Östemperlenmiş düşük alaşımlı bir çeliğin yüksek hız darbe dayanımının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, düşük alaşımlı-yüksek dayanımlı östemperlenmiş AISI 4140 çeliğinin yalın ve katmanlı kompozit biçimlerinin yüksek hız darbe dayanımları incelenmiştir. Katmanlı kompozitlerde ön katman olarak SiC ve Al2O3 seramikleri kullanılmıştır. Öncelikle AISI 4140 çeliği denetimli ortamda 860 °C'de östenitleştirmeye tabi tutulmuş sonrasında tuz banyosunda 343 °C'de bekletilmiş ve ardından havada soğutularak çelikte beynit içyapısı elde edilmiştir. Kullanılan silisyum karbür seramik plakaların boyutları 50x50x8,5 mm, alümina plakaların boyutları ise 50x50x9,3 mm şeklindedir. Sonra seramik numunelerin içyapıları taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. Östemperleme ısıl işlemi sonucunda, çeliğin içyapısı ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Daha sonra balistik testler, 788,4 m/s ortalama hızındaki 7,62 mm zırh delici mermiler ile gerçekleştirilmiştir. Atışların ardından numunelerin içyapılarında oluşan değişimler ise ışık mikroskobunda incelenmiştir. Gerçekleştirilen çalışma sonucunda, yalın çelik numunelerde en iyi balistik başarım 109,8 kg/m2 alan yoğunluğunda tam başarım ile elde edilirken, aynı durum silisyum karbür ön katmana sahip kompozit numunelerde 62,7 kg/m2 ve alümina ön katmana sahip kompozit numunelerde 78,4 kg/m2 alan yoğunluğu değerlerinde sağlanmıştır.

In this study, the high speed impact resistance of the austempered high strength-low alloy steel (AISI 4140) was investigated in both monolithic and laminated composite conditions. The SiC and Al2O3 ceramic tiles were used as front layers in the laminated composites. First of all, the AISI 4140 steel was austenitized at 860 °C in a controlled environment then was waited in a salt bath at 343 °C. Next, it was cooled in air to obtain bainitic microstructure. The dimensions of the silicon carbide ceramic plates were measured to be 50x50x8.5 mm and the dimensions of the alumina plates were measured as 50x50x9.3 mm. Then the microstructures of the ceramic samples were investigated by a scanning electron microscopy. After the austempering heat treatment, the microstructure and mechanical properties of the steel were examined. After that the ballistic tests were carried out with 7.62 mm armor piercing bullets with an average speed of 788.4 m/s. After the shootings, the changes in the microstructures of the samples were examined by light microscope. As a result of the work carried out, the best ballistic performance in monolithic steel samples was achieved with full protection at an areal density of 109.8 kg/m2, whereas the same situation was provided at 62.7 kg/m2 in the composite samples with silicon carbide front layer and was provided at 78.4 kg/m2 in the composite samples with alumina front layer.