NOKTA DİRENÇ KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLEN YÜKSEK VE ULTRA YÜKSEK DAYANIMLI OTOMOTİV ÇELİKLERİNİN KAYNAK KABİLİYETİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Tez kapsamında kullanılan malzeme çiftlerinden biri sıcak şekillendirildikten sonra oldukça yüksek kopma dayanımı kazanan (~1500 MPa), tümüyle martenzitik yapıya sahip bor alaşımlı 22MnB5’tir. 22MnB5, yüksek mukkavemetinden dolayı, kaza sırasında maruz kaldığı darbeler sonucu diğer birçok çelik sınıfına göre daha az şekil değişimine uğramakta, araçların A/B kolonlarında çift fazlı DP çelikleri ile kombine edilerek son yıllarda artan bir ivme ile tercih edilmektedir. Kaynak esnasında meydana gelen ısıl çevrimler martenzitik çeliklerin ITAB’ını kendi içinde bölgelere ayırmaktadır. İç gerilmelere neden olan bu bölgelerin en dikkat çekeni literatürde “yumuşak bölge” (Soft Zone) olarak adlandırılan sertliği en düşük bölgedir. Hasarın meydana geldiği veya hasarın tetiklendiği kilit bölge olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu kapsamda yeni ve özgün bir yaklaşım geliştirilerek kaynak bölgesindeki hetorejen

sertlik değişikliklerinden kaynaklanan bağlantı dayanımı hatalarının azaltılması amaçlanmıştır. Bu yaklaşım, kaynak makinesine adapte edilen proses içi Bölgesel Hızlı Soğutma (BHS) prosesi ile kaynak bölgesindeki mikroyapı ve sertlik değerlerini kontrol altında tutma amacına dayanmaktadır. Bu amaçla kaynak makinesine adapte edilen ve makine ile eş zamanlı çalışan bir prototip düzenek tasarlanmış ve imal edilmiştir.

Ek olarak, biri konvansiyonel diğeri ise yeni nesil olmak üzere iki farklı kaynak ekipmanı, AA ve OFDA (Alternatif Akım-AA güç kaynağı ve Orta Frekans Doğru Akım-OFDA) teknolojisi kullanılmış olup bu makinelerden elde edilen kaynaklı bağlantıların mekanik performans üzerindeki etkisi BHS sistemi de kullanılarak karşılaştırılmıştır. BHS uygulanmamış AA ve OFDA teknolojileri ile alınan numuneler kendi aralarında kıyaslandığında OFDA serisinin AA serisine göre % 11, BHS uygulanmış OFDA+BHS serisinin AA+BHS serisine göre % 13 daha yüksek çekme makaslama performansı sergilediği tespit edilmiştir. Numunelerin çapraz çekme dayanımları kıyaslandığında ise, OFDA serisinin AA serisine göre % 13, AA+BHS serisinin AA serisine göre % 9, OFDA+BHS serisinin ise AA+BHS serisine göre % 10 daha yüksek dayanım sergilediği tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen detaylı mikroyapı ve sertlik haritalama deneylerinde 22MnB5 ITAB’ta kaynak ekipmanı farklılığı ve BHS operasyonunun uygulanıp uygulanmamasına göre farklı sertliklerde temperlenmiş yumuşak alt ITAB tespit edilmiştir. Bu alt ITAB’ın sertlik değerlerinin ve genişliğinin bağlantının mekanik özelliklerinde kilit rol oynadığı sonucuna varılmıştır. Bağlantıların eğmeli yorulma deneyleri yapılmış kuvvet/ömür eğrileri oluşturulmuştur. OFDA teknolojisi ile elde edilen yorulma numuneleri en yüksek yorulma ömrünü sergilemiş olup bunu yüksekten düşüğe doğru sırasıyla AA serisi, OFDA+BHS serisi ve AA+BHS serisi takip etmiştir.

ABSTRACT

One of the material pairs used within the scope of the thesis is 22MnB5 boron alloy with a completely martensitic structure, which gains a very high breaking strength (~1500MPa) after hot forming. Due to its high strength, 22MnB5 undergoes less deformation than many other steel classes as a result of the impacts it is exposed to during an accident. It is preferred with increasing momentum in recent years by combining with dual-phase DP steels in the A/B columns of the vehicles. The thermal cycles that occur during welding divide the HAZ of martensitic steels into regions within itself. The most striking of these regions that cause internal stresses is the region called "Soft Zone" in the literature and has the lowest hardness. It is the key area where damage occurs or where damage is triggered. In this context, a new and original approach has been developed. It is aimed to reduce joint strength errors caused by

heterogeneous hardness changes in the weld zone. This approach is based on the aim of keeping the microstructure and hardness values in the weld zone under control with the in-process Regional Rapid Cooling (RPC) process adapted to the welding machine. For this purpose, a prototype mechanism, which is adapted to the welding machine and works simultaneously with the machine, has been designed and manufactured.

In addition, two different welding equipment, AC and MFDC (Alternate Current -AC power source and Medium Frequency Direct Current -MFDC) technology, one is convection and the other is new generation, are used. The effect of the welded joints obtained from these machines on the mechanical performance was compared using the RPC system. When the samples taken with AC and MFDC technologies without BHS were compared among themselves, it was determined that the MFDC series showed 11 % higher tensile shear performance than the AC series, and the MFDC+RPC series showed 13 % higher than the AC+RPC series. When the cross-tensile strengths of the samples are compared, it has been determined that the MFDC series has 13 % higher strength than the AC series, 9 % higher strength than the AC+RPC series, and 10 % higher strength than the AC+RPC series of the MFDC+RPC series. In the detailed microstructure and hardness mapping experiments carried out, tempered soft sub HAZ at different hardnesses was determined in 22MnB5 HAZ, depending on the difference in welding equipment and whether the BHS operation was applied or not. It was concluded that the hardness values and width of this sub-HAZ play a key role in the mechanical properties of the joint. The bending fatigue tests of the connections were made and the force/life curves were created. The fatigue specimens obtained with MFDC technology showed the highest fatigue life, followed by AC series, MFDC+RPC series and AC+RPC series from high to low, respectively.