Ferritik paslanmaz çeliklerin sürtünme karıştırma kaynak yapılabilirliğini etkileyen faktörlerin incelenmesi

Abstract

Sürtünme karıştırma kaynağı (SKK) bir katı hal birleştirme işlemidir. SKK’da dönen bir silindirik takımın ucu kaynaklanacak levhalara dalar, takım omzu parça yüzeylerine sürtünerek parçaları ısıtır, ısınma sonucu takım omzu altında kalan metal yumuşar ve takıma ilerleme hareketi verilmesiyle birlikte takım ucu hamurumsu metali karıştırarak kaynak gerçekleşir. SKK yönteminde kaynak bölgesinde meydana gelen sıcaklık, malzemenin ergime sıcaklığından çok daha düşüktür. Klasik ergitme kaynak metotları ile ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağında birtakım problemler mevcuttur. Klasik ergitme kaynak yöntemleriyle yapılan kaynak esnasında karşılaşılan en yaygın problem aşırı tane büyümesidir. Ergitme kaynağında kaynak bölgesi ve ısı tesiri altındaki bölge (ITAB)’da kaba tane problemi ile karşılaşılmakta ve bu nedenle düşük dayanım ortaya çıkmaktadır. Ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağındaki diğer önemli bir problem ise ó-fazı (sigma-fazı) oluşumudur. Paslanmaz çelikler belirli bir süre boyunca 650-8500C sıcaklığa maruz bırakıldıklarında ó-faz gibi istenmeyen birtakım metallerarası fazlar oluşabilmektedir. ó-fazı yaklaşık 700-800 HV gibi yüksek bir sertliğe sahip gevrek bir yapıdır. ó-fazı, mekanik özelliklere olumsuz etkisi ve korozyon dayanımını kötüleştirmesinden dolayı paslanmaz çeliklerin kaynak edilebilirliği açısından ortaya çıkan ikincil fazlar arasında en tehlikelisidir. Tez çalışması kapsamında AISI 430 (X6Cr17, malzeme numarası 1.4016) ferritik paslanmaz çeliklerin sürtünme karıştırma kaynağı ile kaynak edilebilirliğini etkileyen faktörler incelenmiştir. 3x100x200 mm uzunluğa sahip iki adet levha alın kaynağı ile birleştirilmiştir. Sürtünme karıştırma kaynağını etkileyen parametreler olarak takım devir sayısı, ilerleme hızı, takım baskı kuvveti ve takım açısı olmak üzere dört parametre incelenmiştir. Deneylerde diğer üç parametre sabit tutularak sırası ile her bir parametre değiştirilmiş ve kaynak üzerindeki etkileri incelenmiştir. Takım malzemesi olarak eşkenar üçgen uç profiline sahip sert metal karbür (WC-Co, K10 olarak tanımlanan sert metal) kullanılmıştır. Sürtünme karıştırma kaynağında ulaşılan sıcaklıkların geleneksel yöntemlere göre çok daha düşük olmasından dolayı yukarıda sözü edilen tane büyümesi ve ó-fazı oluşumlarının önleneceği öngörülmektedir.

Friction stir welding is a new solid state joining process. In a typical FSW a rotating cylindrical pin tool is forced to plunge into the plates to be welded and moved along their contact line. During this operation heat is produced by friction between tool and workpiece. The material is stirred by tool and forced to flow to other side. Because of the highest temperature is lower than the melting temperature of the material, FSW yields fine microstructure. There are several problems about welding of ferritic stainless steels with classic methods. One of the problems is about excessive grain growth. It is possible to have the problem of coarse grains in the weld zone and heat-affected zone of fusion welds and consequent low toughness and ductility due to the absence of phase transformation during which grain refinement can occur. Another problem in welding of ferritic stainless steels is about formation of ó-phase (sigma-phase). Several undesirable intermetallical phases such as ó-phase may occur when stainless steels are exposed to 650-8500C for a period of time. ó-phase has a great hardness, approximately 700-800 HV, and a tough structure. The ó-phase is the most serious of these secondary phases due to its impact on the mechanical properties, corrosion resistance or weldability of stainless steels among other properties. In this study, the effects of tool rotational speed and traverse speed on welding of AISI 430 (X6Cr17, material number 1.4016) ferritic stainless steels by friction stir welding method are examined. Two specimens with dimension of 3x100 x200 mm were joined in butt position. Four parameters about Friction Stir Welding were investigated which are tool rotational speed, traverse speed, tool pressure strength and tool angle. Only one parameter was changed and searched the effect on welding while others were kept constant during the experiments. Hard metal carbide (WC-Co hard metal identified as K10) with equilateral triangle tip profile was used as the tool material. ó-phase formation and grain growth mentioned above must be avoided because FSW can reach much lower temperatures than traditional methods.