels are commonly used in the production of leaf springs, which are crucial components of suspension systems in vehicles used for freight transportation on roads and railways. In order to achieve this objective, the normalizing procedure was initially implemented on all steel samples, resulting in the attainment of identical starting structures in the steels. In the quenched-tempered procedure, the samples underwent hardening by being heated to 870 ºC for 30 minutes and then rapidly cooled in oil. Subsequently, the tempering procedure was conducted at temperatures of 300, 375, 450, and 525 ºC. The mechanical properties were assessed by conducting tensile and hardness tests (Vickers and Rockwell methods) in order to ascertain the alterations resulting from heat treatments. In addition, Charpy V-notch impact tests were conducted on several steels within a temperature range of -40 to +80 ºC in order to ascertain the influence of tempering temperature on the transition temperature for impact. The microstructures resulting from heat treatments were analyzed using a metallurgical microscope, the phases were analyzed using X-ray diffraction (XRD) technology, and the fracture surfaces were investigated using a scanning electron microscope (SEM). With an increase in the tempering temperature, the strength (yield and tensile), hardness values of both steels declined, but the ductility (percent elongation and cross-section reduction), toughness and impact energy values rose. At low temperatures, the impact energy values of both steels declined under all tempering levels, and no noticeable transition from ductile to brittle behavior was seen in the tempered steels. Furthermore, normalized steels exhibited superior ductility compared to all tempering temperatures. Additionally, the impact energies of these steels experienced significant reductions below 10 J at low impact temperatures of 0 and -40 ºC.