Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması

SÖZERİ, Mustafa; Ozdemir, Ugur; FINDIK, TAYFUN

Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması

Ugur Ozdemir, (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi Bölümü, Metalurji ve Malzemeler Mühendislik, Ankara, Türkiye)

Mustafa SÖZERİ, (Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi Bölümü, Metalurji ve Malzemeler Mühendislik, Ankara, Türkiye)

Tayfun FINDIK

Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi

9 0

Yıl: 2022 Cilt: 8 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 168 - 177 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 05-09-2022

Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması

Öz:

Zırh malzemelerinin geliştirilmesinde birçok yöntem kullanılırken, bu çalışmada kaynak yöntemi tercih edilmiştir. Kaynak yöntemi, esas olarak iki parçayı birleştirme amacıyla kullanılsa da günümüzde sadece birleştirme yöntemi olmaktan çıkmış parça özelliklerini direkt etkileyen yöntemler arasına girmiştir. Kaplama kaynağı, sert dolgu elektrotları ile aşınmış ya da üretilen metal parçaların yüzeyinin kaplanarak aşınma dayanımı, çalışma ömrü ya da diğer özellikleri artırılması suretiyle uygulanan bir yöntemdir. Bu çalışmada, S355JR düşük alaşımlı çelik plakanın özellikleri geliştirilerek balistik performansı ve sertlik özellikleri incelenmiştir. S355JR plakanın özelliklerini geliştirmek için elektrik ark kaynağı ile kaplama işlemi uygulanmıştır. Elektrik ark kaynağı, 4 mm çapında Fe-Cr-C esaslı örtülü elektrot ile elle yapılmıştır. Kaynak işlemi çift paso şeklinde yapılmış, pasolar arası 90 derece döndürülerek yapılmıştır. Elektrik ark kaynağında elektrot elementleri malzemenin mekanik özelliklerini artırmıştır. Bu nedenle bu çalışmada ağırlık düşürülürken günümüzde kullanılan zırhlara hem ikame ürün geliştirilmek istenmiş hem de zırhlar isabet aldıktan sonra tamiri mümkün olmadığı için tamir amaçlı bu elektrotlardan yararlanılarak tekrar kullanılması hedeflenmiştir. Sert dolgu kaplama sonrası, sertlik değeri yaklaşık 8 kat artış göstermiştir. Balistik performansta ise, NATO STANAG III, EN 1522 FB7, VPAM 9 seviyelerinde korumaya uygun olduğu 820 m/s hızdaki mermi kinetik enerjisini absorbe etmiştir.

Anahtar Kelime: Sert dolgu Kaplama kaynağı Balistik Balistik koruma sertlik

Improving Ballistic Properties to Low Alloy Steel by Surfacing with Welding

Öz:

While many methods were used in the development of armor materials, welding was preferred in this study. Although welding is a process that mainly used for the purpose of joining two parts, it has become one of the methods that directly affect and improve the properties of the parts today. Sufacing is a type of welding method that covering surface of worn or produced metal parts with hardfacing electrodes to increase wear resistance, service life or other properties. In this study, the properties of S355JR low alloy steel plate were increased by surfacing with E Fe 14 hardfacing electrodes and its ballistic performance and hardness properties were investigated. Electric arc welding (SMAW) was done manually with a 4 mm diameter Fe-Cr-C based covered electrodes. Welding process was done in the form of double pass, by rotating 90 degrees between layers. Chemical composisiton of the consumable increased the mechanical properties of the material in electric arc welding. For this reason, in this study, it is aimed to develop a replacement product for the armors used today while reducing weight, and to reuse these electrodes for repair purposes, since it is not possible to repair the armors after they are hit. After hardfacing, the hardness value increased approximately 8 times. In ballistic performance, it has absorbed the kinetic energy of the bullet at 820 m/s, which is suitable for protection at NATO STANAG III, EN 1522 FB7, VPAM 9 levels.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] I. G. Crouch, Ed., Armour Steels: The Science of Armour Materials. Duxford: Woodhead Publishing, 2017. (Editor). doi:10.1016/B978-0-08-100704-4.00002-5 [2] X. Chen, Ed., Failure mechanisms and engineering of ballistic materials: Advanced Fibrous Composite Materials for Ballistic Protection. Glossop: Woodhead Publishing, 2016. (Editor). doi:10.1016/B978-1-78242-461-1.00009-1
[3] A. Bhatnagar, Ed., Lightweight Ballistic Composites: Testing of armor systems, 2nd Edition, Duxford: Woodhead Publishing, 2016, pp. 311-326. (Editor). doi:10.1016/B978-0-08-100406-7.00010-6
[4] R. Singh, Applied Welding Engineering: Processes, Codes, and Standards. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2012. doi:10.1016/B978-0-12-391916-8.00015-7
[5] O. Ivanov, P. Prysyazhnyuk, L. Shlapak, S. Marynenko, L. Bodrova and H. Kramar, “Researching of the structure and properties of FCAW hardfacing based on Fe-Ti-Mo-B-C welded under low current,” Procedia Structural Integrity, vol. 36, pp. 223-230, February 2022. doi:10.1016/j.prostr.2022.01.028
[6] S. Balaguru, M. Abid and M. Gupta, “Investigations on different hardfacing processes for High temperature applications of Ni- Cr-B-Si alloy hardfaced on austenitic stainless steel components,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 9, no. 5, pp. 10062-10072, September–October 2020. doi:10.1016/j.jmrt.2020.07.010
[7] Y. Wu, T. Schmitt, E. Bousser, F. Khelfaoui, V. Najarian, J.E. Klemberg-Sapieha and M. Brochu, “Effects of interfacial microstructure on mechanical properties of Stellite-hardfaced coating during long-term aging,” Surface and Coatings Technology, vol. 398, 125989, September 2020. doi:10.1016/j.surfcoat.2020.125989
[8] D.Sun, Y. Zhang, Y. Liu, X. Gu and H. Li, “Microstructures and mechanical properties of resistance spot welded joints of 16Mn steel and 6063-T6 aluminum alloy with different electrodes,” Materials & Design, vol. 109, pp. 596-608, November 2016. doi:10.1016/j.matdes.2016.07.076
[9] K. Weman, Weldıng Processes Handbook: Manual metal arc (MMA) welding with coated electrodes. 2nd Edition, Cambridge: Woodhead Publishing, 2012, pp. 151-156. doi:10.1533/9780857095183.151
[10] J.J. Coronado, H.F. Caicedo and A.L. Go ́mez, “The effects of welding processes on abrasive wear resistance for hardfacing deposits,” Tribology International, vol. 42, no. 5, pp. 745–749, May 2009. doi:10.1016/j.triboint.2008.10.012
[11] H. Rojacz, C. Katsich, M. Kirchgaßner, R. Kirchmayer, E. Badisch, “Impact-abrasive wear of martensitic steels and complex iron-based hardfacing alloys,” Wear, vol. 492–493, 204183, March 2022. doi:10.1016/j.wear.2021.204183
[12] V.E. Buchanan, “Solidification and microstructural characterisation of iron–chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying,” Surface & Coatings Technology, vol. 203, no. 23, pp. 3638-3646. August 2009. doi:10.1016/j.surfcoat.2009.05.051
[13] S. Liu, Z. Shi, X. Xing, X. Ren, Y. Zhou and Q. Yang, “Effect of Nb additive on wear resistance and tensile properties of the hypereutectic Fe-Cr-C hardfacing alloy,” Materials Today Communications, vol. 24, 101232, September 2020. doi:10.1016/j.mtcomm.2020.101232
[14] R. Bendikiene, A. Ciuplys, R. Sertvytis, A. Surzhenkov, D. Tkachivskyi, M. Viljus, R. Traksmaa, M. Antonov and P. Kulu, “Wear behaviour of Cr3C2–Ni cermet reinforced hardfacings,” Journal of Materials Research and Technology, vol. 9, no. 4, pp. 7068-7078. 2020. doi:10.1016/j.jmrt.2020.05.042
[15] N.P. Kumar, and N.S. Shanmugam, “Some studies on nickel based Inconel 625 hard overlays on AISI 316L plate by gas metal arc welding based hardfacing process,” Wear, vol. 456–457, 203394, September 2020. doi:10.1016/j.wear.2020.203394
[16] J. Gramajo, A. Gualco and H. Svoboda, “Study of the welding procedure in nanostructured super-hard Fe- (Cr, Mo, W) - (C, B) hardfacing,” International Journal Refractory Metals Hard Materials, vol. 88, 105178, April 2020. doi:10.1016/j.ijrmhm.2020.105178
[17] J. Gou, Y. Wang, Y. Zhang, C. Wang and G. Wang, “Dry sliding wear behavior of Fe–Cr–C–B hardfacing alloy modified with nano-CeO2 and its mechanisms of modification,” Wear, vol. 484-485, 203756, November 2021. doi:10.1016/j.wear.2021.203756
[18] S. Pawara, A.K. Jhab, and G. Mukhopadhyaya, “Effect of different carbides on the wear resistance of Fe-based hardfacing alloys,” International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, vol. 78, pp. 288-295, January 2019. doi:10.1016/j.ijrmhm.2018.10.014
[19] M.J. Carrington, D.G. McCartney, P.H. Shipway and D.A. Stewart, “Microstructure formation in the powder HIPed hardfacing alloy Tristelle 5183 (Fe-21%Cr-10%Ni-7.5%Nb-5%Si-2%C in wt%),” Materials Characterization, vol. 184, 111688, February 2022. doi:10.1016/j.matchar.2021.111688
[20] M. Balakrishnan, V. Balasubramanian and G.M. Reddy, “Effect of hardfaced interlayer thickness on ballistic performance of armour steel welds,” Materials & Design, vol. 44, pp. 59-68, 2013. doi:10.1016/j.matdes.2012.06.010
[21] V.E. Buchanan, “Solidification and microstructural characterisation of iron–chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying,” Surface & Coatings Technology, vol. 203, no. 23, pp. 3638-3646, August 2009. doi:10.1016/j.surfcoat.2009.05.051
[22] A. Jilleh, N. Babu, V. Thota, A. Anis, M.K. Harun and M.K. Talari, “Microstructural and wear investigation of high chromium white cast iron hardfacing alloys deposited on carbon steel,” Journal of Alloys and Compounds, 2021. doi:10.1016/j.jallcom.2020.157472
[23] C.-M. Lin, C.-M. Chang, J.-H. Chen, C.-C. Hsieh, and W. Wu, “Microstructure and wear characteristics of high-carbon Cr-based alloy claddings formed by gas tungsten arc welding (GTAW),” Surface and Coatings Technology, vol. 205, no. 7, pp. 2590-2596, December 2010. doi:10.1016/j.surfcoat.2010.10.004
[24] H.-H. Lu et al., “The effects of martensitic transformation and (Fe, Cr)23C6 precipitation on the properties of transformable ferritic stainless steel,” Materials Science and Engineering: A, vol. 754, pp. 502-511, April 2019. doi:10.1016/j.msea.2019.03.110
[25] C.-M. Lin, C.-M. Chang, J.-H. Chen, and W. Wu, “Hardness, toughness and cracking systems of primary (Cr,Fe)23C6 and (Cr,Fe)7C3 carbides in high-carbon Cr-based alloys by indentation,” Materials Science and Engineering: A, vol. 527, no. 18–19, pp. 5038-5043, July 2010. doi:10.1016/j.msea.2010.04.073
[26] B. Das, K. Sawrav, S.B. Singh, and P.P. Bandyopadhyay, “Tribological behaviour of the hardfacing alloys utilised to fabricate the wear parts of an excavator bucket,” Transactions of the IMF, vol. 99, no. 3, pp. 153-161, January 2018. doi:10.1080/00202967.2021.1861854
[27]J. Lentz, A. Röttger and W. Theisen, “Hardness and modulus of Fe2B, Fe3(C,B), and Fe23(C,B)6 borides and carboborides in the Fe-C-B system,” Materials Characterization, vol. 135, pp.192-202, January 2018. doi:10.1016/j.matchar.2017.11.012
[28] Gorunov, A.I., “Investigation of M7C3, M23C6 and M3C carbides synthesized on austenitic stainless steel and carbon fibers using laser metal deposition,” Surface and Coatings Technology, vol. 401, 126294, January 2018. doi:10.1016/j.surfcoat.2020.126294
[29] G. İ. Öğünç, “The importance of national ballistic resistant equipment standards and national ballistic test centre,” Güvenlik Bilimleri Dergisi IDEF Özel Sayı, pp. 95-120, April 2019, doi:10.28956/gbd.551767
[30] SSAB, “Ramor protection steels,” ssab.com, 2016 [Online]. Available: https://ssabwebsitecdn.azureedge.net/- /media/files/en/armox/702-en-ssab--ramor---protection-steels.pdf. [Accessed: June 17, 2022]
[31] K. Senthil, M. Iqbal, and N.K. Gupta, “Ballistic resistance of mild steel plates of various thicknesses against 7.62 AP projectiles,” International Journal of Protective Structures, vol. 8, 2017. doi:10.1177/2041419617700007
[32] M.A. Iqbal, K. Senthil, P. Bhargava and N.K. Gupta, “The characterization and ballistic evaluation of mild steel,” International Journal of Impact Engineering, vol. 78, pp. 98-113, 2015. doi:10.1016/j.ijimpeng.2014.12.006.

APA	Ozdemir U, SÖZERİ M, FINDIK T (2022). Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. , 168 - 177.
Chicago	Ozdemir Ugur,SÖZERİ Mustafa,FINDIK TAYFUN Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. (2022): 168 - 177.
MLA	Ozdemir Ugur,SÖZERİ Mustafa,FINDIK TAYFUN Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. , 2022, ss.168 - 177.
AMA	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. . 2022; 168 - 177.
Vancouver	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. . 2022; 168 - 177.
IEEE	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T "Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması." , ss.168 - 177, 2022.
ISNAD	Ozdemir, Ugur vd. "Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması". (2022), 168-177.

APA	Ozdemir U, SÖZERİ M, FINDIK T (2022). Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(2), 168 - 177.
Chicago	Ozdemir Ugur,SÖZERİ Mustafa,FINDIK TAYFUN Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8, no.2 (2022): 168 - 177.
MLA	Ozdemir Ugur,SÖZERİ Mustafa,FINDIK TAYFUN Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.8, no.2, 2022, ss.168 - 177.
AMA	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022; 8(2): 168 - 177.
Vancouver	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022; 8(2): 168 - 177.
IEEE	Ozdemir U,SÖZERİ M,FINDIK T "Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması." Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, ss.168 - 177, 2022.
ISNAD	Ozdemir, Ugur vd. "Düşük Alaşımlı Çeliklere Kaynakla Kaplama Yapılarak Balistik Özellik Kazandırılması". Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8/2 (2022), 168-177.