Çözündürme ve Yaşlandırma Koşullarının Döküm Fe-Mn-Al-C-Si Hafif Çeliğinin Sertlik, İçyapı ve Aşınma Direncine Etkileri

Abstract

Bu çalışma, çözündürme ve yaşlandırma ısıl işlemlerinin östenit matrisli deneysel döküm Fe-Mn-Al-C-Si hafif çeliğinin mekanik özellikleri ve içyapısı üzerine etkilerini incelemeyi amaçlamıştır. Hedeflenen kompozisyonda ve 6,60 g/cm³ yoğunluğunda dökümler yapılmıştır. Çözündürme işlemleri 950°C-1150°C arasında 2, 4 ve 16 saat uygulanmış, ardından 400°C ile 700°C arasında 4, 16 ve 64 saat yaşlandırma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Isıl işlemlerin etkilerini değerlendirmek amacıyla makro/nano sertlik ölçümleri, optik mikroskopi, enerji saçılım spektroskopisi ve elektron geri saçılma kırınımı ile donatılmış elektron mikroskobu, x-ışını kırınım analizleri ve aşınma testleri yapılmıştır. Elde edilen verilere göre, yaşlandırma öncesinde 1000°C'de 4 saat süreyle uygulanan çözündürme ısıl işleminin iç yapısal kararlılık ve mekanik özellikler açısından en uygun sonucu verdiği görülmüştür. 400°C–700°C sıcaklık aralığında 16 saat süreyle uygulanan yaşlandırmanın özellikle sertlik artışı açısından en uygun koşul olduğu söylenebilir. Yaşlandırma işlemleri içyapı içerisinde sertlik artışına katkıda bulunan κ-karbürlerin oluşumuyla sonuçlanmıştır. Ancak, yaşlandırmanın çok uzun süreyle yapılması mekanik özellikleri olumsuz etkilemesi nedeniyle istenmeyen tane sınırı çökeltilerinin oluşumuna yol açmıştır.

This study aimed to investigate the effects of solutionizing and aging treatments on the mechanical properties and microstructure of an experimentally cast Fe-Mn-Al-C-Si lightweight steel of austenite matrix. Castings of target composition were made with a density of 6.60 g/cm³. Solutionizing treatments were applied at 950°C-1150°C for 2, 4, and 16 hours, followed by aging at temperatures ranging from 400°C to 700°C for 4, 16, and 64 hours. Macro/nano hardness measurements, optical microscopy, electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy, electron backscatter diffraction, x-ray diffraction analyses, and wear tests were performed to evaluate the effects of heat treatments. Based on the obtained data, it was found that solution treatment at 1000°C for 4 hours prior to aging provided the optimum results in terms of microstructural stability and mechanical properties. Aging for 16 hours within the 400°C–700°C temperature range was suggested as the most promising condition, particularly for hardness improvement. Notably, aging treatments resulted in the formation of κ-carbides within the microstructure, contributing to hardness enhancement. However, aging for even longer times induced undesirable grain boundary precipitations, which adversely affected the mechanical properties.