Sıfır altı termal şok işleminin galvaniz kaplı dx54 çeliğinin derin çekilebilirlik ve mekanik özelliklerine etkisi

Abstract

Düşük alaşımlı çelikler, otomotiv ve imalat endüstrilerinde geniş bir kullanım alanına sahip olup, üstün derin çekilebilirlik özelliğine sahip çeliklerdir. Bu çelikler birçok alandaki kullanımlarından dolayı -40 °C ile +40°C aralığına yakın ortam koşullarına maruz kalabilirler. Bu tez çalışmasında galvaniz işlemi uygulanmış DX54 kalite çeliğe uygulanan -40 °C ile +40°C sıfır altı termal şok işleminin bu çeliğin mikroyapı, mekanik özellikler ve derin çekilebilirlik özelliklerine etkisi çalışılmıştır. Soğuk termal şok işlemi -40°C ve +40°C arası her geçiş bir çevrim olarak kabul edilmiş ve galvaniz kaplı DX54 çelik numunelere işlemsiz, 250 çevrim , 500 çevrim , 750 çevrim ve 1000 çevrim olmak üzere uygulanmıştır. Yapılan sıfır altı termal şok işlemi sonrasında numuneler mikro yapı incelemesi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektroskopisi (EDS),mikrosertlik testi , elektron geri saçılım difraksiyonu (EBDS) , çekme testi ve çökertme erichsen testlerine tabi tutularak elde edilen sonuçlar birbirileriyle kıyaslanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda çekme testinde 1000 çevrim numunelerinin işlemsiz numunelere kıyasla akma mukavemetinde 25±8.5 MPa , çekme mukavemetinde ise 19±8,1 MPa artış ve % Uzama değerinde %3,8±1,5 azalma olduğu belirlenmiştir. Mikrosertlik testi sonuçlarında ise işlemsiz numuneler ile ortalama 100,7 ±1,9 HV0.1 mikrosertlik değerlerine ulaşılırken 1000 çevrim numunelerinde ortalama 107,1±3,9 HV0.1 sertlik değerleri tespit edilmiştir. Mikroyapı tane boyutu ölçümlerinde ASTM E112 standardına kriterlerine göre yapılan ölçümlerde işlemsiz numunenin tane boyutu 8,55 olarak tespit edilmiş ve artan termal çevrim sayısı ile numunelerin ortalama tane boyutunda küçülme meydana gelerek 1000 çevrim numunesinde tane boyutu 9,34 olarak tespit edilmiştir. Mikroyapı incelemeleri galvaniz ve altlık malzemenin mikroyapısındaki değişikliklerin 750 çevrime kadar bariz bir şekilde değişikliğe neden olmadığı ancak 1000 çevrimde ise etkilerin belirgin hale geldiği tespit edilmiştir. Yapılan çökertme erichsen testi sonucunda işlemsiz numunelerde ortalama 10,24 ± 0,2 mm çökeltme derinliği ve 13,7 ±0,5 kN ortalama kuvvet olarak belirlenmiştir. Artan çevrim sayısı 1000 çevrime kadar çok az azalmış iken 1000 çevrim numunesinde ise 9,58 ± 0,1 mm çökeltme derinliği ve 14,98 ±0,2 kN ortalama kuvvet değerinde olduğu tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde -40 ile +40 arasındaki termal şok işleminin mikroyapı, mekanik özellikler ve derin çekilebilirlik özelliği üzerindeki negatif etkisindeki eşik değerin 1000 çevrim olduğu belirlenmiştir.

Low-alloy steels, widely used in the automotive and manufacturing industries, are known for their excellent deep drawability. Due to their diverse applications, these steels may be exposed to environmental conditions ranging from -40°C to +40°C. In this thesis, the effects of sub-zero thermal shock, ranging from -40°C to +40°C, on the microstructure, mechanical properties, and deep drawability of DX54 grade galvanized steel were investigated. The cold thermal shock process was defined as each transition between -40°C and +40°C being considered one cycle, and the galvanized DX54 steel samples were subjected to 250 cycles, 500 cycles, 750 cycles, and 1000 cycles, as well as a control group with no treatment. After the sub-zero thermal shock process, the samples were analyzed using microstructure examination, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), microhardness testing, electron backscatter diffraction (EBDS), tensile testing, and Erichsen cupping tests. The results obtained were compared with each other. The tensile test results showed that, compared to the untreated samples, the 1000-cycle samples had a yield strength increase of 25±8.5 MPa, a tensile strength increase of 19±8.1 MPa, and a decrease in elongation by 3.8±1.5%. In the microhardness test results, the untreated samples showed an average hardness of 100.7±1.9 HV0.1, while the 1000-cycle samples exhibited an average hardness of 107.1±3.9 HV0.1. In microstructure grain size measurements, conducted according to ASTM E112 standards, the untreated sample had a grain size of 8.55. With an increasing number of thermal cycles, the average grain size of the samples decreased, and in the 1000-cycle sample, the grain size was measured as 9.34. Microstructural examinations revealed that changes in the microstructure of the galvanized and base materials were not significant up to 750 cycles, but the effects became noticeable at 1000 cycles. The Erichsen cupping test results showed an average indentation depth of 10.24±0.2 mm and an average force of 13.7±0.5 kN in the untreated samples. The indentation depth decreased slightly up to 1000 cycles, with the 1000-cycle sample showing an indentation depth of 9.58±0.1 mm and an average force of 14.98±0.2 kN. The studies concluded that the threshold for the negative impact of the thermal shock process between -40°C and +40°C on the microstructure, mechanical properties, and deep drawability is 1000 cycles.