Effect of Mechanical Alloying Time on Microstructure and Mechanical Properties in Nb-V Microalloyed Steel

Year 2020, Volume: 1 Issue: 1, 42 - 54, 30.04.2020

Mehmet Akif Erden , Alperen Yılmaz Nuri Şen

Abstract

Steels can be expressed as iron-carbon alloy. The alloy element can be sorted by deformation, such as heat treatment and rolling. The amount of carbon increases the strength up to a certain rate in steel. Regulating the strength of the steel for alloy elements affects by precipitate or changing the phases in the microstructure. Microalloyed steels can be defined as low alloyed multi-strength steels with resistance-enhancing mechanisms such as precipitate hardening, grain size reduction, such as aluminum, niobium, vanadium and titanium in the range of 0.05% and 0.20%.
This arrangement is designed with the addition of niobium and vanadium elements into the Fe matrix, by applying mechanical alloying method for different times, microalloyed steels are produced by powder metallurgy method. After microstructure analysis, tensile testing of micro alloy steel samples of different chemical composition prepared in tensile sample sizes was performed. Elongation, yield-tensile strength of the samples are explained depending on microstructural changes. While the yield and tensile strength increased due to the increasing amount of alloys, an increase in% elongation was observed. Maximum flow and tensile strength is provided by mechanical alloying for 15 minutes.

Keywords

Powder metallurgy, Nb-V microalloyed steel, Microstructure, Mekanik özellikler, Mechanical alloying time

Nb-V Mikroalaşım Çeliğinde Mekanik Alaşımlama Süresinin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi

Abstract

Çelikler demir karbon alaşımı olarak ifade edilebilir. Çeliğin dayanımını etkileyen faktörler olarak karbon miktarı, alaşım elementi, ısıl işlem ve haddeleme gibi deformasyon işlemleri şeklinde sıralanabilir. Karbon miktarı çelikte belli orana kadar dayanımı arttırır. Alaşım elemetleri ise çeliğin dayanımını genellikle çökelti oluşturarak veya mikroyapıdaki oluşan fazları değiştirerek etkiler. Mikroalaşımlı çelikler ise % 0.05 ve % 0.20 aralığında alüminyum, niyobyum, vanadyum ve titanyum gibi mikroalaşım elementileri ilave edilerek çökelti sertleşmesi, tane boyutu küçültme gibi dayanımı arttıran mekanizmalar ile düşük alaşımlı yüksek dayanımlı çelikler olarak tanımlanabilir.
Bu çalışmada Fe matris içerisine niyobyum ve vanadyum elementlerinin ilavesiyle istenilen bileşimde farklı sürelerde mekanik alaşımlama yöntemi uygulanarak toz metalürjisi yöntemiyle mikroalaşımlı çelikler üretilmiştir. Mikroyapı analizinden sonra çekme numunesi boyutlarında hazırlanan farklı kimyasal bileşimdeki mikroalaşımlı çelik numunelere çekme testi uygulanmıştır. Numunelerin % uzama, akma-çekme dayanımları, mikroyapısal değişimlere bağlı olarak açıklanmıştır. Akma ve çekme dayanımları artan alaşım miktarına bağlı olarak artış sergilerken % uzama değerleri düşüş gözlenmiştir. Maximum akma ve çekme dayanımı 15 dakika yapılan mekanik alaşımlama ile sağlanmıştır.

Keywords

Toz metalürjisi, Nb-V mikroalaşımlı çelik, Mikroyapı, Mekanik özellikler, Mekanik alaşımlama süresi

References

• 1. Z. Çolak, Y. Ayan, N. Kahraman, Gerçek deniz ortamında su altı kaynağı ile birleştirilen Grade AH36 gemi sacının kaynak bölgesinin karakterizasyonu, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(2): 786-775, 2019.
• 2. M. Günay, İ. Korkut, E. Aslan, U. Şeker, Experimental investigation of the effect of cutting tool rake angle on main cutting force, Journal of Materials Processing Technology, 166(1): 44-49, 2005.
• 3. M. A. Erden, S. Gündüz, U. Çalıgülü, M. Boz, Tozaltı kaynak yöntemi ile birleştirilen alaşımsız ve hardoks çeliklerin mikroyapı ve sertlik özelliklerinin araştırılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(1): 221-226, 2018.
• 4. B. Özlü, M. Akgün, H. Demir, AA 6061 Alaşımının tornalanmasında kesme parametrelerinin yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisinin analizi ve optimizasyonu, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(2): 151-158, 2019.
• 5. T. Topateş, Mikroalaşımlı çeliklerin termomekanik işlemi sırasında değişen proses parametrelerinin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 1995.
• 6. M. Türkmen, N. Katı, H. Kejanlı, and U. Çalıgülü (2020). Properties of P460-S355 submerged arc welds. Materials Testing: Vol. 62(1): 104-108, 2020.
• 7. H. Demir, S. Gündüz, M. A. Erden, Influence of the heat treatment on the microstructure and machinability of AISI H13 hot work tool steel, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 95 (5-8) : 2951-2958, 2018.
• 8. Y. Kaya, S235JR ile S355JR Yapı Çeliklerinin Özlü Tel Elektrotla MAG Kaynak Yöntemiyle Birleştirilebilirliğinin Araştırılması, Politeknik Dergisi, 21(3): 602-597,2018. 9. A. Alzahougi M. Elitaş B. DEMİR, RSW Junctions of Advanced Automotive Sheet Steel by Using Different Electrode Pressures, Engineering, Engineering, Technology & Applied Science Research, 8 (5): 3492-3495, 2018.
• 10. İ. Tekaüt, Plazma arkı ile kesim işlemlerinde kesme parametrelerinin malzemenin kesim yüzeyi kalitesine ve ısı tesiri altındaki bölge (ITAB) genişliğine etkisinin deneysel olarak araştırılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(3): 1518-1509, 2020.
• 11. S. Gündüz, M. A. Erden, H. Karabulut, M. Türkmen, The effect of vanadium and titanium on mechanical properties of microalloyed PM steel, Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 55 (5-6): 277-287, 2016.
• 12. M.A. Erden, M. T. Taşçı, Toz metalürjisi ile üretilen Nb-V mikroalaşım çeliğine Ni ilavesinin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi, Politeknik Dergisi, 19(4): 611-616, 2016.
• 13. M. Türkmen, M.A. Erden, H. Karabulut, S. Gündüz, Effect of TiN Addition on The Microstructure and Mechanical Properties of PM Steels, Technological Applied Sciences, 12(4): 178-184, 2017.
• 14. M.A. Erden, Effect of C content on microstructure and mechanical properties of Nb-V added microalloyed steel produced by powder metallurgy method, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5(9): 44-47, 2016.
• 15. D. Özdemirler, S. Gündüz, M. A. Erden, Influence of NbC addition on the sintering behaviour of medium carbon PM steels, Metals, 7 (4):121-132, 2017.
• 16. M.A. Erden, The Effect of the Sintering Temperature and Addition of Niobium and Vanadium on the Microstructure and Mechanical Properties of Microalloyed PM Steels, Metals, 7: 329-345, 2017.
• 17. Karabulut, H.; Türkmen, M.; Erden, M.A.; Gündüz, S. Effect of Different Current Values on Microstructure and Mechanical Properties of Microalloyed Steels Joined by the Submerged Arc Welding Method. Metals, 6: 281-288, 2016.
• 18. Morrison, W.B., Overview of Microalloying in Steel. The Proceedings of the Vanitec Symposium, 25-35, Nov. 2000, Guilin.
• 19. M. A. Erden, Toz Metalürjisi Yöntemiyle Üretilen Mikroalaşım Çeliklerinin Mikroyapı Mekanik Özellik İlişkisinin Araştırılması, Doktora Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye, 2015.
• 20. S. Gündüz, H. Karabulut, M. A. Erden, M.Türkmen, Microstructural effects on fatigue behaviour of a forged medium carbon microalloyed steel, Materials Testing, 55(11-12): 865-870,2013.
• 21. E. Tekin, API standardı petrol ve doğalgaz boruları çeliklerine genel bir bakış, Metalurji Dergisi, 162: 23-41, 2012.
• 22. M. Z. Mahmutoğlu, Niyobyum ve Vanadyumlu Bir Boru Hattı Çeliğinde Mikroyapı-Mekanik Özellik Karakterizasyonu, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2003.
• 23. M. Türkmen, M.A. Erden, H. Karabulut, S. Gündüz, The effects of heat trearment on the microstructure and mechanical properties of Nb-V microalloyed powder metallugy steels, Acta Polonica A, 135(4): 834-836, 2019.
• 24. S. Gündüz, H. Karabulut, M. Türkmen, Effect of the Addition Niobium and Aluminium on the Microstructure and Mechanical Properties of the Micro-Alloyed PM Steels, Materials and Technology, 50(5): 641–648, 2016.
• 25. S., Barlak, B. Adalı, Ö. Çelikkıran, Toz metalurjisi ile üretilen Nb-V mikroalaşım çeliğine vanadyum ilavesinin mikroyapı mekaniksel özellikleri üzerine etkisi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(3): 636-629, 2018.
• 26. M. A. Erden, Toz metalürjisi ile üretilen çeliklerde nikel ilavesinin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 4(4): 245-241, 2016.
• 27. S. Erman, Toz metal çeliklerde mekanik alaşımlamanın mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, Türkiye, 2019.
• 28. F. Demir, Mekanik Alaşımlama Yöntemi ile FeCrC Takviyeli Ni Esaslı Kompozit Üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elâzığ, Türkiye, 2014.
• 29. C. Suryanarayana, E. Ivanov, V.V. Boldyrev, The science and thecnology of mechanical alloying, Mater. Sci. Eng., A, 304-306:151-158, 2001.
• 30. D. Shanmugasundaram, R. Chandramouli, Tensile and impact behaviour of sinter-forged Cr, Ni and Mo alloyed PM steels, Mater. Des., 30: 3444–3449, 2009.