Investigation of the Effect of Hardening and Tempering Heat Treatment Parameters Applied to 60SiMn5 Steel Used in Earth Machinery Manufacturing on Mechanical Properties

Abstract

While the tillage machines are plowing, the processing parts and the particles such as quartz or corundum in the soil rub off, and this causes abrasion in the tillage agricultural equipment. In our country, the hardening heat treatment processes applied in order to improve the mechanical properties of these equipment and increase their resistance to wear are changing with the developing techniques. In the study, the effects of tempering processes applied at different temperatures (250 ° C and 270 ° C) to the microstructure and mechanical properties of 60SiMn5 alloy, which is known to have high ductility and toughness values and is frequently used in certain parts of agricultural tools, were investigated. For this purpose, after austenitizing at 970 °C and subsequent cooling in oil, tempering at different temperatures was performed. The effect of tempering processes on the microstructure was carried out by optical microscope and SEM-EDX analysis. The hardness, impact and dry sand rubber abrasion tests of the samples were carried out. As a result of the study, an increase in the toughness value of the material was observed due to the more homogeneous distribution of the lower bainite structure in the sample with the tempering process performed at 270 ° C. In addition, it has been observed that the applied tempering processes increase the yield, tensile and abrasion resistance and positively affect the mechanical properties.

Keywords

• Soil
• Plough
• Plowshare
• Cultivator
• 60SiMn5
• Heat treatment

Toprak Makinaları İmalatında Kullanılan 60SiMn5 Çeliğine Uygulanan Sertleştirme ve Menevişleme Isıl İşlem Parametrelerinin Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Toprak işleme makinaları sürüm işlemi yaparken, işleyici parçalar ile toprakta bulunan kuvars veya korundun gibi partiküller sürtünmektedir ve bu durum toprakta sürüm yapan işleyici tarım ekipmanlarında aşınmalara neden olmaktadır. Ülkemizde, bu ekipmanların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi ve aşınmaya karşı dirençlerini artırabilmek amacıyla uygulanan sertleştirme ısıl işlemleri gelişen teknikler ile birlikte değişmektedir. Yapılan çalışmada süneklik ve tokluk değerlerinin yüksek olduğu bilinen ve tarım aletlerinin belli bölümlerinde sıklıkla kullanılan 60SiMn5 alaşımına sertleştirme işleminden sonra farklı sıcaklıklarda (250 °C ve 270 °C) uygulanan menevişleme işlemlerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, 970 °C’ de östenitleştirme ve ardından yağda soğutma işlemi uygulandıktan sonra farklı sıcaklıklarda menevişleme işlemi uygulanmıştır. Uygulanan menevişleme işlemlerinin mikroyapıya etkisi optik mikroskop ve SEM-EDX analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Numunelerin sertlik, darbe ve kuru kum kauçuk aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın sonucunda 270 °C’ de yapılan menevişleme işlemi ile numunede alt beynit yapısının daha homojen dağılmasının sağlaması sebebi ile malzemenin tokluk değerinde artış görülmüştür. Ayrıca uygulanan menevişleme işlemlerinin akma, çekme ve aşınma dayanımlarını arttırdığı ve mekanik özellikleri olumlu yönde etkilediği gözlemlenmiştir.

Keywords

• Toprak
• Pulluk
• Uç demiri
• 60SiMn5
• Isıl İşlem

References

1. Bialobrzeska B, Kostencki P, 2015. Abrasive wear characteristics of selected low-alloy boron steels as measured in both field experiments and laboratory tests. Wear, 328–329: 149–159.
2. Er U, Par B, 2006. Wear of plowshare components in SAE 950C steel surface hardened by powder boriding. Wear, 261: 251–255.
3. Er Ü, Gaşan H, 2010. Bazı borlu çeliklerin toprak işleme aletlerinin uç demirlerinde kullanımının laboratuvar koşullarında incelenmesi. 23. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon Kongresi, 2006, pp:232-230.
4. Gualco A, 2010. Effect of welding procedure on wear behaviour of a modified martensitic tool steel hardfacing deposit. Materials & Design, 31.9: 4165–4173.
5. Güleç U, 2012. Yüksek Lisans Tezi, Farklı tip kültivatör uç demirlerinin malzeme özelliklerinin belirlemesi.
6. Halil Ü, Tümsavaş Z. Toprak frezesi bıçaklarının farklı çalışma hızlarındaki aşınma durumlarının incelenmesi. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 19.1: 51–62.
7. Kang AS, Singh G, Cheema GS, 2017. Improving wear resistance via hardfacing of cultivator shovel, Materials Today: Proceedings 4: 7991–7999.
8. Ma X, Liu R, Li DY, 2000. Abrasive wear behavior of D2 tool steel with respect to load and sliding speed under dry sand rubber wheel abrasion condition. Wear, 241: 79–85.

9. Owsiak Z, 1999. Wear of spring tine cultivator points in sandy loam and light clay soils in southern Poland, Soil and Tillage Research, 50(3-4): 333–340.
10. Öztürk Z, 2018. Yüksek Lisans Tezi, An Investigation of Bainitic Transformation in Low Carbon Alloy and High Carbon Railway Steels.
11. Podgornik, B., Torkar, M., Burja, J., Godec, M., & Senčič, B. (2015). Improving properties of spring steel through nano-particles alloying. Materials Science and Engineering: A, 638, 183–189.
12. Polat O, 2012. Yüksek Lisans Tezi, Yaprak yayların bilgisayar destekli yorulma analizi.
13. Singh P, Chatha SS, 2020. Reduction of abrasive wear via hardfacing of mouldboard ploughshare, Materials Today Proceedings, in press..
14. Stawicki T, Kostencki P, Bialobrzeska B, 2018. Wear resistance of selected cultivator coulters reinforced with sintered-carbide plates, Archives of civil and mechanical engineering, 158: 1661–1678.
15. Sundström A, Rendón J, Olsson M, 2001. Wear behaviour of some low alloyed steels under combined impact/abrasion contact conditions. Wear, 250(1-12): 744–754.
16. Wang, Y., Sun, J., Jiang, T., Yang, C., Tan, Q., Guo, S., & Liu, Y. (2019). Super strength of 65Mn spring steel obtained by appropriate quenching and tempering in an ultrafine grain condition. Materials Science and Engineering: A, 754, 1–8.
17. Yıldız T, Gür AK, 2006. Aşınma Sistemleri, Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 86-91.