66518361 induksiyonla sertlestirmenin etkisi influence of induction hardening on fretting fatigue...

8/2/2019 66518361 Induksiyonla Sertlestirmenin Etkisi Influence of Induction Hardening on Fretting Fatigue Behaviour of Aisi

1/96

K FARKLI KONTAK BASINCI ALTINDA AISI 1045 ELNN

FRETTNG YORULMASI ZERNDENDKSYONLA SERTLETRMENN ETKS

Ahmet Bilal ENGL

Yksek Lisans TeziMakine Mhendislii Ana Bilim Dal

Danman: Y. Do. Dr. Recep SADELER2006

Her Hakk Sakldr


2/96

ATATRK NVERSTESFEN BLMLER ENSTTS

YKSEK LSANS TEZ

K FARKLI KONTAK BASINCI ALTINDA AISI 1045 ELNNFRETTNG YORULMASI ZERNDE

NDKSYONLA SERTLETRMENN ETKS

Ahmet Bilal ENGL

MAKNA MHENDSL ANA BLM DALI

ERZURUM2006

Her hakk sakldr


3/96

Y. Do. Dr. Recep SADELER danismanliginda Ahmet BilaI SENGL tarafindanhazirIanan bu alisma tarihinde asagidaki jri tarafindan MakineMhendisligi Ana Bilim Dali'nda Yksek Lisans Tezi oIarak kabuI ediImisitr.

Baskan.'P"'1..Jh:,...~ cQJllmzaye rtJo..!J)!.~...~;~.JJ.e~ye Jr.ol.~.f).o~


4/96

ZET

Yksek Lisans Tezi

K FARKLI KONTAK BASINCI ALTINDA AISI 1045 ELNN FRETTNGYORULMASI ZERNDE NDKSYONLA SERTLETRMENN ETKS

Ahmet Bilal ENGL

Atatrk niversitesi

Fen Bilimleri EstitsMakine Mhendislii Ana Bilim Dal

Danman: Yrd. Do. Dr Recep SADELER

Fretting, temas eden iki eleman arasnda meydana gelen kk genlikli titreimli birkayma olaydr. Frettinge genellikle titreim neden olur, fakat temas halinde olanelemanlardan birinin yorulma yklemesine maruz kalmas da frettinge sebep olabilir.Frettingde gzlenen anma ve yorulma atlaklarnn oluumu, yzey artlarndankuvvetli birekilde etkilenir. ndksiyonla sertletirme ilemi, hem yerel sertlii artranhem de yzeyde bas artk gerilmelerinin oluumunu salayan temel bir yzeysertletirme ilemidir. Bu almada, farkl iki kontak basnc altnda (100 ve 200 MPa),AISI 1045 eliinin fretting yorulma davran zerinde indksiyonla sertletirmeninetkisi incelenmitir. Sonular, indksiyonla sertletirilmi AISI 1045 eliinin dz vefretting yorulma davranlarnda, ilemsizlerle karlatrldnda, %30un zerindeiyilemenin elde edildiini gstermitir. Bununla beraber, mevcut alma aral iinhem indksiyonla sertletirme ilemi uygulanm hem de uygulanmam numunelerdekontak basncnn fretting hasarnn oluumunda dikkate deer bir etkiye sahip olmadtespit edilmitir.

2006, 82 Sayfa

Anahtar Kelimeler: Yorulma, Fretting yorulmas, ndksiyonla sertletirme, Kontak

basnc

i


5/96

ABSTRACT

Master Thesis

INFLUENCE OF INDUCTION HARDENING ON FRETTING FATIGUEBEHAVIOUR OF AISI 1045 STEEL UNDER TWO DIFFERENT CONTACT

PRESSURES

Ahmet Bilal ENGL

Atatrk UniversityInstutude of Applied Sciences

Depertman of Mechanical Engineering

Supervisor. Asst.Prof. Dr. Recep SADELER

Fretting involves contact between surfaces undergoing small cyclic relative tangentialmotion. In general, vibration causes the fretting, but one of components contactingsubjected to fatigue loading also causes the fretting damage. The resultant wear andinitiation of fatigue cracks are strongly influenced by the nature of the surface. Theinduction hardening treatment is an established surface hardening treatment which

produces both local hardness and the development of compressive stresses in thesurface. The present investigation is designed to assess the effect of the inductionhardening treatment on the fretting fatigue behaviour of AISI 1045 steel under twodifferent contact pressures (100 and 200 MPa). The results showed that the plain andfretting fatigue behaviours of induction hardened AISI 1045 steel were improved above%30 compared to untreated. However, the effect of contact pressure in the range of the

present study was not significant for both untreated and induction hardened specimens.

2006, 82 pages

Keywords: Fatigue, Fretting fatigue, Induction hardening, Contact pressure

ii


6/96

TEEKKR

Bu almay hazrlamamda deerli yardmn, anlay ve desteini esirgemeyen, tm

almann iinde birebir bulunarak deerli bilgi birikimiyle beni aydnlatan tez

yneticim Sayn Yrd. Do. Dr. Recep SADELERe sonsuz teekkr bor bilirim.

Deneysel almalarmda elde ettiim verilerin bilgisayar uygulamalarndaki

katklarndan dolay Sayn Yrd. Do. Dr. Mustafa YAMANa, deneysel numunelerin

hazrlanmasndaki yardmlarndan dolay da Sayn Makine Mhendisi Hakan DOANa

ve bu alma sresince desteini esirgemeyen aileme itenlikle teekkr ederim.

Ahmet Bilal ENGL

Temmuz 2006

iii


7/96

NDEKLER

ZET . i

ABSTRACT ... ii

TEEKKR .. iii

SMGELER DZN.... vi

EKLLER DZN .... vii

ZELGELER DZN . x

1. GR . 12. KAYNAK ZETLER .... 42.1. Fretting Olay . 4

2.1.1. Fretting anmas .... 5

2.1.2. Fretting yorulmas .. 9

2.2. Fretting Yorulma Teorileri . 9

2.3. Kontak Mekanii .... 11

2.4. Fretting Yorulmasnn Sebep Olduu atlak Oluumu ve Yaylmas.... 12

2.4.1. Fretting yorulmasnda atlak oluumunu etkileyen faktrler . 14

2.4.2. Fretting yorulmasnn hasarna kar diren arttrma metotlar .. 21

2.5. ndksiyonla Sertletirme .. 24

2.5.1. ndksiyonla Sertletirmede Bas Artk Gerilmelerinin Oluumu ..... 26

2.5.1. Temperlemenin etkisi .... 27

2.6. Elektromanyetikndksiyon .. 28

2.6.1. Akm geen bir iletken etrafndaki manyetik alan ..... 28

2.6.2. Histerisiz kayplar ve fuko akm kayplar .. 30

2.6.3. ndksiyonla Istmada Kullanlan G Kaynaklar 32

2.4. Su Verme lemi 38

2.5 Malzemelerde Gerilmeler . 40

2.5.1 Tanm ve nemi ... 40

3. MATERYAL ve YNTEM . 49

3.1. Deneylerde Kullanlan Malzeme . 49

3.2. Numunelerin Hazrlanmas . 49

iv


8/96

3.3. Fretting Test Sistemi 51

3.4. Dz ve Fretting Yorulma Deneyleri .. 52

3.5. ndksiyon Deneyleri .. 58

4. ARATIRMA BULGULARI ve TARTIMA . 60

4.1. ndksiyonla Sertletirilmi Numunenin Sertlik Dalm ...... 60

4.2 ndksiyonla Sertletirmenin Yorulma ve Fretting Yorulmasna Etkisi .. 61

4.3. Fretting Yorulmasndan Kontak Blgesinin Morfolojisi . 67

4.4. Fretting Yorulmas ve Yorulma Yzey Morfolojisi 74

5 SONULAR ve NERLER. 77

KAYNAKLAR . 78

EKLER .. 82

EK 1 . 82

ZGEMM

v


9/96

SMGELER ve KISALTMALAR DZN

SRF Frettingsiz (dz) yorulma dayanm

Kesme gerilmesi

Kayma gerilmesi

Maksimum ekme gerilmesi

Nf Devir says

c Malzeme sabiti (log (da/dN ) ile log K erisi II.blge)

m Malzeme sabiti (log (da/dN ) ile log K erisi II.blge)

f Srtnme katsays

F Kuvvet

N Normal kuvvet

V Hacim

%C Karbon yzdesi

R Diren

I Akm iddetiV Potansiyel fark

Q letken zgl direnci

P G

d o / d t Manyetik alann deime hz (ak/sn)

d Istma derinlii (cm)

f Frekans (Hz)

Manyetik geirgenlik (sn/cm)q letkenin zgl direnci (ohm.cm)

vi


10/96

EKLLER DZN

ekil 2.1 Fretting anma sreci (Brady 1990) .. 6

ekil 2.2. Fretting yorulma numunesine ait fretting yzeyi AFM (Atomic

Force Microscoph) boyutlu grnts 7

ekil 2.3. Fretting yorulma numunesine ait fretting yzeyi kayma blgesinde

oluan fretting anmas AFM (Atomic Force Microscoph)

grnts ve yzey profilometresi . 8

ekil 2.4. atlak oluumunun ematik gsterimi (Samuels, 1993) . 12

ekil 2.5. I. ve II. Blgede atlak yaylmasnn geliimi (Waterhouse 1981) . 13

ekil 2.6. Mindlin diyagram (Waterhouse 1992) .. 18

ekil 2.7. Manyetik Alan ve Akmn Birbirine Bal Olarak Deiimi . 29

ekil 2.8. Bir Bobinin Meydana getirdii Manyetik Alan . 29

ekil 2.9. ndksiyonla stmada yaygn olarak kullanlan bobin eitleri 33

ekil 2.10. eitli uygulamalarda kullanlan bobin tipleri .. 33

ekil 2.11. eitli Bobin Tiplerinin Modeller zerindeki Etkileri ve

Bobinlerin Verimleri (Wick ve Veilleux 1970) . 35

ekil 2.12. Hava Aralnn Is Dalmna Etkisi .. 36

ekil 2.13. eliklerde mevcut fazlarn C oranna bal olarak zgl hacim

[cm3/gr] deiimleri /5/. (A Ostenit ; M: Martenzit ; F + Fe Ferrit

+ Sementit) 44

ekil 2.14. Scaklk farkyla soutma sonucu i gerilme (I. tr i gerilme)

oluumunun ematik gsterilimi . 46

ekil 3.1. Fretting yorulma numunesi ve kontak pabucu (Boyutlar mmdir).. 50

ekil 3.2. Fretting yorulma test sisteminin ematik izimi 51

ekil 3.3. Fretting yorulma test sisteminin (proving ring) fotoraf grnts 52

ekil 3.4. Dner eilmeli yorulma test nitesinin genel grnmnn

ematik resmi .....

ekil 3.5. Fretting test sistemli dner eilmeli yorulma test nitesinin

fotoraf grnts

53

54

vii


11/96

ekil 3.6. ndksiyonla yzey sertletirme cihaz .. 58

ekil 3.7. ndksiyonla yzey sertletirme test cihaz iin bir rnek

uygulama 59

ekil 4.1. Fretting yzeyinden itibaren mesafe ile sertlik arasndaki iliki 60

ekil 4.2. ndksiyon sertletirme ilemi uygulanmam AISI 1045 elii

iin Dz S-N yorulma erisi . 60

ekil 4.3.ndksiyonla sertletirme ilemi uygulanm AISI 1045 elii iin

Dz S-N yorulma erisi .. 62


iin P=100 MPa kontak basncnda elde edilmi Fretting S-N

yorulma erisi 63

ekil 4.5 ndksiyonla sertletirme ilemi uygulanm AISI 1045 elii iin

P=100 MPa kontak basncnda elde edilmi Fretting S-N yorulma

erisi .. 63


iin P=200 MPa kontak basncnda elde edilmi Fretting S-N

yorulma erisi . 64

ekil 4.7. ndksiyonla sertletirme ilemi uygulanm AISI 1045 elii iin

P=200 MPa kontak basncnda elde edilmi Fretting S-N yorulma

erisi 64

ekil 4.8. Fretting hasarnn oluumunu gsteren modelin ematik izimi.b:

atlak balang blgesinin derinlii .. 67

ekil 4.9. Fretting yorulmasnda atlak yaylma safhalarnn ematik

gsterimi . 68

ekil 4.10. Fretting izi ve atlak yaylmnn ematik gsterimi 68

ekil 4.11. (a) P = 100 MPa ve (b) P = 200 MPa da ndksiyonla

sertletirme ilemi uygulanmam Fretting yorulma

numunelerinin, temas blgelerinin SEM grntleri; FA: Fretting

blgesi, O: D kenarlar, C: Dinamik ykleme dorultusu .. 69

ekil 4.12. Fretting scarnn (izinin) SEM grnts. YB: Yapma blgesi,

KB: Kayma blgesi, S:Kayma - yapma blge snr 70

viii


12/96

ekil 4.13. Isl ilemsiz 100 MPa kontak basncnda fretting izi (scar)nin

SEM grnts. YB: Yapma blgesi, KB: Kayma blgesi, S:

kayma yapma blge snr .. 70

ekil 4.14. Fretting yorulmasnda atlak geliimi SEM grnts (atlak

kontak pabucunun altna doru ynlenmi); KY: Krlma yzeyi,

FB: Fretting blgesi .. 71

ekil 4.15. Fretting temas yzeyinde oluan yorulma krnn SEM

grnts (atlak kontak pabucunun altna doru ynlenmi);

KY: Krlma yzeyi, FB: Fretting blgesi . 72

ekil 4.16 lemsiz numune P = 100 Mpa kontak basncnda fretting

yorulmas yzey alt hasar blgesinin SEM grnts; HB: Hasar

blgesi, FY: Fretting yzeyi .. 73

ekil 4.17. ndksiyonla sertletirilmi 200 MPa kontak basncnda fretting

yorulmas yzey alt hasar blgesi SEM grnts. HB: Hasar

blgesi, FY: Fretting yzeyi .. 73

ekil 4.18 (a) = 402 MPa, indksiyonla sertletirilmemi ve (b) = 442

MPa indksiyonla sertletirilmi yorulma deney numuneleri iin

atlak balang blgelerinin SEM grntler. B: atlak

balang blgesi 74

ekil 4.19 (a) = 387 MPada ndksiyonla sertletirme ilemi

uygulanmam, (b) = 405 MPada indksiyonla sertletirilmi

fertting yorulma numunelerinin SEM grntleri; FA: Fretting

yzeyi, FS: Krlma yzeyi, CD: atlak geliimi, C: Krlma

adm, FR: atlak balang blgesi ... 75

ekil 4.20 200 MPa kontak basncnda indksiyonla sertletirme ilemi

uygulanmam numunenin yapma (stick) blgesi SEM

grntleri. P: Kontak pabucu, : atlak, F: Fretting yzeyi, Y:

Yapma blgesi, K: Ayrlma blgesi, N: Numune 76

ekil 4.21. 200 MPa kontak basncnda ndksiyonla sertletirilmi

numunenin yzeyden itibaren atlak bymesinin SEM

grnts. : atlak . 76

ix


13/96

ZELGELER DZN

izelge 3.1. AISI 1045 eliinin kimyasal bileimi... 49

izelge 3.2 alma iin seilmi indksiyonla yzey sertletirme ilem

Parametreleri . 59

izelge 4.1. Yorulma deneyleri sonucu elde edilen yorulma limitleri 65

x


14/96

1

1.GR

Fretting, temas eden yzeyler arasnda titreim veya elemanlardan birinin yorulma

yklemesine maruz kalmasndan dolay oluan titreimli bir kayma olaydr ve

genellikle 30 mden daha kk olan gerilme genliklerine sahiptir.Fretting, anma

prosesi ile malzeme kaybna neden olur, mhendislik bak asndan frettingin nemi

ise yorulma atlaklarnn erken olumasna neden olmasdr. Bundan dolay, modern

endstrinin vebas olarak gz nne alnan fretting, pek ok endstri kolunu etkiler.

zellikle, fretting yorulma hasarna; helikopterler, sabit kanatl uaklar, trenler,

gemiler, otomotiv, kamyon, otobs, tarm makineleri, motorlar, yapm ekipmanlar,

ortopedik implantlar, yapay kalp ve roketmotorlarnda bulunan paralarda sk olarak

rastlanmaktadr.Frettingden dolay sz konusu bu sistemlerdeki elemanlarda meydana

gelen fretting hasar nemli parasal harcamalara ve hatta insan hayatnda kayplara

neden olabilir (1986 kasmnda kuzey denizinde Chinook helikopterinin dmesi).

Dolaysyla sz konusu bu hasarn nlemesi veya nceden tahmin edilebilmesi

nemlidir. Fretting hasar; fretting anmas, fretting korozyonu ve fretting yorulmasolarak snflandrlr.

Fretting yorulma hasarnn nlenmesi, iki nemli admn atlmas ile salanabilir.

Deiik fretting artlar altnda, masrafl deneyler yaplarak fretting yorulma hasarna

etki eden mekanizmalar tanmlanmaldr. stenen artlar iin hasar mekanizmalarnn

tanmlanmasndan sonra, fretting yorulma hasarndan malzemeyi korumak iin deiik

metotlar neren analitik yntemler gelitirilmelidir.

Fretting yorulmas pek ok deikeni ihtiva eden karmak bir olay olduu iin fretting

yorulmasna maruz kalan elemanlarn davrann tahmin etmek olduka zordur. Gz

nne alnan sistemlere bal olarak, fretting yorulma atlann oluma ve yaylma

safhalar, toplam yorulma mrnn deien yzdelerini kapsar. Yorulma mrnn ilk

safhasnda fretting yorulma atlann balad elemanlar iin, atlak yaylmas toplam

yorulma mrnn nemli bir ksmn oluturur ve fretting yorulma mr yalnzca atlak


15/96

2

yaylma modelleri ile tanmlanr. Dier bir trde ise, atlak oluumu yorulma mrnn

nemli bir blmn tekil eder. Bu durumda fretting yorulma artlarnda atlak tespit

edilir edilmez, sz konusu elemanlar yenilenmelidir. Sz konusu atlaklarn oluumunu

tam olarak ngren modellere ihtiya duyulur. Fretting yorulmasnn karmak yaps,

fretting yorulma olayn anlamada nemli gelimeler elde etmek iin ok geni tabanl

deneysel almalarn yaplmasn gerekli klar.

Birok almada kontak basncndaki artn yorulma mrnde de neden olduu

rapor edilmitir (Waterhouse 1968). Bununla beraber, yap

lan birka al

mada ise belli bir kontak basnc deerinde fretting yorulma mrnn minimum bir deere ulat

ifade edilmitir (Lee et al. 2000).

Mhendis ve malzeme bilimcileri, fretting yorulmas yzey ile ilgili bir konu olduu

iin, sert ve anma direnci yksek yzeylerin fretting hasarn azaltc etkiye sahip

olduuna inanrlar.Bu yzden, gemite malzemenin fretting yorulma dayanmn

art

rmak iin temas yzeylerinin zelliklerini deitirecek pek ok yntemi uygulamakiin aba sarf etmilerdir. Fretting hasarn azaltmak iin kullanlan pek ok yzey

modifikasyon metodu vardr (Li et al. 1988). Temas yzeyinin durumu ve artlar,

fretting hasarna kar hassasiyeti belirleyen nemli faktrlerdir (Waterhouse 1992).

Mevcut deiik yzey teknikleri arasnda, indksiyonla sertletirilmi dk alaml

orta karbonlu elikler, kritik otomotiv ve makine paralarnn (tahrik milleri, krank

milleri vb.) tribolojik ve dz yorulma (fretting art yok) zelliklerini artrmak iin

yaygn olarak kullanlr.Bununla beraber, dz yorulma davran zerinde indksiyonla

sertletirmenin etkisi hakknda pek ok alma varken (Bertini L. and Fontanari V

1999), deiik kontak basnlar altnda fretting hasarnn azaltlmas iin indksiyonla

yzey sertletirmenin etkisini kapsayan alma yok denecek kadar azdr.

ndksiyonla sertletirme ilemi, hem yerel sertlii artran hem de yzeyde bas artk

gerilmelerinin oluumunu salayan temel bir yzey sertletirme ilemidir. ndksiyonla

yzey sertletirme ilemi, kimyasal bileimi etkilemeden malzemenin mekanik

zelliklerini deitirir. Sz konusu ilemde, frekans, g ve stma sresi gibi


16/96

3

parametreler zerinde gerekli ayarlamalar yaplarak istenilen sertlik ve setleme

tabakas kalnl kolaylkla kontrol edilebilir. Sertlik ve sertleme tabakasnn kontrol

edilebilmesi, dier yntemlere gre indksiyonla sertletirmenin en byk avantajdr.

Bu almada, endstriyel uygulamalarda aft ve dili imalatnda ok sk kullanlan

AISI 1045 (C45) eliine uygulanan indksiyonla yzey sertletirme ileminin, iki

farkl kontak basncnda, fretting yorulma davran zerindeki etkisi incelenmitir.


17/96

4

2 KAYNAK ZETLER

2.1 Fretting Olay

Fretting; temas eden iki yzey arasnda oluan kk genlikli (genellikle 30 mden

daha kk) titreimli kayma (bal hareket) neticesi oluan, yzey anma ve yorulmas

olarak tanmlanabilir (Waterhouse 1984; Broszeit et al. 1985; Koul et al. 1996). Bu

sre, anma sonucu oluan partikllerin srtnen yzeyler arasnda kalmasndan

dolay, malzemede hasar oluumunun hzlanmasyla sonulanr (Hamdy and

Waterhouse 1982; Waterhouse 1992). OECD (Organization for Economic Cooperation

and Development) ferettingi aadaki ekilde tarif etmitir.

Fretting: Kk genlikli salnml bal harekete sahip iki yzey arasnda oluan bir

anma olaydr.

Fretting olay, malzemenin hasar grmesiyle sonulanan temel mekanizma ile

tanmlanabilir (Fenner 1958).

Fretting Anmas; yzey hasarna neden olan bir mekanizmadr ve fretting olaynn

dinamik yaps buna sebep olur. Anma abrasif zelliktedir.

Fretting Yorulmas; Frettingden dolay bir elemann yorulma mrndeki azalma olaraktanmlanr.

Fretting korozyonu; hem fretting anmas hem de fretting yorulmasnn sebep olduu

hasarlar hzlandran oksidasyon gibi kimyasal reaksiyonlar ile ilgilenir.


18/96

5

2.1.1. Fretting anmas

Yorulma makinesinin numuneyi tutan enelerinde kahverengi oksit kalntlar tespit

eden Eden et al. 1911de ilk kez fretting anmasndan bahsetmitir. Daha sonra

1927de Tomlinson fretting ile ilgili ilk almay yapt. Kulland elik numuneler

zerinde oluan debris, kahverengi demir oksit (Demir ile havann kimyasal reaksiyonu

sonucunda) olduu iin Fretting Korozyonu deyimini kullanmtr. Yzey moleklleri

arasndaki kohezif kuvvet kopmaya neden olur. Daha sonra kopan partikllerin

oksitlenmesi meydana gelmektedir (Iyer and Mail 2001). Sz konusu dnemde anma

ve korozyon olduka iyi anlald iin, almalarn ounluu fretting anmas ve

fretting korozyonu zerinde odaklanmtr.

Fretting anmas, fretting yorulmasndan farkl olarak dk yklerde yzeylerin daha

byk genlikli (2075 mikron) srtnmesi sonucunda oluur (Koenen et al. 1996).

Fretting anmas yzeye fretting yorulmasndan daha fazla zarar verme eilimindedir.

Fretting a

nmas

n

n ilk safhas

nda kontak yzeyinde a

nma debrisleri (dknt)oluur. Meydana gelen bu apaklar oksitlenerek, orijinal yzeyden daha sert olan oksitli

yzeyin oluumunu balatr. Bu oksitli paracklar yzeyde izik ve ukurcuklar

oluturarak, malzemede oluan hasar hzlandrr (Antoniou and Radtke 1997). Burada

normal anmadan abrazyon anmasna gei olur. Daha sonraki safhada ise srtnme

sonucu izler oluur ve malzeme transferi gerekleir. Buna ilaveten, yzeyde oluan bu

hasarlar mikro atlaklarn oluumunda nclk edebilir. Ancak yzeye uygulanan

gerilmenin dk olmas durumunda fretting anmasndan dolay yzeyde oluan mikro

atlaklar malzemenin tamamen krlmasyla sonulanacak ana atlan olumasna

sebep olmayabilir (Iyer and Mail 2001). Brady (1990)e gre kontak halindeki yzeyler

aslnda ok az bir alanla biri birine temas ederler. Ancak kontak yzeyine basn

uygulandnda yzeydeki przlerin tepe noktalar yerel olarak akma gerilmesini

geer. Dolaysyla temas yzeyi artar. Yzeyler arasndaki bal kayma hareketi

neticesinde yzeydeki oksit tabakas krlr, metal metale srtnerek anmaya neden

olur. Anan paracklarn araya girmesi abrazyon anmasna, hareket salnml ise

fretting anmasna sebep olur (Chakravarty 1995). Bal hareket yzeydeki oksit


19/96

6

filminin krlmasna sebep olur. Yzeylerin prz tepe noktalar birbirine kaynak olur.

Bal hareket neticesinde kopan bu kaynakl paracklar deformasyon setlemesine

urar ve hzla oksitlenerek yzeyden kopmu olan oksit tabakasyla birleir. Daha sonra

bu kalntlar bir yerde toplanrlar. Srekli hacim artmasyla, geni blgeleri kaplayarak

abrasiv anmaya neden olur. Anma blgeleri birleerek mikro ukurcuklar oluturur

(ekil 2.1). Bu mikro ukurcuklarda birleerek daha derin ukurlar olutururlar

(Chakravarty 1995). Fretting anmas: evrim says, normal yk, frekans, kayma

genlii, yzey sertlii, evre artlar ve yzey przll gibi parametrelerden az yada

ok etkilenmektedir.

a) Temas alannda paracklarn kopmas

b) Kopmann devam ve paracklarn bir araya toplanmas

c) Abrasiv anma kalntsnn yaylmas

d) Mikro ukurcuklarn oluumu

ekil 2.1 Fretting anma sreci (Brady 1990)

(ekil 2.2)de fretting yorulmas deney numunesine ait fretting yzeyinin boyutlu

AFM (atomic force microscoph) grnts verilmitir. Ayrca (ekil 2.3)de fretting

skarnda (izinde) oluan fretting anma izleri AFM grnts ve yzey profilometresi

verilmitir.


20/96

7

ekil 2.2. Fretting yorulma numunesine ait fretting yzeyi AFM (Atomic ForceMicroscoph) boyutlu grnts


21/96

8

ekil 2.3. Fretting yorulma numunesine ait fretting yzeyi kayma blgesinde oluan

fretting anmas AFM (Atomic Force Microscoph) grnts ve yzey profilometresi


22/96

9

2.1.2. Fretting yorulmas

1941e kadar yorulma fretting ile birlikte aratrlmad. Frettingin yorulma zerindeki

etkisi, ilk olarak 1941de Warlow Davies tarafndan aratrld. Bu aratrma, pratikte

yaygn bir durum olan fretting ve yorulmann birleik etkisinin, ukurcuklar oluturarak

yorulma dayanm zerinde ok ciddi azalmalara neden olduunu gsterdi. Yorulma

dayanmndaki sz konusu bu azalmann (SRF), 2 ile 5 kat arasnda olduu ayn

almada gsterildi. SRF, frettingsiz (dz) yorulma dayanmnn, frettingli yorulma

dayanmna oran olarak tanmlanabilir. Yorulma dayanm ise, genellikle 107 evrim

saysndaki deiken gerilmenin deeri olarak tanmlanr (Waterhouse 1992).

Fenner ve Field (1958), yorulmada frettingin atlak balang srecini byk lde

hzlandrdn gsterdiler. Dz yorulmada atlak balangc toplam yorulma mrnn

%90n tekil ederken, fretting yorulmasnda ise atlak balangc toplam yorulma

mrnn yaklak %5ini tekil edebilmektedir (Fener and Field 1958). Bu sonu, gaz

trbini, motor elemanlar

gibi yksek evrimli yorulma etkisine maruz makineelemanlarnn fretting yorulmasndan nemli lde etkilendiini gsterir (Fener and

Field 1958; Hamdy and Waterhouse 1982; Ruiz 1984; Waterhouse 1992).

Fretting yorulmasnda, numune ile ped arasndaki izafi hareket, fretting anmasnda ki

izafi harekete gre daha kktr. Bu genellikle 30 mdan daha az olur (Koenen et al.

1996). Fretting yorulmasyla fretting anmasnn yzeyde oluturduu hasar benzer

grnmesine ramen, fretting a

nmas

yzeye daha fazla zarar vermektedir (Privett andFujishiro 1994; Koenen et al. 1996).

2.2. Fretting Yorulma Teorileri

Fretting in anma etkisiyle yorulma mrnn azalmasn aklayan teoriler

gelitirilmitir. Ancak buradaki zorluklardan biri fretting hasarnn olduka eitli

etkilere sahip olmasdr. Fretting nemli miktarda yzey hasarna sebep olmasna


23/96

10

ramen yorulma atla balatmayabilir. Buna karn uzun bir yorulma mrnde fretting

ok az yzey hasar oluturmakla beraber ok sayda yorulma atlann balamasna

sebep olabilir. Sonu olarak fretting yorulmasn yorumlayan teoriler, u durumlar ile az

etkili olabilecek durumlar arasnda yeterince esnek olmaldr.

Genel kabul gren fretting yorulma teorilerinden biri, temas halindeki yzeyler arasnda

mikro seviyede kk przlerin tepe noktalar arasndaki temas yzeyi kk

olduundan gerilmenin, akma gerilmesini geerek prz tepe noktalarnn mikro

mertebede birbirine kaynamas

d

r (Chakravarty 1995). Temas yzeyinde her evrimdeoluan izafi hareket ile bu mikro kaynaklar koparak yeniden kaynak olmaktadr. Bu da

yzeyde hasara sebep olmaktadr. Daha przl ya da daha az parlatlm yzey

uygulamalarnda oluan yorulma izgileri daha derin ve kaba olur. Kontak halindeki

yzeyler arasnda oluan yorulma izgileri, birbirini eviren iki dili arkn dileri gibi

karlkl birbirinin simetrii eklinde olur. Her bir yklemede bir adet yorulma izgisi

oluur. Fretting yorulmasnda, temas yzeyleri arasndaki izafi hareket malzemenin

yzeyindeki oksit tabakasn kaldrr. Korumasz kalan malzeme oksitlenecek ve sre

bu ekilde tekrarlanacaktr. Bu sreten bazen fretting oksidasyonu olarak bahsedilir

(Waterhouse 1992). Sonu olarak dinamik gerilme, plastik deformasyona sebep olacak

ve yzeydeki yorulma izgilerinde ayrlmalar balayacaktr (Waterhouse 1992). Eer

iziklerde ayrlmalar balamazsa, temastaki iki malzeme arasnda malzeme transferi

olacaktr. Yer deitirmeler kk olduundan, srtnme yzeyinde anma paracklar

kalacak ve bu paracklar bir araya gelecektir (Waterhouse 1989). Daha sonra

oksitlenerek ana malzemeden daha sert olan kalntlar haline gelecektir. Bu durum yerel

olarak malzeme yzeyinde kopmalar ve ukurcuk oluumuyla atlak oluumunu

hzlandracaktr.

Fretting yorulmasn aklayan ok sayda teori olmasna ramen fretting yorulmasnn,

yorulma mrndeki zararl etkisini tam olarak tahmin eden bir eitlik mevcut deildir.

Bunun sebebi fretting yorulmasn etkileyen ok sayda parametrenin olmas ve bunlarn

ounun bamsz etkiye sahip olmasdr (Privett and Fujishiro 1994; Koul et al. 1996).


24/96

11

Fretting yorulmasn etkileyen eitli parametrelerin bamsz yaps, ele alnan

malzeme, evre ya da yk artlar iin, nleyici tedbir olarak ampirik metotlar temel

alr. Ruiz ve Chenin almalar, keskin makine paralar ve disk bileimlerinde

muhtemel fretting yorulma atla olasln ve yerinin tahmininde gelitirilen amprik

bantya katkda bulundu (Ruiz et al. 1984; Waterhouse 1992). Verilen bir noktada

kayma genlii ve kesme gerilmesinin ve ayn blgede verilen maksimum ekme

gerilmesi nn rettii, frettinge sebep olan mevcut enerjiyi dikkate alarak, sonu

kriterleri , , gelitirildi. Kontak yzeyi boyunca atlak balangc iin , , en

yksek deere ular. Bununla birlikte , , pik deere ulancaya kadar atlak

balamayacaktr. (Ruiz et al. 1984; Ruiz and Chen 1986). Waterhouse bu kriterleri elik

ubuk ve dz levha iin uygulad ve , , vastasyla atlak yerini kesin olarak tahmin

etti (Waterhouse 1992).

2.3. Kontak Mekanii

Kontak mekanii, fretting durumunda iken yzeyler aras

nda mevcut kontakartlar

n

ntanmlanmasyla frettingin oluturulduu hasarn geliimini anlamada rol oynar. Kontak

mekaniinin geliiminde 1982de Hertzin gelitirdii teori pek ok yerde uygulanan

kontak problemlerinin zmnde hala yaygn olarak kullanlmaktadr. Fakat teoride

pek ok kabul bulunduundan kullanm snrldr. Hertz tarafndan yaplan kabuller

aadaki ekilde zetlenebilir. (1) yzey sreklidir. (2) ekil deitirmeler kktr. (3)

malzemeler arasndaki yar boluk elastik davranr ve (4) yzey srtnmesizdir. Kk

ekil deitirme kabuln gerekletirmek iin, yklenmenin genellikle malzemenin

elastik limitleri ierisinde kald, lineer elastisite teorisini uygulanr. Kontak halindeki

malzemeler aras yar boluun elastik olduu kabul ele alndnda, kontak gerilme

blgesi malzeme snrlarnn yaknlndan ciddi bir ekilde etkilenmez. Yzeyler

arasnda srtnme olmad kabul, sadece kontak yzeyleri arasnda normal (dik)

kuvvetlerin etkisi dikkate alndnda geerlidir.


25/96

12

2.4 Yorulmada atlak Oluumu ve Yaylmas

Yorulma atlak oluumu ve yaylm ekil 2.1 ve 2.4de ematik olarak

gsterilmektedir. Son zamanlarda yaplan almalar frettingin atlak oluumunu

kuvvetli birekilde etkilediini gstermitir (Waterhouse 1981; Waterhouse 1992).

ekil 2.4. atlak oluumunun ematik gsterimi (Samuels 1993)

Sabit genlikli yk altnda atlak boyu ile evrim says arasnda iliki vardr.

Numunenin yorulma mrnn byk blmnde atlak boyu ksadr. Gerilme

deerinde kadar bir art olduunda atlak yaylma orannda da art olur

(Bannantine 1990).

atlaa dik uygulanan ykn oluturduu ve atlak ucunda meydana gelen eki

gerilmesi atlak yaylmasna sebep olur (ekil 2.5), (Waterhouse 1981).


26/96

13

ekil 2.5. I. ve II. Blgede atlak yaylmasnn geliimi (Waterhouse 1981)

Krlmaya yakn periyotta atlak yaylmas hzl ve dengesizdir. Bu evre, malzemenin

toplam yorulma mrnn kk bir blmn oluturur ve genellikle krlmaya kadar ki

evrim says Nf, tahmin edilemez (Sines and Waisman 1959; Bannantine 1990).

Fretting atlak balangcn ve yaylmasn ciddi ekilde etkiler. atlak balangcnn

hzlandrlmas, frettingin sebep olduu yzey hasar tarafndan salanr. Frettingin ilk

devresinde oluan anma birikintileri yzeyde ukurcuklar ve karncalanmaya sebep

olur. Dolaysyla bu durum yzeyde gerilmenin ykselmesine neden olur (Chakravarty

1995). Frettingin sebep olduu yerel kesme gerilmesinin olutuu blgede ki gerilme

etkili birekilde ykselerek, bir atlak balatmak iin yeterli enerji seviyesine kabilir

(Waterhouse 1981; Waterhouse 1992). Yorulma atla balangc, maksimum kesme

gerilmesinin ynlendirildii ynde, yzeye gre a ile ilerleme eilimindedir

(Waterhouse 1981). ekil 2.5 , ekil 4.8 ve ekil 4.9da ematik olarak gsterilmitir.

Frettingin sebep olduu atlak, atlak yaylmas esnasnda, genellik yzey normaline

gre al birekilde ynlenir. Bununla birlikte fretting yorulmasnn balatt atlan

uzunluu, frettingsiz dz yorulmann oluturduundan daha fazladr (Waterhouse

1992). ki yzey arasnda tam kayma oluur, yerel srtnme katsays sabit hale gelir ve

Yzey

1. Blge

2. Blge Uygulanan Gerilme

atlak


27/96

14

fretting anmas krlma davranndan daha baskn hale gelir. Bu srtnme hasarna,

yzey lekelerine ve yzeyin tabaka tabaka ayrlmasna sebep olur (Waterhouse 1992).

2.4.1. Fretting yorulmasnda atlak oluumunu etkileyen faktrler

Fretting yorulmasnn sebep olduu yzey hasar, temas noktasndaki normal yk,

kayma genlii ve frekans gibi koullarn bir fonksiyonudur (Waterhouse 1992). Fretting

yorulmasnda atlak oluumunu etkileyen faktrler aada ksaca aklanmtr.

Bal kayma

Fretting yorulma atla oluumu malzeme tr, mekanik ve evresel faktrlerden

etkilenir. Karlkl olarak birbiriyle ilikili olan bu faktrler, son derece karmak olan

Fretting yorulmasn etkiler. Temas eden iki eleman arasndaki bal kayma, tam

kayma, ksmi kayma ve yapma rejimleri arasnda gei olan kararsz bir durumdadr.

Dier parametreler tarafndan da etkilenir ve atlak oluumunda nemli etkiye sahiptir.Bir fretting temasnda, bal kaymann blgesi olabilir. Temas halindeki bileenler

arasnda bal bir kayma olumadnda, kontak yapma rejimlidir ve yzeyde ok az

hasar meydana gelir. Dier taraftan temas yzeyinin her noktasnda kayma meydana

gelirse, tam bir kayma olay oluur ve yzeyde kopmalarn olduu anmaya doru bir

gei gzlenir. Kayma ve yapma bileimi ezamanl olarak mevcut olduunda ksmi

kayma artlar olumu olur. Zhou ve Vincent ayn deneyde bir sre ksmi kaymann

olutuu ve bir sre de tam kaymann olutuu, sonra yine ksmi kaymann olutuu birden fazla sayda, ksmi kayma ile tam kayma arasnda geiin olduu kark bir

Fretting rejimi tanmladlar. Bu geili rejimi atlak oluumu ve yorulma krlmas

asndan malzemenin krlmasyla sonulanabilecek en tehlikeli fretting kaymas rejimi

olduunu ifade ettiler.

Vingsbo ve Sderberg, fretting yorulma mrnde bal kayma genliinin etkisini

incelediler. Literatrdeki mevcut verileri temel alarak, bal kaymann blgesiyle,yorulma mr erisi arasndaki ilikiyi bal kayma genliinin bir fonksiyonu olarak


28/96

15

belirlediler. Vingsbo ve Sderberg, yorulma mrnn, bal kayma genliindeki artla,

balangta derek bir minimum deere ulatn, sonra tekrar ykseldiini ve nihayet

sabit bir deere ulatn ifade ettiler. Bal kayma genliinin 10- 30 m arasndaki

deerlerde yorulma mrnn minimum deer aldn gzlediler. Bal kaymann, ksmi

kaymadan tam kaymaya gei deerine karlk gelen bu deeri, Zhou ve Vincentin

kark rejimin en fazla hasar oluturduu grn destekler niteliktedir. Gaul ve

Duquette (1980) de bal kayma genliinin 20 ila 30 m arasnda olduu durumda,

yorulma direncinin minimum deer aldn belirttiler. Spink 3 ila 75 m arasndaki

kayma genliinde, fretting yorulmasndan dolay krlmann meydana getirdii ve

yaklak 25 m kayma genliinde yorulma mrnn minimum bir deer aldn buldu.

Kontak basnc

Malzemelerin fretting yorulma dayanmn etkileyen dier bir parametre de kontak

basncdr. Fretting yorulmas olumadan nce minimum bir normal yke gerek vardr

(Waterhouse 1992). Bu minimum normal ykn alt

ndaki kontak bas

nc

deerinde,yzeyde nemli hasara sebep olan fretting anmas oluumu n plandadr. Fakat

minimum bir deerin altndaki kontak basncnda fretting, yksek evrimli yorulma

mr zerinde gl bir etkiye sahip deildir (Malkin 1972). Kontak basnc

arttrldnda malzemenin yorulma mr zerinde fretting anmasnn etkisi azalp

fretting yorulmas n plana kmaya balar. Ayrca bir maksimum kontak basnc deeri

vardr ki bu deerin stnde, yorulma mrnde daha fazla azalmaya sebep olmaz

(Antoniou and Radtke 1995). Genel olarak przl yzey tepe noktalarnn kk temas

alanyla birbirine bastrlmas sonucu plastik deformasyonla yzey hasarnn olutuu

kabul edilir (Waterhouse 1992). Normal yk gerilmesini, gerilmesi ise yzeydeki

plastik deformasyonu, anmay ve atlak balangcn etkiler (Waterhouse 1992).

Ayrca normal yk, frettingin oluturduu hasar etkileyen, iki yzey arasndaki kayma

miktarn etkiler (Koul et al. 1996).

Nishioka ve Hirakawa (1972) kontak basncnn ykselmesiyle, yorulmada atlak

balangcn esas alan yorulma dayanmnn d arasnda dorusal bir iliki


29/96

16

olduunu buldular. Fakat kontak basncndaki ykseli ile krlmay temel alan Fretting

yorulmas dayanmndaki d devam etti. Kontak basnc daha da arttrlarak belli bir

deere ulatktan sonra, yorulma dayanm neredeyse sabit bir deerde kald. Bu durum,

daha byk kontak basnlarnda atlak oluumunun devam ettii, fakat muhtemelen

ykn oluturduu bas gerilmesinin etkisiyle atlak ilerlemesinin durduunu gsterir.

Fernando et al. (1994), yorulma mrnn, kontak basncnn artmasyla balangta

dtn bir minimum deere ulatktan sonra kontak basncnn ykselmeye devam

etmesiyle, artmaya baladn syledi. ok yksek kontak basn deerlerinde,

yorulma mrndeki ykseliin sebebi olarak, yksek bas normal gerilmelerinden dolay

atlakta kapanma etkisi olutuu ve atlak ilerleyiinin yavalad sonucuna vard.

Nakazava et al. (1992)nn almalar, kontak basncnn daha fazla artmasyla yorulma

mrnde ciddi bir deimenin olmadn tespit etti. Kontak basncnn bu etkisini, orta

gerilme genlii deerlerinde titanyum alamlarnda ve yksek dayanml elikler iinde

dorulad. Titanyum alam ve yksek dayanml eliklerde orta gerilme genlii

deerinde, kontak basncnn artmasyla yorulma mrnde balangta oluan d az

bir artn takip ettii, daha sonra bir deime olmadn gzlemlediler. Daha yksek

gerilme genlii deerlerinde, yorulma mrnde minimum bir deere ulaldktan sonra

kontak basncndaki artla herhangi bir deiiklik olmadn gzlemlediler. Dk

gerilme genlii deerinde allmn dnda bir durum gzlemledi. Balangta kontak

basncnn arttrlmasyla yorulma mrnde bir d, takiben sabit yorulma mr, daha

sonra kontak basncndaki ykselmenin devam etmesiyle, yorulma mrndeki keskin

bir ykseli olduunu gzlemledi. Bu artlar kontak basn deerinin kk bir

blgesinde devam ettikten sonra yorulma mr nceki minimum deerine dt.

Kontak basncnda daha fazla arta bal olarak, yorulma mrnde bir deiiklikolmad.

Kontak basncnn etkisi, kontak basn dalm dikkate alnarak da aratrld. Satoh,

dz yzey ile dz yzey ve silindir ile dz yzey kontaklarn inceledi. Farkl kontak

basn dalmartlarnda elde ettii S-N erisinde btn sonular birbirine yakn kt.

Pape ve Neu, kontak basn dalmnn yorulma mr zerinde nemli bir etkiye sahip

olmadn deneysel olarak buldular. Dz yzey ile dz yzey ve silindir ile dz yzey


30/96

17

kontaklarn ayn normal yk artlar altnda test ettiler. Maksimum deerde kontak

basnc uygulayarak, silindir temasnda dz temasa gre daha yksek basn

uygulamalarna ramen, yorulma mrnde fazlaca bir deiiklik olmadn, basn

dalmnn nemli bir rol oynamadn grdler.

Fernando et al. (1994) kontak basncndaki artma ile kontak yzeyinde meydana gelen

srtnme kuvvetini incelediler. Normal ykn artmasyle, kayma gerilmesinin art

oran dt ve sonunda normal yk daha fazla artrlmasna ramen srtnme kuvveti

sabit deerde kald

. Lee et al. (2000) da benzer sonular elde etti. Switek temas edenyzeyler arasndaki srtnme kuvvetinin, fretting yorulma limitini etkileyen nemli

faktrlerden biri olduunu belirtti.

Frekans

Frekansn yorulma mrn etkiledii bilinmektedir (Waterhouse 1992). Hatta sabit

gerilme deerinde ykn frekans, krlma devir saysn etkilemektedir. Dkfrekanslarda, korozif ortamda yk uygulandnda, evreye ak olan atlak daha uzun

sre evre artlarna maruz kalacaktr. Korozyon yntemin yorulma mrn

ksaltmaktadr (Bannantine et al. 1990).

Dier taraftan, yksek frekansta malzemenin s datma kabiliyetine bal olarak,

malzemenin i tabakalarnda dinamik snma etkisi meydana gelebilir. Bu snma

yzeydeki koruyucu tabakay

al

lm

n d

nda bozabilecek potansiyele sahiptir.

Kayma genlii

Daha nce normal ykn byklnn kayma genliini etkiledii ifade edilmiti.

evrimli (tekrarlanan) kaymann varl ve tipi, byk oranda frettigin oluturduu

hasarn miktarn ve tipini etkiler (Malkin et al. 1972; Ruiz et al. 1984). Genel olarak

temas eden yzeyler arasnda iki tr kaymadan sz edilebilir; ksmi ve toplam.Mindlinin analizinde, ekil 2.6de gsterildii gibi bu iki kayma arasndaki fark


31/96

18

gsterilmitir (Mindlin1949; Waterhouse 1992). Mindlin dz bir malzemenin zerine

bir P normal yk ile bir kesme yk uygulamtr. Bu modelde ki, dairesel kontak

yzeyindeki basn dalm blgesi yarm kreyle temsil edilir. Merkezde P deeri

maksimum, evrede ise sfr deerini alr. Kesme gerilmesi q ile gsterildiinde, eer

srtnme katsays sfr deil ise, q deeri merkezde minimum olurken, kenar izgisinde

maksimum deerini alr. Srtnme katsays , sabit kabul edilir ve deeri birden

kktr. Bir F kuvveti normale gre al olarak uygulandnda, harekete kar p

srtnme kuvveti diren gsterir. Kontak yzeyinde uygulanan kuvvet srtnme

direncinden daha byktr. Bunlarla birlikte, merkeze doru srtnme kuvveti

uygulanan kuvveti atndan kayma olmayacaktr. Kayma genlii daha nceki blmde

Ruiz kriterleriyle tanmlanmtr. Kayma blgesi ile yapma blgesi snr, atlak

balangcnn en ok grld blgedir (Waterhouse 1989). Bununla birlikte, fretting

yorulmas hasar oluumu devam ederse, srtnme katsays deitii iin bu kayma

snr deiir. Srtnme katsays deiikliine, atlaklardan dolay yzey gerilmesinde

meydana gelen rahatlama ve oluan ukurcuklarn biimlenmesi sebep olmaktadr

(Waterhouse 1992). Gaul ve Duquette (1980), 2030 mikronluk kayma genlii

deerlerinde yorulma mrnn minimum deere ulatn tespit etmilerdir.

ekil 2.6. Mindlin diyagram (Waterhouse 1992)

Kaymablgesi

Kaymablgesi

Yapmablgesi

q

0

F

a-b b-a

P

X

Y

p


32/96

19

gerilmeler

Bir blm halinde aklanmtr (blm 2.5).

Yzey ilemi (yzey przll)

Yzeyin iyi ilenmesi (przll az) yzeydeki, yorulma mr zerinde etkisi olan,

gerilme younlamasn azaltr (Bannantine 1990; Waterhouse 1992). Bununla birlikte

fretting yorulmas asndan przl yzey, dzgn yzeye gre daha fazla direngsterme eilimindedir (Waterhouse 1992). Bunun sebebi ykn ok sayda przn

zerine dalmas olabilir. Bu dalm daha nce bahsedilen Ruiz kriterlerindeki ile

birlikte dnlmelidir. Buna ramen yzey przllnn artyla yorulma

dayanmnn pozitif artnn bir snr vardr. Yorulma asndan przlln getirdii

gerilme younlamasndan daha da nemli olan malzeme sertliidir.

evre

Fretting yorulmasnn zararl etkilerine kar malzemeyi korumak iin bir yzey

modifikasyonu seilirken servis esnasndaki evre etkileri de dikkate alnmaldr. evre

malzemelerin fretting yorulma mrnde, pozitif veya negatif rol oynayabilir (Antoniou

and Radtke 1995). Oksijenin bol olduu ortam veya tuzlu su gibi evre artlar, yzeyde

korozyona sebep olabilir. Bu da atlak oluumunu hzlandrarak, fretting yorulma

dayanmn drr. Kt evre artlar fretting anmas ve fretting yorulmasnnetkilerini azaltan koruyucu kaplamann bozulmasna neden olabilir. Bununla beraber

oksijence zengin ortamda fretting yorulma direncinin artt malzemeler de vardr.

Krom nikel paslanmaz elik kararl bir oksit tabakas oluturma eilimindedir ve bu

oksit tabakas srtnme ve anma orann azaltr (Hamdy and Waterhouse 1982,

Antoniou and Radtke 1995). Oksit tabakasnn dier bir zellii kendini doal olarak

tamir edebilmesidir. Mevcut olan ilk koruyucu oksit tabakas, frettingin etkisiyle

kaznarak malzemenin yzeyi ortaya karacak olsa dahi malzemenin yapsndan dolay bu koruyucu oksit tabakas yeniden oluabilir. Bu oksit, yzeyler arasnda scaklk


33/96

20

geliimindeki art (Waterhouse and Iwabuchi 1985; Waterhouse 1989) ile metal metale

temas miktar ve srtnme katsaysndaki azalma ile meydana gelir.

Srtnme katsays

Srtnme katsays f, iki yzey arasnda hareket oluturmak iin gerekli olan kuvvetin

bykl ile ilgilidir. Srtnme katsays, iki yzey arasndaki bal hareketi salayan

F kuvveti ile yzeye uygulanan normal kuvvet N arasndaki oran olarak tanmlanabilir.

f = F / N yada F = fN - - - - - - - - - - - - - - - (1)

Srtnme katsaysnn deeri sfr ile sonsuz arasnda olabilir ve formlasyon hem

statik, hem kinetik srtnme katsaylar iin yazlabilir. Statik srtnme katsays cisim

hareketsiz iken, kinetik srtnme katsays ise cisim bal hareket yaparken hesaplanr.

Malzeme yzeyindeki kaplamann yada yzey ileminin etkinliini tayin etmede

Kinetik srtnme katsays kullanlr.

Genel olarak belirli bir zaman dilimindeki anma miktar, srtnme katsaysyla

ilgilidir. Bu yzden pek ok fretting yorulma dayanm arttrma dzenei, yalnzca

kontak halindeki iki yzey arasndaki srtnme katsaysn azaltmay amalar. Yumuak

kaplamalarla karlatrldnda, sert yzey kaplamalar ile daha dk srtnme

katsaylar elde edilir. Bununla birlikte pek ok sert yzey kaplama ilemi fretting

yorulma mr zerinde zararl etki oluturabilir.

Srtnme katsaysndaki azalma, anmadaki azalmaya yardmc olurken, fretting

anmasndaki azalma fretting yorulmas zerinde her zaman iyileme olacan garanti

etmez. Ancak temasta olan iki yzey arasnda belli bir przllk deerinde yada

srtnme katsays deerinde fretting yorulmas zerinde bir iyileme grlebilir

(Privett and Fujishiro 1994).


34/96

21

2.4.2 Fretting yorulmasnn zararl etkisine kar diren arttrma metotlar

Anmann etkisini azaltp, yorulma mrn arttran eitli metodlat mevcuttur. Yzey

sertliini arttrmak ve yzeyi ilemi uygulamak frettingi etkiler. Yorulma direncini

arttrma metotlarnn bazlar yksek scaklklarda uygulanr. Ancak yksek

scaklklarda uygulanan baz sl ilemler, bas artk gerilmelerinde de yada eki

artk gerilmelerinde arta sebep olabilir. Dolaysyla malzemenin yorulma mrnde

azalmaya sebep olabilir (Koul et al. 1996). Her bir uygulamann farkl avantajlar

olduu iin, etkiyi daha fazla artrmak iin bazen bu yntemler kombine bir ekilde

kullanlr. Seilen yntemler yzey ilemi ya da sl ilem bileimi, her biri tek bana

yorulma mrn uzatabilir ya da anmay azaltabilir. Ancak birleik kullanldnda

farkl etki oluturarak sonunda zararl etkiye sebep olma ihtimali gz nnde

tutulmaldr.

Doru yzey ilemlerinin seilebilmesi iin malzemenin potansiyel hasar grme

mekanizmalar

ve al

ma esnas

ndaki evre artlar

n

anlama en nemli husustur (Koulet al. 1996). Bir servis artnda, fretting yorulmasnda ya da fretting anmasnda

azalmaya sebep olan bir zm, dier bir servis artnda ayn etkiyi oluturmayabilir.

Dizayn

Fretting hasar ilk nce dizayn aamasnda dnlmelidir. Bunu salamak iin temas

eden yzeylerden mmkn olduunca kanmal, tek para veya kaynaklkonstrksiyonlar dnlmelidir. Ancak bu uygulamada, imalat ve bakm onarm

asndan ekonomik olmayabilir.


35/96

22

Malzeme seimi

Malzeme seimi fretting hasarn azaltmada en nemli konulardan biridir. Fretting

yorulma dayanm direk malzeme ile ilgilidir. Ayrca srtnme asndan birbirine

uygun olan malzemeler kullanlmaldr. ayet uygun malzeme kullanlamyorsa sert ya

da yumuak kaplama yapma yoluna gidilebilir.

Yumuak kaplamalar

Bakr-nikel-indiyum (Cu,Ni.In), alminyum-bronz (Al-CuZn) ve saf bakr (Cu) ihtiva

eden yumuak kaplamalar malzemeyi fretting yorulmasndan korumak iin yaygn

olarak kullanlr. Plazma yoluyla sprey eklinde pskrtlerek yaplan 15 m.den daha

kaln bakr kaplama, fretting yorulma mrnde nemli iyilemeler salar (Broszeit et al.

1985). Bu metot, maalesef iki yzey arasna ince malzeme yerletirmek kadar ucuz

deildir. Genellikle iki yzey arasnda koruyucu kalkan gibi alan bu metot etkili bir

yntemdir. Normal yk, kaplamann yzeye tamamen yaylmasn nler ve malzemeninkorumasz kalmasna sebep olur (Broszeit et al. 1985). Tam bir yumuak kaplamada,

krom ya da nikel ksmen uygulanabilir. Bunlar koruyucu oksit tabakasna yardm

ederler (Waterhouse 1989).

Yumuak kaplama daha yksek srtnme katsaysna sahip olduundan bulama

temayl gsterir. Dolaysyla kaplama giderek azalr (Privett and Fujishiro 1994).

Buna ilaveten bu tarz malzemeler daha dk scaklklar da oksitlenme eilimindedirler.Bu yzden, yaklak 5000Cnin zerindeki scaklklarda bozulup, etkisiz hale gelirler

(Broszeit et al. 1985).

Sert kaplama

Ana malzemenin yzey serliinin artrlmasna ilaveten, srtnme katsaysn azaltmak

iin yksek sertlikli bu kaplamalar genellikle parlatlr. Sert kaplamada fretting


36/96

23

anmasnda etkin olan srtnme katsays dktr (Privett and Fujishiro 1994; Shen et

al. 1995).Plazma spreyi ile uygulanan Wc-Co, Al2O3-TiO2 ve Cr2O3 gibi sert

kaplamalar genellikle bu ama iin kullanlr.

Sert kaplamann avantajlarndan biri bas artk gerilmesi retmesidir (Pantleon et al.

1999). Sert kaplama yapsndan dolay daha yumuak olan ana malzeme ile direk

uyumama eilimindedir.

Yalayclar

Srtnme ve oksitlenmeyi nlemek iin kullanlr. Fretting ile temasta olan malzemeler

arasnda kat bir snr gibi ilev grr (Chakravarty et al. 1995). Ancak yzeyleri tam

olarak birbirinden ayrmaz. Yzeyler arasndaki kalntlar uzaklatrr. Kat yalayc

olarak molibden di slfat (MoS2) ve molibden di slfatin kullanlabilir (Waterhouse

1981). Yalamann etkileri u ekilde sralanabilir.

- Malzemeye iyi yapma- Belirli scaklklar arasnda etkili koruma

- Dk srtnme katsays

- Kimyasallara ve korozyona kar diren

- Kendini yenileme zellii

Mekanik sertletirme

Mekanik sertletirme yorulma krlmas mekanizmasnda mr uzatmada ok etkilidir.

Yzeyin sertliini arttrarak ve yzeyde bas artk gerilmeleri oluturarak yorulma

atla balamasn olduka geciktirir (U.S Patent 1963; Waterhouse and Sunders 1979).

Shot penning (bilyeli dvme), dual shot penning ve laser ok penning bunlar arasnda

saylabilir. Yorulma atla balangcna diren gsteren, plastik deformasyon direncini

ykseltir (Chakravarty et al. 1995). Birtakm ilem parametreleriyle ayarlama yaplarak

bas artk gerilmeleri ve yzey parlakl kontrol edilebilir. Yzeydeki oksit tabakas


37/96

24

uzaklatrlarak parlak ve sert yzey elde edilebilir (Koul et al. 1996). Ancak yzey

przll fazladr.

2.5. ndksiyonla Sertletirme

ndksiyonla sertletirme metodu geleneksel olarak malzemeyi ya tam starak ilemek

(scak dvme vb) veya alaml eliin olduka yksek gerilmeye maruz blgesinin

yerel sertliini ykseltmek iin uygulanr. Bu stma metodu malzeme yzeyine ok

yak

n bir pozisyonda duran indksiyon bobiniyle h

zla

s

t

l

r. Yzeyde oluan ostenitfazndaki blgeye hzl birekilde su verilir. Istma manyetik alann sebep olduu kayp

girdap akmlar tarafndan gerekletirilir. Manyetik alan, bobine alternatif akm

uygulanmasyla elde edilir. Bu stma ileminde ama, malzemenin yzeyinde ostenit

blgesi oluturarak su verme yoluyla martenzitik yap elde etmektir (Burnett et al.

1996). Bu srecin ardndan istenirse malzemenin tokluunu ykseltmek amacyla

temperleme ilemi yaplabilir.

ndksiyonla sertletirme, ilem parametrelerine bal olarak malzemenin anma

direncini arttrmakta, srtnme katsaysn drmektedir (Totik vd 2002).

eliklerde ndksiyonla Yzey Sertletirme: ndksiyonla yzeyleri sertletirilen

eliklerin byk bir ksmn, karbon elikleri oluturmaktadr. eliklerde indksiyonla

sertletirmenin, dier sertletirme yntemlerine gre en byk stnl, alam

elementlerinin gerekli olmamasdr. Yani dier sertletirme yntemlerinde iyi bir yzeysertlii iin, baz alam elementlerinin ilave edilmesi gereklidir. Bu yntemde alam

elementleri katlmakszn da yksek sertlik deerlerine ulala bilinir (Tekin 1991).

Alaml eliklerde de indksiyonla sertletirme yaplabilir fakat karbon elikleriyle

kyaslandnda, karbon eliklerinde sonu daha iyidir. Her iki elikten de imal edilmi

aftlar ve dililer yorulma testine tabi tutulmu, karbon elikleri daha iyi sonu vermitir

(Tekin 1991).


38/96

25

ndksiyonla sertletirmede, elik seimi yaplrken dikkat edilecek en nemli etkenler,

karbon ve mangan ieriidir. Karbon ierii istenilen sertlie gre seilmelidir. stenilen

sertlii salayacak karbon miktarndan daha fazla karbon miktar seilirse, hem gerekli

tokluk ve sneklik salanmaz hem de su verme atlaklarnn oluma olasl artar.

Su verme atlaklarnn oluumu, ulalan sertletirme scakl, oluturulan yzey

sertlii ve sertletirilen tabaka kalnl gibi faktrlere baldr. zellikle sertletirilen

tabaka kalnl fazla ise, basma gerilmeleri yerine ekme gerilmeleri ortaya kar.

Sertlemi tabakada a

r

kal

nl

k, yksek ostenit s

cakl

na

k

l

rsa veya ykseksertleebilirlikli elikler kullanlrsa ortaya kar. Kullanlan eliklerde karbon ierii

gerekenden fazla ise, su verme atlaklarnn olumasna neden olur (Tekin 1991; Metals

Handbook 1985).

ndksiyonla sertletirme entikli malzemenin yorulma limitini yaklak % 50 ye kadar

arttrabilmektedir (Bertini L and Fontanari V. 1999).

Karbon eliklerinin bir ou, %0.60 - 0.90 arasnda Mangan ierirler. Ayrca, baz elik

trleri ise %1.35 - 1.65 Mangan ierirler. Mangan eliin sertleebilirliini arttrr. Bu

da dolaysyla su verme atlaklarna yol aar. Bu neden sertletirme ilemlerinde

karbon, nasl olabildiince dk tutuluyorsa, mangan iinde ayney dnlmeli ve

Mn ierii de dk tutulmaldr (Tekin 1991; Metals Handbook 1985).

ndksiyonla sertletirmede kullanlan eliklerin ilk yaps, ierisindeki alamelementleri ve ostenitleme scaklklar, sertletirmeden sonra elde edilecek sertlik

deerini ve oluacak yapy dorudan etkiler. Bu nedenle bu etkenleri gz nne alarak,

sertletirme ilemine geilmelidir (Tekin 1991; Metals Handbook 1985).


39/96

26

2.5.1. ndksiyonla Sertletirmede Bas Artk Gerilmelerinin Oluumu

Yzeyde bas artk gerilmesi indksiyonla yzeyin stlmas ardndan su verme ilemini

takiben oluur (Almen and Black 1963; Kumar 1989). ndksiyonla yzey

sertletirmede, malzemenin merkezi (ekirdek) souk iken yzeyi yksek scakla

karlr. Dolaysyla bir s deiimi (gradyenti) oluur. Malzemenin su verme yoluyla

aniden soutulmasyla, ostenitik yap martenzite dnr ve yzey hacimsel bir

genilemeye urar. Hacimsel genileme aadaki ifade de ngrld zere eliin

iindeki karbon oranna baldr (Roberts 1953; Mayer and Ansel 1975).

% V / V = 4,8476 0,661 %C - - - - - - - - - - - (2)

Souma esnasnda malzemenin yzeyi genlemek ister, fakat bu genleme souk

merkez tarafndan snrlandrlr. Bu durum yzeyde bas artk gerilmelerinin, merkezde

ise eki artk gerilmelerinin meydana gelmesine sebep olur. Bu ilemde, artk

gerilmelerin oluumu scaklk gradyantndan ve ekil deiiminden kaynaklanmaktadr.

Malzemenin indksiyonla sertletirilmi blmnde bas artk gerilmelerinin oluumu

karbrlenmi elikler iin de aynekilde geliir (Ebert 1978). Karbrlenmi eliklerde

ostenitin martenzite dnm ilk nce dk karbonlu olan merkezde, daha sonra

yksek karbonlu blge olan yzeyde gerekleir. Bunun sebebi martenzitin oluma

scaklnn, farkl karbon miktarlarnda farkl olmasdr. ndksiyonla sertletirilmi

blm merkeze kadar inmez, nk merkez yzeye gre ok daha souktur. Bu yzden

yzeyin genlemesi ekirdek tarafndan snrlandrlmtr. Hacimsel deimelerle

beraber yapsal deimeler artk gerilmelerin temel belirleyicisidir (Magee and Davies

1972).

Maksimum bas artk gerilmesi yzeyden biraz ieride oluur. Yzey-merkez gei

blgesinde basdan ekiye gei blmnde artk gerilmeler azalr (ASM Committee on

induction hardening 1964). eki artk gerilmesi merkeze doru gidildike belli bir

mesafeye kadar ykselir. Daha sonra sfr gerilmeye doru d balar (Walker 1980).


40/96

27

Sertletirilmi yzeydeki kalc bas gerilmesinin nemi, indksiyonla sertletirilmi

blgenin yorulma dayanmnn ykselmesinde rol oynamasdr.

ndksiyonla sertletirilmi blgede uygun deerde bas artk gerilmesi elde etmek iin

ok eitli kontrol yollar vardr. Bu yntemlerden bazlar; sertletirilmi tabaka

kalnl, martenzit oran ve temperleme scakldr (Kem and Suess 1979).

Malzemenin akma gerilmesinin stndeki ekil deitirmeler de, bas artk gerilmesinin

olumasna sebep olabilir. Malzemeye bas yk uygulandnda yzeyin hemenaltndaki blgede bas gerilmeleri oluur. Uygulanan yk yzeyde plastik deformasyon

oluturursa yk kaldrldnda plastik ekil deiiminin olduu blgenin hemen

yaknndaki elastik blgede bas artk gerilmeleri oluur. Bas artk gerilmelerinin

bykl plastik deformasyonun seviyesine baldr.

2.5.1. Temperlemenin etkisi

Temperleme malzemenin su verilmi blgesinin tokluunu arttrmak iin yaygn olarak

kullanlan birsl ilemdir. Temperlenmi karbonlu martenzitik eliklerin mikro yaplar

hakknda ok sayda alma mevcuttur (Baker 1978). eliin temperlenmesi esnasnda

oluan olaylar drt aamada ele alnabilir (Ohmori and Tamura 1992).

a. Sfr Temperleme: Bu blm yalanma olarak adlandrlr ki karbon

segregasyonlar ve karbonun yeniden dalm gerekleir. Temperleme scakl

1000Cin altndadr (Cheng et al. 1992).

b. lk Temperleme: Yaklak 80 ila 2000C arasnda karbid geiiyle karakterize

edilir.Dk karbonlu martenzitk yapnn oluumuyla sonulanr.

c. kinci Temperleme: Sermentit ve ferritin iindeki ostenit kompozisyonu bozulur.

Temperleme scakl 200 - 3000C dr.


41/96

28

d. nc Temperleme: Sementit iindeki karbon atomlar segregasyonlara ayrlr vekarbid geiinin (transformasyonu) biimi deiir. Bu ilem 250 ila 3500C scaklk

civarnda gerekleir (Cheng et al. 1988).

lk temperleme esnasnda karbid geiiyle oluan kristal yapnn kabulnde baz

tartmalar vardr. Bu tartmalar kristal yapnn hegzagonal-E karbid (Ohmori and

Tamura 1992) ve orthorhombic - karbid olduu hakkndadr.

Yaklak %0,15 ila %0,20 karbona sahip malzemede temperleme esnasnda latisteki

karbon atomlar segrengasyona urar. eliin soumas esnasnda kayda deer bir

karbon segregasyonu oluur (Cheng et al. 1988). Bu sre auto temperleme olarak

adlandrlr (Baker 1978).

Temperleme hakknda dier bir kabul ise; Temperlemenin, yapsnda yksek

younluklu tane snrlarn ve dislokasyonlar bulunduran martenzit zerinde etkiyesahip olmasdr. Toparlanma esnasnda dislokasyon hcreleri kk tanecikli yapnn

bozulmasna sebep olur.

2.6. Elektromanyetikndksiyon

letken bir malzemenin, deikin bir manyetik alan ierisine konmas ile ortaya kan

snma olayna indksiyon snmas ad verilir.

2.6.1. Akm geen bir iletken etrafndaki manyetik alan

ndksiyonla snmann en basit ve genel ekli, transformatr ekirdekleri ile motor

plakalar iinde manyetik kay plarla ortaya kan sdr. Ancak bu tr snma,

istenmeyen bir zelliktir. Buna karlk bu tr snma olayndan faydalanarak ayr bir

endstri konusu gelimitir (Gney 1994).


42/96

29

ekil 2.7. Manyetik Alan ve Akmn Birbirine Bal Olarak Deiimi

Sz konusu iletken ekil 2.8de gsterilen dairesel bir selenoid bobin gibi bklrse,

deiik sarmlardan geen akmn etkileri birbirine eklenir ve oluan manyetik alan

dzgn ve bobinin dndaki bir yntemle oluturulan manyetik alana oranla ok daha

kuvvetlidir.

Bir iletken ierisinden alternatif akm getiinde, akm iletken zerinde dzgn

dalmaz. Deiken manyetik alan nedeniyle, iletken iinde kar bir gerilim oluur. Bu

gerilim iletkenin ortasnda en byk deeri alr. Bundan dolay akm younluu

iletkenin ortasna doru azalr. Bu oluum Scin Effect deri etkisi olarak adlandrlr.

letkenden alternatif akm getiinde kabuk etkisi nedeniyle kesitin ancak bir ksm

yararl olmaktadr. letken kesitinin klmesi, iletkenin direncini ykseltmektedir.

Ayrca frekansn ykselmesi ile birlikte deri etkisi artmakta, stma derinlii

azalmaktadr (Gney 1994).

ekil 2.8. Bir Bobinin Meydana getirdii Manyetik Alan

Zaman

Manyetik Alan

Akm

- + Akm Yn

ManyetikAlan Yn

I H


43/96

30

2.6.2. Histerisiz kayplar ve fuko akm kayplar

Bilindii gibi indksiyonla snma, deiken bir manyetik alan iine konan elektriksel

olarak iletken malzemelerde ortaya kmaktadr. Bu snmann esas kayna stlan

malzeme iersinde oluan histerisiz ve fuko akm kayplardr.

Histerisiz kayplar

Histerisiz kayplar sadece elik, nikel vb. birka manyetik malzemede meydana gelir.Bu kay plar, malzeme nce bir ynde sonra dier bir ynde mknatsland zaman

ortaya kar.

Malzeme nce bir ynde daha sonra dier ynde mknatsland zaman malzemede bir

snma meydana gelir bu snmann nedeni histerisiz kayplardr (Dalfes 1984).

Malzeme, iersinde oluan akmn geiine diren gsterdii iin snr.

Fuko akm kayplar

Bu kayplar deiken bir manyetik alan iinde oluur. Bu olay, demir ve elikte grlen

ayrca manyetik zelliklere sahip olmayan malzemelerde de snmaya yol aar. Bu

malzemeler arasnda bakr, pirin, zirkonyum, manyetik olmayan paslanmaz elik ve

uranyum saylabilir. Fuko akmlaryla ortaya kan s, lamba flaman ve direnli stc

iinden geen akmda olduu gibi, g ile bulunur. ndksiyonla stma almalarnda

fuko akmlarnn bu zellikleri ile fazla ilgilenilir. Ancak burada belirtilmesi gereken ilk

ey, bu akmlarda basit elektrik kanunlarna uyulmasdr. Fuko akm kayplar,

indksiyonla stmada histerisiz kay plardan ok daha fazla nem tar. Ksaca bu

durum yle aklanabilir; elektrik enerjisinin indksiyon yolu ile sya

dntrlmesinde, fuko akmlarnn rettii stma gc I2R forml ile hesaplanan

g deeridir.


44/96

31

Fuko akmlarna uygulanan temel elektrik kanunlar

letken iinden akm getii zaman diren yznden bir g harcamas olur. Bu g,

elektrik enerjisinin s enerjisine dnme miktardr.

Ohm kanunu aadaki gibi ifade edilir.

I = V (Volt) / R (Ohm) - - - - - - - - - - - - - - - - (3)

R = Q I / A - - - - - - - - - - - - - - - - - - (4)

Q : letkenin zgl direnci, (ohm-cm)I : letkenin uzunluu, (cm)

A : letkenin kesit alan, (cm2)R : letkenin direnci, (ohm)

Elektrik enerjisinin s enerjisine dnme miktar aadaki eitlik ile bulunur. Bu s,fuko akmlar ile ortaya kan sdr. Akmn karesi ile doru orantl olup, akm ynne

bal deildir.

P = I 2 R - - - - - - - - - - - - - - - - - - (5)

P : G, (Watt)I : Akm iddeti, (Amper)R : Diren, (ohm)

Deiken bir manyetik alan, bir elektromotor kuvvet yaratmaktadr. Bu malzeme iine

indklenen gerilimdir.

e.m.k : - d o / d t - - - - - - - - - - - - - - - (6)

d o / d t Manyetik alann deime hz (ak/sn)


45/96

32

2.6.3. ndksiyonla Istmada Kullanlan G Kaynaklar

Endstriyel uygulamalarda, eitli paralarn indksiyonla stlmas iin geni frekans

aralklar kullanlr. Bu frekanslar salamak iin eitli g kaynaklar retilmitir.

Istlacak paralarn yzeylerine ve stlmas gereken derinliklere bal olarak, bu g

kaynaklarndan yararlanlr. Paraya ve derinlik miktarna bal olarak frekanslar 50 Hz

ile 10 MHz arasnda deimekte ve buna bal olarak kullanlan g kaynaklar da

deiebilmektedir.

G kaynaklarn orta frekansl jeneratrler ve yksek frekansl jeneratrler diye iki

blme ayrmak mmkndr. Dk frekansl jeneratrlerde frekanslar 50 Hz ile 10

kHz arasnda deimektedir. Orta frekansl olan larda 1070 kHz aras, Yksek

frekansl jeneratrlerde ise bu aralk 70 ve st kHzdir. Endstride genellikle 270 kHz

aralndaki frekanslardan yararlanlmaktadr. Ktlesel tam stma iin dk frekanslar,

yzey sertletirme iin frekans ykseldike sertleme derinlii azalmak kaydyla yksek

frekansl

makineler tercih edilmektedir.

Endstride retilmekte ve kullanlmakta olan orta frekansl jeneratrler; Hat frekansl

sistemler, motor-jeneratr sistemleri, yar iletken sistemlerdir. Yksek frekansl

jeneratrler ise vakum lambal sistemlerdir (Stutz 1986).

Bobin seimi ve tasarm

ndksiyonla yzey stmann ve sertletirmenin baars belirli oranda uygun ve doru

bobin seimine baldr. Bobinin biimi, stlacak paralarn geometrik ekline,

boyutlar parada istenilen s dalm ve stma yntemi gibi faktrlere baldr. Bobin

iindeki manyetik alann iddeti stma hzn belirleyen ana faktrdr. Hzl bir stma

salamak iin bobinin, akmn maksimum akn salamas gerekir. Ayrca para ile

bobin arasndaki mesafenin en az olmas gerekmektedir. Bu durumlar gz nnde

bulundurularak bobin seimi ve tasarm yaplr (Tekin 1991).


46/96

33

Bobin seiminde ve tasarmnda genellikle bakr borular kullanlr. Bunun yanndaradyasyon kayplarn byk lde azaltmak, bobinin uzun sre kullanmn salamak,

kontak hatalarn nlemek ve kabuklanma problemlerini ortadan kaldrmak amacylabakr bobinleri kaplamak iin seramik ve refrakter malzemeler kullanlabilir (Wick veVeilleux 1970).

ekil 2.9. ndksiyonla stmada yaygn olarak kullanlan bobin eitleri.

Kullanm yerlerine gre bobinlerin eitli tiplerde tasarlanmas ve seilmesi gereklidir.

Genelde ekil 2.9da gsterildii gibi tasarlanan ve kullanlan bobin tipleri, aada

verildii gibi isimlendirilmektedir;

a. Basit selenoid tr bobin,

b. aplarstmak iin kullanlan ok sarml bobin,

c. Taramal uygulamalar iin yksek akm younluu salayan ok sargl bobin,

. Taramal dnen uygulamalar iin kullanlan tek sargl bobin,

d. Blgesel yzey uygulamalarnda kullanlan yass tabanl bobin.

Bu bobin tiplerinin yan

nda, eitli uygulamalar iin kullan

lan farkl

bobin tipleri demevcut olup, bunlarekil 2.10da gsterilmektedir (Stutz, 1986).


47/96

34

Bobin tipleri parann boyutlarna gre deimektedir. Ayrca kullanlan bobin tiplerine

gre stma verimleri de deiebilmektedir. Demir ieren metallerde kullanlan baz

bobinlerin ekilleri ve verimleri ekil 2.11de gsterilmektedir.

ekil 3.4 eitli uygulamalarda kullanlan bobin tipleri

Bobinlerin yapmnda kullanlan bakr borularn aplarstmada ok etkin bir faktrdr.

Dk gteki sistemler iin 3.2 mm apl bakr borular, 20-50 kW gcndeki sistemler

iin 4.7-6.4 mm apl bakr borular kullanlmaldr. ok sargl bobinlerde, sarglar

arasndaki mesafe 1.56-2.38 mm arasnda olmaldr. Ayrca stma srasnda para ile

bobin arasndaki mesafeye de dikkat edilmesi gereklidir. Bu mesafe 1.58-3.2 mm

arasnda seilmelidir (Tekin 1991).

Bobinlerde kullanlan bakr borularn et kalnlklar paraya ulaan manyetik alan

dorudan etkiler. Bobinde kullanlan bakr borunun et kalnl arttka, parada oluan

manyetik alan azalr. Bu ise stma sresi ve stma derinliini arttrr. Bunu nlemek

iin ya uygun et kalnlnda bakr boru semek veya g younluunu arttrmak

gereklidir. Sistemlerdeki frekanslara gre kullanlan bobinlerin et kalnlklar

deimektedir. yi bir alma yapabilmek iin et kalnlklarnn aadaki boyutlarda

seilmesi tavsiye edilir.


48/96

35

1000 Hz - 0.8048mm

3000 Hz - 0.1778 mm

10.000 Hz - 0.1016 mm

Tek sarml bobinlerde akm younluu yksek olduundan, bu et kalnlklar 3-4 kat

daha byk olmaldr. Byk paralarda yaplan blgesel uygulamalarda para sabit

konumda hem stlr, hem de ayn konumda su verme ilemi yaplr (Tekin, 1991).

ekil 2.11. eitli Bobin Tiplerinin Modeller zerindeki Etkileri ve BobinlerinVerimleri (Wick ve Veilleux 1970 )

Biimleri dzensiz olan paralarn yzeyleri stlacaksa, bobinin tasarm yaplrken

parann bobine yakn yzeylerinin daha gl bir manyetik alan ierisinde

olacandan, daha hzl snaca unutulmamaldr. Dzgn yzey stmas

salayabilmek iin para yzeyi ile bobin arasndaki hava aralnn dzgn olmas

gereklidir. Hava aralnn s dalmna etkisi ekil 2.12de gsterilmektedir.

% 80 Verim

% 65 verim

%60 Verim

Bobin

Bobin

Bobin

Bobin

Bobin


49/96

36

ekil 2.12. Hava Aralnn Is Dalmna Etkisi

Frekans, g ve stma sresi seimi

ndksiyonla oluturulan indksiyon akm, stlan parann yzeyinde en yksekdzeydedir ve derine gittike azalr. Akmn para yzeyinden ieri doru etkin olarak

girmesi, uygulanan frekansn dmesiyle artar. ndksiyon akmnn dalm, stlan

parann manyetik ve elektriksel zelliklerine baldr. Bu fiziksel zellikler scaklkla

deitiinde, para sndka akm dalm da deiir. Is yzeyden ieri hzla

iletildiinden gerekstma derinlii, stma sresi ile g younluu (kW/snan yzey

alan) ve frekansa bal olarak belirlenir. Istma derinliini azaltmak iin en yksek g

younluu, en k

sa

s

tma sresi ve yksek frekans uygulamak gerekir (Tekin, 1991).

Frekans seimi

zel bir uygulama iin gereken g ve frekans seiminde ncelikle frekansn dikkate

alnmas tercih edilir. Esas parametreler, stma derinlii ve parann bykldr.

Parann bykl ve tabaka derinlii arttka, daha dk frekanslar uygun

olmaktadr.

Daha Byk AralklOrtaslenmi

Daha Byk Aralkl

Dzgn Hava Aralkl

Soutma Suyu inBakr Boru


50/96

37

Yanl frekans kullanmlar verimde dlere neden olmaktadr. Bu yzden paralarda

istenilen sertlik tabakasna bal olarak, frekansn dikkatli olarak seilmesi

gerekmektedir. Sertletirme yaplacak paralarda stma derinlii aadaki bantda

grld gibi frekansa, manyetik geirgenlie ve iletkenin zgl direncine baldr.

d = [1 / (2)] * (q / ( * f)1/2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (7)

d : Istma derinlii (cm)f : Frekans (Hz) : Manyetik geirgenlik (sn/cm)q : letkenin zgl direnci (ohm.cm)

G seimi

ndksiyonla sertletirme ileminde frekans seiminden sonra en nemli ikinci

parametre g seimidir. Yzey sertletirme uygulamalarnda g younluu byk,

stma sresi ksa olarak seilir. Bunun aksine sertletirme derinlii arttnda, yani

sertlik merkeze doru yaklatnda g younluu drlerek, stma sresi

arttrlmaktadr (Stutz 1986).

Herhangi bir yzey sertletirme uygulamasnda dikkate alnacak en nemli etkenler; g

younluu, ilem parasnn bykl, stma yntemi, retim dzeyidir. ndksiyonla

yzey sertletirmede, stlan parann yzey alan ile g younluunun arpm, stma

iin gerekli g miktarn verir. Alan, yzeyi sertletirilen parann biimine ve

boyutlarna bal olarak deiir. ndksiyonla sertletirmede eer parann tm bir

anda stlacaksa yzey alan byk olacaktr. Taramal uygulamalarda her seferinde

yzeyin belirli bir ksm stlmaktadr. Bu nedenle bu tr uygulamalarda daha az g

younluu gereklidir (Yldrm 1992).


51/96

38

Istma derinliini azaltmak iin en yksek g younluu gerekmektedir. retim hzn

arttrmak iin, nerilen g younluklarnn dna klabilir. Bunun dnda bobin

tasarmnn deitirilmesi, bobin dnda su verme, yeteri kadar g salanabiliyorsa, iki

yada daha ok bobin kullanlarak retim art salanr. Taramal uygulamalarda ise

ayrca bobin boyu uzatlr. Bunlara ramen istenilen retim salanamyorsa, o zaman

mutlak ikinci bir indksiyon aygt gerekebilir. Sonuta g ihtiyac, g younluuna,

stlacak para boyutuna stma metoduna ve retim ihtiyalarna gre belirlenir

(Yldrm 1992).

Istma sresi seimi

Bir uygulama iin frekans ve g younluu seildikten sonra, dier koullar deimez

ve stma sreside seilmi olur. Eer sabit dururken sertletirme sz konusu ise,

indksiyonla yzey sertletirmede stma sresi, indktr girdisinin (kW.sn/mm2)

deerine blnerek bulunur (Yldrm 1992).

ndktr girdisi kabuk derinlii, sertletirilen parann tr ve i yapsna baldr. Baz

elikler iin deneysel olarak gelitirilmi erilerden yararlanlabilir. Istma derinliini

azaltmak iin stma sresini ok ksa tutmak gerekir. Aksine derinlii arttrmak iin

stma sresini uzun tutmak gerekir (Yldrm 1992).

paras sabit duruyorken indksiyonla sertletirme uygulamasnda stma sresi 10 sn

ise, iyi bir sertletirme iin bu sre 0,2 hassasiyetinde olmaldr. Istma sresi 60 sn ise,

hassasiyet 1,0 sn. olmaldr. Taramal uygulamalarda parann hareket hz %1

hassasiyetle denetlenmelidir (Yldrm 1992).

2.4. Su Verme lemi

Frnda stma ynteminde kullanlan tm su verme ortamlar, indksiyonla yzeysertletirme ilemlerinde de kullanlr. Baarl bir indksiyonla sertletirme uygulamas


52/96

39

iin, stma alanlarna uygun bir soutma alan salamakla mmkndr. Kritik

scaklkta hzl bir soutucuyla istenilen sertlik elde edilir. rnein dk karbonlu

eliklere minimum bir gecikme sresiyle su verilmelidir ve su verme ortam olarak su

kullanlrsa maksimum bir sertlik elde edilir. Yksek karbonlu eliklerde veya alaml

eliklerde, daha uzun gecikme sresi ve daha yava souma artlarnda daha iyi bir

sertlik elde edilir.

Su verme ortamlar sertleen paralarn malzemelerine gre ve istenilen sertliklere gre

deimektedir. rnein yksek karbonlu eliklerde, ala

ml

eliklerde, dkmedemirlerde eitli yalar ve polimerler suya gre daha iyi sonular vermektedir. Su

verme ortam seiminde para geometrisinin de byk bir nemi vardr. Karmak

paralarn yzey geometrisi nedeniyle homojen bir soutma oran salanamad zaman,

paralarda atlamalar meydan gelebilir. Bu yzden paralarda soutma ortamlarnn

uygun olarak seilmesi gerekir (Wick ve Veilleux 1970).

ndksiyonla yzey sertletirmede en ok kullan

lan su verme teknikleri;a. Para bobin ierisinde stlr ve tank ierisinde su verilir.

b. Istma ve su verme ilemleri ayn duraan konumda yaplr.

c. Para duraan fakat bobin ile su verme halkas ayr ayr durumdadr.

. Para hidrolik olarak su verme tanknn iine atlr.

d. Yatay yada dey tarama ve birlikte su verme.

e. ok sargl bobin kullanmyla derin sertletirme uygulamas.

f. Su verme su ile ayrca basnl hava ile yaplabilir.

g. Dey taramal tek sargl kendinden su verebilen ve ayrca su verme tankna

daldrma olanakl dzenek.

h. ift su verme olana bulunan tek sargl bobin.

. Krank mili yataklarnn yzeylerinin sertletirmek iin kullanlan ayrk bobin.

Bu su verme tekniklerinde su verici olarak sadece su kullanlmaz. Bazen ya, poliglikol

ve basnl hava kullanlabilir (Yldrm 1992).


53/96

40

2.5 Malzemelerde Gerilmeler

2.5.1 Tanm ve nemi

Malzemelerin i gerilmeleri, makine paralarnn en uygun retimi veya mamul

paralarn yeniden ilenmesi konusunda olduu kadar, makine ve sistemlerin teknik

yorulma mrlerinin ve yk tama kabiliyetlerinin nceden tayini iin de, bilinmesi

gereken nemli bir faktrdr. Gerek retim optimizasyonunda ve gerekse kullanm

parametrelerine ilikin konulardaki doru hesap, tehis ve yorumlar, zellikle imalatyntemi sonucu olarak veya kullanma srasnda oluan i gerilmelerin bilinmesi ile

mmkn olur.

Herhangi bir makine veya sistem parasnda, dardan bir ykleme olmakszn zaten var

olan gerilmelere i (kalnt) gerilme denir. Kullanm srasnda sz konusu parann

ivmeli hareketleri sonucu veya statik yklemelerle ortaya kan gerilmelerin, i

gerilmelerle sperpozisyonu beklenmedik krlmalara ve/veya kalc deformasyonlaraneden olabilir. gerilmeler her eyden nce mekanik zorlanmalar altndaki malzeme

blgelerinde, yorulma dayanmn, anma mukavemetini, atlak/entik hassasiyetlerini

iddetle etkiler. Bu bakmdan teknik parann veya paradan beklenen fonksiyonun

nemi kadar, ilgili malzemedeki i gerilme analizinin yaplmas (i gerilme dalm ve

byklnn tayini) nem kazanr. Bata su verme (indksiyonla sertletirme) olmak

zere birok sl ilemler srasnda i gerilmelerin ortaya kmas, ou zaman

ka

n

lmaz bir durumdur. Bu ilemler s

ras

nda (veya sonunda) grlen, yorulmadayanmnn artmasna ramen, l sapmalar veya arplmalar, hatta atlamalar

(mikro atlak tespiti) veya sonradan teknik kullanmda beklenmedik fonksiyon

kayplar, i gerilme oluumlarna bal istenmeyen sonulardr.

gerilmelerin varlna bal istenmeyen sonulardan kanmak veya en aza indirmek

iin;

Mmkn mertebe, oluumu tevik edici parametreleri ortadan kaldrmak (n slilemler gibi) veya ilem srasnda i gerilme oluumunu en aza indirmeye almak


54/96

41

(ilemin dayatmad, tercih edilen scaklk aralklarnda almak ve hzl scaklk

deitirmelerinden kanmak gibi),

retim sonunda ve yine sl ilemlerle i gerilmelerin giderilmesi yoluna gidilebilir.

Malzemelerde i gerilme oluumunu engellemek veya en aza indirebilmek iin oluum

mekanizmalarn iyi tanmlamak gerekir. gerilmelerin oluum kaynaklarn ve

mekanizmalarn e ayrmak mmkndr;

Souk plastikekil deiimi,

Faz dnmleri,

Isl ilemler, scaklk deiimleri

Bu ilem ve mekanizmalar malzemelerde ayr ayr veya bir arada i gerilme oluumuna

neden olabilirler. Dkm, kaynak, plastik ekil verme gibi retim yntemleri, bunlara

ilikin sl ilemler ve/veya ileme aamalar bu mekanizmalarn birlikte etkili olduu

teknolojik uygulamalardr. Olumsuz sonular minimize etmek bakmndan ayrt edici

bir yaklamda yarar vardr. Souk plastik ekil deiimi srasnda, i gerilmeler, d

ykleme yn ayn kalsa bile para malzemesi ierisinde, tanelerin ve ilgili kayma

sistemlerinin d zorlanmaya gre farkl ynlenmesinden dolay gerekleebilecek,

blgesel plastik deformasyon sonucunda oluabilir. Yap ayn fazdan ve ekil dalm

homojen tanelerden olusa bile, bir (h,k,l) [u,v,w] kayma sistemiyle d zorlanmaya

gre farkl ynlenmi tanelerin plastik ekil deiimine katlmnn, farkl ynlenme

faktr yznden homojen olmayaca aktr. Heterojen deformasyon dalm,

matriksin teksturlu olup olmamasna gre yap ierisinde deiik i gerilme trleri

retecektir.

Malzeme ierisinde i gerilmelerin ayn byklkte ve ayn ynde olmak kaydyla etkili

olduu blge byklne gre tr i gerilmeden sz edilebilir; I. , II. ve IIInc i

gerilme trleri. Sz konusu bu numaralandrma bir malzeme bilgisi terimi olarak

grlmelidir.


55/96

42

I. i gerilme tr kavram, taneler st bir malzeme blgesinde bulunan yaklak eit

byklk ve ayn iaretteki i gerilmeleri tarif eder.

Silindirik bir parann yzey blgesinde basma gerilmesi ve i blgelerde ekme i

gerilmelerinin bulunmas hali gibi.

I. tr gerilmeler belli bir malzeme tam kesitinde denge halinde bulunurlar ve herhangi

bir eksene gre momentleri toplam sfr olur. I. tr i gerilmelerin d yklemelerle

birlemesi (sperpozisyonu), belli bir snr deerden sonra paray muhakkak birekil

veya boyut deiimine gtrr.

II. tr i gerilme, daha kk bir malzeme boyutu ierisinde (bir kristal tanesi

ierisinde) var olan eit dalml bir i gerilme trdr. Tane ierisinde homojen olan,

fakat yeteri kadar sayda taneleri iine alan blgedeki kuvvet ve momentler dengede

olurlar. II. tr i gerilmelere, d yklemelerin eklenmesi malzemenin d boyutlarndadeiikliklere yol aabilir.

III. tr i gerilmeler atomsal mertebede kk malzeme blgesinde etkilidir. Bu tr i

gerilme ve ilgili momentler bir kristal tanesi ierisinde dengededir. Bu dengeyi bozacak

ek yklemeler makroskopikekil veya boyut deiimine yol amazlar.

Faz Dnmleri, malzemelerde i gerilme oluumunun en nemli kayna saylr.

Malzeme zelliklerinin iyiletirilmesinin vazgeilmez yntemlerinden sl ilemlerin

ounda, faz dnmlerinden zellikle yararlanlr. Deiik fazlarn zgl hacimleri de

fakldr.Faz dnmleri yap ierisinde, dnm blgelerinde, blgesel hacim

deiiklikleri yaratr ki, bu durum o blgede nemli lde bir i gerilme dalmna yol

aar.


56/96

43

Bu durumu rneklendirmek gerekirse, yaklak %1C ieren bir elik malzemenin bir

sl ilem sonucunda ostenit fazndan martenzite dnmesi sonucu (zgl) hacim art,

perlitik yapya dnmesi sonucundaki hacim artnn yaklak iki katna eit olur

(ekil 2.13).

Faz dnmleri srasnda veya sonunda byk orandaki blgesel hacim deiiklikleri

ou kere, yksek deerde i gerilme oluumlarna sebebiyet verir. Bu i gerilmeler de

yksek ilem scaklklarnda zaten den akma gerilmesini aarak para arplmalarna

yol aar. arplmaya ve yeterli deformasyona izin vermeyen paralarda ise (genellikledk scaklk blgelerinde) atlamalara gtrecek boyutlara ulaabilir. Martenzitik

yapl elik paralarn, su vermeden hemen sonra kullanlamay, ok sert fakat yere

dnce bile atlayverecek hatta para geometrisine gre bazen krlabilecek kadar

gevrek oluu bu yzdendir. Parann btn kesiti boyunca martenzit oluumu, yzey

blgesinde yksek deerde ekme gerilmelerinin oluumuna yol aar.

Hzl soutma srasnda (Vkr zerinde) martenzit dnm, bilindii gibi nce yzey

blgesinde gerekleir. Merkez blgesinde sonradan oluan martenzit yznden ortaya

kacak (i blgenin) hacim genilemesi, yzey blgesi malzemesi ierisinde ekme

gerilmesi retecektir. atlama ve krlma riski bakmndan fevkalade tehlikeli

grlmelidir, nk martenzit zaten gevrek bir fazdr.

Buna karlk yzey sertletirme (ve sementasyon) gibi ilemlerde, sadece yzey

blgesinde martenzit oluumu amalanr ve gerekletirilirse, yzey blgesinde basma

gerilmesi retilmi olur. Yzey blgesinin ieriye gre martenzit oluumun dolaysyla

(ekil 2.13) zgl hacminin artm olmas bu sonuca gtrr.


57/96

44

ekil 2.13. eliklerde mevcut fazlarn C oranna bal olarak zgl hacim [cm3/gr]deiimleri /5/. (A Ostenit ; M: Martenzit ; F + Fe Ferrit + Sementit).

Hzl soutulan paralarda yzey blgesinin basma i gerilmesiyle ykl olmas,

parann mekanik davranlarna (zellikle yorulma davranna) olumlu etki yapar.

Yzey blgesinde ekme gerilmesi retecek yklemelerde, eleman cidarlarnn ekmeye

maruz kald tm kullanm yerlerinde, yzey blgesinde basma i gerilmesinin

zellikle retilmi oluu d ykleme gerilmesini drecek, teknik paralarn kullanm

mrn artracaktr.

Isl ilemler srasnda veya retim srecinde ortaya kan scaklk deiimleri i

gerilmelerin sk karlalan oluum kaynaklarndandr. Isl ilemler srasnda hzl

soutma nedeniyle veya blgesel stma sonucunda (kaynak ileminde olduu gibi)

malzeme ierisinde farkl scaklk blgeleri oluacak, farkl scaklklara bal sl

genleme oranlar farkl olacaktr. Farkl scaklk blgeleri bu scaklklarn gerektirdii

yeni boylara ve hacimlere sahip olmak isteyeceklerdir. Ayn para ierisinde sreklilik

gsteren malzeme yapsna sahip bu farkl snm komu malzeme blgeleri birbirlerinin yeni boyutlara gemesini nleyecektir. Uzamak veya genilemek isteyen


58/96

45

malzeme blgesi, boyut deiikliini nlemek isteyen evre blge malzemesi tarafndan

d basma gerilmesine tabi tutulmu olacaktr.

Bu aamada snan blgede I. tr basma i gerilme retilmi olacaktr. Ancak scaklk

fark kalc olmad iin bu i gerilme de kalc olmayacaktr. Ayn malzemede oluan

souk blgenin akma mukavemeti, scak blgeye gre daha yksek olaca ve d

boyutlarda birbirlerini snrlayaca iin scak blgeyi plastik deformasyona (akma

66518361 induksiyonla sertlestirmenin etkisi influence of induction hardening on fretting fatigue...

Documents