TR202018497A2 - Demi̇r bazli alaşim kompozi̇syonu bu kompozi̇syondan üreti̇len parçalar ve üreti̇m yöntemi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş, ağırlıkça %0.28 - 0.34 C, en fazla %0.25 Si, en fazla %0.8 Mn, %0.85 - 0.95 Cr, %1.10 - 1.50 Ni, %0.41 - 0.50 Mo, %0.001 - 0.007 B, %0.002-0.03 Nb ile balans miktarda Fe ve kaçınılmaz safsızlıklar içeren demir bazlı bir alaşım kompozisyonu, bu kompozisyondan elde edilen en az 480 HB sertlik, en az 1700 MPa çekme mukavemeti, en az %7 toplam uzama ve 16 J darbe dayanımı gösteren parçalar ve bunların üretim yöntemi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME DEMIR BAZLI ALASIM KOMPOZISYONU BU KOMPOZISYONDAN URETILEN PARÇALAR VE ÜRETIM YONTEMI Bulus, sicak sekillendirmeye yönelik demir bazli bir alasim kompozisyonu, bu kompozisyondan elde edilen parçalar ve üretim yöntemi ile ilgilidir.

Bulus özellikle; çesitli mühimmatlara karsi koruma saglayan zirhli araçlar, zirhli parçalar ve zirhli binalarda kullanilmak üzere gelistirilen bir zirh çeligi kimyasal kompozisyonu ve bu kompozisyonun kullanildigi üretim yöntemi ile ilgilidir. Bu üretim yöntemi; üç boyutlu geometride zirh parçalarin sicak sekillendirilmesi ve isil islemi ile ilgilidir.

Teknigin Bilinen Durumu Zirh çelikleri, sicak haddeleme sonrasinda isil islem ile üretilirler. Zirh çeliklerine balistik koruma özelligi bu isil islem sonrasinda kazandirilir. Zirh çeliklerinin ifade edildigi standartlardan biri olan MIL-DTL-461OOE standardinda zirh çelikleri tanimlanmis olup agirlikça % kimyasal kompozisyonlari; maksimum karbon %032; maksimum bor %0.03; maksimum kükürt: %0.010; maksimum fosfor %0.02 olup; mangan, nikel, krom ve molibden elementlerinin ise zorunlu olmadigi belirtilmistir. Armox 500 ve Secure 500 gibi özel isimleri olan zirh çelikleri yillardir üretilmektedir. Bu alasimlar, Mn, Cr, Ni ve Mo içermektedir. Metalurjik olarak farkli çalismalarda kimyasal kompozisyon ve üretim yöntemleri incelenmistir. 0.25 vanadyum, % 0.0050'ye kadar bor, kalani demir ve kaçinilmaz empüriteler içeren bir çeligin bir zirh plakasinin üretimi için kullanimi açiklanmaktadir.

Sicak dövme, yüzey tabakasinin alinmasi ve sicak haddeleme ile üretilmistir. Sicak haddeleme sonrasinda isil islem uygulanmistir. geri kalani demir) sahip zirh çeligi gelistirilmistir. arasinda) sahip zirh çeligi gelistirilmistir. ve kaçinilmaz empüriteler) zirh çeligi gelistirilmistir. Bu çeligin sertligi 400 HB degerinin altindadir. Çekme mukavemeti ise 800 MPa üzerindedir.

JPH09118950A numarali patentte farkli bir kimyasal kompozisyon gelistirilmistir (karbon kompozisyona sahip plakanin 1250 °C veya daha düsük sicakliga isitilmasi, sicak haddelenmesi ardindan sogutulmasi ve yeniden Ac3 sicakligi üzerine isitilmasi daha sonra 1.5 cC/sn hizla so gutulmasi sonrasinda üretilmektedir. fazla %20, molibden en fazla %1.0, bakir en fazla %15, vanadyum en fazla %05, niyobyum en fazla %02, titanyum en fazla %02, bor en fazla %001, kalsiyum en fazla yönlendirilmistir.

Yukarida örnekleri verilen yüksek sertlikte çelikler zirh çeligi olarak kullanilabilmektedir.

Kimyasal kompozisyonlari farkli olsa da genel olarak bu çelikler plaka haline dövme ve sicak haddeleme gibi masif sekillendirme yöntemleri ile üretilmektedirler. Yüksek sertlik gibi balistik özellikleri ise, sonrasinda uygulanan östenitleme, hizli sogutma ve temperleme isil islemleri ile elde edilmektedir.

ATI Properties LLC sirketi tarafindan tescillenen ve U89121088BZ numarali patent ise tipik bir zirh çeligi kimyasal kompozisyonunu tamamen degistirerek östenitleme sonrasinda su verme ve temperleme islemlerine gerek kalmaksizin havada sogutma ile patent ise havada soguma sonrasinda temperleme ile balistik koruma özelligini saglamaktadir. Bu sekilde havada soguma ile üretilen zirh çeliklerinde kullanilan kimyasal kompozisyonlar asagidaki gibidir: fosfor; en fazla %0.005 bor; en fazla %0.003 kükürt; geri kalani demir; ve kaçinilmaz empüriteler).

Görülecegi üzere bu iki patent yüksek miktarda Nikel içermektedir. Nikel çeliklerin sertlesebilirligini yükselterek martenzite dönüsümü kolaylastirmaktadir. Ancak yüksek maliyetinden dolayi nikel kullanimi sinirlidir.

Yukarida anlatilan çeliklerin tamami plaka halinde sicak haddeleme veya dövme sonrasinda üretilmektedir. Mevcut teknikte bahsedilen çeliklerin yüksek sertlikte olmalari dolayisiyla 3 boyutlu bir geometriye sekillendirilmeleri büyük zorluklar yaratmaktadir. Bu nedenle genellikle bu zirh çeligi plakalarindan su jeti, lazer, plazma vb. yöntemler ile parçalar kesilerek bu parçalar kaynakla birlestirilmektedir. Kaynak sonrasinda kaynak bölgelerinde isil girdiye bagli olarak balistik koruma özelligi kaybedilmektedir. Bu nedenle bu bölgelerin arkalarina ilave zirh çelikleri eklenmektedir. Bu durum parçalarin agirliginin artmasina neden olmaktadir. Bazi parçalar ise bir miktar soguk sekillendirilmektedir.

Ancak, enerji ve ilk yatirim maliyetlerini artiran yüksek pres kuvvetleri gerektigi için genellikle soguk sekillendirme isleminden kaçinilmaktadir. bahsedilen sorunlardan kaçinmak için yenilikçi bir yöntem gelistirilmistir. Bu yöntemde zirh çelikleri plakalari istenen geometrilerde kesilir, östenitleme sicakliginda tavlanir, daha Daha sonra kaliptan çikartilan 3 boyutlu ürün östenitleme sicakliginda yeniden tavlanir ve hizli sogutulur. Son olarak ise temperlenir. Kalipta sekillendirme sirasinda çeligin soguma hizi ise havada sogutmadan daha yavas olacak sekilde uygulanir. Bu bahsi geçen yontem daha önce anlatilan sekillendirme sorunlarini çözmekle birlikte uzun süreli bir prosestir ve enerji maliyetlerini arttirmaktadir. Bununla birlikte çeligin önce sekillendirme amaciyla isitilmasi sonra balistik ozellik kazandirmak için tekrar isitilmasi birçok soruna yol açabilmektedir. Bu sorunlarin ilki dekarbürizasyondur. Iki kez bstenitleme yapilmasi yüzeyde asiri dekarbürizasyona yol açabilmektedir. Diger yandan, iki kez isitma ve iki kez sogutma yapilmasi termal gerilmeleri arttirmaktadir. Ayrica ürünün sekillendirme sonrasi kalibin disinda isil isleme tabi tutulmasi, yapida çarpilmalara yol açarak sekil degisimine neden olabilmektedir. En 'Önemli hususlardan biri ise iki kez isil islem yapilmasi üretim maliyetini arttirmaktadir.

EP234115öB1 numarali patentte sicak sekillendirilmis çelikten bahsedilmektedir. titanyum %0005-O.1, niyobyum en fazla %01, geri kalani demir ve kaçinilmaz empüriteler içerir. Ancak, mangan miktari ve silisyum miktari yüksek olup nikel ve krom miktari balistik Özellik saglamak için gereken miktarlara göre düsüktür.

EP196183281 numarali patentte tüp formundaki çeliklerin üretimi için bir çelik türü gelistirilmis olup, silisyum miktari ve karbon miktari yüksektir. Zirh çeligi üretimi için olup; olagan empüriteler arasinda en fazla 0.015% fosfor, en fazla %001 kükürt, en fazla fazla %001 titanyum, en fazla %008 molibden içermektedir. engellemek için sekillendirme öncesi nitrür kaplama uygulanabilen bir çelik türü bakir en fazla %010; nikel en fazla %030; geri kalani demir ve üretimden gelen elementler Içermektedir. Ancak bu çeligin mangan miktari yüksektir ve karbon orani düsüktür. Mn miktari yüksek çeliklerin üretiminde Mn segregasyonu olmaktadir ve yapinin homojen olmasini zorlastirmaktadir. Bu nedenle yüksek lVln miktarlarinda zirh çeligi üretmekte zorluk yasanmaktadir. Ayni zamanda bu çeligin karbon orani zirh özelligi için yeterli sertligi saglamak için yeterli degildir. Nikel ve krom miktari balistik özellik saglamak için gereken miktarlara göre düsüktür E82336967T3 numarali patentte sicak sekillendirme ile üretilen çelikten bahsedilmektedir. çeliklerinden beklenen yüksek sertlik ve tokluk iliskisini saglamak için gerekli olan Nikel elementi içermemektedir. Bununla birlikte Mn orani yüksektir. azot en fazla %0005 içermektedir. Fakat, silisyum miktari yüksek ve krom miktari düsüktür. Dolayisiyla, yukaridaki patente benzer olarak istenen zirh çeligi üretimine uygun degildir. vanadyum, en fazla %002 azot, en fazla %02 titanyum içermektedir. Fakat bu kompozisyonda karbon orani yüksektir. Yüksek karbon orani kaynaklanabilirligi düsürmektedir. Ayni zamanda soguma sirasinda isil isleme bagli distorsiyon olusumunu arttirmaktad ir. üretildigi bahsedilmektedir. Kimyasal kompozisyonu; karbon °/oD.29-O.32, silisyum %035- kobalt %0.002-0.55 içermektedir. Karbon orani dolayisiyla kaynaklanabilirligi yeterli seviyededir. Ancak, silisyum orani yüksektir. Silisyum miktari yüksek çeliklerin yüksek sicakliklara isitilmasi sonrasinda yüzeyinde silisyum oksit olusmaktadir. Endüstride kizil tufal olarak bilinen bu oksitler isil islem sonrasinda giderilememektedir. Dolayisiyla hem çeligin ticari degerini azaltmakta hem de yüzey hatalarina yol açarak boyanabilirligi düsürmektedir. Bununla birlikte, olusan bu oksitler kalipta sogutma sirasinda kaliba zarar vermektedir. Dolayisiyla, normal sartlarda zirh çeligi üretiminde silisyum miktarinin yüksek olmasi ile ilgili sorunlar kolaylikla ortadan kaldirilabilirken sicak sekillendirme ile parça üretimi amaçlandiginda silisyumun getirdigi negatif etkilerden kaçinmak zorlasmaktadir.

Diger bir husus, alasimin Mangan orani segregasyon olusmamasi için istenen degerlerin üzerindedir. Ayrica, Molibden orani yeterli sertlesebilirligin limitlerindedir. zirh çelikleri gelistirmeye yöneliktir. Ancak, bu yöntemlerde anlatilan zirh çelikleri geleneksel üretim yöntemleri ile üretilirler. Bu üretim yöntemleri, döküm sonrasinda sicak dövme, sicak haddeleme ve arkasindan zirh özelligini kazandirmak üzere gerçeklestirilen isil islemlerdir. üretim sonrasinda isil islem asamasini ortadan kaldirmaktadir. Balistik koruma özelligi havada soguma sirasinda kazandirilmaktadir. Ancak yüksek alasim elementleri içerdigi için maliyeti yüksektir.

Yukarida bahsedilen yöntemler ile üretilen zirh çelikleri; isil islem sonrasi balistik koruma özelligine sahip plakalar olarak üretilmektedir. Zirhli araç vb. üreticiler tarafindan istenen boyutlarda kesilip kaynak edilerek 3 boyutlu parçalar üretilmektedir. Bunun nedeni sekillendirilmelerinin yüksek sertliklerinden dolayi sinirli kalmasidir. Kaynak sirasinda isi etkisinden dolayi zirh özelligi yok olmaktadir. Bu nedenle kaynak bölgelerinin arkasina ilave zirhli parçalar eklenmektedir. Bu durum agirligi arttirmaktadir. Bununla birlikte, zirhli araç veya zirhli herhangi bir ekipmani tasarlayan tasarimcilarin tehdide karsi korunmak için özgürce tasarim yapmalarini engellemektedir. Bunun nedeni özellikle karmasik geometride bir tasarim yapilsa bile üretilemeyecek olmasidir. Ancak, zirh malzemelerinin tehditten korunmasi için geometrileri de çok büyük öneme sahiptir. Gelen tehdide karsi farkli geometride parçalar örnegin tehdidi karsilama açisina bagli olarak farkli balistik dayanim göstermektedir.

Sicak sekillendirme ile zirh çeligi parçalarin üretilebilmesi yukarida anlatilan problemlere çözüm sunabilir. Tasarimcilar farkli geometrilerde parçalar tasarlayabileceklerdir. Bu durumda aerodinamik yapisi gelistirilmis zirhli araçlar üretilebilecektir. Bununla birlikte, birçok farkli zirh çeligini kaynaklamak yerine, direkt olarak istenen geometride üç boyutlu parça üretilebilecektir ve bu durumda araç agirliklari azaltilarak manevra kabiliyeti arttirilabilecektir.

Ancak sicak sekillendirme ile zirh çeligi üretimi göründügü gibi kolay bir proses degildir. numarali patentler sicak sekillendirme ile parça üretim ile ilgilidir. Ancak burada sicak sekillendirme için gelistirilen alasimlar sekillendirme sonrasinda balistik dayanim göstermek için yeterli degildir. Bunun nedeni zirh özelliginin kazandirilabilmesi için alasim elementlerinin titizlikle seçilmis olmasi gerekmesidir. Zirh özellikleri malzemenin sertligi, akma mukavemeti, çekme mukavemeti, darbe toklugunun tam bir optimizasyonunu gerektirmektedir. Ayni zamanda zirh çeliklerinin segregasyon içermemesi ve anizotropi kompozisyonlar efektif bir kalinlikta zirh malzemesinden beklenen tehdide karsi dayanim özelliklerini saglamak için yeterli degildir. bahsedilmektedir. Ancak, bu patentte karbon orani 035-055 arasindadir. Bu miktarlarda karbona sahip zirh çelikleri araç üretiminde kullanilirken diger parçalar ile kaynak edilmek istendiklerinde kaynak bölgesinde hatalara yol açmaktadir. Bu nedenle zirhli araç üreticileri tarafindan istenmemektedir. Bununla birlikte, kalipta soguma sirasinda termal gerilmeye bagli olarak çatlak olusabilmektedir. 0.9 araligindadir. Bu araliklarda mangan (IVin) içeren çeliklerin sicak haddeleme sonrasinda Mn segregasyonu nedeniyle homojen olmayan bir yapiya dönüstügü bilinmektedir. Mn her ne kadar sertlesebilirligi arttirsa bile üretim sirasinda zorluk yaratmaktadir. Bununla birlikte hem burada bahsi geçen patent hem de birçok zirh çeligi EP234115681) silisyum miktari yüksektir. Bu durum sicak haddeleme sonrasinda veya isil islem sirasinda yüzeyde silisyuma bagli olarak oksit olusumuna neden olmaktadir. Bu oksit asitle ve zimparalamayla giderilememektedir. Daha sonrasinda parçanin kaplanmasi veya boyanmasi için sorun teskil etmektedir. Silisyum içeren çeliklerin sicak haddelenmesi sirasinda fayalit (Fe;›SO4) olusmaktadir ve FeO ile bag yapmaktadir. Bu bag güçlü bir bag oldugu için oksitin giderilmesini güçlestirmektedir ve kizil tufal olusumuna neden olmaktadir. Geleneksel oksit giderme yöntemleri ile giderilemeyerek bu bölgelerde hatalara yol açmaktadir ve boyanabilirligi düsürmektedir. Farkli silisyum oranina sahip sicak haddelenmis çeliklere isil islem yaparak yüzeylerinin incelendigi bir çalismada, silisyum oraninin %025 altinda olmasi durumunda kizil tufal olusumuna neden olan Fe2804 bilesiginin olusmadigini gözlemlemistir (Fukagawa, T., Okada, H., & Maehara, Y. (1994). Mechanism of red scale defect formation in Si-added hot-rolled steel sheets. ISIJ Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.

Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulus, yukarida bahsedilen gereksinimleri karsilayan, tüm dezavantajlari ortadan kaldiran ve ilave bazi avantajlar getiren sicak sekillendirilmis zirh çeligi kompozisyonu ve üretim yöntemi ile ilgilidir.

Bulusun amaci, sicak sekillendirme ile zirh çeligi üretilebilmesini mümkün kilacak bir alasim kompozisyonu gelistirilmesi ve bu kompozisyonun kullanildigi üretim yöntemi ortaya koymaktir. Gelistirilen alasimin sicak sekillendirme sirasinda sinirli olarak uygulanabilen soguma hizlarinda martenzite dönüsebilmesi, yüzeyindeki oksit tabakalarinin minimize edilerek boyanabilirligi yüksek bir malzeme olmasi ve sicak sekillendirme öncesinde kolaylikla istenilen geometrilere kesilebilmesi amaçlanmaktadir.

Bu sayede istenen geometrilerde yekpare zirhli çelik parçalarin tasarlanmasi, aerodinamik yapisi gelistirilmis zirhli araçlar üretilmesi, enerji ve üretim maliyetleri azaltilmasi saglanmaktadir.

Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus sicak sekillendirimis zirh çeligi elde etmeye yönelik demir bazli alasim kompozisyonu, bu kompozisyonun kullanimi, bu kullanim sonucu elde edilen sicak sekillendirilmis zirh çeligi parçalar ve bu parçalarin üretim ybnetmini kapsamaktadir.

Bulus konusu kompozisyon en temel halinde; agirlikça %028 - 0.34 karbon, en fazla kaçinilmaz safsizliklar içermektedir.

Bulusun uygulamalari kaçinilmaz safsizliklar olarak; eser miktarda fosfor, kükürt, bakir, alüminyum, tungsten, kobalt, titanyum, oksijen, hidrojen, azot içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla elementi içerebilmektedir.

Bulus konusu kompozisyondan elde edilen zirh çeligi en az 480 HB sertlik, en az 1700 MPa çekme mukavemeti, en az %7 toplam uzama ve/veya 16 J darbe dayaniminda olup, mikroyapisinda en az %90 martenzit içerir.

Yukarida anlatilan amaçlarin yerine getirilmesi için bulus sicak sekillendirilmis zirh çeligi üretim yöntemi olup; kaçinilmaz safsizliklar içeren alasiminin slab ya da ingot halinde dökümü; ii. slabin ya da ingotun sicak haddelenerek plaka haline getirilmesi, iii. plakanin sogutulmasi ve kesilmesi, iv. kesilen plakalara birincil isil islem uygulanmasi, v. isitilan plakalarin sogutmali kalipta preslenerek sekillendirilmesi, vi. sekillendirilmis çelik parçalara ikincil isil islem uygulanmasi, Bulusun bir uygulamasi; (i) islem adiminda alasim istenmeyen safsizlik olarak eser miktarda fosfor, kükürt, bakir, alüminyum, tungsten, kobalt, titanyum, oksijen, hidrojen, azot içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla elementi içerir.

Bulusun bir bir uygulamasi; (i) islem adiminda slabin ya da ingotun 1050“C üzerine isitilarak en az 4 saat bekletilmesini içerir.

Bulusun bir uygulamasi; (iii) islem adiminda plakalar 2°Clsn veya daha yavas olarak sogutulmasi, mikroyapisi ferrit+pertlit, beynit, veya bu fazlarin karisimini olusmasi ve 300 HB altinda sertlige sahip bir plaka elde edilmesi; eger sogutma istemeden daha hizli yapilirsa, plakanin 300°C üzerine isitilarak mikroy apisinin temperlenmis martenzit haline getirilmesi islemini içerir.

Bulusun bir uygulamasi; (iv) islem adiminda kesilen plakalarin 1000°C altinda ACS sicakligi üzerinde bir sicakliga isitilarak en az 10 dakika birincil isil isleme tabi tutulmasi islemini içerir.

Bulusun bir uygulamasi; (v) islem adiminda 4°Clsn üzerinde bir hizla 300“C veya d aha altindaki bir sicakliga kadar sogutularak sekillendirilmesi islemini içerir.

Bulusun bir uygulamasi; (vi) islem adiminda sekillendirilmis çelik parçalarin 250%` veya altindaki bir sicaklikta ikincil bir isil islem uygulanarak temperlenmesi ve en az %90 oraninda martenzitik mikroyapi elde edilmesi islemini içerir.

Bulusun bir uygulamasi; (vi) islem adiminda sekillendirilmis çelik parçalarin 140°C- 200°C arasindaki sicaklikta, 2-8 saat arasinda ikincil bir isil islem uygulanarak temperlenmesi ve en az %90 oraninda martenzitik mikroyapi elde edilmesidir.

Bulusun bir uygulamasinda; (vi) islem adimindan sonra elde edilen üç boyutlu çelik parçalarin en az 480 HB sertlik, en az 1700 MPa çekme mukavemeti, en az %7 toplam uzama ve/veya en az 16 J darbe dayanimi gösterir.

Bulusun bir uygulamasi; (vi) islem adimindan önce veya sonra sekillendirilmis çelik parçanin yüzeyinin temizlenmesi islemini içerir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen detayli açiklama ve sekiller sayesinde daha net olarak anlasilacaktir ve bu nedenle degerlendirmenin de bu detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

Bulusun Anlasilmasina Yardimci Olacak Sekiller Sekil 1. Bulus konusu yöntemde, sicak haddelenmis levha olarak üretilen C-001 malzemesinin soguma hizlarinda sogutma sirasindaki faz dönüsüm grafikleridir. (Ms: Martenzit baslangiç sicakligi, Mf: Martenzit bitis sicakligi, Bs: Beynit baslangiç sicakligi) Sekil 2. C-001 numunesine ait sicak sekillendirme ve temperleme sonrasinda elektron mikroskobu görüntüsüdür.

Bulusun Detayli Açiklamasi Bu detayli açiklamada, bulusa konu olan sicak sekillendirilmis zirh çeligi üretimine yönelik alasim kompozisyonu ve üretim yöntemi, tercih edilen uygulamalari ile konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak ve hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak sekilde açiklanmaktadir.

Bulus, hem sicak sekillendirilebilir hem de hem balistik koruma saglayabilecek sertlikte zirh çeliginden üç boyutlu parçalar elde etmeye yönelik demir bazli bir alasim kompozisyonunun gelistirilmesi ve bu kompozisyonun kullanildigi sicak sekillendirme yöntemi optimizasyonuna dayanmaktadir.

Bulus konusu demir bazli alasim kompozisyonu en temel halinde agirlikça; - %028 - 0.34 karbon (C) , i› en fazla %08 mangan (Mn), i %085 - 0.95 arasinda krom (Cr), . %1.1O - 1.50 arasinda nikel (Ni), o %041 - 0.50 arasinda molibden (M0), 0 %0002 - 003 arasinda niyobyum (Nb) ile balans miktarda demir ve kaçinilmaz safsizliklar içermektedir.

Bulusun bir uygulamasina göre demir bazli alasim kompozisyonunda ayrica; fosfor (P), kükürt (S), bakir (Cu), alüminyum (AI), tungsten (W), kobalt (Co), titanyum (Ti), oksijen (O), hidrojen (H), azot (N) içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla istenmeyen elementi eser miktarda içerebilmektedir.

Bulus kapsaminda, üç boyutlu zirh çeligi sicak sekillendirme yönteminde, yukarida açiklanan kimyasal kompozisyon dahilinde olusturulan alasim ingota döküm veya sürekli döküm ile sivi çelik formundan kati çelik formuna dönüstürülerek döküm islemi gerçeklestirilir ve slab ya da ingot haline getirilir. Slab ya da ingot 1050“C üzerine, tercihen 1200°C'ye, isitilarak en az 4 saat bekletilir ve si cak haddelenerek plaka haline getirilir.

Sicak haddelenmis olarak üretilen plaka, 2“C/sn veya daha yavas olarak sogutulur, böylece mikroyapisi ferrit+perlit, beynit, veya bu fazlarin karisimini içermektedir. Eger sogutma istemeden daha hizli yapilirsa, plaka 300 °C üzerine isitilarak mikroyapisinin temper martenzit haline getirilir. Sonuç olarak belirtilen yavas soguma hizlari saglanirsa 300 HB altinda sertlige sahip bir plaka elde edilir.

Sicak haddelenmis plaka CNC, alev, su jeti, lazer, testere gibi Cihazlar ile istenen formlarda kesilir ve kesilen plakalar 1000 'C altin da A03 sicakligi üzerinde bir sicakliga isitilarak en az 10 dakika birincil isil isleme tabi tutulur. Sonrasinda isitilan plaka sicak haldeyken bir pres içerisindeki su sogutmali bir kaliba yerlestirilir.

Pres tarafindan uygulanan kuvvet ve preste bulunan su sogutmali kalip vasitasiyla, sicak plaka preslenirken, 4`Ci'sn üzerinde bir hizla marte nzitik mikroyapi elde edilecek biçimde 300°C veya daha altindaki bir sicakliga kadar sogutularak sekillendirilir. Üç boyutlu sekillendirilmis çelik parça kaliptan çikartilarak 250% veya altin daki bir sicaklikta ikincil bir isil islem uygulanarak temperlenir ve temperlenmis martenzitik mikroyapi elde edilir. Parça yüzeyi kumlama, polisaj vb. yöntemler ile temizlenir.

Yukarida açiklanan yöntemle üretilen üç boyutlu çelik parçalar, en az 480 HB sertlik, en az 1700 MPa çekme mukavemeti, en az %7 toplam uzama ve/veya 16 J darbe dayanimi saglamakta olup; balistik dayanim istenen zirhli parça olarak kullanilabilmektedirler.

Bulus kapsaminda önerilen yöntemle, çelik alasimi için gelistirilen kimyasal kompozisyondaki plakanin sicak haddeleme sonrasinda 2°Clsn veya daha yava s olarak sogutulmasiyla, yapisi ferrit+perlit, beynit veya karisimindan olusan bir mikroyapiya sahip olarak üretilmesi saglanmistir. Sogutma istenmeden daha hizli yapildiginda ise, plakanin 300°C ve üzerindeki bir sicakliga isitilmasiyla, mikroyapisinin temperlenmis martenzite dönüstürülmesi saglanmistir. Bu sekilde üretilen plakanin sertliginin 300 HB altinda olmasi ve henüz balistik dayanim göstermemesi, istenen formda kolaylikla kesilebilir olmasini saglar. Istenen ebatlarda kesilen plakalarin sonrasinda 1000 cC altinda bir sicakliga isitilip östenitlenmesi ve daha sonra form vermek amaciyla kaliba yerlestirilmesi, ve kalipta pres yardimiyla plakaya parça üç boyutlu formu elde edilirken, ayni zamanda kalibin disaridan su ile sogutulmasi vasitasiyla mikroyapisinin martenzite dönüsmesi saglanir. Bu sekilde üretilen çelik 300 °C=nin hemen üzerindeki bir sicaklikta martenzite dönüsmeye baslamaktadir. Bu sicakligin altinda istenen form verilmis olan parça kaliptan çikarilabilmektedir. Uç boyutlu çelik parça oda sicakligina soguduktan sonra, yüzeyi kumlama ve polisaj ile düzeltilebilmektedir. Yüzey temizleme islemi 100 mikrona kadar derinlikte yüzeyin temizlenmesidir. Yöntemin son asamasinda, parça yeniden isitilarak 250°C altindaki bir sicaklikta en az 1 saat isil islem uygulanmasi ile temperlenmesi saglanmaktadir. Yüzeyin temizlenmesi islemi temperleme isleminden sonra da uygulanabilmektedir.

Bulus kapsaminda önerilen yöntemde, gelistirilen çeligin kimyasal kompozisyonu soguma sirasinda 4“(3/sn veya daha yüksek hizlarda so guma hizlarinda martenzite dönüsebilecek sekilde ve dolayisiyla kalin kesitli parçalarda gözlenen görece düsük soguma hizlarinda martenzitik yapi elde edilebilecek sekilde dizayn edilmistir. Gelistirilen çelik, sicak sekillendirme ve preste sertlestirme sonrasinda mikroyapisal olarak en az %90 martenzit içermektedir. Gelistirilen çelikte kaynak edilebilirliginin yüksek olmasi için, dizayn edilen demir bazli alasim kompozisyonunda; karbon orani %028 ila %034 araligindadir.

Segregasyon içermemesi için mangan orani %08'in altindadir. Soguma sirasinda perlit olusumunu geciktirmek ve yüksek sertlesebilirlik saglamak için krom orani; %085 ila sertlesebilirlik özelliklerini artirmak amaciyla nikel orani %1.10 ila %150 araliginda ve molibden orani %041 ve %050 araliginda optimize edilmistir. Sicak haddeleme ve isil islem proseslerinde Silisyum oksit olusmamasi için silisyum miktari %O.25'in altinda tutulmustur.

Yüksek miktarda karbon içeren zirh çelikleri araç üretiminde kullanilirken diger parçalar ile kaynak edilmek istendiklerinde kaynak bölgesinde hatalara yol açmaktadir. Bu nedenle zirhli araç üreticileri tarafindan istenmemektedir. Bununla birlikte, yüksek karbonlu çeliklerde kalipta soguma sirasinda termal gerilmeye ve martenzit dönüsümü ile gözlenen Bain gerinmelerinin dogurdugu gerilmelere bagli olarak çatlak olusabilmektedir. Mevcut bulus, bu sorunlari ortadan kaldirarak gerekli zirh özelligini %O.28-%0.34 araligindaki Karbon orani ile saglamaktadir.

Yüksek mangan içeren çeliklerin sicak haddeleme sonrasinda Mn segregasyonu nedeniyle homojen olmayan bir yapiya dönüstügü bilinmektedir. Mn her ne kadar sertlesebilirligi arttirsa bile çelik üretimi sirasinda sürekli dökümde çatlak olusumu, sicak haddeleme sonrasi satirlanma ve benzeri zorluklar yaratmaktadir. Bu nedenle mevcut bulusta mangan orani %0.81in altinda tutulmustur. Bununla birlikte yüksek silisyum miktari, sicak haddeleme sonrasinda veya isil islem sirasinda yüzeyde silisyuma bagli olarak oksit olusumuna neden olmaktadir. Bu oksit asitle ve zimparalamayla giderilememektedir.

Daha sonrasinda parçanin kaplanmasi veya boyanmasi için sorun teskil etmektedir.

Silisyum içeren çeliklerin sicak haddelenmesi sirasinda fayalit (Fe2804) olusmaktadir ve FeO ile bag yapmaktadir. Bu bag güçlü bir bag oldugu için oksitin giderilmesini güçlestirmektedir ve kizil tufal olusumuna neden olmaktadir. Geleneksel oksit giderme yöntemleri ile giderilemeyerek bu bölgelerde hatalara yol açmaktadir ve boyanabilirligi düsürmektedir. Mevcut teknikte %025 altinda olmasi durumunda kizil tufal olusumuna neden olan Fe:SO4 bilesiginin olusmadigi bilinmektedir. Boyanabilirligin disinda, sicak sekillendirme sirasinda yüzeyde olusan sert oksit tabakalari kaliba zarar vermektedir ve kalibin ömrünü azaltmaktadir. Bu nedenle bulus kapsaminda sicak sekillendirmeye uygun olarak gelistirilen alasimin silisyum miktari %0.25*in altinda tutulmustur. Böylelikle yüzey özellikleri gelistirilmistir. Ancak Silisyum elementi ve kati çözelti sertlestirmesini olumlu yönde etkilemektedir. Silisyum çeliklerde karbür olusumunu engellemek için kullanilabilmektedir. Soguma sirasinda, martenzit dönüsüm öncesinde herhangi bir baska fazin olusmasi veya yüzey özelliklerinin iyilestirilmesi amaçlanirken sertlesebilirligin düsmesi sonucu zirh özelligi göstermesi zorlasabilmektedir. Bu nedenle, bulus kapsaminda gelistirilen alasima en az %041 oraninda molibden eklenerek sertlesebilirligin arttirilmasi amaçlanmaktadir. Bu yönüyle de bulus konusu alasim özgündün Bulus kapsaminda gelistirilen demir bazli alasim kompozisyonu, sicak sekillendirme ve kalip içerisinde sogutma ve sonrasindaki temperleme islemi ile balistik özellik saglanabilecek yapiya sahiptir. Silisyum miktari düsük oldugu için yüzeyinde kizil tufal olusmamaktadir ve oksidasyon tabakasi kolayca giderilebilmektedir. Dolayisiyla boyanabilirligi yüksek bir malzemedir. Son ürünün sertlik degeri en az 480 HBidir, çekme mukavemeti tipik olarak en az 1700 MPa, toplam uzama degeri en az %7 ve oda sicakligindaki çentikli darbe tokluk degeri en az 16 J'dur.

Bulus kapsaminda elde edilen sicak sekillendirmis zirhli çelik parça numuneleri ile test ve analizler gerçeklestirilmis, karsilastirmali sonuçlar kayit altina alinarak tablolar halinde asagida sunulmustur.

Bulus kapsaminda gelistirilen sicak sekillendirilmis zirh çeligi örneklerine ait kompozisyonlar Tablo 1'de sunulmustur. Sekil 1ide C-001 alasimi için farkli soguma hizlarinda faz dönüsümü sunulmustur. Görülecegi üzere 2°C/sn veya daha yavas sogutuldugunda martenzit dönüsümü öncesinde beynit olusmaktadir. Dolayisiyla, sicak sekillendirme öncesinde malzemenin kolaylikla istenen ebatlarda kesilebilmesi için sicak haddeleme sonrasinda 2°Clsn veya daha yavas sogutulmasi gerekmektedir. Bu sekilde sogutularak üretilen malzemenin sertlik degeri 300 HB altindadir. Tablo 2'de ise 900 =C sicaklikta 10 dakika tutma ve kalipta sogutma ve temperleme ile üretilen zirh çeliklerinin mekanik özellikleri sunulmustur. Görülebilecegi üzere sicak sekillendirme ve temperleme sonrasinda sertlik degerleri 500 HV üzerinde elde edilmektedir. Sicak sekillendirme ve temperleme ile üretilen farkli alasimlar için Tablo 3 ve Tablo 4ite farkli mühimmatlar ile yapilan atislar sonrasinda balistik performans degerleri verilmistir. Sekil 2ide ise C-001 numunesine alasimina ait sicak sekillendirme ve temperleme sonrasinda taramali elektron mikroskobu görüntüsü verilmistir. Burada da görüldügü gibi martenzitik bir yapi elde edilmistir. Tablo 1'de kompozisyonu sunulan H009 alasiminin en yüksek darbe dayanimi degerine sahip olmasina ragmen balistik performansinin yeterli olmadigi görülmüstür. H009 alasiminda C ve IVIo miktarlari diger alasimlara göre daha düsükken, Mn oraninin bir miktar yüksektir. HOO9 alasimina çok benzer olup sadece C orani bir miktar daha yüksek olan H010 alasimi ise 7.62x51 Nato Ball mühimmata karsi daha düsük kalinlikta olmasina ragmen yüksek bir balistik performans göstermistir. Bu nedenle H009 alasimi patent kapsamindan çikartilmistir. Karbon orani bir miktar yüksek olan H010 gösterememistir. Bu nedenle, bu alasimin Cr, lVIo, B ve Nb miktarlari yükseltilip, Mn orani düsürülerek C-001 alasimi gelistirilmistir. Bu alasim, diger alasimlarin atmosferik kosullarda Ar koruma altinda ergitme ile üretilmesinden farkli olarak, vakum ergitme yöntemi ile üretilmistir. Böylece çelik içi gaz elementleri N, 0, H oranlarinin düsürülmesi, bunlara bagli kalintilarin azaltilmasi ve döküm bosluklarinin büyük oranda giderilmesi saglanmistir. Tablo 4'te farkli kalinliklarda üretilen C-001 alasiminin 7,62x51 Nato Ball mühimmatla yapilan atislar sonucunda balistik performansi sunulmustur. Görülebilecegi üzere diger alasimlara kiyasla daha düsük kalinliklarda bile balistik dayanim atislar sonucundaki balistik performansi sunulmus olup görülebilecegi üzere istenen korumayi saglamistir. Bu nedenle C-001 alasimi patent kapsamina alinmis kimyasal kompozisyondur. Bununla birlikte H-009.5 alasimi da ?mm kalinlikta istenen korumalari sagladigi için patent kapsamina alinmistir. H009.5 alasiminin N, 0, H miktarlarinin üretim yöntemi benzer oldugu için H01O alasimi ile benzer oldugu düsünülmektedir. C-001 alasimi ise Vakum ergitme yöntemi ile üretilmistir. Bu nedenle, N, 0, H elementlerinin miktarlari daha düsüktür. Bu nedenle, N, 0, H elementlerinin miktarlarinin balistik performans için etkili olmadigi düsünülmektedir. Ancak, her ne kadar balistik performansa bir etkisi gözlemlenmese bile hidrojen gevrekligi ve tane siniri korozyonu gibi zamanla sorun olarak karsimiza çikabilecek olaylardan dolayi bu elementlerin düsük tutulmasi amaçlanmaktadir. Ayni sekilde Al, 8, P elementlerinin balistik performansa önemli bir etkisi görülmemistir. Günümüz çeliklerinde genel olarak bor ilavesi 10-20 ppm araliginda tutulmaktadir (Sharma, M., Ortlepp, I., & Bleck, W. (2019). Boron in Heat-Treatable ile bu miktarin üzerinde bor katkisi da mümkündür. Bu kisitlamanin farkli nedenleri vardir.

Uretilebilirlik ile iliskili olarak bakildiginda, bor çelige ilave edilirken nitrür yapici elementler ile azot baglanarak BN ve oksijen miktari düsük tutularak 8203 olusumu engellenmelidir. ppm) ve O (45 ppm) ile bu sorunun önüne geçilmek istenmistir. Aksi durumda serbest B atomlarinin BN olusturmasi kaçinilmazdir. Koruma yapildiginda bile bor katkili çeliklerde bazi bor karbürler olusabilmektedir, ancak bunlarin kararliligi düsük olup 800 cC üzerindeki sicakliklarda çözünmektedirler. Asiri bor ilavesi (>80 ppm) sicak kirilganliga (hot shortness) neden olmaktadir. Uretilebilirlik açisindan bu miktarin alti ile çalisilmasi mümkündür. Ayrica, denilen olayda bor elementi çelikten uzaklasabilir. Böyle bir durumda sertlesebilirlik de degisebilmektedir. Bu patent konusu kalin kesitli parçalar ile ilgili oldugundan, bu risk ayni karbonsuzlasmada oldugu gibi yüzeysel olarak meydana gelebilir. Ostenit içerisinde termodinamik hesaplamalara göre 41.9 ppm kadar B çözünebilmektedir. Bu miktar katilasma sirasinda delta ferritte 97,4 ppm seviyesine çikabilir. Arayer ya da yeralan konumunda çözünen bor, genel olarak tane sinirlari ve yakinlarindaki bölgelere segrege olur. Bu bölgelerde ferrit ya da perlit çekirdeklenmesini geciktirerek sertlesebilirligi artirir.

Sertlesebilirlik ile ilgili olarak borun çözünmüs halde olmasi ya da ince çökeltiler halinde olmasi yüksek bir sertlesebilirlik için istenir. Asiri bor ile kaba bor karbür olusmasi durumunda sertlesebilirlik azalir. Ancak buradaki durumda yaklasik 1000 'C'den su verme yapildigindan bor karbürlerin çözündükleri düsünülmektedir. Tokluk konusunda ise tane sinirindaki bor elementinin toklugu düsürdügü ile ilgili yayinlar oldugu gibi, hiç etkisinin bulunmadigini ileri süren yayinlar da bulunmaktadir. Tokluk çelik alasimina çok bagli olup, çelikten beklenen tokluk seviyesi ile de oldukça iliskilidir. Örnegin eger nitrür olusturabilen AI, Ti, Nb ve benzeri elementlerin olmadigi bir alasimda, BN çökeltileri östenit tane kabalasmasina neden olarak toklugu düsürebilmektedir. Bu nedenlerle, patent kapsaminda bu elementler için minimum ve maksimum miktarlari Tablo 1'deki alasimlardan yola çikarak belirlenmistir. 4 Farkli alasim için W, C0, Cu, Ti, Al, 8, P elementleri eser miktarda görülmüs olup balistik dayanima herhangi bir etkisi gözlemlenmemistir. Her bir alasim için bu degerler ayrica tablo 1 'de sunulmustur. -59.55& Tablo 2. Gelistirilen zirh çeliklerinin sicak sekillendirme ve temperleme sonrasinda mekanik özellikleri.

Darbe Toplam Mikro çekme Mukavemeti Toklugu [MP ] Uzama Sertlik Numune Kodu* [J] [%1 [HV] malzemelere ait balistik test sonuçlari.

Atis Kodu Boyutu Kalinlik Nato Ball Hiz Nato SS109 Hiz Sonucunda 1 845,74 - YOK 3 - 959,76 VAR 1 842.71 - YOK 3 - 956,99 YOK 1 839,72 - VAR 3 847,08 - VAR Tablo 4. Sicak sekillendirme ve temperleme ile üretilen C-001 malzemesine ait farkli kalinliklardaki malzemelere ait balistik test sonuçlari.

Numune kodu Kalinlik [mm] Atis sayisi 7,62 mm x 51 Nato Ball Hiz [mi's] Test sonucu 1 840 Delinme yok 2 843 Delinme yok C-001 6,0 1 830 Delinme yok Tablo 5. Sicak sekillendirme ve temperleme ile 'üretilen 6,5mm kalinliktaki C-OO1 malzemesine ait balistik test sonuçlari.

Atis Nato Ball Hiz Nato 88109 Hiz Sonucunda Kodu Boyutu Kalinlik [mlsn] [mlsn] Delinme 1 965 YOK 2 - 956 YOK 3 - 955 YOK 963 YOK 6 971 VAR 7 842 YOK Bey degisimi 1%] BiJiiir degisimi [Esi-I Basi degisimi [%1 m #3"EJ5n

Claims (16)

1. ISTEMLER
2. . Sicak sekillendirimis zirh çeligi elde etmeye yönelik demir bazli alasim kompozisyonu olup,özelligi; agirlikça %028 - 0.34 karbon, en fazla %025 demir ve kaçinilmaz safsizliklar içermesidir.
3. Istem 19 uygun kompozisyon olup,özelligi; eser miktarda fosfor, kükürt, bakir, alüminyum, tungsten, kobalt, titanyum, oksijen, hidrojen, azot içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla elementi içermesidir.
4. Sicak sekillendirilmis zirh çeligi o!up,özelli'gi'; kompozisyonunda agirlikça %028 - 0.03 niyobyum ile balans miktarda demir ve kaçinilmaz safsizliklar içermesidir. istem S'e uygun zirh çeligi olup,özei'li'gi; eser miktarda fosfor, kükürt, bakir, alüminyum, tungsten, kobalt, titanyum, oksijen, hidrojen, azot içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla elementi içermesidir.
5. Istem Sie uygun zirh çeligi olup,özelligi; en az 480 HB sertlik, en az 1700 IVlPa çekme mukavemeti, en az %7' toplam uzama velveya 16 J darbe dayaniminda olmasidir.
6. Istem Sie uygun zirh çeligi olup,özei'ligi'; mikroyapisinda en az %90 martenzit içermesidir.
7. . Sicak sekillendirilmis zirh çeligi üretim yöntemi olup,özelligi; kaçinilmaz safsizliklar içeren alasiminin slab ya da ingot halinde dökümü; slabin ya da ingotun sicak haddelenerek plaka haline getirilmesi, plakanin sogutulmasi ve kesilmesi, kesilen plakalara birincil isil islem uygulanmasi, isitilan plakalarin sogutmali kalipta preslenerek sekillendirilmesi, sekillendirilmis çelik parçalara ikincil isil islem uygulanmasi, islem adimlarini içermesidir.
8. Istem 7'ye uygun yöntem ofup,özelligi'; (i) islem adiminda alasimin eser miktarda fosfor, kükürt, bakir, alüminyum, tungsten, kobalt, titanyum, oksijen, hidrojen, azot içeren gruptan seçilen bir ya da daha fazla elementi içermesidir.
9. Istem 7'ye uygun yöntem olup,özei'ligi'; (i) islem adiminda slabin ya da ingotun 1050°C üzerine isitilarak en az 4 saat bekletilmesi dir.
10. Istem Tiye uygun yöntem olup,özefi'igi; (iii) islem adiminda plakalarin 2°Clsn veya daha yavas olarak sogutulmasi, mikroyapisi ferrit+pertlit, beynit, veya bu fazlarin karisimini olusmasi ve 300 HB altinda sertlige sahip bir plaka elde edilmesi; eger sogutma istemeden daha hizli yapilirsa, plakanin 300°C üzerine isitilarak mikroyapisinin temperlenmis martenzit haline getirilmesidir.
11. Istem Tiye uygun yöntem olup,özel'li'gi; (iv) islem adiminda kesilen plakalarin 1000°C altinda AC3 sicakligi üzerinde bir sicakliga isitilarak en az 10 dakika birincil isil isleme tabi tutulmasidir.
12. Istem 7=ye uygun yöntem olup,özelligi; (v) islem adiminda 4°Clsn üzerinde bir hizla 300°C veya daha altindaki bir sicakli ga kadar sogutularak sekillendirilmesidir.
13. Istem T'ye uygun yöntem olup,özelligi; (vi) islem adiminda sekillendirilmis çelik parçalarin 250“C veya altindaki bir sicaklikta ikincil bir isil islem uygulanarak temperlenmesi ve en az %90 oraninda martenzitik mikroyapi elde edilmesidir.
14. Istem T'ye uygun yöntem olup,özeih'gi; (vi) islem adiminda sekillendirilmis çelik parçalarin 140°C- 200°C arasindaki sicaklikta, 2-8 saat arasinda ikincil bir isil islem uygulanarak temperlenmesi ve en az %90 oraninda martenzitik mikroyapi elde edilmesidir.
15. Istem 7=ye uygun yöntem olup,özeliigi; (vi) islem adimindan sonra elde edilen üç boyutlu çelik parçalarin en az 480 HB sertlik, en az 1700 MPa çekme mukavemeti, en az %7 toplam uzama ve/veya en az 16 J darbe dayanimi göstermesidir.
16. 16. Istem 7'ye uygun yöntem olup,özelligi; (vi) islem adimindan 'önce veya sonra sekillendirilmis çelik parçanin yüzeyinin temizlenmesidir.