i

İÇİNDEKİLER

İÇİNDEKİLER.........................................................................................................i

ÖZET .................................................................................................................... iii

ABSTRACT ...........................................................................................................iv

TEŞEKKÜR ............................................................................................................v

ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................vi

ÇİZELGELER DİZİNİ ...........................................................................................ix

1. GİRİŞ ..................................................................................................................1

1.1. Hasar Analizi ....................................................................................................5

1.1.1. Teknolojik Hatalar .........................................................................................6

1.1.2. Hasar Analizinin Aşamaları............................................................................7

1.1.2.1. Geçmişle İlgili Bilgi Toplamak ve Numunelerin Seçimi ..............................7

1.1.2.2. Hasara Uğramış Elemanın Ön Kontrolü.....................................................10

1.2. Esas Temel Neden Analizi ..............................................................................20

1.2.1. Hasarın Birincil Fiziksel Temel Nedeni........................................................22

1.2.1.1. Tasarımdaki Eksiklikler.............................................................................22

1.2.1.2. Malzeme Hataları ......................................................................................24

1.2.1.3. Üretim/Tesis Hataları ................................................................................25

1.2.1.4. Servis Ömründeki Bozukluklar..................................................................27

1.3. Hasar Çeşitleri ................................................................................................31

1.3.1. Malzemeye Etkiyen Faktörlerin Sınıflandırılması.........................................31

1.3.2. Hasarın Sınıflandırılması..............................................................................31

1.3.2.1. Çarpılma Hasarları ....................................................................................32

1.3.2.2. Kırılma......................................................................................................34

1.3.2.3. Korozyon ..................................................................................................38

1.3.2.4. Yorulma ....................................................................................................41

1.4. Malzemelere Uygulanan İşlemler ...................................................................43

1.4.1. Çekme Deneyi..............................................................................................44

1.4.1.1. Çekme Numuneleri ...................................................................................44

1.4.1.2. Çekme Deneyinden Elde Edilen Değerler ve Özellikler.............................45

1.4.2. Basma Deneyi ..............................................................................................48

ii

1.4.3. Çentik Darbe Deneyi ....................................................................................49

1.4.4. Eğme Deneyi................................................................................................51

1.4.5. Sertlik Deneyi ..............................................................................................51

1.4.5.1. Statik Sertlik Ölçme Yöntemleri................................................................52

1.4.5.2. Dinamik Sertlik Ölçme Yöntemleri ...........................................................55

1.4.5.3. Diğer Sertlik Ölçme Yöntemleri ................................................................56

1.4.6. Isıl İşlemler ..................................................................................................56

1.4.6.1. Tavlama İşlemi..........................................................................................56

1.4.6.2. Sertleştirme İşlemleri ................................................................................59

1.4.6.3. Temperleme ..............................................................................................61

2. KAYNAK ÖZETLERİ ......................................................................................63

3. MATERYAL VE YÖNTEM .............................................................................75

3.1. Deneylerde Kullanılan Malzemeler .................................................................75

3.2. Deneysel Çalışmalar........................................................................................76

3.3. Deney Numunelerinin Hazırlanması................................................................78

3.4. Mekanik Deneyler...........................................................................................78

3.4.1. Çekme Deneyi..............................................................................................78

3.4.2. Çentik Darbe Deneyi ....................................................................................79

3.4.3. Üç Noktadan Eğme Deneyi ..........................................................................80

3.4.4. Sertlik Ölçümü.............................................................................................81

3.5. Isıl İşlemler .....................................................................................................82

3.6. Sonlu Elemanlar Analizi .................................................................................83

4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA..................................................86

4.1. Çekme Deney Sonuçları..................................................................................86

4.2. Sertlik Deney Sonuçları ..................................................................................90

4.3. Çentik Darbe Deneyi Sonuçları .......................................................................91

4.4. Üç Noktadan Eğme Deney Sonuçları ..............................................................94

4.5. Metelografik Çalışmalar..................................................................................96

4.6. Sonlu Elemanlar Analizi Sonuçları...............................................................106

5. SONUÇ VE ÖNERİLER .................................................................................115

6. KAYNAKLAR ................................................................................................117

ÖZGEÇMİŞ.........................................................................................................119

iii

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

AV VE SPOR TÜFEKLERİN İÇİN KRİTİK PARÇALARIN HASAR ANALİZİ

Hatice VAROL

Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Makina Eğitimi Anabilim Dalı

Jüri: Yrd. Doç. Dr. Mustafa Reşit USAL (Danışman) Yrd. Doç. Dr. Bekir YALÇIN Yrd. Doç. Dr. Ümran ESENDEMİR Av ve spor amaçlı tüfeklerde en fazla darbe şeklinde yüke maruz kalan parçalar hasara uğramaktadırlar. İmal edilen tüfeklerin kritik parçalarında meydana gelen hasarın nedeninin uygulanan yanlış ısıl işlemlerden kaynaklandığı düşünülmektedir. Bu çalışmanın amacı av ve spor amaçlı imal edilen tüfeklerde kritik bazı parçalarda meydana gelen erken bu hasarın önlenmesi ve kalitenin artırılması için yapılabilecek uygun ısıl işlemleri ve tasarım düzeltmelerini yapmaktır. Bu amaçla; kritik parçalar içinde en fazla sorun yaşanan kilit parçası üzerinde çalışma yoğunlaştırılmıştır. Dünya genelinde tüfek imalatçılarının bu tür parçaların imalatında kullandıkları malzemeler genellikle AISI 4140 ve/veya AISI 4340 düşük alaşımlı çeliklerdir. Bundan dolayı bu çalışmada da bu malzemeler ile daha ucuz olan AISI 1040 ve AISI 1050 çelikleri seçilerek uygun ısıl işlem parametreleri uygulanarak mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Her bir malzeme grubu için en uygun ısıl işlem parametrelerini belirlemek için mekanik deneyler yapılmıştır. Isıl işlem uygulanan aday malzemeler daha sonra çekme, üç noktadan eğme, çentik darbe ve sertlik deneyleri uygulanıp, kırık yüzeyleri metalografik incelemeye tabi tutulmuşlardır. Deney sonuçlarından dayanım ve darbe direnci açısından AISI 4340 çeliğinin en uygun malzeme olduğu ve optimum ısıl işlem parametrelerinin normalize işlemini takiben yağda sertleştirme ve daha sonra 500ºC sıcaklıkta temperleme olarak bulunmuştur. Bunun yanı sıra sistemin bütünün izin verdiği oranda tasarım iyileştirilmesi yapılıp; ANSYS paket programı kullanılarak meydana gelen yeni geometrinin gerilme analizleri ve gerilme yığılması incelemeleri yapılmıştır. Mekanik deney numunelerinin kırık yüzeyi incelemeleri yapılarak mekanik deney sonuçları ile metalografik incelemelerden elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirilerek en uygun malzemenin AISI4340 çeliği olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: hasar analizi, ısıl işlem, mekanik deneyler, kırık yüzeyi analizi 2008, 119 sayfa

iv

ABSTRACT

M. Sc. Thesis

FAILURE ANALYSIS OF CRITICAL PARTS FOR HUNTING AND SPORT GUNS

Hatice VAROL

Süleyman Demirel University School of Applied and Natural Sciences Machine Education Department

Thesis Committee: Asst. Prof. Dr. Mustafa Reşit USAL (Supervisor)

Asst. Prof. Dr. Bekir YALÇIN Asst. Prof. Dr. Ümran ESEMDEMİR

The most critical parts work under shock failured on sport and hunting guns. It is considered that the most important reason for failure of critical parts of manufactured guns are improper heat treatment conditions. The aim of this experimental study is to prevent unexpected failures of some important critical parts of sport and hunting guns and increasing critical parts manufactured quality by determining adequate heat treatment conditions and by making beter design of aparts. Because of this reason the study is concentrated on the one of the most critical parts of guns called padlock. Gun manufacturers mostly use the AISI 4140 and/or AISI 4340 low alloyed steels as padlock materials worldwide. That is why these steels and AISI 1040 and AISI 1050 plain carbon steels cheaper than others were chosen as a candidate materials for manufacturing of padlock part. It is aimed to chose proper heat treatment conditions for four group candidate steel materials for increasing mechanical properties. To determine the most convenient heat treatment parameters for four group of steels mechanical tets were applied heta treated specimens. Tensile tets, hardness tests, notched-impact tests and notched-bending tests were carried out and fractographic investigation of fractured surfaces of specimens. Using test results, it is concluded that the most convenient material for padlock part is AISI 4340 steel and optimum heat treatment parameters fort his steel is Normalising + oil quenching + tempering at 500 ºC. Besides that numerical solutions were made by ANSYS for beter design of padlock as far as the working place gives changing opportunity for part shape and dimensions. Stres intensity and stres analysis were carried out to the new designed padlock. Mechanical test results and fracture surface analysis were turned to account to decide for proper material. As aresult, it is concluded that AISI 4340 steel is the most convenient material for padlock of sport and hunting guns. Keywords: failure analysis, heat treatment, mechanical properties, fracture surface analysis 2008, 119 pages

v

TEŞEKKÜR

Yüksek Lisans çalışmam sırasında çok yakın ilgi ve desteğini yakından hissettiğim

ve çalışmanın tamamlanmasında çok emeği olan, bilgi ve tecrübelerini benden

esirgemeyen değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Mustafa Reşit USAL’a

teşekkürlerimi sunarım.

Deneysel çalışmalarda katkı sağlayan; başta laboratuar imkânlarını ve bilgilerini

paylaşmaktan çekinmeyen hocalarım Arş. Gör. Recai Fatih TUNAY’a ve Arş. Gör.

Ufuk BEKÇİ’ye teşekkürü bir borç bilirim.

Gerçek bir imalat probleminin belirlenmesinde ve üzerinde çalışılmasında gayret ve

katkılarından dolayı Yıldız Silah Sanayi A.Ş. (Burdur) yetkililerine teşekküe ederim.

Ayrıca 1628- YL- 08 No’lu Proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman

Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi Başkanlığı’na da

teşekkür ederim.

Son olarak maddi-manevi desteklerini benden esirgemeyen başta babam Prof. Dr.

Remzi VAROL olmak üzere bütün aileme sonsuz sevgi ve şükranlarımı sunarım.

Hatice VAROL

ISPARTA–2008

vi

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa

Şekil 1.1 Problem çözme metodu ...........................................................................3

Şekil 1.2 Hasarın tipik zaman dağılımı “bathtub eğrisi” .........................................5

Şekil 1.3 Temel Neden Analizi ..............................................................................21

Şekil 1.4 İmal edilmiş dondurma mikser kanadı .....................................................23

Şekil 1.5 Hasara uğramış kompresör rotoru............................................................28

Şekil 1.6 Kompresör kanadının kırılması yüzeyi ....................................................28

Şekil 1.7 Hasara uğramış kompresör rotor şaftı ......................................................29

Şekil 1.8 Kullanım sonucu hasara uğramış bisiklet gidonu sapı ..............................30

Şekil 1.9 Kullanımda olan bisiklet gidonu kolunda bulunan matkap delikleriyle bölünmüş çoklu yorulma başlangıçları ...............................30

Şekil 1.10 Valf gövdesinin aşırı yüklenmesi sonucu meydana gelen distorsiyon............................................................................................32

Şekil 1.11 Tipik gerilme-gerinme diyagramı ..........................................................35

Şekil 1.12 Sünek kırılma........................................................................................35

Şekil 1.13 Gevrek kırılma ......................................................................................36

Şekil 1.14 Metallerde görülen 3 kırılma mikro mekanizması ..................................38

Şekil 1.15 Tipik bir korozyon hücresi ....................................................................39

Şekil 1.16 Yorulma................................................................................................41

Şekil 1.17 (a)Yüksek devirli yorulma (b)Düşük devirli yorulma.............................42

Şekil 1.18 Korozyon çukurunun yorulma çatlağına gerilme toplayıcı olarak etkisi.....................................................................................................42

Şekil 1.19 TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire kesitli silindirik başlı çekme numunesi ...................................................................................45

Şekil 1.20 Charpy Deneyinin Çalışma Prensibi ......................................................50

Şekil 3.1 Deneysel çalışmada iş akış şeması...........................................................77

Şekil 3.2 Çekme deneyi numunelerinin şekil ve boyutları ......................................78

vii

Şekil 3.3 Charpy deney cihazının genel görünüşü ..................................................79

Şekil 3.4 Çentik darbe deneyi numunelerinin şekil ve boyutlar...............................80

Şekil 3.5 Eğme deneyi numunesinin yükleme durumu (Şematik) ...........................81

Şekil 3.6 Rockwell sertlik ölçüm cihazı .................................................................81

Şekil 3.7 Deneylerde kullanılan ısıl işlem fırınları..................................................83

Şekil 3.8 Kilit parçasının şekli ve boyutları ............................................................84

Şekil 3.9 Kuvvetin uygulandığı bölgeler, hasarın sık görüldüğü parça bölümleri ..............................................................................................85

Şekil 3.10 Alternatif parça şekli olarak önerilen kilit parçanın genel görünüşü .......85

Şekil 4.1 Hazırlanan özel aparat kullanılarak çentikli numunenin eğilmeye zorlanması ............................................................................................94

Şekil 4.2 AISI 1040 malzemenin (a)Çentik darbe deneyi (SS + 540 T) (b) Çentikli üç noktadan eğme deneyi (Nr + SS + 425 T) numunelerinin makro görünüşü ............................................................97

Şekil 4.3 AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin makro görünüşü (a) SS + 425 T (b) SS + 540 T ..............................................98

Şekil 4.4 AISI 4140 malzemenin çentikli eğme deneyi numunelerinin makro görünüşü (a) Nr + SS + 315 T (b) Nr + SS + 540 T..............................99

Şekil 4.5 AISI 4340 malzemenin çentikli eğme deneyi numunelerinin makro görünüşü (a )YS + 220 T (b) YS + 500 T (kırılmamış).........................99

Şekil 4.6 . AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin makro görünüşü (a) YS + 350 T (b) YS + 500 T (c) Nr + YS + 350 T ...........101

Şekil 4.7 AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü (a)YS + 350 T (b) Nr + YS + 350 T.....................................103

Şekil 4.8 AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü(Nr + YS + 220 T ) (a) Makro görünüşü (b) gamzeli kırık tipi................................................................................................104

Şekil 4.9 AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü ( Nr + SS + 315 T) (a) Makro görünüşü(b) sünek-gevrek kırılma bölgeleri........................................................................105

Şekil 4.10 AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü (Nr+YS+500T)......................................................................106

Şekil 4.11 Toplam yer değiştirme...........................................................................107

viii

Şekil 4.12 Toplam gerilme (Von Misses) ...............................................................107

Şekil 4.13 Kayma Gerilmeleri (sigma-XY) ............................................................108

Şekil 4.14 Maksimum-Minumum gerilmeler..........................................................108

Şekil 4.15 Toplam yer değiştirmeler.......................................................................110

Şekil 4.16 Toplam gerilmeler (Von-misses) ...........................................................110

Şekil 4.17 Kayma gerilmeleri (sigma-XY) .............................................................111

Şekil.4.18 Maximum-Minimum gerilmeler ............................................................111

Şekil 4.19 Keskin köşelere sahip bölgelerde ortaya çıkan gerilme yığılmaları ........113

Şekil 4.20 Şekli değişikliğe uğratılmamış kilit parçada elastik enerji dağılımı ........114

Şekil 4.21 Kısmen şekli değiştirilmiş kilit parçada elastik enerji dağılımı...............114

ix

ÇİZELGELER DİZİNİ

Sayfa

Çizelge 1.1 Bir üretim tesisine ait soğutma suyu sisteminin kelebek valfinin

hasarına örnek ......................................................................................4

Çizelge 1.2 Temel Neden Analizi için örnekler ......................................................21

Çizelge 1.3 Metal parça şekline göre oluşabilecek süreksizlik çeşitleri...................24

Çizelge 2.1 Çalışmada kullanılan malzemelerin kimyasal analizi ...........................70

Çizelge 2.2 Hasara uğramış krank millerinin sertlik değerleri.................................70

Çizelge 2.3 İşlenmemiş çeliğin kimyasal kompozisyonu ........................................73

Çizelge 3.1 Deneylerde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları ..........76

Çizelge 3.2 Malzemelere uygulanan ısıl işlemler....................................................82

Çizelge 4.1 Deneylerde kullanılan malzemelerin satın alındığı haldeki

mekanik özellikleri ...............................................................................86

Çizelge 4.2 AISI 1040 malzemenin çekme deneyi sonuçları...................................87

Çizelge 4.3 AISI 1050 malzemenin çekme deneyi sonuçları...................................87

Çizelge 4.4 AISI 4140 malzemenin çekme deneyi sonuçları...................................87

Çizelge 4.5 AISI 4340 malzemenin çekme deneyi sonuçları...................................88

Çizelge 4.6 Isıl işlem uygulanmış AISI 1040, AISI 1050, AISI 4140 ve AISI

4340 çelik malzemelerin sertlik deneyi sonuçları ..................................90

Çizelge 4.7 AISI 1040 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları..........................92

Çizelge 4.8 AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları..........................92

Çizelge 4.9 AISI 4140 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları..........................92

Çizelge 4.10 AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları........................93

Çizelge 4.11 AISI 1040 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları...............................................................................................95

Çizelge 4.12 AISI 1050 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları...............................................................................................95

Çizelge 4.13 AISI 4140 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları............................................................................................... .95

Çizelge 4.14 AISI 4340 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları...............................................................................................95

1

1. GİRİŞ

İnsanoğlu; bilim ve teknolojiyi ihtiyaçlarını sağlama ve daha iyi yaşam şartları

oluşturma çabasının bir sonucu olarak ivmeli ve sürekli olarak geliştirmektedir. Bu

gelişime engel olacak faktörleri ortadan kaldırmak ise önemli hedeflerden biri

olmuştur. Hasar; bir yapının veya yapı elemanının kendisinden beklenen işlevleri

yerine getiremez hale gelmesidir. Bir elemanda hasar, elemanın “aşırı zorlanması”

sonucunda meydana gelir. Aşırı zorlanmış elemanda hasar iki nedenle ortaya çıkar;

i. Elemanın dayanımı gereken dayanımdan küçüktür.

ii. Elemana etkiyen yükler elemanın taşıyabileceği yükten daha büyüktür

(Eryürek,1993).

Günümüz teknolojisinde hasar analizi ve önlenmesi mühendislik dallarının tümünün

ilgi alanına girmiştir. Hasar analizi bir parçanın veya cihazın nasıl ve neden

kullanılamaz hale geldiğini belirleyen bir mühendislik yaklaşımıdır. Hasar analizinin

önemi güvenlik, performans ve ekonomik açıdan iyi açıklanabilir olmasından

kaynaklanmaktadır. Hasar analizi sadece hasarın önlenmesi bakımından değil aynı

zamanda sistemlerin ve ürünlerin kalitesindeki ilerlemeyi anlama bakımından da

önemlidir. Genelde kalite kullanıcı ve tüketicilerin beklentilerini en iyi karşılayan ve

yüksek standartlarda üretilmiş sistem ve ürünlere dayanmaktadır

(http://www.engr.sjsu.edu/WofMatE/FailureAnaly.htm). Bu beklentileri şu şekilde

sıralanabilir;

i. Yüksek emniyet

ii. Geliştirilmiş güvenirlik

iii. Yüksek performans

iv. Yüksek verimlilik

v. Kolay bakım

vi. Düşük uzun çevrim ömür maliyeti

vii. Çevreye kötü etkisinin en aza indirilmesi.

2

Kaliteyi artırmak için önemli tekniklerden birisi problem çözmedir. Eğer ortada bir

problem varsa bu problemden sorumlu ekip öncelikle problemin nedenini belirlemek

için problemi analiz eder. Daha sonra da problemin çözümüne geçer.

Literatürde önceden tanımlanmış bir problemi çözmek için birçok problem çözme

yöntem ve modelleri mevcuttur. Bu model ve yöntemlerin hepsi aşağıdaki bilimsel

metotlara dayanmaktadır;

1. Problemi tanımlama

2. Hipotez oluşturma

3. Veri toplama ve birleştirme

4. Hipotezi test etme

5. Sonuçları belirleme

Şekil 1.1’de açık ve öz bir problem çözme modeli gösterilmektedir. Bu model

anlamlı olup ortaya çıkan bir problemin çözümünün ilk aşamasını oluşturmaktadır

(Anonim, 2002 (1)).

Şekil 1.1’de verilen terimler aşağıdaki gibi açıklanabilir;

• Teşhis Etmek: Mevcut durum belirlenir. Göstergelerin terimlerindeki

eksiklikler tanımlanır. Eksikliğin parça, ürün, sistem ve tüketici üzerindeki

etkisine karar verilir. Eksikliğin derecesini bulmak için veriler toplanır.

• Esas Sebeplere Karar Vermek: Nedenleri bulmak için sorun analiz edilir.

• Düzeltici Önlemleri Geliştirmek: Sorunun tekrar oluşmasını önlemek ve

azaltmak için olası çözümler listelenir. Alternatifler oluşturulur ve

gerçekleştirme planı geliştirilir.

• Düzeltici Etkenlerin Geçerliliğinin Denetlenmesi ve Bu Etkenlerin

Onaylanması: Mevcut çalışmada düzeltici etkenler test edilir.

Değişikliklerdeki etkileri incelenir ve gelişmelerin geçerliliği denetlenir.

Tüketiciden gelen bilgilere göre düzeltici önlemler alınır ve onaylanır.

3

• Standartlaştırma: Düzeltilen sistem şirketin, organizasyonun veya

endüstrinin dokümantasyon sistemine girilir ve aynı sorunun yeniden

oluşması engellenir.

Şekil 1.1. Problem çözme metodu (Anonim, 2002 (1))

Problem çözme modelinin ikinci adımı önemli bir aşama olan esas nedenlerin

tanımlanmasıdır. Sorunun tekrar etmemesi için oluşturulan çözümler esas nedenle

özleştirilmeden geliştirilemez.

Hasar, sözcük anlamı olarak, istenmeyen bir durum veya olay olarak tanımlanabilir

ve çeşitli seviyeleri mevcuttur. En basit haldeki hasarda sistem veya parça çalışır

ancak amacına uygun fonksiyonlarını yerine getirmez. Bu hasar işlev hasarı olarak

tanımlanabilir. Hasarın diğer aşamasında sistem veya parça görevini yerine getirir

ancak emniyetsiz olarak çalışır. Bu aşama servis ömrünün zarara uğramasına neden

olur. Hasarda en son aşama ise sistemin veya parçanın görevini yerine getiremez

hale gelmesidir. Mantıksal bir hasar analizinde ilk olarak hasarın tanımı anlaşılır

biçimde yapılır. Hasar göstergesi, nedeni ve hasar mekanizması arasındaki fark ve

sonuçlar belirtilir. Bundan dolayı içinde bulunulan durumun her bir parçasını iyi bir

Teşhis Etmek

Ana Sebeplere Karar Vermek

Düzeltici Önlemleri Geliştirmek

Düzeltici Faktör Denetlemesi

Standartlaştırma

4

şekilde değerlendirmeli ve uygun düzeltici etkenler bulunmalıdır

(http://www.tech.plym.ac.uk/sme/InteractiveResources/tutorials/FailureAnalysis/ind

ex.html). Çizelge 1.1’de bir üretim tesisinde soğutucu su sisteminde kullanılan

kelebek valfinin hasarı örneklenmiştir.

Çizelge 1.1. Bir üretim tesisine ait soğutma suyu sisteminin kelebek valfinin

hasarına örnek (Anonim, 2002 (1))

Faktörler

Tanım

Belirtiler

• Dizayn parametrelerinin

dışında operatörün vanayı

kısması

• Akış ölçüm ve kayıtları

• Operatör Kayıtları

• Düşük dayanımlı bakır-

nikel alaşımlı yapı

• Malzeme özellikleri

• Laboratuar analizleri

Neden • Akışa bağlı kavitasyon • Sistemlerde gürültülü

sesin olması

• Sistemin titreşimli olması

Hasar Mekanizması

• Erozyonlu yorulma hasarı • Plakanın laboratuarda

incelenmesi

Sonuçlar

• Normal üretim hızlarında

üretim yapamama

Bu Çizelgedeki ifadeler şu şekilde açıklanabilir;

• Belirti(ler): Hasarın belirtisi ve habercisi olan etkenler

• Neden(ler): Hasara neden olan etkenler

• Hasar mekanizma(ları): Hasarın nasıl oluştuğunu belirten mekanizmalardır

Eğer analiz iyi yapıldıysa hasar mekanizmaları ve hasar nedenleri birbiri ile

uyumludur.

• Sonuç(lar): Hasarı önlemek için gerekli etmenler

Life-Cycle Yönetimi Kavramı: Life-Cycle yönetimi kavramı sistem, yapı veya

parçanın çalışma(servis) ömrü yönetimi hakkında fikir üretilmesini sağlar. Yüksek

araştırma maliyetleri, dizayn maliyetleri, malzeme maliyetleri, üretim maliyetleri ve

bakım/onarım maliyetleri gibi parçanın çalışma ömrünü artırıcı yollarla ilgili

5

maliyetler mevcuttur. Parçalarda oluşan hasarların tamamen önlenmesi mümkün

değildir. Fakat hasarın daha iyi anlaşılması, tahmin ve kontrol edilmesi

iyileştirilebilir. Bazı ürünler için, tüketiciler daha uygun bir ücrette kısa ömürlü

ürünleri tercih edebilirler. Buna karşılık uçak parçası gibi bazı ürünlerin daha yaralı

bir ömre sahip olması istenir. Bu tip ürünlerin dikkatlice, düzenli ve rutin olarak

kontrol ve bakımının yapılması gerekir. Verilen bir ürünün hasarının zamanla

dağılımını anlamada üretimin zamana bağlı olarak yapılması zorunludur. Şekil

1.2’de hasar oranını zamana bağlı olarak ifade eden “Bathtub eğrisi” verilmiştir. Bu

eğride belirtilen erken hasar periyodunda meydana gelen hasarlar üretim sorunları,

kalite kontrol sorunları veya başlangıç gerilmeleri gibi nedenlerden

kaynaklanmaktadır.

Şekil 1.2. Hasarın tipik zaman dağılımı “bathtub eğrisi” (Anonim, 2002 (1))

1.1. Hasar Analizi

Hasar analizi; hasara neden olan teknolojik hatanın cinsini ve hasarın sorumlusunu

ortaya çıkarmak ve hasarın benzer yapılarda tekrarını önleyici tedbirleri önermek

amacıyla gerçekleştirilen faaliyetlerin tümüne verilen addır (Eryürek, 1993).Bir

yapının üretimi sırasındaki aşamaların birinde yapılan teknolojik hatalar hasara

neden olur. Eğer hata tasarım esnasında yapılıyorsa tasarım hataları ve malzeme

6

seçiminde yapılan hataları kapsar ve bu hataların sorumlusu tasarımcıdır. İmalat

esnasında yapılan hatalardan imalatçı sorumludur ve bu hatalar imalat

aşamalarındaki ve malzeme içindeki hataları kapsar. Sistem montajı yapılırken

oluşan hatalardan ise montajı yapan kişi sorumludur. En son aşama ise işletme

esnasında yapılan hatalar olup, bunun sorumlusu da işletmecidir. Hasar analizini

hasar analizi uzmanları yapar. Bu uzmanlar değişik alanlarda (elastisite, plastisite,

malzeme bilimi, makine elemanları, imal usulleri, mukavemet, kırılma mekaniği,

hasar analizi, metalografi vb.) teorik ve pratik anlamda donanıma sahip olmalıdır.

Bu donanımlara sahip bir hasar analizi uzmanı analizi doğru, ucuza, kısa zamanda ve

basit bir şekilde yapma becerisine sahip olur.

1.1.1. Teknolojik Hatalar

Hasarların oluşum nedeni teknolojik hatalardır. Teknolojik hatalar çeşitli hasar

tiplerinin biriyle veya birkaçıyla hasarın oluşmasına neden olurlar. Teknolojik hata

çeşitleri şu şekildedir (Anonim, 2002 (1)) ;

1) Tasarım Esnasında Yapılan Hatalar: Bu tip hatalar tasarlanan parça

geometrisinin karmaşıklığından dolayı hesaplanamayan gerçek gerilmeler,

yüksek oranda gerilme yığılmalarına neden olan süreksizlikler, seçilen imal

usulüne uygun olmayan malzeme seçimi ve oluşabilecek hasar tipine uygun

olmayan malzeme parametreleri göz önüne alarak tasarım yapmak gibi

nedenlerden oluşur.

2) Malzeme İçindeki Hatalar: Bu tip hatalar malzemenin içinde oluşan hataları

kapsar. Metalik olmayan kalıntılar, malzemeyi yarı mamül haline getirme

aşamalarındaki döküm ve plastik şekil verme işlemleri esnasında oluşan

gözeneklilik, kendini çekme boşluk ve çatlakları, segregasyon, homojen

olmayan içyapı gibi hatalar bu hatalara örnek olarak verilebilir.

3) İmalat Esnasında Yapılan Hatalar: Tasarlanan malzemeye son şeklinin

verilmesi esnasında kullanılan talaşlı şekil verme, döküm, kaynak gibi üretim

yöntemlerinin uygulanması aşamasında oluşan hataları kapsar. Ayrıca ısıl

işlem ve yüzey işlemleri esnasında oluşan hatalar da bu grupta incelenebilir.

7

Bu hatalara artık gerilmeler, gözeneklilik, çatlama, distorsiyon, hidrojen

gevrekliği gibi hatalar örnek olarak verilebilir.

4) Montaj Hataları: Bu hatalar montaj esnasında yapılan hataları kapsar. Bu

hartaların sorumlusu ya montajı yapan operatör ya da düzgün hazırlanmamış

montaj talimatnameleridir. Bu hatalar tasarım yapılırken göz önüne

alınmayan ilave gerilme ve değişik yükleme şekillerinden kaynaklanır.

Montaj hatalarına eksen kaçıklığı ve uygun olarak sıkılmayan somunlar

örnek olarak verilebilir.

5) Uygun Olmayan Çalışma Şartları: Bu hatalar ise işletme esnasında yapılan

hatalardır. Yapı tasarımında öngörülen çalışma şartlarından farklı koşullarda

çalışan yapının hasar görmesiyle sonuçlanır. Aşırı yükleme, çalışma

koşullarının ani değişimi gibi hatalar bu gruba örnek olarak verilebilir.

1.1.2. Hasar Analizinin Aşamaları

Hasar; istenmeyen bir durum olarak tanımlanmıştır. Eğer yapıda veya yapıda

bulunan herhangi bir parçasında hasar tespit edilirse bu hasarın analizinin en kısa

zamanda yapılması gerekmektedir. Hasar analizinin aşamaları oluşan hasara göre

değişiklik gösterse de aşağıdaki aşamalar hasar analizinin temelini oluşturur.

1.1.2.1. Geçmişle İlgili Bilgi Toplamak ve Numunelerin Seçimi

Hasar analizinin ilk aşaması oluşan hasarla ilgili tüm detayların öğrenilmesine

dayanır. Hasara uğramış elemanın veya yapının imalat ve işletme geçmişi araştırılır

ve gerekli bilgiler toplanır. Bu bilgiler belgelere dayalı bilgiler ve görgü

tanıklarından alınan bilgiler olmak üzere iki grupta toplanabilir. Görgü tanıklarının

verdiği bilgilere kişisel duygu ve düşünceler de ekleneceği için bu bilgilerin yazılı ve

imzalı olarak alınması gerekir. Belgelere dayalı bilgiler daha güvenilir bilgilerdir.

Çünkü bu bilgilere kişisel yorumlar katılmamış kanıtlardan oluşan bilgilerdir.

Raporlar, kayıtlar ve olay yerinde çekilmiş fotoğraflar gibi bilgiler gerçek bilgilere

örnek verilebilir (Eryürek, 1993).

8

Hasara uğramış elemanın öncelikle tüm tasarım hususlarını kapsayan şartname ve

teknik resmi elde edilmelidir. Bu bilgiler imalatla ilgili bilgiler olup üç ana grupta

toplanabilir:

i. Mekanik işlemler (eğme, çekme, talaş kaldırma, taşlama, parlatma, soğuk

şekillendirme)

ii. Termal işlemler (sıcak şekillendirme, ısıl işlemler, lehimleme)

iii. Kimyasal işlemler (temizleme, elektrolizle-kaplama ve difüzyonla kaplama)

Hasarlı Parçanın Çalışma Geçmişi

Hasar analizi yapılırken hasara uğrayan parçanın çalışma geçmişi analizin sağlıklı

yapılması için çok önemlidir. Bunun için hasara uğrayan elemanın hasardan önceki

çalışma geçmişiyle ilgili olarak detaylı kayıt tutulması gereklidir. Ancak çoğu

işletmede bu tarz kayıtlar olmadığı için hasar analizi yapan teknik elemanın bilgi,

yorum kabiliyeti ve tecrübesi ön plana çıkar.

Bir hasar analizi uzmanı analizin önemli aşamasını oluşturan parçanın çalışma

geçmişini araştırırken şu sorulara cevap aramalıdır (Eryürek, 1993):

i. Eleman ne zamandan beri çalışmaktadır?

ii. Tasarımda seçilen malzeme nedir?

iii. Tasarımda öngörülen çalışma şartları nelerdir?

iv. Tasarlanan çalışma ömrü nedir?

v. Çalışma ortamındaki sıcaklık ve basınçlar nelerdir?

vi. Statik ve dinamik yükleme şartları nelerdir?

vii. Korozif ve erozif şartlar nelerdir?

viii. Sistemde titreşim ve değişken yükleme varmıdır?

ix. Elemanın montajı uygun şekilde yapılmışmıdır?

x. Montaj ve bakım programı varmıdır?

xi. Ortam ve yükleme şartlarında ani ve beklenmedik bir değişme meydana

gelmişmidir?

9

Fotoğraf Kayıtları

Hasar analizi yapılırken en ince detaylar bile analizin sonucunu etkilediği için hasara

uğrayan yapı veya parçanın fotoğrafı/ fotoğrafları çekilmelidir. Fotoğrafların çekilip

çekilmeyeceğine hasar analizi uzmanı karar verir. Fotoğraflar çeşitli merceklerle,

uzatma körüğü ve pille çalışan flaşla donatılmış 35mm’lik kameralarla çekilirse daha

iyi sonuç elde edilir.

Numunelerin Seçimi

Numune seçimi doğru bir analiz yapmak için önemli bir aşamadır. Numunenin

nereden ve nasıl alınacağı önemlidir. Numunenin hasarın özelliklerini temsil

etmesini sağlamak ise hasar analizi uzmanının sorumluluğundadır.

Hasarın çalışma şartları esnasında mı yoksa elemanın imalatı aşamasında mı

meydana geldiğini anlamak için hasara uğramış elemana benzer ancak hasara

uğramamış parçanın karşılaştırılması gerekir (Eryürek, 1993).

Anormal Şartlar

Hasara uğramış parçanın hasar analizi yapılırken parçanın geçmişiyle ilgili şu

bilgilere de ihtiyaç duyulur (Eryürek, 1993):

i. Hasar öncesinde herhangi bir anormal durum ortaya çıktı mı?

ii. Çalışma esnasında hasara katkıda bulunacak herhangi bir olay oluşmuş mu?

iii. Hasardan kısa süre önce herhangi bir bakım veya tamir yapıldı mı? Yapıldı

ise neden yapıldı?

iv. İncelenen olay tek bir olay mıdır? Yoksa analizi yapılan parçada veya benzer

tasarımdaki başka bir parçada daha önce meydana gelmiş mi?

Bazı parçaların hasar analizi yapılırken göz önünde bulundurulması gereken

faktörler standarttır. Örneğin hasar sonucunda gevrek kırılma oluştuysa öncelikle

hasarın oluştuğu zamanda sıcaklığın düşük olup olmadığı ve darbeli yüklemenin

olup olmadığı araştırılmalıdır.

10

1.1.2.2. Hasara Uğramış Elemanın Ön Kontrolü

Hasar analizi uzmanı hasara uğramış elemanı ve bu elemandan kırılmak suretiyle

ayrılmış tüm parçaları dikkatlice gözle kontrol etmelidir. Gözle yapılan bu inceleme

önemli delillerin fark edilmesine yardımcı olur.

Gözle Muayene

Hasara uğramış eleman ilk olarak renk ve kokudaki değişmeleri tespit etme ve geniş

alanı hızlı bir şekilde etüt etme özelliğine sahip çıplak gözle muayene edilir. Gözle

yapılan muayenede öncelikle dikkat edilmesi gereken hususlar hasara uğramış

elemanda bulunan çatlak ve ilerleme yönü ile kırık yüzeyleri olmalıdır. Gözle

yapılan incelemeler hasara uğramış elemana ait tüm önemli özellikler yazı ve

fotoğraflarla kaydedilmelidir.

Fotoğrafların Çekilmesi

Hasara uğramış parçanın ön etüdünün ikinci aşaması eğer elemanda kırık mevcut ise

kırılmış elemanın ve bu elemana ait kırılmış parçaların fotoğraflarının çekilmesidir.

Çeşitli ölçeklerde büyütülerek ve değişik açılardan aydınlatma yapılarak çekilen

fotoğraflar gerekli bilgileri içerecek biçimde kaydedilmelidir.

Tahribatsız Deneyler

Tahribatsız deneyler hasarın tespit ve analizinde kullanılan önemli yöntemlerdir.

Manyetik Tozla Muayene

Bu yöntem ferromanyetik malzemelerde kullanılır. Yöntemde manyetik alan

kullanılarak yüzeydeki ve yüzey altındaki süreksizlikler belirlenir. Yöntemin

uygulanışı şu şekilde açıklanabilir; muayene edilecek parça manyetik hale getirilir.

Bunun sonucu olarak manyetik alan doğrultusuna dik doğrultuda uzanan

11

süreksizlikler parça yüzeyinde bir sızıntı alanı oluşturur. Oluşan bu sızıntı alanı ve

bundan kaynaklanan süreksizliğin varlığı uygulanan manyetik tozlar yardımıyla

tespit edilir. Manyetik olarak toplanan bu tozlar sayesinde süreksizliğin profili

çıkartılır. Bu tozlara ilave edilen flüoresan bir malzeme sayesinde hata mor ötesi ışık

altında kolaylıkla görülebilir. Hasara uğramış eleman muayene yapıldıktan sonra

manyetiklik giderilmelidir. Manyetik tozla muayenenin aşağıdaki avantajları vardır

(Eryürek, 1993) :

• Özellikle çok küçük, sığ ve yabancı madde ile dolmuş çatlaklar da dâhil

olmak üzere yüzey çatlaklarının araştırılmasında kullanılabilen en iyi ve en

uygun yöntemdir.

• Uygulanan tekniğinin öğrenilmesi çok kolaydır. İşlem basit ve hızlı olup,

gerçekleştirilmesi pahalı değildir.

• İzler doğrudan parça üzerinde meydana getirilir ve bunlar gerçek

süreksizliğin manyetik bir resmidir. Kalibre edilecek veya uygun çalışma

şartlarında tutulacak bir elektrik devresi veya elektronik okumaya ihtiyaç

yoktur.

• Denenecek parçanın şekli ve boyutları üzerinde herhangi bir sınırlama

yoktur.

• Genelde hassas bir ön temizliğe ihtiyaç yoktur. İşlem ince bir boya kaplaması

veya diğer metalik olmayan kaplamalar mevcut olsa bile kolaylıkla çalışır.

Manyetik tozla muayenenin sınırlamaları şu şekildedir (Eryürek, 1993):

• Tamamen yüzey altında kalan süreksizliklerin yerini belirlemede

kullanılamaya uygun değildir.

• Manyetik alanın doğrultusu süreksizliğin esas düzlemini kesecek şekilde

olmalıdır.

• Yüzeyde elektriksel temasın olduğu noktalarda yerel ısınmalardan ve

yanmadan kaçınmak için özel dikkat gerekir.

12

Penetran Sıvıyla Muayene

Bu yöntem manyetik olmadığı için manyetik tozla muayenenin uygulanamadığı

parçaların kontrolünde kullanılır. Yöntemin uygulanışı şu şekildedir; hasar görmüş

parça üzerine penetran sıvı tatbik edilir. Penetran sıvı 1 mikron boyutuna kadar olan

çatlak ve hataların içine girer. Daha sonra parça yüzeyinde kalan sıvı temizlenir ve

ikinci madde uygulaması yardımıyla yüzeye açık olan çatlak ve hataların içindeki

sıvı yüzeye çekilir. Parlak renkli ve floresan parçacık içeren sıvı, mor ötesi ışık

altında malzeme yüzeyindeki süreksizlikleri rahatlıkla görmemizi sağlar.

Penetran sıvıyla muayenenin aşağıdaki avantajları vardır (Eryürek, 1993):

• Metal olmayan malzemelerde de kullanılabilirler.

• Maliyeti düşüktür ve kolayca taşınabilir.

• Muayene sonuçları kolaylıkla değerlendirilebilir.

Penetran sıvı yönteminin sınırlamaları ise şu şekildedir (Eryürek, 1993):

• Muayene edilecek süreksizlikler yüzeye açık olmalıdır.

• Penetran sıvı metali korozyona uğratabileceğinden parça muayeneden sonra

temizlenmelidir.

• Yüzey filmleri süreksizliklerin belirlenmesini zorlaştırır.

• Bu yöntem genel olarak, toz metalürjisiyle üretilmiş düşük yoğunluğa sahip

parçaların ve diğer gözenekli malzemelerin muayenesine uygun değildir.

Girdap Akımıyla Muayene

Girdap akımıyla muayene metodu elektriği ileten tüm malzemelerde kullanılır.

Yöntemin uygulanışı şu şekildedir; hasara uğramış elemanın etrafına veya elemanın

yüzeyinin yakınına alternatif akım ileten bir sarım yerleştirilerek eleman içinde

elektromanyetik indüksiyon yoluyla girdap akımları oluşturulur. Bu akımlar ise

uyarıcı sarımdaki ve yakında bulunan diğer sarımdaki empedansı etkilerler. Analizi

yapılan eleman içinde bulunan çatlak ve hatalar akımların distorsiyonlarına, oluşan

bu distorsiyonlar da sargı empedansının distorsiyonuna neden olur. Değişen

13

empedans değeri bir ölçü aleti veya elektrik devresiyle ölçülür. Eğer elemanda hata

veya çatlak mevcutsa ölçü aletinde uyarı sistemi devreye gider.

Girdap akımıyla muayenin avantajları şunlardır (Eryürek, 1993):

• Hem yüzey ve hem de yüzey altı hataları tesbit edilebilir.

• Özel bir operatör yeteneği gerektirmez.

• Sürekli muayeneye uygun bir işlemdir.

• Otomatik hale getirilebilir ve yüksek hızlarda kullanılabilir.

• Herhangi bir prob temasına gerek yoktur.

Girdap akımıyla muayenenin sınırlamaları şunlardır (Eryürek, 1993):

• Nüfuziyet derinliği azdır.

• Muayene edilecek malzeme elektriği iletmelidir.

• Referans standartlar gereklidir.

Ultrasonik Muayene

Ultrasonik muayene parçaya ultrasonik dalgalar gönderilmek suretiyle yapılır. Bu

yöntem ile parça yüzeyinde ve yüzey altındaki hataları belirlenebilir. Ayrıca parça

kalınlığını ve hatanın yüzeyden uzaklığı ölçülebilir. Parçaya gönderilen ultrasonik

dalga parça içinde bulunan bir ara yüzeye veya süreksizliğe çarpıncaya kadar

harekete devam eder. Eğer parçada hata mevcutsa bu akustik enerjinin bir kısmı geri

yansır. Bu yansıyan enerji miktarı bize hata hakkında bilgi verir.

Ultrasonik muayenin avantajları şunlardır (Eryürek, 1993):

• Çok küçük çatlakların tespitini sağlayabilen çok yüksek hassasiyet.

• Çok büyük kalınlıkların muayenesini sağlayan büyük nüfuziyet gücü.

• Hatanın yerini ve boyutlarını tahmin etmedeki hassasiyet.

Ultrasonik muayenin aşağıdaki sınırlamaları mevcuttur (Eryürek, 1993):

• Parçanın boyut ve şeklinin karmaşık oluşu ve süreksizliğin uygun yönde

olmayışı, alınan sinyallerin değerlendirilmesinde güçlük çıkarır.

14

• İstenmeyen içyapı (örneğin, tane büyüklüğü, boşluk, metalsel olmayan

kalıntı içeriği) değerlendirmeyi benzer şekilde zorlaştırır.

• Referans standartlar gereklidir.

Radyografik Muayene

Bu yöntem analizi yapılan parçanın farklı miktarlardaki radyasyonun absorbsiyonu

ilkesine dayanmaktadır. Parçaların farklı bölgelerinde farklı miktarda radyasyon

absorbe edilir. Bunun nedeni parça kalınlığındaki değişikler ve belli yoğunluktaki

parça boyunca yol alan ve absorbe edilmemiş radyasyon bir film üzerine kaydedilir

(Eryürek, 1993).

Bu muayene yöntemi döküm ve kaynaklı parçaların kontrolünde kullanılır. Bu

yöntem diğer yöntemlere göre daha pahalıdır. Bunun nedeni ilk yatırımın yüksek

olması ve daha büyük çalışma alanı gerektirmesidir.

Akustik Yayınımla Muayene

Akustik yayınım malzeme içinde çatlak ilerlemesi, plastik deformasyon ve faz

dönüşümleri sırasında oluşan hızlı ve şekil değiştirme enerjisi boşalması nedeniyle

üretilen yüksek frekanslı gerilme dalgalarıdır (Eryürek, 1993).

Akustik yayınımda oluşan enerji, çatlak ilerlemesi halinde depo edilen elastik

enerjiden, faz dönüşümünde ise depo edilen kimyasal serbest enerjiden oluşur.

Akustik yayınımla muayenenin uygulama alanlarına örnek olarak;

i. Malzemelerin kırılma mekanizmalarının araştırılması ve yük altındaki

davranışlarının incelenmesinde araştırma yapmada kullanılır;

ii. Uçaklarda meydana gelen yorulma çatlaklarının tespitinin belirlenmesi;

iii. Hassas yapılarda oluşan hidrojen hasarı ve gerilmeli korozyonun

belirlenmesi sayılabilir.

15

Mekanik Deneyler

Hasar analizi yapılırken değişik amaçlarla kullanılan en basit mekanik deney sertlik

ölçme deneyidir. Sertlik ölçme sayesinde parçada zamanla karbon kaybı nedeniyle

oluşan yumuşamayı veya pekleşmeyi tespit etmek mümkün olur.

Çekme, yorulma ve darbe deneyleri gibi diğer mekanik deneyler gerekli olduğunda

yapılan deneylerdir. Bunların yanında malzemenin kırılma tokluğunun deneysel

olarak belirlenmesi gerekebilir.

Mekanik deney sonuçlarının değerlendirilmesinde çok dikkatli olmak

gerekmektedir. Örneğin küçük numuneler kullanılarak yapılan deney sonuçları çok

daha büyük parçaların özelliklerini temsil etmesi istenir. Bu durumda değerlendirme

hatalarının ortaya çıkması olasıdır.

Önemli mekanik deneylerden olan çekme deneyi hasar analizi yapılırken çok fazla

tercih edilmemelidir. Bunun nedeni; çekme deneyi numunesinin hazırlığı zaman

alıcı ve maliyetinin yüksek olmasıdır. Ayrıca numunelerin alındığı yerler ve

doğrultular dikkatle belirtilip numune alım esnasında talaş kaldırma ve kesme

sırasında oluşan ısının numuneyi etkilememesine dikkat edilmelidir (Eryürek, 1993).

Kırık Yüzeylerinin Seçimi, Saklanması ve Temizlenmesi

Hasar analizi yapılırken kırık yüzeylerinin seçimi, saklanması ve temizlenmesine

çok dikkat edilmelidir. Çünkü kırık yüzeyleri önemli delilleri barındırır. Ancak bu

yüzeylerin mekanik ve kimyasal etkilerden korunması gerekmektedir. Kırık

yüzeyine çıplak elle temas edilmemelidir. Bu yüzey su ile yıkanmamalıdır. Ancak

yıkama anca deniz suyuyla ve yangın söndürme sıvısıyla temasa giren yüzeylerin su

kullanılarak yıkanması gereklidir.

Kırık yüzeyinde temizleme işlemi yüzeyde incelemeyi zorlaştıran kirlerin bulunması

halinde ve mikroskopla incelemeden hemen önce yapılmalıdır. Temizleme işlemi

yumuşak kıllı ressam fırçası veya kuru hava akımıyla yapılabilir. Ayrıca plastik

16

replika ve ultrasonik temizleme yöntemleri de kullanılabilir. Kırık yüzeyi

korozyondan etkilenmiş parçaların temizlenmesi selüloz asetat ile yapılmalıdır. Bu

durumda, 1mm kalınlığında ve uygun boyuttaki asetat asetona daldırılır ve

yumuşatıldıktan sonra kırılma yüzeyine yerleştirilir. Kırılma yüzeyine yerleştirilen

bu tabaka yumuşatılmamış asetatla desteklenir ve uygun bir sıkıştırıcıyla

sıkıştırılarak replikanın kırılma yüzeyine bastırılması ve replikanın bu şekilde

kurutulması sağlanır. Daha sonra kurumuş replika neşter veya cımbız yardımıyla

kaldırılır. Bu yöntemin avantajı yüzeyden uzaklaştırılan yabancı maddelerin

muhafaza edilebilmesidir.

Numune kesme işlemi elektron ve optik mikroskopları veya sertlik cihazı gibi bazı

deney cihazlarında kullanılan deney parça boyutlarının sınırlı olması ve hasara

uğramış elemandan bu boyutlarda numune alınmada kullanılır. Kesme işlemi

sırasında kırık yüzeyin ve buna yakın bölgelerin değişime uğratılmamasına özen

gösterilmelidir. Kesme işlemi esnasında zorunlu kalmadıkça soğutma sıvısı

kullanılmamalıdır. Çünkü bu sıvılar kırık bölgesinin korozyona uğramasına neden

olurlar.

Eğer birinci dereceden kırık yüzeyi tahrip olduysa ve kırılma nedenini ortaya

çıkaracak bilgilerin çoğu korozyonla yok olduysa ikinci dereceden çatlak eldesi için

yüzeyler açılır. Çatlaklar açılırken yüzeylerin tahrip olmamasına dikkat etmek

gerekmektedir. Bunun için de kırık yüzeyleri birbirinden uzaklaşacak şekilde yapılır.

Bu işlemin uygulanışı genelde kırılan parçanın arka kısmı çatlak ucuna yakın bir

noktaya kadar testere ile kesilmesi şeklindedir. Böylelikle kırılması gereken metal

miktarı azaltılmış olur (Eryürek, 1993).

Kırık Yüzeylerinin Makroskobik İncelenmesi

Parçaların kırık yüzeylerinin incelenmesi çıplak gözle bir el büyüteciyle veya düşük

büyütmeli optik mikroskopla yapılabilir. Ayrıca deney parçalarının fotoğraflarının

çekilmesi için büyütme değerlerine göre değişik cihazlar kullanılır. Örneğin 20

17

büyütmeye kadar yüksek kaliteli kamera, 20–50 büyütmeler arasında aydınlatma

sistemi ve makro objektiflere sahip metolograf kullanılır.

Kırık yüzeyinin geometrisinin incelenmesiyle hasara neden olan gerilme sistemi

hakkında bilgi edinilebilir. Örneğin statik çekme altında oluşan hasarlar düzlem şekil

değiştirme şartlarında dik kırılma olarak adlandırılan bir kırık yüzeyi, düzlem

gerilme şartlarında ise maksimum çekme gerilmesi ile 45° açı yapan eğik kırılma

yüzeyi oluşur. Parçaların makroskobik etüdüyle çatlağın ilerleme yönü ve hasarın

orijini saptanabilir (Eryürek, 1993).

Metalografik Kesitlerin Seçimi ve Hazırlanması

Hasar analizinin en önemli aşamasını parlatılmış ve dağlanmış kesitlerin optik

mikroskop ve elektro-optik tekniklerle incelenmesi oluşturmaktadır. Parçanın

metalografik incelenmesi sonucunda bu parçanın malzemesinin yapı ve sınıfı

hakkında mikroskopla çalışma sonucunda ise parçanın imalat yöntemi ve maruz

kaldığı ısıl işlemler hakkında bilgi edinilmiş olur. Birçok parçanın incelenmesinde

kırık yüzeyine yakın olan bölgeden alınan numune tüm parçayı temsil etmez.

Bundan dolayı hasarlı parçanın başka bölgelerinden de numune alınır ve incelenir.

Metalografik Kesitlerin İncelenmesi ve Analizi

Hasar analizlerinin çoğunda metalografik kesitlerin incelenmesi mikroskop altında

yapılır. Çünkü mikroskop imalat sırasında meydana gelen hataların ve çeşitli

çalışma, çevresel şartlarda hasara katkıda bulunan faktörlerin saptanmasında önemli

rol oynar. Metalografik kesitlerin mikroskopla muayenesiyle metal olmayan

kalıntılar, mikro yapısal segresyonlar, taneler arası korozyon ve hatalı ısıl işlem gibi

birçok metalürjik hatalar ortaya çıkarılabilir.

18

Kırılma Tipinin Saptanması

Hasara uğramış parçanın kırılma yüzeyinin ve metalografik kesit incelenmesinden

elde edilen bilgilerin kırılma nedenini belirlemede kullanmak için kırılma tipinin

saptanması gerekir.

Bazı kırılma tipleri şunlardır; Sünek Kırılma, Yorulma Kırılması, Sıvı Metal

Gevrekleşmesi, Hidrojen Gevrekleşmesi, Tane İçi Gevrek Kırılma, Gerilmeli

Korozyon Çatlaması, Sünme ve Sünme Kopması, Kompleks Hasarlar

Kimyasal Analiz

Bir parçanın hasar analizi yapılırken malzemenin tavsiye edilen malzeme olup

olmadığını saptamak amacıyla kimyasal analizi yapılır. Eğer ortamda gerilmeli

korozyon veya korozyon mevcutsa hasar nedeni saptanırken tufal ve diğer korozyon

ürünleri ile malzemenin temasta olduğu ortamın kimyasal analizi yapılmalıdır.

Bir malzemenin kimyasal analizi sonucunda belirli bir elementin olması gereken

miktardan daha fazla miktarda olması, hasarın bu fazlalıktan kaynaklandığı anlamına

gelmez. Belli sınırlar içinde, mikro yapısal bileşenlerin malzeme içindeki dağılımı,

bunların malzeme içindeki oranlarından çok daha önemlidir (Eryürek, 1993).

Kırılma Mekaniğinin Uygulanması

Analizi yapılan parçadaki hasar, kırılmadan dolayı meydana geliyorsa kırılma

mekaniği kavramı önem kazanır. Kırılma bir parçanın içinde mevcut olan veya

sonradan oluşan bir çatlağın parçaya uygulanan gerilmelerin etkisi altında

ilerleyerek parçayı iki veya daha fazla kırılmış parçaya ayırması şeklinde

tanımlanabilir. Kırılma, çatlağın başlaması ve çatlağın ilerlemesi olarak iki

aşamadan oluşur. Ayrıca kırılma gevrek ve sünek kırılma olarak ikiye ayrılır.

19

Delillerin Analizi, Sonuçlar ve Hasar Raporu

Araştırmaların belirli bir aşamasında deneylerden elde edilen bilgiler analiz edilerek

ön sonuçlar ortaya çıkarılır. Genelde araştırmaların ilk safhalarında hasar tipi

belirlenir ve sonraki aşamasında bunun doğruluğu kanıtlanmaya çalışılır. Hasarın

kolaylıkla ortaya çıkarılmadığı durumlarda ise belirli bir çıkış yolu bulmak için

benzer hasarların raporları taranır.

Hasar analizi yapılırken aşağıdaki şu sorulara cevap aranmalıdır;

• Karmaşık parçalar tek parça yerine birçok parçanın montajından mı

oluşuyor?

• Parçalar nasıl yüklenmiş ve anizotropinin varlığı düşünülmüş mü?

• Malzeme kullanıldığı formda kendinden beklenen özellikleri sağlıyor mu?

• Malzeme istenilen teknik özelliklere uygun seçilmiş mi?

• Sertlik veya korozyon direnci için gerekli kuvvet sağlanıyor mu?

• Düşük maliyetli malzeme veya yöntem kullanılarak istenilen özellikler

sağlanabilmiş mi?

• Kullanılan malzemeler ve yöntem uygulanan kod ve standartlara uygun mu?

• Ürün tek çeşit malzeme ve işlemden mi oluşuyor?

• Kullanılan yöntem ve malzeme özel bir yöntem mi yoksa alışılagelmiş bir

yöntem mi?

• Isıl işlem veya kaynaktan önce herhangi bir ön ısıtma yapılmış mı?

• Üretim metoduyla yeterli miktarda üretim yapılabilir mi?

• Servis koşulları ve bakım amacına uygun kullanılıyor mu?

• Servis koşulları beklenen rahatlığı sağlıyor mu?

• Serviste onarım ve bakım kararı almaya parçanın değeri nasıl etki ediyor?

Bundan başka hasar analizi yapılırken;

• Hasarın oluşum sırası,

• Hasarda çatlak veya kırılma mevcutsa başladığı yerlerin saptanması,

• Çatlağın yüzeye olan uzaklığının saptanması,

• Çatlağın ne kadar süredir mevcut olduğunun saptanması,

20

• Yüklemenin tipi ve şiddetinin saptanması,

• Hasara sıcaklığın, aşınmanın, korozyonun etkisinin saptanması,

• Elemanın çalışma esnasında tamirine gerek olup olmadığının ve tamir gerekti

ise yapılan tamirin doğru bir şekilde yapılıp yapılmadığının saptanması,

• Elemanın doğru şekilde çalıştırılıp çalıştırılmadığının saptanması,

• Benzer hasarların önüne geçmek için tasarımda yapılması gereken

iyileştirilmelerin saptanmasına özen gösterilmelidir.

Hasar analizinin en son aşamasını raporun yazılması oluşturmaktadır. Rapor

açık, öz ve tutarlı olmalıdır. Rapor şu temel bölümlerden oluşmalıdır;

• Hasara uğrayan elemanın tanımı,

• Hasar sırasındaki çalışma şartları,

• Hasar öncesi çalışma geçmişi,

• Elemanın imalat ve işlem geçmişi,

• Hasarın mekanik ve metalürjik etüdü,

• Kalitenin metalürjik değerlendirilmesi,

• Hasara neden olan mekanizmaların önlenmesi,

• Benzer hasarların önlenmesi ve halen çalışmakta olan benzer elemanların

düzeltilmesi için tavsiyeler (Eryürek, 1993).

1.2. Esas Temel Neden Analizi

Hasar analizi bir parçanın veya sistemin hasara uğrama nedenini ve hasarın

karakterizasyonunu belirlemede kullanılan bir yöntemdir. Genellikle hasar analizinin

yapılmasındaki genel amaç benzer hasarın tekrarını önlemektir. Hasar analizinin

kapsamını hasarın temel nedenleri ve bunların düzeltilmesi oluşturur. Temel neden

analizi temel nedenlerin anlaşılması ve bu nedenlere uygun düzeltici tedbirlerin

alınması ilkesine dayanır. Temel neden analizi esas neden veya nedenleri ortaya

koyar. Eğer bu nedenler doğru ise aynı olayın tekrarlanması önlenmiş olur.

21

Şekil 1.3. Temel neden analizi (Anonim, 2002 (1))

Temel neden analizi üç aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar fiziksel nedenler,

insandan kaynaklanan nedenler ve gizli nedenler. Fiziksel nedenler veya aletten

kaynaklanan nedenlerin çoğu hasar analizini sonlandırır. Bu nedenler laboratuar

araştırması veya mühendislik analizi ile anlaşılabilir. İnsanlardan kaynaklanan

nedenler ise hasara neden olan insan faktörünü içerir. Gizli nedenler ise insan

faktörlerini, dışardan kaynaklanan ve kontrol dışı olan nedenleri içerir. Temel neden

analizini veya aşamalarını veren örnekler Çizelge 1.2’de verilmektedir.

Çizelge 1.2. Temel neden analizi için örnekler (Anonim, 2002 (1))

Neden Tipi Basınçlı Kap Hasarı Civata Hasarı

Fiziksel Nedenler Korozyon hasarı

Cidar incelmesi

Yorulma kırılması

Cihazlardaki titreşim

Yetersiz titreşim

İnsandan Kaynaklanan Nedenler Yetersiz kontrol Montaj hataları

Gizli Nedenler Yetersiz kontrolör eğitimi Şartnamenin uygulanmasındaki

eksiklikler

22

1.2.1. Hasarın Birincil Fiziksel Temel Nedeni

Cihaz hasarlarının temel nedenlerini sınıflandıran projeler kalite mühendisleri, diğer

mühendisler, pratisyenler ve yöneticilere bağlı olarak değişmektedir. Fiziksel temel

nedeni sadece birkaç önemli kategoride sınıflamak yararlıdır. Çünkü bu

sınıflandırmalar sistem veya ürünün ihtiyaç duyduğu düzeltici etkileri ve önleme

stratejilerini tanımlamada rol oynar. Cihazlardaki hasarın sistematik analizi fiziksel

temel nedenleri gösterir. Bu nedenler dört ana grupta toplanabilir ((Anonim, 2002

(1)) ;

• Tasarımdaki eksiklikler,

• Malzeme hataları,

• Üretim/ Tesisteki hatalar,

• Servis ömründeki bozukluklar

1.2.1.1. Tasarımdaki Eksiklikler

Bir ürün veya sistemin tasarım aşamasından kaynaklanan kabul edilemez özellikleri

hasarın temel nedenini oluşturur. Tasarım aşaması, orijinal fikrin gelişimi, genel

konfigürasyonun tanımı ve detaylı dizayn, malzeme seçimi ve üretim aşamalarını

içerir. Tasarımdaki eksikliklere; son derece keskin çentiğe bağlı olarak gerilmelerin

artması, karmaşık geometriyle tasarlanmış ısıl işlem konfigürasyonlarının neden

olduğu yüksek gerilmeler, istenmeyen engeller içeren konfigürasyonlardan

kaynaklanan bağlantı gerilmeleri örnek olarak verilebilir.

Malzeme seçimi tasarımdaki eksikliğin bir çeşididir. Çünkü seçilen malzeme talep

edilen uygun mekanik özellikleri (korozyon direnci, yüksek sıcaklık dayanımı,

yorulma dayanımı v.b.) sağlamalıdır. Metalik malzemeler anizotropi veya bir üründe

özelliklerin bölgesel değişimi gözlenebilir. Bu durum aynı parçada kalın ve ince

kesitlerin bulunması halinde bu kesitler arasında veya işlem malzemelerinde enine

ve boyuna kesitler arasında görülebilir. Döküm parçalardaki ince veya kalın kısımlar

arasındaki özellik farklılıkları veya dövülmüş parçanın enine veya boyuna kesitleri

arasındaki özellikler anizotropluğun önemli özellikleridir.

23

Tasarımdan kaynaklanan hasarlar uygun olamayan geometrilerden

kaynaklanmaktadır. Uygun olamayan geometriler parça veya sistemlerin kapasiteleri

altında çalışmasına neden olur. Uygunsuz geometrilere örnek olarak kaynak ve

kaplamalarda uygunsuz hazırlanan birleştirme yerleri verilebilir. Geometriden

kaynaklanan diğer hasarlara örnek olarak ise kırılma direnci limitlerini aşmaya

neden olan aşırı et kalınlığı veya son derece keskin köşelere sahip tasarım ilişkileri

verilebilir. Bu eksikliklerin oluşturduğu yüksek gerilmeler yorulma ömrünü düşürür.

Şekil 1.4 ’de dondurma mikserinin kanadının hasarı verilmiştir. Dondurma

mikserinin kanatları kullanılmaya başlandıktan kısa süre sonra beklenmeyen şekilde

hasara uğramıştır. Bunun nedeni aşırı döndürmenin oluşturduğu gerilmeler ve uygun

olmayan ayrıntılı tasarımdır. İmalattan çıkmış kanat şekil 1.4 ’de sol tarafta verildiği

gibidir. Sağ taraftaki durum ise kanadın deforme olmuş halidir. Uygun şekilde

döndürüldüğünde, vida karıştırıcıya tutturulur ve mikser kanadının mildeki montaj

kısımlarına kuvvet uygulanmış olur. Bu kuvvet mikser kanatlarının dirseklerinde

gerilmeye neden olur. Mikser çalışmaya başladığında bu gerilmeye dönme

kuvvetleri eklenir. Kol malzemesinin metalografik incelenmesi sonucu

konfigürasyondaki ilave problemler aşağıdaki şekilde belirlenmiştir; kolların

dirsekleri soğuk birleştirme olup, bu bölgelerde artık gerilmeler mevcuttur ve soğuk

şekillendirilmiş 300 serisi ostenitik paslanmaz çeliklerin çentik hassasiyetinden

kaynaklanan yorulmaya duyarlı bölge oluşmuştur.

Şekil 1.4. İmal edilmiş dondurma mikser kanadı (Solda) ve Mile monte edilmiş

kanat (Sağda) (Anonim, 2002 (1))

24

Mikser kanadının tasarımındaki fiziksel temel nedenleri aşağıdaki şekilde

sıralanabilir; artık gerilmenin şiddeti, birleştirme gerilmesinin şiddeti, normal

işlemde dönme ve titreşim şiddetinin ilave edildiği çentik hassasiyeti. Bu tasarımın

düzeltilmesi için karıştırıcı ile kanadın dirseklerinin dip kısımları birbirinden

ayrılmalıdır veya karıştırıcı şekli kanat dirsekleriyle temasa geçmesini önleyecek

şekilde yeniden düzenlenmelidir (Anonim, 2002 (1)).

1.2.1.2. Malzeme Hataları

Malzemelerdeki kabul edilemez eksiklikler ve süreksizlikler kusur olarak tanımlanır.

Kusurlar sistemin veya ürünün performansını olumsuz yönde etkilerler. Çizelge

1.3’de Metal parça şekline göre oluşabilecek süreksizlik çeşitleri verilmiştir.

Çizelge 1.3. Metal parça şekline göre oluşabilecek süreksizlik çeşitleri (Anonim,

2002 (1))

Metal Parça Şekli Süreksizlik Çeşidi

Dövülmüş Metal Parça

• Çatlaklar

• Yüzeyde oluşan pullanmalar

• Segresyonlar

• Çekme boşlukları

• İnklüzyonlar

Döküm Parça

• Gözenek,gaz boşluğu,mikro çekmeler

• Çekme boşluğu

• Segresyon

• İnklüzyonlar

Hadde Ürünleri

• Kenar çatlaması

• Tabaka

• Yüzeyda oluşan pullanma

Ektrüzyon ve Derin Çekme

• Kenar çatlaması

• Merkezi çatlaklar

• Katmer oluşumu

Ürünün performansını olumsuz yönde etkileyen süreksizlikler malzeme hatalarıdır.

Üretimde gerekli ölçüm ve analizler yapılsa da bu hataların oluşumu engellenemez.

25

İmalathane, dökümhane veya ısıl işlem fırınlarında üretilen birçok hatalı ürün kalite

sistemlerine takılır ve böylelikle hatalı ürünlerin piyasaya sürülmesi önlenir.

1.2.1.3. Üretim/Tesis Hataları

Üretim; teknik bilgilerde ve ham malzemeyle yeni bir ürün oluşturma aşamalarına

verilen isimdir. Tesis ise üretimin yapıldığı fabrika veya kuruluştur. Tüketiciden

hatalı olduğu için iade edilen ürünün analizi yapılırken üretim işlemleri veya tesiste

kurulumu yanlış yapılan cihazlar dikkate alınmalıdır. Kontrol limitlerini çok aşan

sapmalara izin verildiği takdirde ortaya hatalı ürün çıkar. Üretim/tesis hataları

aşağıdaki şekilde sıralanabilir;

i. Talaşlı İşlem,

ii. Plastik Şekillendirme İşlemi,

iii. Isıl İşlem,

iv. Kaynak işlemi,

v. Temizleme / Son İşlem,

vi. Fabrikadaki Montaj / Kurulum ve

vii. Kalite kontrol Teknikleri

Talaşlı işlemden kaynaklanan hatalar;

Düşük kapasiteli talaşlı imalattan kaynaklanan çatlaklar, Küt takım ucundan

kaynaklanan mikro yapısal kusurlar ve Aşırı ısınmanın neden olduğu artık gerilmeler

olarak belirtilebilir.

Plastik şekillendirme işleminden kaynaklanan hatalar ise; şekillendirme/derin

çekmeden kaynaklanan çatlamalar, yırtılmalar veya boyun verme, haddeleme/bükme

yöntemleriyle vidaya/somuna diş açmada oluşan çıkıntılar, şekillendirmede oluşan

takım izleri ve çizikleri, işleme öncesinde kötü yüzey hazırlamadan kaynaklanan

yüzey yırtılmaları, şekillendirme gerilme değerinden kaynaklanan lüders çizgileri

oluşumu, delme, kesme işlemlerinden kaynaklanan mikro yapısal hasarlar, kaynak

sırasında meydana gelen sıçramalardan kaynaklanan aşırı ısınmalar, bilyeli dövme

26

işleminden kaynaklanan kırılma ve çıkıntılar ve uygun olmayan yağlayıcı

kullanımından kaynaklanan gerilmeli korozyon çatlağı oluşumu sayılabilir.

Tane büyümesi, faz dönüşümünün tamamlanmaması, su ile soğutma sırasında oluşan

kırılmalar, dekarbürizasyon, temperlenmemiş martenzit, temperleme gevrekliği,

uygun olmayan çökelti oluşturma, hassaslaşmış mikro yapı, homojen olmayan mikro

yapı ısıl işlemlerden kaynaklanan hatalar olarak sıralanabilir.

Kaynak işleminde ortaya çıkan hatalar; nüfuziyet eksiliği, ısı tesir altındaki bölgede

(ITAB) meydana gelen gevrek kırılma, ısı tesir altındaki bölgenin (ITAB)

hassasiyeti, artık gerilme çatlakları, cüruf inklüzyonları, kaynak dikişi sonundaki

bölgede krater oluşumu, şartnameye uygun olmayan dolgu metali kullanımı, sıcak

çatlaklar, düşük sıcaklıkta görülen çatlaklar, nemden kaynaklanan hidrojen

gevrekliği ve kaplama kirliliğinden kaynaklanan sıvı metal gevrekliği olarak

sayılabilir.

Temizleme/ Son İşlem yapılmasından kaynaklanan hatalar aşağıdaki şekilde

sıralanabilir;

• Malzemeye önceden yapılmış olan uygun olmayan temizleme şartlarından

kaynaklanan korozyon,

• Asitle temizleme yapılmasından kaynaklanan hidrojen gevrekliği veya

taneler arası etkileşim.

Fabrikadaki Montaj / Kurulum aşamasında ortaya çıkan hatalardan önemli olanları

aşağıda verilmiştir;

• Eksen kaçıklığı,

• Eksik/ Yanlış parça,

• Kurulumun uygun olarak yapılmaması,

• Bağlantı sistemi ve sıkma torkunun uygun olarak uygulanmaması,

• Takımın uygun seçilmemesi,

• Uygun olmayan değişiklikler ve

• Yetersiz yüzey hazırlığı.

27

İmal edilmiş parçaların son kontrollerinde uygulanan kontrol tekniklerinin

karakteristiklerinden kaynaklanan hatalar;

• Manyetik partikül muayenesinden kaynaklanan ark yanıkları,

• Asitli derin dağlamadan kaynaklanan gevrekleşme,

• Damgalama izlerinden oluşan yorulmuş veya su verme çatlakları olarak ifade

edilebilir (Anonim, 2002 (1)).

1.2.1.4. Servis Ömründeki Bozukluklar

Bir ürünün veya sistemin ömrünü ağırlıklı olarak servisteki çalışma şekli etkiler. Bir

ürünün servis ömrü bu ürünün çalışma şekli, bakımı, muayenesi, tamiri ve

modifiyesini içermektedir. Bu sayılan durumlardan herhangi birinde oluşan hasarı

tasarım aşamasında, malzeme temininde ve ürünlerin imalatı esnasında meydana

gelir. Bu duruma örnek olarak Şekil 1.5’te verilen hasara uğramış kompresörün

rotoru, kompresör kanadı ve rotor şaftı verilebilir. Şekil üzerindeki oklar kanadın

hasarlı kısımlarını göstermektedir. Ayrıca aynı kompresörün hasarlı kanadının kırık

yüzeyi Şekil 1.6’da verilmektedir. Şekil üzerindeki oklar kanadın düşük basınç

altındaki tarafında oluşan yorulmanın çatlak başlama noktalarını göstermektedir.

Şekil 1.7’de ise aynı hasarlı sistemde rotor şaftının kırık yüzeyi verilmektedir.

Kırılma büyük ve küçük çaplar arasında oluşmuştur. Oklar bazı çatlak başlama

bölgelerini göstermektedir (Anonim, 2002 (1)).

28

Şekil 1.5. Hasara uğramış kompresör rotoru (Anonim, 2002 (1))

Şekil 1.6. Kompresör kanadının kırılması yüzeyi (Anonim, 2002 (1))

29

Şekil 1.7. Hasara uğramış kompresör rotor şaftı (Anonim, 2002 (1))

Dikkatli bir hasar analizinde kanatların düşük basınç tarafında oluşan yorulma

çatlakları kompresörün normal çalışması esnasında sıkıştırma aşaması ile

açıklanabilir. Ancak kanaldaki akış özellikle belli bir bölgede engellenirse kanatlar

değişken gerilmelere maruz kalır. Bu durum kanat kırılmalarına neden olur. Daha

sonra şaft dinamik denge durumundan ayrılma ve hasara uğramış kanatların

sürtmesinden dolayı hasar görür.

Ürün veya sistemin öngörülen şartlara göre servis istenmeyen şartlarındaki

değişimlere aşağıdaki durumlar örnek olarak verilebilir;

i. Nehir suyu kullanılan soğutma suyu sistemlerinde ekosistemin

değişmesinden ortaya çıkan mikrobiyolojik etkileşim kaynaklı korozyon,

ii. Jet motorunda hatalı sensör bağlantılarından dolayı kablolar sonucu oluşan

aşırı sıcaklık yükselmesi sonucunda yüksek basınç kanat ömrü azalması.

Uygun olmayan servis esnasındaki bakıma aşağıdaki uygulamalar verilebilir;

i. Yeniden yapılandırma esnasındaki bağlantılarda oluşan eksen kaçıklığı şaftta

eğilme yükünün oluşmasına neden olur. Bunun sonucu olarak ta hasar oluşur.

30

ii. Yüksek ısı çevrimine hassas olan malzemenin kaynakla tamiri gevrek

kırılmaya ve sonrasında yorulma kırılmasına neden olur.

Uygun olmayan modifikasyonlara örnek olarak Şekil 1.8 ve Şekil 1.9’da gösterilen

bisiklet gidonunun sapında bulunan matkap deliklerinde yorulmanın başlaması ve

sonrasında oluşan hasar verilebilir (Anonim, 2002 (1)).

Şekil 1.8. Kullanım sonucu hasara uğramış bisiklet gidonu sapı (Anonim, 2002 (1))

Şekil 1.9. Kullanımda olan bisiklet gidonu kolunda bulunan matkap delikleriyle

bölünmüş çoklu yorulma başlangıçları 3x (Anonim, 2002 (1))

31

1.3. Hasar Çeşitleri

1.3.1. Malzemeye Etkiyen Faktörlerin Sınıflandırılması

Malzeme hasarlarının nedenlerini sınıflandırırken, hasarın oluşumunu hızlandıran

faktörler göz önünde tutulmalıdır. Faktör; direkt veya dolaylı olarak hasara neden

olan dış etki olarak tanımlanır. Bu etkileri anlamak temel nedenin kararlaştırılması

ve hasar analizinin etkisinin anlaşılması bakımından önemlidir. Ayrıca ortamdaki bu

faktörlerin etkisinin hafifletilmesi sonucu ortaya çıkan hasar duyarlılığındaki azalma

sık sık mantıksal bir çözüm olarak kullanılmaktadır. Faktörün hasara olan etkisi;

parça hassasiyeti, performans kriterleri, faktörün büyüklüğü ve malzemenin

hassasiyetine bağlı olarak değişmektedir. Sözü geçen faktörler aşağıda verilmiştir;

Mekanik: Statik, dinamik, değişken yükler, basınç, darbe ve imalat esnasında oluşan

artık gerilmeler; Kimyasal: Saldırgan bir kimyasal çevrede oluşan aşırı hassasiyet,

malzeme uyum sorunları; Elektrokimyasal: Malzemede suyun neden olduğu

korozyon hassasiyetinin oluşması; Isıl: Malzemede bozulmaya neden olan yüksek

sıcaklık; Radyasyon: Ultraviole ışınları, güneş ışınları, nükleer güç elde edilen

teçhizatın yaydığı iyonik radyasyon vb; Elektriksel: elektrik alanının mevcudiyetine

bağlı olan pratik elektrik gerilmeleri (Anonim, 2002 (1)).

1.3.2. Hasarın Sınıflandırılması

Hasarı sınıflandırmanın ve malzeme hasarının şekil, mekanizma veya nedene

dayanarak açıklamanın birçok yolu mevcuttur. Sınıflandırma sistemine bağlı olarak

malzemelerin fiziksel hasarı birçok kategoriye ayrılır. Aşağıda yapılan sınıflandırma

hasarı tanımlama, nedenlerini bulma ve bunun sonucunda hasarı önlemek için

alınması gereken önlemlerin belirlenmesinin en uygun yoludur.

Distorsiyon ve deformasyonlar, kırılma, korozyon, yorulma.

Yukarıda belirtilen bu dört kategori hasarın genel şeklini ifade eder ve hasarın çeşitli

temel mekanizmalarını içerir. Burada iki veya daha fazla mekanizma bazı hasarlarda

32

aynı anda meydana gelmesi göz önünde bulundurulması gereken önemli bir

faktördür.

Herhangi bir hasar oluşumunda malzeme performansı önemli bir role sahiptir.

Nitekim parça veya sistemin performansı fabrika koşullarında üretilen malzemelerin

davranışına bağlıdır. İki farklı metalin saldırgan bir çevreyle fiziksel temas sonucu

oluşan korozyon hasarları bu iki metalin kimyasal kompozisyonlarının sonucu

gösterdikleri elektrokimyasal davranış ile ilişkilendirilmesi örnek olarak verilebilir.

1.3.2.1. Çarpılma Hasarları

Çarpılma hasarı; parçanın fonksiyonlarını gereği gibi yapmasını engelleyen

geometrik değişiklikler oluştuğunda meydana gelir. Çarpılma hasarları sonucu

sistem veya eleman şu fonksiyonları yerine getiremez; Sistem veya eleman taşıması

gereken yükleri taşıyamaz hale gelir, sistem veya eleman yapması gereken işlevleri

yapamaz hale gelir, bir eleman diğer bir elemanın çalışmasını engeller.

Pompanın mil yatağının şişmesi, cıvata somun bağlantılarındaki plastik deformasyon

sonucu bağlantı sıkılığının ortadan kalkması, şasinin deformasyonu sonucu

otomobilin hareketinin önlenmesi ve valf gövdesinin aşırı yüklenmesi sonucu

meydana gelen çarpılma bu hasar tipine örnek olarak verilebilir.

Şekil 1.10. Valf gövdesinin aşırı yüklenmesi sonucu meydana gelen distorsiyon

(Anonim, 2002 (1))

33

Geometrik değişimler genelde hacim değişimleri (şişme, çekme) veya şekil

değişimleri (eğilme, bükülme) olarak ikiye ayrılır. Geometrik değişimlere bağlı

hasarların bilinen nedenleri uygun olmayan tasarım, yük altındaki katılık, gerilmeye

bağlı malzeme çözülmesi ve kullanım esnasındaki düzensiz ısıtma olarak ifade

edilebilir.

Çarpılma hasarları plastik veya elastik şekilde olabilir. Bir sisteme etki eden

deformasyonun sistem üzerinde nasıl bir çarpılma hasarı oluşturacağı o sisteme ait

elemanların boyutu ve geometrisindeki sınırlamalara, elemanlarının hassasiyetine ve

bu elemanlardan beklenen işlevlere dayanmaktadır.

Plastik Çarpılma Hasarları: Bu tip hasarlar uygulanan yüklerin elemanda akma

oluşturacak şekilde artmasıyla oluşur. Plastik çarpılma hasarları elemanda kalıcı

boyut ve şekil değişimlerine neden olduğu için kolaylıkla fark edilebilen hasarlardır.

Bu hasarlar bazen başka bir hasarın sonucu ortaya çıkar. Bu tip hasarı önlemek

amacıyla yapılan tasarımlarda göz önünde bulundurulması gereken malzeme

parametresi akma dayanımıdır.

Elastik Çarpılma Hasarları ikiye ayrılır: Burkulma; büyük basma yüklerine maruz

kalan uzun narin çubuklarda görülen hasar çeşididir. Pratikte dikkat edilmesi

gereken husus basma kuvvetlerinin ekseni ile çubuk ekseninin çakışmamış

olmasıdır. Bunun sonucu olarak da çubuk merkezinde eğilme momenti meydana

gelir. Çubuğa uygulanan düşük yük nedeniyle çubuk yana doğru hafif bir sehim

yapıyorsa çubukta oluşan bu sehim çubuğun elastik geri getirme kuvvetleriyle

ortadan kaldırılır ve çubuk eski konumunu alır. Yani bu durumda sistem kararlı

denge konumundadır. Çubuğa uygulanan yük artırılarak kritik yük değerine

getirildiğinde doğal denge durumuna ulaşılır ve çubuk sehim değerini korur. Bu

denge durumunda elastik geri getirme kuvvetleri ile burkulma kuvvetleri eşittir.

Çubuğa uygulanan yük değeri kritik değerin üzerine çıkarıldığında ise elastik hasar

meydana gelir. Kritik yükün değeri, çubuğun elastiklik modülü ve kesit atalet

momentiyle doğru, çubuk uzunluğu ile ters orantılı olduğu unutulmamalıdır. Bu tip

hasarı önlemek amacıyla yapılan tasarımlarda göz önünde bulundurulması gereken

34

malzeme parametresi elastik modülüdür. Sıkışma; elastik deformasyonların aşırı

büyük olması sonucu sıkışma yoluyla hasar meydana gelir. Bu tip hasarı önlemek

amacıyla yapılan tasarımlarda göz önünde bulundurulması gereken malzeme

parametresi elastik modülüdür.

1.3.2.2. Kırılma

Kırılma genelde malzemenin ayrılması olarak tanımlanır. Daha geniş bir tanımlama

yapılırsa bir cismin mevcut olan veya sonradan oluşan bir çatlağın, cismin

uygulanan gerilmelerin etkisi altında, ilerleyerek cismi iki veya daha çok parçaya

ayırmasına kırılma adı verilir (Eryürek, 1993). Kırılma çatlağın oluşması ve

ilerlemesi olarak iki aşamadan oluşur. Malzemede oluşan çatlak ilerlemesi kararsız

veya kararlı olabilir. Kararlı çatlak ilerlemesi daha sonra kararsız hal alabilir. Kararlı

çatlak ilerlemesinde çatlak boyunu artırmak için yükü belirli miktar artırmak

gerekirken, karasız çatlak ilerlemesinde böyle bir yük artışına gerek kalmadan çatlak

ilerler.

Yük altındaki malzemelerin davranışların anlaşılması kırılma şeklinin

belirlenmesinde önemli bir faktördür. Malzemelerin yük altındaki makroskobik

davranışları çekme deneyi ile belirlenir. Şekil 1.11’de farklı malzemelerin gerilme-

gerinme diyagramları gösterilmektedir. Eğrilerden biri yumuşak çeliğe diğerleri ise

değişik malzemelere aittir. Sünek malzemeler gevrek malzemelere göre daha büyük

gerinme değerlerine sahiptir. Sünek malzemelerde görülen, üniform olmayan ve

kararsız enine çekilme sonucu ortaya çıkan boyun verme olayı bu malzemelerin aşırı

yüklendiğinin bir kanıtıdır. Gerilme hesaplanırken ilk enine kesit bölgesinin göz

önünde tutulması gerilme değerini azaltır ve gerçek gerilme-gerinme diyagramı ile

mühendislik gerilme-gerinme diyagramlarının farklılaşmasına neden olur.

35

Şekil 1.11. Tipik gerilme-gerinme diyagramı (Anonim, 2002 (1))

Kırılma gevrek kırılma ve sünek kırılma olarak iki gruba ayrılır: Sünek Kırılma;

Çatlağın bulunduğu kesitin tamamı plastik şekil değiştirdikten sonra kararsız çatlak

ilerlemesi oluşuyorsa bu tip kırılmaya sünek kırılma adı verilir (Şekil 1.12).

Şekil 1.12. Sünek kırılma (Zamanzadeh vd.,2004)

Sünek kırılma ile ilgili aşağıdaki pratik sonuçlara ulaşılır;

Kırılma öncesinde büyük miktarda plastik deformasyon vardır, malzemenin tokluğu

(kırılmadan önce plastik deformasyonla enerji absorbe etme yeteneği) büyüktür,

36

kırılma genel akma gerilmesinden büyük gerilme değerinde oluşur. Yani, parça

kırılmadan önce eğilir (Eryürek, 1993).

Gevrek Kırılma; Sünek kırılmanın aksine kesidin tamamı plastik şekil değiştirdikten

sonra kararsız çatlak ilerlemesi oluşmuyorsa bu tip kırılmaya gevrek kırılma adı

verilir (Şekil 1.13).

Şekil 1.13. Gevrek kırılma (Zamanzadeh vd.,2004)

Gevrek kırılma ile ilgili aşağıdaki pratik sonuçlara ulaşılır;

Kırılma öncesinde çok az plastik deformasyon vardır, malzemenin tokluğu düşüktür,

kırılma, parçanın genel akma gerilmesinden küçük gerilme değerinde oluşur. Yani,

parça eğilmeden önce kırılır (Eryürek, 1993). Gevrek olarak kırılan bir elemanın

kırılan parçaları bir araya getirildiğinde elemanın kırılmadan önceki boyut ve şeklin

aynısı ortaya çıkar. Ancak sünek kırılmada böyle bir şeyle karşılaşmak mümkün

değildir.

Önemli Kırılma Mekanizmaları

Kırılma aşamalarından biri olan çatlak ilerlemesi üç değişik mikro mekanizmayla

meydana gelmektedir. Bunlar; Mikroboşluk Birleşmesiyle Çatlak İlerlemesi;

Ayrılma(Clevage) ile Çatlak İlerlemesi; Taneler-arası Çatlak İlerlemesi.

Mikro Boşluk Birleşmesiyle Çatlak İlerlemesi: Bu tip kırılmaya yırtılma veya

lifli kırılma adı da verilir. Bu kırılma tipinde oluşan çatlak ilerlemesi, maksimum

37

kayma gerilmesi düzlemlerindeki plastik deformasyonlar sonucunda metalik

olmayan kalıntılarla metal arasındaki bağların kopup mikro boşlukların oluşmasıyla

başlar. Oluşan bu mikro boşluklar daha sonra yine plastik deformasyon sonucunda

birleşerek çatlağın ilerlemesine neden olur. Bu tip kırılmada kırılma yüzeyi

çukurluklu bir görüntüye sahiptir. Bu tür çatlak ilerlemesi şematik olarak Şekil 1.14.

a’ da gösterilmektedir.

Ayrılma(Clevage) ile Çatlak İlerlemesi: Bu çatlak ilerleme mekanizması hacim

merkezli kübik yapıya sahip metallerde ve özellikle de çeliklerde görülür. Ayrılma

kırılmasının başlaması için yerel plastik deformasyonlar gereklidir. Ancak tane

içinde çatlağın ilerlemesi esnasında plastik deformasyon meydana gelmez. Ayrılma

yüzeyi her bir tane için farklı doğrultuda olduğundan çatlak ilerlemesi de bir taneden

diğerine geçerken farklı doğrultuda hareket eder. Bunun sonucu olarak ta kırılma

yüzeyi taneli bir görüntüye sahiptir. Bu tür çatlak ilerlemesi şematik olarak Şekil

1.14.b’ de gösterilmektedir.

Taneler-arası Çatlak İlerlemesi: Tane sınırlarının dayanımı tane içi dayanıma

nazaran daha yüksek olduğu için çoğunlukla tane-içi çatlak ilerlemesi oluşur. Ancak

tane sınırında sınırları gevrekleştirici bir faz mevcutsa tane sınırı tane içine nazaran

daha zayıf hale gelir ve çatlama bu bölgede meydana gelir. Bu tür çatlak ilerlemesi

şematik olarak Şekil 1.14.c ’de gösterilmektedir.

38

Şekil 1.14. Metallerde görülen 3 kırılma mikro mekanizması a) Mikro boşluk

birleşmesiyle çatlak ilerlemesi b) Ayrılma(clevage) ile çatlak ilerlemesi c) Taneler-

arası çatlak ilerlemesi (Anonim, 2002 (1))

1.3.2.3. Korozyon

Korozyon, malzemenin kimyasal olarak hasar uğraması sonucu malzemede ve

özelliklerinde oluşan bozulma olarak tanımlanabilir. Korozyon malzemeyi hasara

uğratır veya diğer hasar yöntemlerine karşı malzemeyi hassaslaştırır. Bir hasarda

korozyon etkisini incelerken çeşitli faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. Bu

faktörler; korozyonun çeşidi, korozyonun oranı, korozyonun kapsamı (büyüklüğü),

korozyon ve diğer hasar mekanizmaları arasındaki etkileşim olarak belirtilebilir

(http://www.materialsengineer.com/CA-fatigue.htm).Korozyon doğal bir olay olup

tamamen önlenmesi nadir görülen bir olaydır. Fakat uygun malzeme seçimi, uygun

39

tasarım, kaplama veya çevre şartlarını iyileştirme gibi yöntemlerle korozyonun etkisi

azaltılabilir. Metal veya metal olmayan kaplama çeşitleri metalleri korozyondan

korumak amacıyla sık sık kullanılan yöntemdir. Metalin veya metallerin

tanımlanması, metalin maruz kaldığı çevrenin belirlenmesi, yabancı madde ve/veya

metalin yüzey tabakası hasar tespiti yapılırken dikkat edilmesi gereken önemli

parametrelerdir. Korozyon elektrokimyasal korozyon ve özel korozyon türleri olarak

iki ana gruba ayrılır.

Elektrokimyasal Korozyon: Metalin bulunduğu ortam elektriği iletmiyorsa

kimyasal korozyon oluşur. Buna karşın metal elektriği ileten bir ortamda

bulunuyorsa ve korozyon hücresi oluşuyorsa elektrokimyasal korozyon meydana

gelir. Her iki korozyon türünde de farklı korozyon ürünleri meydana gelir. Çeliğin

oksidasyonu sonucunda kimyasal korozyon ürünü olarak tufal (FexOy) oluşurken,

elektrokimyasal ürünü olarak pas (Fe(OH)3) ortaya çıkar. Elektrokimyasal

korozyonun meydana gelmesi için gerekli olan korozyon hücresi birbirine elektriksel

temas halinde bulunan anot ve katot ismindeki iki elektrot ve bu elektrotların içinde

bulunduğu iletken bir sıvı ortamdan oluşmaktadır. Tipik bir korozyon hücresi Şekil

1.15’te verilmektedir (Eryürek,1993).

Şekil 1.15. Tipik Bir Korozyon Hücresi (Eryürek,1993)

40

Korozyon Hasarlarının Analizi:

Hasar analiz uzmanı korozyonun hasara olan etkisini araştırırken çeşitli faktörleri

göz önünde bulundurmalıdır. Korozyona etki eden faktörleri şu şekilde

sıralayabiliriz;

• Korozyonun tipi, hızı,

• Korozyonun ilerleme miktarı,

• Ortam ve bu metalle temasta olan metal yüzeyinin doğası ve bileşimi,

• Metal-ortam ara yüzeyindeki sıcaklık ve sıcaklık gradyanı,

• Metal parçadaki veya montajdaki aralıklar,

• Metal parça ile ortam arasındaki izafi hareket.

Hasar bölgesinde bulunan korozyon ürünleri korozyon hasarının varlığını ortaya

çıkarır. Korozyon hasarlarında dikkat edilmesi gereken en önemli husus parçanın

maruz kaldığı ortamın özellikleri olmalıdır.

Hasara korozyonun etkisi araştırılırken aşağıda verilen faktörler göz önünde

bulundurulmalıdır:

i. Hasara uğramış parçaların yapıldığı metal veya metallerin kimyasal

bileşiminde tasarımda istenilen kimyasal bileşimden önemli ölçüde sapmalar

olup olmadığına bakılmalıdır.

ii. Metal yüzeyinde herhangi bir heterojenliğin olup olmadığına bakılır. Korozif

ortamlarda kullanılan metallerin yüzeylerinin heterojenlikleri nedeniyle

önemli ölçüde korozyon hasarı oluşturmaktadır.

iii. Metal yüzeyinde bulunan kalıntıların zararlı maddeler mi yoksa korozyon

ürünlerini kalıntısı mı olduğu veya metal yüzeyi üzerindeki tabakanın

metalin kimyasal bileşiminden farklı bileşimde olup olmadığının

araştırılması gerekir.

iv. Hasara uğramış parçanın maruz kaldığı ortamın hem hacimsel bileşimi hem

de hasar yerinde metal-ortam ara yüzeyindeki yerel bileşiminin bilinmesi

gerekir (Eryürek, 1993).

41

1.3.2.4. Yorulma

Yorulma şekil değiştirmeler veya tekrarlı gerilmeler sonucu malzemede oluşan

kırılma olarak tanımlanabilir. Yorulma hasarı ise tekrarlanan yükleme sonucu

meydana gelir ve malzeme üzerindeki değişen gerilme ve gerinmelere bağlı olarak

aşamalı biçimde oluşur (http://www.materialsengineer.com/CA-fatigue.htm). Tipik

bir yorulma hasarı şekil 1.16’da verilmiştir.

Şekil 1.16. Yorulma (Zamanzadeh vd.,2004)

Yorulma çatlakları; takım izleri, çizikler, çentikler, yüksek gerilme bölgeleri ve

korozyon çukurları gibi etkenlerle oluşabilir. Çatlak uçlarında malzeme plastik

özellik gösterirken, çatlak uçlarına yakın mesafelerde ise malzeme elastik özellik

göstermektedir. Yüksek devirli yorulma çatlakları geniş yük dalgalanmalarıyla

oluşan ve düşük gerinme genliklerinde meydana gelir (Şekil 1.17. a). Düşük devirli

yorulma çatlakları; yüksek gerinme genliklerinde oluşur (Şekil 1.17. b). Termal

yorulma çatlakları ise parçadaki sıcaklık gradyenleri sonucu oluşur.

42

Şekil 1.17. (a)Yüksek Devirli Yorulma (b)Düşük Devirli Yorulma (Zamanzadeh

vd.,2004)

Korozyon yorulması, dalgalı veya tekrarlanan gerilme ve hasara neden olan bir

çevreden dolayı meydana gelir. Genelde korozyon yorulması yüzeyde korozyon

çukurlarına neden olur (Şekil 1.18). Çevre; çatlağın büyümesine veya çatlağın

oluşmasına veya her iki durumun oluşmasında önemli etkiye sahiptir. Örneğin tuzlu

suda yüksek dayanımlı çeliklerin devir sayısı 10milyon devir iken kuru havada bu

değer %10 daha fazladır.

Şekil 1.18 Korozyon çukurunun yorulma çatlağına gerilme toplayıcı etkisi

göstermesi (Zamanzadeh vd.,2004)

Yorulma 3 aşamadan meydana gelir; İlk çatlağın oluşumu(çekirdeklenme),Parça

boyunca çatlağın ilerlemesi ve Kırılma. Yorulma hasarında çatlağın oluşumu ve

43

çatlağın ilerlemesi aşamaları plastik deformasyon sonucu meydana gelen yorulma

aşamalarıdır. Kırılma safhası ise ömrün en son tekrarında meydana gelir. Değişik

uygulamalarda yorulma aşamalarının önem derecesi değişeceğinden her bir yorulma

aşaması detaylı biçimde incelenmelidir.

Yorulma çatlağı genellikle malzeme yüzeyinde oluşur. Bunun nedenleri aşağıdaki

gibi sıralanabilir:

i. Bazı yükleme hallerinde(burulma, eğilme),gerilmeler yüzeyde en büyük

değeri alır.

ii. Yüzey pürüzlülüğü gerilme yığılmalarına neden olur.

iii. Yüzeyler dış ortamdan etkilenir.

iv. Yüzeyde düzlem gerilme halinin olması nedeniyle burada plastik şekil

değişimi daha kolaydır (Eryürek, 1993).

1.4. Malzemelere Uygulanan İşlemler

Mühendislik malzemelerinin yapı ve özelliklerini incelemek amacıyla malzeme

muayenesi yapılır. Malzeme muayenesi tahribatlı muayene ve tahribatsız muayene

olmak üzere iki grupta incelenir. Penetran sıvı ile muayene, manyetik tozla

muayene, gözle muayene, ultrasonik dalga ile muayene gibi tahribatsız muayene

yöntemleri birinci bölümde ele alınmıştır.

Mühendislik malzemelerin seçiminde sertlik, süneklik ve mukavemet gibi mekanik

özelliklere bakılır. Bu mekanik özellikler ise malzeme içyapısına bağlıdır. Malzeme

içi yapıları hakkında bilgi almak amacıyla metalografi deneyleri yapılır.

Mühendislik malzemelerinin statik yük altındaki davranışlarını ve statik yüke

dayanımlarını belirlemek amacıyla çekme veya basma deneyleri yapılır. Benzer

şekilde malzemelerin darbeli yük altındaki davranışları darbe veya çarpma

deneyleriyle incelenir. Ayrıca malzemelerin kesilmeye, aşınmaya yani plastik

deformasyona karşı direnci ise sertlik deneyleriyle ölçülür. Tüm bu deneyler

tahribatlı malzeme muayenesi için gerekli yöntemleri kapsamaktadır. Çalışmanın bu

44

bölümünde malzemelerin tahribatlı muayene yöntemlerine ve malzemelere

uygulanan ısıl işlemlere genel bir bakış amaçlanmıştır.

1.4.1. Çekme Deneyi

Bu deneyin yapılış amacı malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve

belirlenen mekanik davranışlara göre sınıflandırılmanın yapılmasıdır. Çekme deneyi

sonucunda elde edilen veriler direkt olarak mühendislik hesaplarında kullanılır. Bu

nedenle çekme deneyi malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla

kullanılan en yaygın tahribatlı muayene yöntemidir.

Çekme deneyleri üniversal çekme cihazlarında yapılır. Hazırlanan numune bu

cihazlara takılarak üzerine kuvvet tatbik edilerek çekilmeye başlanır. Çekme

esnasında malzeme iki tür davranış gösterir. Belli bir yük değerine kadar malzeme

uygulanan yük ile doğru orantılı olarak uzar. Yük uygulanmaya devam edilir ve bir

noktadan sonra uzamanın yük ile orantılı olarak artmadığı tespit edilir. Bu noktaya

erişinceye kadar numune üzerine uygulanan yük kaldırıldığında numune başlangıç

ölçülerine döner yani uzama ortadan kalkar. Malzemenin gösterdiği bu davranışa

elastik şekil değiştirme, bu davranışın sona erdiği noktaya ise elastik sınır adı verilir.

Bu sınırlar içerisinde Hooke Kanunu geçerli olmaktadır. Numuneye uygulanan yük

artırılmaya devam edilir ve elastik sınır geçilirse numune boyunda ani uzamalar

görülür. Bu durumda yük kaldırılırsa bile numune başlangıç boyutlarına dönmez.

Malzemenin gösterdiği bu davranışa ise plastik şekil değiştirme adı verilir. Plastik

şekil değiştirme bölgesinde kalıcı boyut değişikliği söz konusudur. Numuneye

uygulanan yük artırılmaya devam edilir ve yük belli bir değere eriştiğinde

numunenin ince kısmında boyun verme olayı görüşür. Yük azaltılırsa bile

deformasyon numune kırılıncaya kadar devam eder.

1.4.1.1. Çekme Numuneleri

Çekme deneyi sonunda elde edilecek malzemenin mekanik özellikleri büyük oranda

çekme numunesinin alındığı malzemenin imalat şekline, numunenin alınış şekli ve

45

yönüne numune boyutlarına ve numune şekline bağlı olmasının yanında deney

şartlarına bağlıdır.

Çekme deneyi numuneleri hazırlanmasının kolay ve hesaplar da kolaylık sağlaması

bakımından yuvarlak kesitli veya dikdörtgen kesitli olarak hazırlanırlar. Türk

standartlarında TS 138 A,B,C,D,E,F olmak üzere altı tip çekme deneyi numunesi

bulunur. Şekil 1.19’da TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire kesitli silindirik

başlı çekme numunesi örneği verilmiştir.

Şekil 1.19. TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire kesitli silindirik başlı çekme

numunesi (Savaşkan, 1999)

Şekil üzerindeki ifadeler şu şekilde tanımlanabilir;

d0: Numune çapı;

d1: Baş çapı (d1=1,2d0) ;

lv: inceltilmiş kısmın uzunluğu (l0+d0) ;

l0:ölçü uzunluğu (l0=5d0) ;

lt: toplam uzunluk;

h: baş kısmın uzunluğu (Savaşkan, 1999).

1.4.1.2. Çekme Deneyinden Elde Edilen Değerler ve Özellikler

Çekme deneyi sonucu aşağıda verilen değerler elde edilir.

46

Elastisite Modülü (E) : Kuvvet ile uzamanın orantılı olduğu bölgedeki doğrunun

eğimine elastisite modülü adı verilir. Bu bölgede Hooke Kanunu geçerlidir.

sabitTann

n==⋅⋅⋅⋅===

ε

σ

ε

σ

ε

σα

2

2

1

1 (2.1)

Tanα = E denilirse;

ε

σ=Ε (2.2.)

ifadesi elde edilir.

Burada 2( mmNσ )gerilme, 0λ

λε

∆= (

mm

mm) birim uzama olmak üzere )( 2mmNΕ

olarak elastisite modülüdür.

Rezilyans( Π ): Malzemenin elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği

enerjiyi, şekil değişimini yapan kuvvetin kaldırılması ile geri verme özelliğine

rezilyans adı verilir. Rezilyans rezilyans modülü ile ölçülür (Can, 2006).

=Π εσ a2

1 (2.3)

Ε=

aσε eşitliğini 2.3 eşitliğinde yerine yazarsak;

Ε=Π

2

2aσ

(2.4)

ifadesi elde edilir.

47

Burada; Π ( 2mmN )rezilyans modülü, aσ ( 2mmN )malzemenin akma gerilmesi,

E ( 2mmN )malzemenin elastisite modülüdür.

Tokluk: Malzemenin plastik şekil değiştirme esnasında enerji absorbe etme

yeteneğine tokluk adı verilir. Çekme diyagramı altında kalan alan tokluk modülünü

ifade eder.

Akma Dayanımı (aσ ): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit

kalmasına karşın plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde artığı ve çekme

diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği bölgeye karşı gelen gerilme değeridir

(Savaşkan, 1999).Akmanın ilk başladığı noktaya üst akma sınırı ( üa.σ ) ve akmanın

devam ettiği ortalama gerilme değerine de alt akma sınırı ( aa.σ ) adı verilir.

Çekme Dayanımı( çσ ): Çekme dayanımı; bir malzemenin kopmadan veya

kırılmadan dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanabilir

(Savaşkan, 1999).Bu gerilme değeri;

0

max

A

Fç =σ (2.5)

ifadesi ile bulunur.

Burada maxF (N)malzemeye uygulanan en büyük kuvvet, A0(mm2)malzemenin ilk

kesit alanı olarak tanımlanabilir.

Kopma Uzaması( 5%Α ): Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en yüksek

yüzde plastik uzama miktarına kopma uzaması adı verilir. Kopma uzaması;

100)(%0

5 xl

l∆=Α (2.6)

ifadesi ile bulunur.

48

Burada )(0 mmlll kop −=∆ olup lkop (mm) kopma anındaki numune uzunluğu ve

l0(mm) ilk numune uzunluğu olarak tanımlanır.

Kopma Büzülmesi (Kesit Daralması)(%z): Kopma büzülmesi çekme örneğinin

kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma ya da büzülme miktarı olarak

tanımlanabilir (Savaşkan, 1999). Kopma büzülmesi;

100%0

0 xA

AAz k−

= (2.7)

ifadesi ile elde edilir.

Burada A0 (mm2) orijinal kesit alanı ve Ak (mm2) kopma anındaki kesit alanıdır.

1.4.2. Basma Deneyi

Basma deneyi prensip olarak çekme deneyi ile aynı olmasına rağmen hazırlanan

numunelere basma kuvveti uygulamak suretiyle yapılır. Basma deneyi basma

kuvvetlerinin etkin olduğu uygulamalarda gevrek malzemelerin mukavemet

değerlerinin belirlenmesinde kullanılan bir yöntemdir. Basma deneyinde akma sınırı

basıya ve ezilmeye zorlanan sünek malzemelerin dayanım sınırı olarak alınır ve

aşağıda verilen 2.8 bağıntısıyla hesaplanır (Can, 2006):

0S

FA

bA =σ (2.8)

Basma deneyinde numunelerin ilgili standartlarda uygun olarak yapılması

gerekmektedir. Basma deneyinde daha çok yüksekliğin (h0) , çapına (d0) oranı 1,5

ila 10 arasında değişen numuneler tercih edilir (1,5 1000 ≤≤ dh ) (Savaşkan, 1999).

Basma deneyi sonucunda malzemelerin basma diyagramı elde edilir. Basma

diyagramı çekme diyagramına benzemektedir. Basma diyagramının elastik

49

deformasyonu gösteren kısmı çekme diyagramının elastik kısmı gibidir. Ayrıca

akma sınırından sonra basma diyagramında da plastik deformasyon aşaması

meydana gelmektedir. Basma diyagramında plastik deformasyonu gösteren kısmın

ilk aşaması çekme diyagramının plastik deformasyon bölgesinin ilk devresini andırır

ancak çekme diyagramında maksimum noktadan sonra gerilme değerinde bir azalma

meydana gelirken basma diyagramında gerilme artar. Yani basma eğrisinin eğiminde

artış meydana gelir. Bu durum, basma sırasında örnek kesitinin devamlı artmasından

kaynaklanır (Savaşkan, 1999).

1.4.3. Çentik Darbe Deneyi

Mühendislikte darbe bir elemana ya da yapıya uygulanan dış yükün doğal titreşim

periyodunun üçte birinden daha kısa zamanda uygulanması olarak tanımlanmaktadır.

Bazı yapı elemanları veya makine parçaları çalışırken darbeli yüklere maruz kalırlar.

Bu şekilde darbeli yüklemeye maruz kalan elemanların veya parçaların çarpma

dayanımları yavaş yükleme durumundaki statik mukavemet değerlerinden çok daha

küçüktür (Can, 2006).

Çentik darbe deneyi malzemelerin çarpma dayanımlarını ya da kırılma enerjilerini

ölçmek amacıyla yapılır. Çentik darbe deneyi standart çentik içeren bir numunenin

darbe etkisi ile kırılması için gerekli enerjinin ölçülmesi esasına dayanmaktadır.

Ölçülen bu enerji darbe dayanımı (direnci) olarak adlandırılır ve birimi joule’dür.

Uygulamada Charpy ve İzod olmak üzere iki çeşit darbe deneyi mevcuttur. Charpy

deneyinin prensibi iki mesnede yatay olarak yaslanan basit bir kiriş durumundaki

numunenin çentik tabanına bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılıp kırılması için

harcanan enerjinin ölçülmesi esasına dayanmaktadır. İzod deneyinde ise numune

kavrama çenesine dikey tespit edilir ve yüzeyine kavrama çenesinden belirli

yükseklikte bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe uygulanır. Şekil 1.20’de Charpy

deneyinin çalışma prensibi verilmektedir. Bu deneyde ağırlığı G olan bir sarkaç h1

yüksekliğine çıkarıldığında potansiyel enerjisi Gxh1 olur. Sarkaç bu yükseklikten

serbest bırakıldığında düşey bir düzlem içerisinde örneğe çarparak onu kırar ve diğer

50

yönde h2 yüksekliğine kadar çıkar. Numunenin kırılmasından sonraki sarkacın sahip

olduğu potansiyel enerji Gxh2 olur. Sarkacın ilk durumundaki potansiyel enerjisi ile

son durumundaki potansiyel enerjisi arasındaki fark örneğin kırılması için gerekli

enerjiyi yani darbe direncini verir (Savaşkan, 1999).

Şekil 1.20. Charpy deneyinin çalışma prensibi (Savaşkan, 1999)

Kırılma enerjisi 2.9 eşitliğinde verildiği şekilde ifade edilir.

K.E. = Gh1-Gh2 = G l ( cosβ-cosα ) (2.9)

Burada h1(mm) düşme yüksekliği, h2 (mm) çıkma yüksekliği, l (mm) sarkaç boyu,

α(º) düşme açısı ve β(º) yükselme açısıdır.

Çentik darbe deneyi çelik malzemelerde uygulanan ısıl işlemin doğruluğunun

kontrolünde kullanılır. Malzemenin bileşimi darbe direncine etki eden

faktörlerdendir.

51

1.4.4. Eğme Deneyi

Eğme; iki destek üzerinde serbest biçimde yerleştirilen daire veya dikdörtgen kesitli

bir deney numunesinin ortasına kuvvet uygulandığında numunede meydana gelen

şekil değişimi olarak tanımlanabilir. Eğme deneyi prensip olarak numunenin kuvvet

etkisi ile belirli bir çapta olan mandrel etrafında eğilmesi esasına dayanır. Eğer bu

eğme esnasında numune kırılmazsa 180 derecelik eğilme için gerekli kuvvet ölçülür.

Numune kırılırsa kırılma esnasındaki uygulanan yük ve eğilme açısı ölçülür. Eğme

deneyinin numuneleri yuvarlak kesitli ve nadiren dikdörtgen kesitli olabilir.

Numunelerin cihaza bağlanma sorunu yoktur. Eğme deneyi numunenin mesnetlere

temas noktaları ve yük uygulama noktalarının toplam sayısına göre üç noktadan

eğme veya dört noktadan eğme deneyi gibi değişik gruplara ayrılır.

Eğme deneyinin yapılmasının esas amacı malzemelerin soğuk halde çatlamadan

katlanabilme özelliklerinin belirlenmesidir. Eğmeye tabi tutulan numunenin enine

kesitinde basma ve çekme gerilmeleri meydana gelir. Eğme deneyi sonunda gerilme-

sehim eğrileri çizilir, malzemelerin şekil değiştirme özellikleri belirlenerek eğilme

momenti, eğilme dayanımı, eğilme miktarı be esneklik modülü gibi değerler

hesaplanabilir (Savaşkan, 1999).

1.4.5. Sertlik Deneyi

Sertlik; bir malzemenin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı

gösterdiği direnç olarak tanımlanabilir. Diğer bir ifadeyle sertlik bir malzemenin

dislokasyon hareketine veya plastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir

(Savaşkan, 1999).Sertlik izafi bir ölçü olup malzemenin temel bir özelliği değildir.

Bu nedenle malzemelerin sertlikleri ölçülürken genelde başka malzemelerin sertliği

ile kıyaslama yapılır.

Sertlik deneyi prensip olarak bir malzemenin yüzeyine batırılan bir uca veya kesici

takıma karşı gösterdiği direncin ölçülmesi esasına dayanır. Malzemeye batırılan

uçlar piramit, bilye veya koni biçiminde olup genelde elmas, sinterlenmiş tungsten

52

karbür veya sertleştirilmiş çelik gibi sertliği deney malzemesinin sertliğinden daha

fazla olan malzemelerden yapılır (Savaşkan, 1999).

Sertlik işleminin çok yaygın kullanılması, uygulamada çok sayıda farklı malzeme

bulunması ve bu malzemelerin sertliklerinin belirlenmesinde aynı yöntemlerin

kullanılamaması gibi nedenlerden dolayı değişik sertlik ölçme yöntemleri

geliştirilmiştir. Sertlik deneyinde her ne kadar ölçüm sonrasında malzeme üzerinde

iz kalıyorsa da çok özel durumlar dışında tahribatsız bir muayene yöntemi olarak

kabul edilebilir. Sertlik deneyini üç ana grupta toplamak mümkündür.

1.4.5.1. Statik Sertlik Ölçme Yöntemleri

Bu yöntem; batıcı bir uç aracılığıyla parçaya uygulanan yükün oluşturduğu izin

büyüklüğünün ölçülmesi esasına dayanır. Yükün büyüklüğü, batıcı ucun cinsi ve

yükün uygulama süresi gibi faktörlere göre Brinell,Rockwell,Vickers ve Knoop

ölçme yöntemleri olarak sınıflandırılır.

Brinell Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu deney prensip olarak sertleştirilmiş çelik veya tungsten karbürden yapılmış bir

bilyenin belirli bir yük ile malzeme yüzeyine bastırılarak malzeme yüzeyinde oluşan

izin çapının ölçülmesi esasına dayanır. Brinell sertlik değeri;

BSD=A

F (2.10)

şeklinde ifade edilir.

Burada F (kg) uygulanan yük ve A(mm2) malzeme yüzeyinde oluşan küresel alanı

olup 2/)( 22 dDDDA −−= π formülü ile ifade edilir. (D: Bilye çapı, d: iz çapı)

Brinell sertlik değerinin birimi kg/mm2 olarak ifade edilir. Standart deney şartlarına

bilye çapı 10mm ve uygulama süresi 10–15 saniye arasında değişir.

53

Brinell sertlik ölçme yönteminin sağlıklı yapılabilmesi için şunlara dikkat

edilmelidir;

i. Sertliği ölçülecek malzemenin kalınlığı minimum olarak iz derinliğinin sekiz

katı olmalıdır.(k=8h)

ii. Ölçüm yapılacak bölgenin kenardan uzaklığı minimum 2,5xBilye çapı kadar

olmalıdır. Ayrıca iki iz arasında 4x Bilye çapı mesafesi bırakılmalıdır.

iii. Sertlik ölçümünde en az üç ölçüm yapılarak aritmetik ortalama alınmalıdır.

iv. İnce saçlar üst üste konularak ölçüm yapılmalıdır.

v. Sertliği ölçülecek parçanın yüzeyi düz, parlatılmış olmalıdır. Eğer parlatma

pratik olarak mümkün değilse hassas işleme veya taşlama yapılmış yüzeyler

tercih edilebilir.

vi. Isıl işlem görmüş parçaların yüzeyinden talaş kaldırıldıktan sonra ölçüm

yapılmalıdır.

Rockwell Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu yöntemde standart bir batıcı uç genelde 10kg gibi küçük bir yük malzeme

yüzeyine bastırılır. Oluşan izin dip noktası başlangıç noktası olarak alınır. Daha

sonra yük yüksek bir değere çıkartılıp tekrar önceki değerine indirilir. Uzun batma

derinliğinde meydana gelen artışa göre Rockwell sertlik değeri belirlenir (Savaşkan,

1999).Bu yöntemde ön yük ve esas yük olmak üzere iki ayrı yük uygulanılır. Burada

ön yükü uygulamadaki amaç parça yüzeyindeki düzgünsüzlüklerin ve dalma

bölgesinde meydana gelecek uygunsuz deformasyonun ölçüm sonuçlarına olan

etkisini ortadan kaldırmaktadır. Uygulanan yük sabit olup 10 kgf’dir. Bu yöntemde

elmas koni ya da çelik bilye olmak üzere iki çeşit batıcı uç kullanılır. Bilye tipindeki

batıcı uçların çapları yaklaşık 1.6mm,3.2mm,6.35mm ve 12,7mm olup; elmas

koninin tepe açısı 120º ve tepe noktası yarıçapı 0,2mm olan bir küreden

oluşmaktadır. Rockwell sertlik değeri standart skalalardan birine göre ölçülür ve

batma derinliğine karşı gelen birimsiz bir sayı ile gösterilir. Bir malzemenin

Rockwell cinsinden ölçülen sertlik değeri 100 rakamını aşarsa batıcı uç olarak bilye

kullanılmamalıdır. Benzer şekilde ölçülen sertlik değeri 20 rakamının altında ise

batıcı uç olarak koni biçimindeki elmas uç tercih edilmemelidir (Savaşkan, 1999).

54

Rockwell sertlik skalalarından en fazla kullanılanları B ve C skaları olup; B skalası

dökme demiri sertleştirilmiş çelik, pirinç, bronz ve alüminyum alaşımlarının

sertliklerinin ölçümünde C skalası ise sertleştirilmiş çelik ve karbürlerin

sertliklerinin ölçümünde kullanılırlar.

Rockwell sertlik ölçme yönteminin sağlıklı yapılabilmesi için şunlara dikkat

edilmelidir:

i. Yük parça yüzeyine dik uygulanmalıdır.

ii. Numune sağlam olarak temiz yüzeyli basma tepesine yerleştirilmelidir.

iii. Numunenin minimum kalınlığı kalıcı dalma derinliğinin 10 katı olmalıdır.

iv. Ölçüm bölgesinin numune kenarından uzaklığı iz çapının 2,5 katı olmalı ve

izler arası mesafe 3 iz genişliğinde olmalıdır.

Vickers Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu yöntem prensip olarak Brinell sertlik ölçme yöntemi ile benzerdir. Bu

yöntemdeki tek fark batıcı uçtur. Vickers sertlik ölçme yönteminde 136º tepe açılı,

tabanı kare olan elmas piramit batıcı uç kullanılır. Vickers sertlik ölçme deneyinin

uygulanışı piramit şeklindeki batıcı ucun malzemenin yüzeyine, malzemenin cinsine

göre seçilen yük altında belli bir süre bastırılması sonucu oluşan izin köşegen

uzunluklarının ölçülmesi şeklindedir. Vickers sertlik değeri(VSD);uygulanan

yükün(F) oluşan izin alanına bölünmesi anlamına gelen, VSD = (1,8544 F) / d2

bağıntısıyla bulunur. Burada d izin ortalama köşegen uzunluğu olup; d= (d1+d2) / 2

formülü ile hesaplanır (Savaşkan, 1999).

Knoops Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu yöntem daha çok mikro sertlik ölçümü amacıyla kullanılır. Bu yöntemde genel

olarak 10-1000kg arasında değişen yük kullanılır. Knoop sertlik ölçme deneyinde

uzun köşe uzunluğu kısa köşegen uzunluğunun 7 katı olan piramit şeklindeki elmas

uçlar kullanılır. Bu piramit ucun tepe açısı 172º’dir. Ayrıca bu ucun batma derinliği

büyük köşegen uzunluğunun 1/30’u kadardır. Knoop sertlik değeri, deneyden elde

55

edilen izin uzun köşegen uzunluğunun optik mikroskobunun mikrometresi

yardımıyla ölçülerek uygulanan yükün iz alanına bölünmesiyle elde edilir. Ya da

knoop sertlik değeri;

KSD=2

2,14

l

F (2.11)

formülü ile elde edilir.

Burada F uygulana yük, l ise uzun köşegen uzunluğunu göstermektedir.

1.4.5.2.Dinamik Sertlik Ölçme Yöntemleri

Dinamik sertlik ölçme yöntemleri sıçrama yöntemiyle sertlik ölçme yöntemi ve

darbe etkisiyle sertlik ölçme yöntemi olmak üzere iki grupta incelenir.

Sıçrama ile Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu yöntemin prensibi belli yükseklikten küçük bir ağırlığın sertliği ölçülecek

numune veya parça üzerine düşürülmesi ve düşürülen cismin geriye sıçrama

yüksekliğinin tespitinden ibarettir.

Darbe Etkisiyle Sertlik Ölçme Yöntemi

Bu yöntemde esas olan yükün darbe şeklinde aniden uygulanmasıdır. Bu gruba giren

sertlik ölçme yöntemlerinden en çok kullanılanı 12cm boyunda çekiçli bir ölçme

cihazıdır. Cihazda sertliği bilinen bir mastar mevcuttur. Bilye hem sertliği ölçülecek

numune hem de mastar üzerinde iz meydana getirecek tarzda yerleştirilmiştir. Çekiç

normal bir yükseklikten cihaz üzerine vurulur. Numune ve mastar üzerinde meydana

gelen izler karşılaştırılarak cetvellerden sertlik değeri okunur.

56

1.4.5.3. Diğer Sertlik Ölçme Yöntemleri

Çizme Yöntemi

Bu yöntemde bir cihaz yerine sadece sertlikleri bilinen uçlara sahip kalemler

kullanılır. Küçük sertlik değerlerinden başlayarak kalemler ile sertliği ölçülecek

numune veya parça çizilmeye çalışılır. Numuneyi veya parçayı çizen kalemin

sertliği yaklaşık malzemenin sertliğidir.

Plastik Malzemelerin Sertliğinin Ölçülmesi

Polimerlerin sertliklerinin ölçülmesinde kullanılan cihaz yaygın tarzda kullanım

alanı bulmuş olan Durometre’dir. Yöntemin uygulanışı kalibre edilmiş bir yay

vasıtasıyla kuvvet uygulanarak batıcı ucun malzeme içine dalması şeklindedir.

Sertliğin ölçüsü ise batıcı ucun derinliği olarak ifade edilir. Share Durometresinin A

ve D olmak üzere iki modeli mevcuttur. Bu modellerdeki fark batıcı ucun şekli ve

uygulanan yükten kaynaklanmaktadır.

1.4.6. Isıl İşlemler

Türk standartlarına göre ısıl işlem; katı haldeki metal veya alaşımlara belirli

özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine

zamanlanarak uygulanan ısıtma ve soğutma işlemleri olarak tanımlanmaktadır

(Savaşkan, 1999).

1.4.6.1. Tavlama İşlemi

Tavlama, istenilen yapısal, mekanik ve fiziksel özellikleri elde etmek, talaş

kaldırmayı veya soğuk şekillendirmeyi kolaylaştırmak amacıyla metal malzemelerin

uygun sıcaklıklara kadar ısıtılıp, gerekli değişiklikler sağlanıncaya kadar bu

sıcaklıkta tutulması ve sonradan yavaş yavaş soğutulması işlemi olarak

tanımlanabilir (Savaşkan, 1999).

57

Yumuşatma Tavı

Malzemelerin yumuşatma tavı işlemini uygulamadaki amaç talaş kaldırmayı

kolaylaştırmak, sertliği azaltmak veya döküm ve dövme parçalarındaki iç gerilmeleri

gidermektir. İşlem ötektoid altı çelikleri üst kritik sıcaklık çizgisinin (Ac3) ve

ötektoid üstü çelikleri ise alt kritik çizgisinin (Ac1) üzerindeki belirli sıcaklıklara

kadar ısıtılıp içyapının ostenite dönüşümü sağlandıktan sonra fırın içerisinde

tutularak çok yavaş olarak soğutulması esasına dayanmaktadır. Bu işlem ayrıca bazı

çeliklerde tane küçültme ve çeliklerin elektrik ve manyetik özelliklerini iyileştirmek

amacıyla da uygulanır.

Ötektoid altı çeliklerin sağlıklı biçimde ısıl işleme tabi tutulması için yapılarının

homojen ostenitik halde olması gerekir. Bundan dolayı ostenitleştirme sıcaklığına

kadar ısıtılan çelik malzemelerin her 25mm’si için 1 saatlik süre ile o sıcaklıkta

tavlanmaları gerekir. Ötektoid altı çelikler için yumuşatma tavlaması işlemi üst

kritik sıcaklık (Ac3 ) çizgisinin en az 10ºC üzerindeki sıcaklıklarda yapılmalıdır.

Ötektoid üstü çeliklerde ise yumuşatma tavlaması işlemi Ac3,1 çizgisinin en az 10ºC

üzerindeki bir sıcaklıkta yapılır.

Normalizasyon(Normalleştirme) Tavı

Döküm, kaynak, sıcak dövme, soğuk şekil verme işlemş sonucu tane yapıları

bozulan çelik parçalar tane boyutlarını küçültmek, homojen içyapı elde etmek ve

mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla normalizasyon tavı işlemine tabi

tutulurlar. İşlem ötektoid altı çelikleri üst kritik sıcaklık çizgisi (Ac3) ve ötektoid üstü

çelikleri bu çeliklere ait üst kritik sıcaklık çizgisi (Acm) dönüşüm sıcaklıklarının

yaklaşık 40–50ºC üstündeki sıcaklıklara kadar ısıtılıp tavlandıktan sonra fırın

dışında sakin bir havada soğutulması esasına dayanır. Tane küçültmek, homojen

içyapı elde etmek, çeliklerin işlenme özelliklerini iyileştirmek ve yumuşatma tavına

tabi tutulmuş çeliklerin sertlik ve mukavemetlerini artırmak normalizasyon tavının

yapılış amaçları arasındadır (Savaşkan, 1999).

58

Normalizasyon tavı işleminde havada soğutma yapılır ve bu durumdan iç yapı

etkilenir. Havada soğutma işleminde soğuma daha hızlı olduğu için mikroyapı daha

sert ve dayanıklı olur.

Küreselleştirme(Yumuşatma) Tavı

Küreselleştirme tavı işlemi, çelikleri alt kritik sıcaklık çizgisi (Ac1) civarında uzun

süre tutup, salınımlı olarak tavlandıktan sonra yavaş soğutma ile karbürlerin küresel

şekle dönüştürülmesi esasına dayanmaktadır. Küreselleştirme tavı işlemine tabi

tutulan çeliklerin sertliği azalır. Ötektoid üstü çelikler ise işlenmeye elverişli hale

gelir. Küreselleştirme tavı düşük karbonlu çeliklere çok fazla uygulanması tercih

edilmez. Çünkü bu tavlama işlemi sonunda çelikler daha da yumuşayarak talaşlı

işlenebilme kabiliyetlerinin kötüleşmesine neden olur. Küreselleştirme tavı

işleminde tavlama süresi uzun seçilirse çeliğin işlenebilme kabiliyeti kötüleşir.

Gerilme Giderme ve Ara Tavı

Makine parçalarında döküm, kaynak, soğuk şekil verme gibi işlemlerden

kaynaklanan iç gerilmeler oluşur. Gerilme giderme tavı ile oluşan bu iç gerilmeler

ortadan kaldırılır. İşlem metalik malzemeleri dönüşüm sıcaklıklarının altındaki

sıcaklıklara kadar ısıtıp sonra da yavaş yavaş soğutma esasına dayanır. Çelik

malzemeler için bu sıcaklık değerleri 540ºC ile 630ºC arasında değişmektedir

(Savaşkan, 1999).

Ara tavı işlemi ise gerilme giderme tavına çok benzeyen bir işlemdir. Bu işlem

ötektoid altı çeliklerden saç ve tel yapımında soğuk şekillendirmeye devam

edebilmesi için Ac1 dönüşüm sıcaklığının hemen altındaki bir sıcaklığa(550ºC–

680ºC) kasar ısıtıp yeniden kristalleşme sağlandıktan sonra yavaş yavaş soğutulması

esasına dayanmaktadır.

59

1.4.6.2. Sertleştirme İşlemleri

Sertleştirme işlemi, çeliğin ostenit sıcaklığından martenzit oluşacak biçimde hızlıca

soğutulması esasına dayanır. Sertleştirme işleminde soğuma hızı belirli bir değere

ulaşınca martenzit oluşumu başlar. Martenzitin oluşmaya başladığı bu sıcaklığa

martenzit oluşum başlama sıcaklığı (M0) adı verilir. Soğuma hızı biraz daha

artırılırsa içyapı tamamen martenzit halini alır. Eğer martenzit dönüşüm bitiş

sıcaklığına (Mf) inilmezse içyapıda bir miktar ostenit bulunur. Martenzit içyapı

küçük tane boyutu, iç gerilmeler, dislokasyon hareketleri için gerekli kayma

sisteminin az olması gibi faktörlerden dolayı sert, kırılgan ve yüksek dayanımlıdır.

Çeliklerde sertleşme kabiliyeti; elde edilen en büyük sertlik ve sertlik derinliği

faktörleriyle ifade edilir. En büyük sertlik değeri malzemenin içerdiği karbon

oranıyla, sertlik derinliği ise çelikteki alaşım elementlerinin miktarıyla ilgilidir (Can,

2006).

Setleştirme sıcaklıkları ötektoid üstü çelikler için Ac1 sıcaklığının 30–50 ºC üstü

seçilirken ötektoid altı sıcaklıklar için bu değer Ac3 sıcaklığının 30–50 ºC

üzerindedir. Eğer bu sıcaklıklar gereğinden fazla seçilirse tane irileşmesi ve oluşan

martenzit yapının gevrekleşmesine neden olur.

Çeliklere uygulanan menevişleme veya temperleme işlemi ise çeliğin

sertleştirildikten sonra kırılganlığının azaltılması amacıyla Ac1 sıcaklığının altında

ısıtılması esasına dayanmaktadır. Bu işlem sonunda iç gerilmeler azaltılır ve mikro

yapıda bazı değişiklikler oluşur. Çeliklerde menevişleme sıcaklığı artıkça süneklik

ve çentik vurma tokluğu artarken sertlik ve çekme dayanımında düşüş gözlenir.

Çeliklere su verme işlemi tuzlu su, musluk suyu, erimiş veya sıvı tuzlar, yağ ve su

karışımı yağ veya havada gerçekleştirilir. Genelde su verme ortamının sıcaklığı

artıkça su verilen parçanın soğuma hızı azalır. Bunun nedeni sıcaklık artıkça buhar

filmi devresinin uzamasından kaynaklanır. Su ve tuzlu su ortamları için su verme

ortamının sıcaklığı buharlaşma sıcaklığına yaklaştıkça buhar filmini oluşturmak için

daha az ısı gerekmektedir. Eğer su verme ortamı olarak yağ alınırsa; yağ

60

banyosunun sıcaklığı artırıldığında yağın viskozitesi azalır yani akıcılığı artar.

Akıcılığı artan yağın ısıl iletkenliği de artacağından su verilen parçanın soğuma hızı

artar. Su verme ortamı olarak kullanılan geleneksel yağlarda optimum soğuma

hızları 49–60 ºC arasındaki sıcaklıklarda elde edilir. Ayrıca su verme ortamını

karıştırmak veya su verilen parçayı karıştırıcı gibi hareket ettirmek suretiyle soğuma

hızı artırılabilir.

Yüzey Sertleştirme İşlemleri

Makine parçalarının bazılarında aşınma dayanımını artırmak amacıyla sertleştirme

işlemi yapılır. Bu parçalara sertleştirme işlemi uygulanırken parçanın tokluğunda

düşüş görülür. Bu durum istenmeyen bir durumdur. Bunu engellemek için parçaların

sadece yüzeyleri sertleştirilir. Başlıca yüzey sertleştirme işlemleri sementasyon,

nitrürasyon, borlama ve alev ve indüksiyonla sertleştirme olarakdört grupta

incelenebilir.

a) Sementasyon: Karbon oranı %0,2’den küçük olan malzemeden imal edilmiş

makine parçaları karbon verici bir ortamda (katı, sıvı, gaz) ve difüzyonun

sağlanabileceği bir sıcaklıkta tutularak yüzeyinin karbon oranı artırılır. Yapılan bu

karbonlama ve sertleştirme işlemine sementasyon adı verilir. Sementasyon işlemi

uygulanan parçaların eğme ve burma zorlaması altındaki yorulma dayanımları 2–3

kat artırılabilir. Malzemeye karbonlama işlemi yapıldıktan sonra su verme işlemleri;

karbonlama sıcaklığından doğrudan sertleştirme, kademeli sertleştirme ve ara tavlı

kademeli sertleştirme olmak üzere üç şekilde uygulanır.

b) Nitrürasyon: Bu işlemde esas olarak karbonlamaya benzer anacak buradaki fark

çeliğin yüzeyine azot difüzyonu yapılır. Bu işlem 500–570ºC’ler arasındaki

sıcaklıklarda yapılır. Nitrürasyon ile sertleştirme yapılan parçalar nitrürlerin

çözünme sıcaklığına kadar olan sıcaklıklardan etkilenmezler. Ayrıca bu parçaların

eğme ve burma zorlamasına göre yorulma dayanımları 2–5 kat artırılabilir.

61

c) Borlama: Karbonlama ve nitrürlemeye benzer bir termokimyasal ısıl işlemdir.

Borlama işleminde ise çeliğe bor elementinin difüzyonu sağlanır. İşlem 900–1000ºC

sıcaklıklar arasında yapılır.

d) Alev ve İndüksiyonla Sertleştirme: Sertleştirilebilme kabiliyeti olan çelikten

imal edilmiş parçanın sadece yüzeyi ostenitlenerek su verilir ise yüzeyi sert bir yapı

elde edilir.

Parçanın yüzeyinin ısıtılma işlemi indüksiyonla sertleştirme işleminde indüksiyon

akımıyla sağlanırken, alevle sertleştirme işleminde oksijen-yanıcı gaz üfleci ile

sağlanır. Bu yöntemle sertleştirilen parçaların yorulma özellikleri sementasyonla

yüzey sertleştirme işlemine benzemektedir (Can, 2006).

1.4.6.3. Temperleme

Çeliklere uygulanan su verme işleminden sonra oluşan martenzitik yapı çok sert,

kırılgan olup içinde büyük, kalıcı gerilmeler bulunur. Oluşan bu kalıcı gerilmeleri

gidermek ve sertliği düşürmek amacıyla malzemelere temperleme işlemi uygulanır.

Bu işlem prensip olarak çeliğin A1 sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa ısıtılması ve bu

sıcaklıkta bekletilmesi esasına dayanmaktadır. Temperleme işlemi A1 sıcaklığına

(723ºC) kadar geniş bir sıcaklık alanında yapılabileceğinden, çeliğin mekanik

özelliklerinde ve mikro yapısında değişiklikler meydana gelecektir. Temperleme

işlemi alçak sıcaklıkta temperleme işlemi ve yüksek sıcaklıkta temperleme işlemi

olmak üzere ikiye ayrılır. 150–200ºC arasında yapılan temperleme işlemine alçak

sıcaklıkta temperleme adı verilir. Bu işlem sonunda oluşan içyapı temperlenmiş

martenzit olup iç gerilmelerde azalmalar meydana gelir. Sertlikte çok fazla bir

değişiklik meydana gelmez. 500–600ºC arasında yapılan temperleme işlemine ise

yüksek sıcaklıkta temperleme adı verilir. Bu işlem sonunda ise iç gerilmeler

tamamen giderilir. Ancak sertlik ve mukavemette bir miktar azalma oluşurken buna

karşın toklukta ve uzamada ise bir miktar artma görülür.

62

Hemen hemen bütün çeliklerde 250–450 ºC arasında temperleme yapılmaz. Bu

sıcaklık aralığında darbe direncinde bir azalma görülür. Buna temper gevrekliği adı

verilir. Temper gevrekliği çeliğin temperleme sıcaklığına yeniden ısıtılmasıyla

giderilir.

63

2. KAYNAK ÖZETLERİ

Sing vd., (1999) çalışmalarında saf demire nötron ışınlaması sonucu mikro yapıda ve

mekanik özelliklerde meydana gelen değişiklikleri ele almışlardır. Çalışma saf

demirin çekme numunelerinin nötron füzyonuyla incelenmesini teşkil etmektedir.

Bu inceleme 320 K ve 523 K sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Hem ışınlanmış hem

de ışınlanmamış numunelere ışınlama sıcaklığında çekme deneyi uygulanmıştır.

Çekme deneyi uygulanan bu numuneler SEM yöntemi ile incelenmiştir. Singh ve

arkadaşlarının çalışmalarının deney aşaması özetlenirse; Goodfellow’da soğuk

işlenmiş ince saf demir levhalar (0,25 mm kalınlığında) deney esnasında

kullanılmıştır. Bu levhalar 923 K sıcaklıkta ve 2 saat vakum altında referans tavlama

koşullarında tutulmuşlardır. Saf demirin çekme numuneleri 320 K ve 523 K

sıcaklıkta DR–3 reaktörüyle nötron füzyonuna tabi tutulmuşlardır. Bu işlem saf

helyum veya saf helyum ile saf argonun karıştırılması sonucu elde edilen atmosfer

altında yapılmıştır. Işınlama yapılmamış ve yapılmış numuneler INSTRON

makinesinde 1,3.10-3 s-1 gerinme değerinde yapılmıştır. 1mm genişliğinde ≈ 0,1 mm

kalınlığındaki ışınlanmış parçadan hazırlanmış numunelere transmisyon elektron

mikroskobunda (TEM) %20 perklorik asit içeren metanol çözeltisinde, ortam

sıcaklığında ve 20 voltta elektriksel parlatma işlemi yapılmıştır. Miktara bağlı olarak

ışınlama yapılan saf demirin yoğunluk ölçümü yapıldığında saf demirdeki hasar

oluşumuna etkisi aynı koşullar altında ışınlama yapılmış saf bakırınkinden daha

düşüktür. Aynı sonuçlar Mo ve Mo alaşımları içinde elde edilmiştir. Singh ve

arkadaşları yaptıkları deneyler sonucunda aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır;

a) Saf demirin hasar oluşumunun etkisi aynı şartlar altında saf bakırınınkinden

çok daha düşüktür.

b) Geliştirilmiş diskalasyon donanımları; sertleşme mekanizma kaynağına

dayanabilir veya akma gerilmesinin artmasından kaynaklanabilir.

Pable ve Nanaware (2002) çalışmalarında, Mahindra Ltd. ve Mahindra tarafından

üretilen 575DI traktörlerinin arka dingil milinin hasarını ele almışlardır. Arka dingil

milinin çubuk kısmında hasar meydana gelmiştir. Parçalardan özel işlevler

beklendiği zaman özel tasarıma ihtiyaç duyulmaktadır. Böyle bir durumda şekil,

64

boyut ve malzeme gibi faktörler önemli hale gelir. Eğer beklenen ömürden önce

hasar meydana gelirse malzeme kompozisyonu, malzeme sertliği, imalat işlemleri,

ısıl işlem ve kullanım koşulları gibi faktörlerin de göz önünde tutulması gereklidir.

Pable ve Nanaware’in çalışmalarında ele aldığı 575DI traktörlerinin arka dingil

milindeki hasar bir yıldan daha az bir kullanım süresi sonucunda meydana gelmiştir.

Arka dingil milleri En 15A F.Q.’da üretilmiş ve 235–265 B.H.N değerlerinde

sertleştirilmiştir. Araştırmacılar öncellikle depodaki hasara uğramış parçaları

aşağıdaki faktörleri göz önünde tutarak incelemişlerdir:

i. Arka dingil milinin çubuk kısmını hasarı,

ii. Arka dingil milinin hasarlı kısmının milin son noktasına olan uzaklığı 50-

65mm değerindedir,

iii. Hasarlar burulma yorulması tipidir,

iv. Hasara uğramış parçalardan metalürjik inceleme için numune hazırlanmıştır.

Deney sonuçları çatlakların çubuğun dip kısmında oluştuğunu

göstermektedir.

Pable ve arkadaşı bu konuya benzer yapılan çalışmaları incelemişlerdir. Buna benzer

çalışmayı Fatigue Design Handbook AE10’da bulmuşlardır. Buldukları bu

çalışmada greyder tipi traktörlerde meydana gelen arka dingil mil hasarı

incelenmiştir. Pable ve Nanaware yaptıkları çalışmaları arka dingil mili hasarı

uygunsuz çubuk kök yarıçaplarına bağlı olduğu ve yapılan çalışmalar sonunda en

uygun yarıçapın ise 1,5mm olduğu görüşüyle sonuçlandırmışlardır.

Kumar vd. , (2002) yaptıkları çalışmalarda kok fırın akülerinde kullanılan helisel

sıkıştırma yayının hasarını incelemişlerdir. Yayların birçoğu sürekli değişen yükler

ve sapmalar altında çalışan elemanlardır. Yay üzerine uygulanan yükler malzemenin

elastik sınır değerlerini aştıklarında yaylarda hasar meydana gelmektedir. Yaylarda

oluşan hasarlar genelde yorulma hasarlarıdır. Yorulma ömrünü artırmak için çekme

gerilmeleri bilyeli dövme veya yüzey sertleştirme gibi işlemlerle kontrol edilebilir.

Kumar ve arkadaşlarının inceledikleri yaylar dört aktif sargıdan oluşmaktadır.

Çalışmaların deney aşamasına gözle inceleme yöntemiyle başlamışlardır. Hasar

yayın dip noktasındaki dördüncü sargıda meydana gelmiştir. Hasara uğrayan yayın

65

yüzeyinde korozyon ürünlerine rastlanmıştır. Daha sonra ise sağlam yaydan ve

hasara uğrayan yaydan (hasara yakın bölgeden) numune alınarak direkt okuma

spektrometre ile malzeme kompozisyonu analiz edilmiştir. Bu analiz sonunda 0.50

C, 0.91 Mn, 0.24 Si, 0.03 S, 0.03 P, 1.0 Cr, 0.19 Mo, 0.1 V değerleri elde edilmiştir.

Her iki yay numunesinden elde edilen kompozisyon değerleri 51CrMoV4 yay çeliği

değerleriyle eşdeğerdir. Kimyasal incelemesi yapılan yayların yüzey incelemesine

geçilmiştir. Bu incelemeler SEM, EDS, XRD gibi yöntemlerle yapılmıştır. XRD

yöntemi sonucunda Fe3S4, Fe9S10, FOC1NH3 ve demir oksit gibi korozyon

ürünlerine rastlanmıştır. Aynı numunenin EDS yöntemi kullanılarak incelenmesiyle

sülfür ve klorin kalıntılarına rastlanmıştır. Kırık yüzeyinin stereo mikroskop

kullanılarak incelenmesi sonucu yüzeyde yorulma hasarı belirtilerine rastlanmıştır.

Ayrıca çukurlardan oluşan pürüzlü bir yüzey gözlemlenmiştir. SEM yöntemi

kullanılarak her iki numunenin metalografik incelenmesi sonucunda temperlenmiş

martenzit yapıda oldukları anlaşılmıştır. İncelenen numunelerin ikisinin de üniform

olduğu ve malzemenin sağlıklı bir mikro yapıya sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Hem hasarlı hem de sağlam yaydan alınan numunelerin sertlik değerleri

ölçüldüğünde birbirlerine çok yakın değerde oldukları ( hasarlı parçadan alınan

numune için 47 HRC ve sağlam parçadan alınan numune için 44 HRC değerindedir )

sonucuna varılmıştır. Hasarlı yaylardan alınan numunelerin artık gerilme

değerlerinin ölçümü X-Ray sapma yöntemiyle yapılmıştır. Buradan alınan sonuçlar

ile korozyona uğramış parçalardan elde edilen sonuçların benzediği görülmüştür.

Kumar ve arkadaşları yaptıkları hasar analizini iki kısma ayırmışlardır;

I. Kısımda; malzemeyle ilgili incelemeler yapılmıştır. Kimyasal analiz, mikro yapı

ve sertlik çalışmaları sonucunda incelenen yay malzemesinin yay üreticilerinin

tercih ettiği değerlere yakın olduğu sonucuna varmıştır. Bu sonuç hasarın esas

nedeninin uygun olmayan malzeme özellikleri veya malzeme hataları olma

olasılığını ortadan kaldırmıştır.

II. Kısımda; Kullanım ve çevre koşullarının hasara olan etkisini araştırmışlardır.

Yapılan araştırmalar sonucu kırık yüzeyi özellikleriyle korozyon yorulması hasarı

özelliklerinin birbirine benzediği anlaşılmaktadır. SEM ve XRD yöntemleri sonucu

korozyon ürünlerine ve yüzeyde çukurlara rastlanmıştır. Kumar ve arkadaşları

66

yaptıkları helisel sıkıştırma yayının hasarı analizi çalışmasını hasara neden olan en

önemli faktörün korozyon yorulması olduğu yorumuyla sonuçlandırmışlardır.

Gall vd., (2003) çalışmalarında dağ bisikletinin yorulma hasarını ele almışlardır.

Dağ bisikleti amortisörü engelleri aşmada ve sürüş esnasında oluşan kinetik enerjiyi

absorbe etme amacıyla tasarlanmıştır. Amortisörler sürücüye ve bisikletin yapısal

parçalarına gücün ve titreşimin iletilmesini azaltan elemanlardır. Amortisörler

bisiklet tekerinin her iki yanında birer tane silindir tüpten oluşmaktadır. Silindirin

birisi pedal diğeri ise yay içermektedir. Bu piston tüpleri alüminyum malzemenin

7xxx serisinden yapılmışlardır. Gall ve arkadaşları; amortisörlerin hasarını

incelediklerinde kırılmanın piston tüplerinde meydana geldiğini ve her tüpte de aynı

kırılma şeklinin meydana geldiğini gözlemlemişlerdir. Analiz esnasında bisiklet

üzerine iki farklı yaklaşımla yük uygulandığı varsayılmıştır. Bu yaklaşımlardan ilki

sürücünün potansiyel enerjisi kullanılarak yaklaşık yük tahmininin yapılmasıdır.

İkinci yaklaşım ise hızlı hasara neden olan eğilme gerilmelerini kırılma mekaniği

yöntemi kullanarak tahmin etme şeklindedir. Gall ve arkadaşları; çoğu durumda

istenmeyen şekilde oluşan hasarların sadece tek ana nedene dayanmadığını ve birçok

şartlar ve olay dizisinin hasara neden olabileceğini ifade etmişlerdir. Yapılan

çalışmaların sonunda dağ bisikleti amortisöründe meydana gelen erken yorulma

hasarının olası nedeninin amortisör tasarımı olduğunu ve uygun olarak yapılmayan

bu tasarımın erken hasara neden olan bölgesel gerilmelerin oluşumuna yol açtığını

belirtilmiştir.

Bhaduri vd., (2003) kaynaklanmış borudaki dolgu ek yerlerinde meydana gelen

yorulma hasarını incelemişlerdir. Bu çalışmada AISI 304 L paslanmaz çelikten

yapılmış depolama amaçlı tanklarının hasarı ele alınmıştır. Ostenitik paslanmaz çelik

kolay üretim ve mükemmel korozyon direnci özelliğinden dolayı nükleer, kimyasal

ve petrokimyasal endüstride geniş kullanım alanına sahiptir. Ayrıca ostenitik

paslanmaz çelik iyi kaynaklanabilme özelliğine sahip olmasına karşın sıcak yırtılma

ve hassalaşma gibi iki önemli sorun ortaya çıkmaktadır.

304 L paslanmaz çeliğinden yapılan depo içten dışa doğru çıkan boruları

içermektedir. Boru bağlantıları yüksek yük uygulamalarına veya yorulmaya göre

67

tasarlanmıştır. Borular tanka ER 308 L ostenitik paslanmaz çelik dolgu malzemesi

ile tungsten gaz altı kaynağı ile birleştirilmiştir. Tankın taşınması esnasında hasara

uğramaması için borular boru çevresi boyunca 304 L paslanmaz çelik levha ile

kaynaklanmıştır. Taşıma esnasında borulardan birisi erime çizgisine çok yakın

bölgede hasara uğramıştır. Bhaduri ve arkadaşları araştırmalarına dolgu kaynağının

incelenmesiyle başlamışlardır. Isı etkisi altında kalan bölgede kaplama borusunun

dolgu yapılan noktaya çok yakın bir yerden kesilmesiyle 3 mm kalınlığındaki işlem

borusu ve kaplama borusu 7mm kalınlığındaki sızdırmazlık plakasıyla kaynak

yapıldığını gözlemlemişlerdir. Dolgu kaynağının ölçümlerinden boru çevresinin

kalınlığının 6,5 mm- 7,5 mm arasında değiştiği sonucuna ulaşılmıştır. Daha sonraki

aşamada ise kırık yüzeyinin incelenmesine geçilmiştir. Dijital kamera kullanılarak

yapılan makroskobik inceleme sonucu bir bölgede aşırı miktarda kaynak metalinin

olduğu gözlemlenmiştir. Silme izlerinin etkisi altında ve/veya uygun olmayan

kaynak yüklenmesiyle yüksek gerilme değerleri ve yorulma çatlakları meydana

gelmiştir. Hasarlı yüzeylerin SEM yöntemiyle incelenmesi sonucu tipik yorulma

hasarlarına ve taneler arası kırılma morfolojisine rastlanmıştır. Isı etkisi altındaki

bölge ile hasara uğrayan boru kırılma yüzeyinin mikro yapı özelliklerinin

birbirlerine yakın olduğu in-situ metalografi yöntemiyle belirlenmiştir.

Araştırmacılar değişik kalınlıktaki malzemelerin kaynaklı bağlantılarında hasarın

önlenmesi için; ısının eşit bir şekilde yayılması için bağlantı noktasının tasarımının

iyi yapılması ve kaynak sırasında düşük karbonlu paslanmaz çelik kullanıldığında ısı

tesiri altındaki bölgenin hassasiyetinin önlenmesi için kaynak sırasında düşük ısı

girişi yapılması gerektiği önerilerinde bulunmuşlardır.

Yılmaz (2004) çalışmasında Kocaeli bölgesinde çelik tellerde üretim ve kullanım

esnasında oluşan hasarları ele almıştır. Yılmaz, 1994’ten itibaren bu bölgede

meydana gelen 121 hasar olayını incelemiştir. Yılmaz çalışmasında tel çubuklar için

oksidasyonun önemli olduğu ve oksitlenme sonucu tel çubuklar çekme esnasında

hasara uğradıklarını belirtmiştir. Yılmaz’a göre tel çubukta oluşan hataların temel

nedeni çeliğin üretimi sırasında (metal olmayan malzemeler, yabancı maddeler vb)

veya çeliğe uygulanan ısıl işlemler sırasında meydana gelmektedir. Bu çalışmada

Yılmaz ağırlıkça %0,7- %0,8 oranında C içeren çelik telleri kullanmıştır.

68

Çalışmaların deney aşamasında ilk olarak kırılma yüzeyi içeren hasarlı tel numunesi

alınıp, bu numunelere ait kırılma yüzeyi dikkatlice temizlenmiştir. Kırılmanın

karakterizasyonu SEM yöntemi ve stereo mikroskop ile belirlenmiştir. Diğer taraftan

optik mikroskobuyla telin mikro yapısının kırılma üzerindeki etkisi araştırılmıştır.

Yılmaz çalışmasında 37 adet çekme esnasında oluşan hasarı ve kullanım sırasında

değişik nesnelerin üretimi veya mekanik deneyler esnasında meydana gelen 84 adet

hasarı incelemiştir. Bu incelemeler sonunda hasarların metalik olmayan

inklüzyonlar, martenzit/beynit ara yüzeyi ve hatalı yüzeyler sonucu ortaya çıktığı

belirlenmiştir. Yılmaz incelemeleri sonunda metal olmayan inklüzyonların hasara

etkisinin %81 olduğu ve hasarların %50’sinin sadece metal olmayan inklüzyonlar

sonucu meydana geldiği sonucuna varmıştır. Ayrıca çeliğin minimum çapını bu

inklüzyonların etkilediğini savunmuştur. Yılmaz ham malzemeyi analiz etmiş ve bu

analizler sonucunda mikro yapının izin verdiği kadarıyla çekme işleminin yapılması

gerektiği sonucuna ulaşmıştır. Son olarak ise pazarlanan telin uygun yüklerle

yüklenmesinin hasarların önlenmesinde alınması gereken önemli bir faktör olduğunu

savunmuştur.

Das vd., (2005) kullanıma alındıktan birkaç ay sonra erken hasara uğrayan

süspansiyon bobin yayını incelemiştir. Bu incelemede SEM yöntemi ile mikro

yapısal analiz, optik mikroskopla inklüzyon oranlarının belirlenmesi, sertlik ölçümü,

X-Ray sapmasına göre artık gerilme ölçümleri, enstrümantal kimyasal analiz gibi

işlemler yardımıyla yapılmıştır. Yaylar mekanik parçaların hareketli kısımlarında

sürekli veya aniden değişen yükleri absorbe etmek amacıyla kullanılan parçalardır.

Yüklerin absorbe edilmesi elastik enerji şeklindendir. Bobin yayları çubukların helis

şeklinde sarılması şeklinde üretilmektedir. Bobin yaylarının tasarım parametreleri

çubuk çapı, yay çapı ve yayın dönme adım sayısıdır. Normalde yaylar 105

devir/sn’nin üzerindeki devir sayılarında yorulmadan dolayı hasara uğrarlar. Yaylar

çeliklerden yapılmıştır ve çeliklere uygulanan ısıl işlemler yaylara yüksek

sönümleme özelliği kazandırır. Yaylarda oluşan hasarlar mikro yapıdaki hatalar ve

/veya gerilme değerlerinin artmasından kaynaklanmaktadır. Bilinen en yaygın yay

çeliğinin mikro yapısı temperlenmiş martenzittir. Gerilme değerlerini artıran en

önemli iki faktör inklüzyonlar ve yüzey pürüzlülüğüdür. Ayrıca yüzeyde oluşan artık

69

gerilmeler ve çekme gerilmeleri de hasarı tetikleyen faktörlerdir. 100 km sonunda

hasara uğramış bobin yayının hasarı bu çalışmanın esas konusudur. Hasara uğrayan

yay 80mm, çubuk ise 10mm çapındadır. Yay çeliği AISI/SAE 9260 çeliğidir. Das ve

arkadaşları öncelikle malzemenin kimyasal kompozisyonunu belirlemişlerdir. Daha

sonra SEM ve optik mikroskop yöntemleri için numuneler hazırlanmıştır. Ayrıca

sertlik ölçümleri Vickers ölçüm yöntemiyle yapılmıştır. Sin2ψ kullanılarak artık

gerilmeler X-Ray sapma (XRD) yöntemiyle ölçülmüştür. Yapılan deneyler sonunda

hasara uğrayan yayın kimyasal kompozisyonu yay çeliklerinin(AISI/SAE 9260)

kimyasal kompozisyon değerlerine yakın olduğu gözlemlenmiştir. (C: 0,55, Si: 2,2,

Mn:1,1, S:0,03, P:0,035 ve kalan değerler ise demir) Mn ve Si değerleri olması

gereken değerlerden (Mn:2,1, Si:1,0) biraz daha yüksek çıkmıştır. Hasara uğramış

yayın mikro yapısı SEM yöntemiyle incelendiğinde küçük taneli temperlenmiş

martenzit olduğu belirlenmiştir. Ayrıca bu yöntemle yapılan incelemede yüzeyde

çatlakların olduğu belirlenmiştir. Bu da bilyalı dövme işleminin uygun şekilde

yapılmadığının bir göstergesidir. Optik mikroskopla inceleme sonucunda ise oksit

inklüzyonlarına rastlanmıştır. Ayrıca kırık yüzeyinde bulunan çizik ve çentiklerin

yorulma hasarının önemli belirtileridir. Çalışmanın sonunda Das ve arkadaşları

incelenen bobin yayında oluşan erken hasarın esas nedeninin bilyalı dövme

işleminin uygunsuz şekilde yapılması olduğu ve aşırı oksitlenme inklüzyonlarının

varlığı da olayı daha fazla şiddetlendirdiği sonucuna varmışlardır.

Bayrakçeken vd., (2006 ) çalışmalarında tek silindirli dizel motorların krank

millerinin hasarını ele almışlardır. Ele alınan bu tek silindirli dizel motorlar tarımsal

alanlarda su pompası gibi çeşitli amaçlarda kullanılan motorları teşkil etmektedir.

Ayrıca bu motorlar bazı araçları sürmek amacıyla da kullanılmaktadır. Ancak

trafikte bu araçlar yasaklandığı için bu araçlar trafikte kullanılmak yerine arazi aracı

olarak kullanılmaktadır. Tek silindirli motorlarda iki ve dört silindirli motorlara göre

ateşleme sırasında ölü noktalarda çıkan denge sorununa rastlanmıştır. Krank mil

malzemeleri sertlik, tokluk, yüksek yorulma dayanımı gibi istenen mekanik

özelliklere sahip, ısıl işleme tabi tutulmuş malzemelerden oluşmuştur. Krank miline

uygulanan değişken yükleme durumları tek silindirli motorların hasarını incelemede

önemli parametrelerdir. Ayrıca yapılan araştırmalar sonucu, mekanik yorulma

70

hasarlarının krank mili hasarlarının temelini oluşturduğu sonucuna varılmıştır.

Araştırmacılar bu çalışmalarında iki adet tek silindirli dizel motoru ele almışlardır.

Ele alınan hasarlı krank mili malzemesinin kimyasal analizi spektrometre

kullanılarak yapılmıştır. Yapılan bu incelemeler sonucu malzemenin AISI 4140

çeliği olduğu anlaşılmıştır. Bu malzemenin kimyasal analizi sonucu elde edilen

değerler Çizelge 2.1’de verilmiştir.

Çizelge 2.1. Çalışmada Kullanılan Malzemelerin Kimyasal Analizi

Fe C Cr Mn Mo P S Si

Krank

1

96.6 0.414 0.933 0.735 0.175 0.022 0.027 0.293

Krank

2

96.9 0.41 0.823 0.831 0.164 0.026 0.017 0.187

AISI

4140

Min.

96.58

0.37–

0.44

0.75–

1.2

0.65–1 0.05–

0.3

Max.

0.035

Max

0.04

0.15–

0.3

Bu çelik yüksek sertleştirilebilme, iyi yorulma, aşınma özelliğine ve soğuk veya

sıcak dövme yöntemiyle şekillendirilmiştir. Ayrıca hasara uğramış krank millerinin

sertlik ölçüm değerleri Çizelge 2.2’de gibi elde edilmiştir.

Çizelge 2.2. Hasara Uğramış Krank Millerinin Sertlik Değerleri

Yüzeyden

uzaklığı

mm 1 2 3 4 5 6

Krank 1 HB 213 208 210 212 212 213

Krank 2 HB 327 331 320 230 220 215

Bir numaralı krank milinin değerlerine bakılarak bu parçanın tavlanmış 4140

malzemesinin özelliklerini gösterdiği anlaşılmaktadır. Ayrıca bu parça için akma

noktası 420 MPa ve maximum gerilme değeri 670 MPa olarak belirlenmiştir. İki

numaralı krank miline ise yüzey sertleştirme işlemi uygulandığı anlaşılmaktadır.

71

Bayrakçeken ve arkadaşlarının çalışmaları kırsal kesimde kullanılan tek silindirli

krank millerinin hasarını teşkil etmektedir. Hasarı incelenen her iki krank mili de

aynı malzemeden yapılmıştır. Ancak bu malzemelerden birine tavlama işlemi

diğerine ise yüzey sertleştirme işlemi uygulanmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda

Bayrakçeken ve arkadaşları yorulmanın yüksek gerilme altındaki keskin köşelerde

meydana geldiğini ifade etmişlerdir.

Falah vd., (2006) makalelerinde bir otomobilin hareket düzeninin biyel

mekanizmasında meydana gelen hasarı incelemişlerdir. Biyel ve diş açılmış parça ve

sarıcı parça olmak üzere iki parçanın birleştirilmesinden oluşmuştur. Falah ve

arkadaşları hasara uğramış parçayı hasarın sebebini belirlemek amacıyla

değerlendirilmişlerdir. Gözle muayene, fotoğraf kayıtları, kimyasal analiz, sertlik

ölçümleri ve metalografik incelemeler değerlendirme yapılırken kullanılan deneysel

yöntemlerdir. Ayrıca hasar yüzeyini incelemek için SEM yöntemini de

kullanmışlardır. Sonuçlar hasarın diş açılmış parçanın malzeme hataları ve yanlış

uygulanan ısıl işlemler sonucu parçanın boyun bölgesinde meydana gelen yorulma

çatlaklarında oluştuğunu göstermektedir. Parçanın kimyasal analizi yapılmış ve

parçanın yeterince sertleştirilemediği sonucuna varılmıştır. Spektrum analizleri ve

sertlik ölçümleri hasara uğrayan parçanın AISI 8620 çeliği olduğunu göstermiştir.

Falah ve arkadaşları yaptıkları hasar analizi çalışmalarını biyel dişli parçasının

hasarının birincil nedeninin malzeme hatalarından kaynaklandığı yorumuyla

sonuçlandırmışlardır.

Sz vd., (2007) çalışmalarında buhar türbin kanadında oluşan hasarının nedenini

incelemişlerdir. Son zamanlarda çeşitli L–0 kanatları 725 mm uzunluktaki buhar

türbini kanat temel tablasından 125 mm uzaklıkta hasara uğramıştır. Buhar türbinleri

diğer dönen makineler gibi gürültü ve titreşim oluştururlar. Buna rağmen normal

operasyon sırasında 37,5 MW kademedeki buhar türbininde düşük basınçta garip

sesler meydana gelmektedir. Dolayısıyla mil yatağındaki titreşimler oldukça fark

edilebilir hal almıştır. Kanat hasarını belirlemek için; Kanatlara uygulanan tadilat ve

onarım geçmişini gözden geçirilir, Birim çalışma geçmişini gözden geçirilir, Rotora

monte edilmiş kanatların doğal frekansları ölçülür, Etkilenen veya tamiri yapılan

72

parçaların değişimi hakkında tavsiyelerde bulunulur, Yeniden yerleştirilen kanatların

doğal frekansları ölçülür. Sz ve arkadaşları, hasara uğrayan parçaların onarım ve

çalışma geçmişini gözden geçirmişlerdir. Bu çalışmalara göre kazadan 6 ay önce

makineye bazı tamiratlar uygulanmıştır. Önceden saptanan nemden kaynaklanan

erozyonunun tekrarlanmasını önlemek için malzeme ilavesi yapılmıştır. Kobalt

çubuk koruma amacıyla kanatlara kaynaklanmıştır. Ama sadece bu yöntem yeterli

kalmamıştır. Penetran sıvı ile muayene sonucu 3. ve 4. kanatların geçmeler

kırılmıştır. Araştırmacılar gözle incelemeden sonra analiz yöntemine geçmişlerdir.

Yapılan incelemede 3. ve 4. kanatların geçmelerinde oluşan kırılmalar kaynağın

kanatlara üniform şekilde uygulanmadığını göstermektedir. Dikkatli bir incelemeyle

kanatların kenarındaki takipler sonucu kıyı izleri gözlemlenebilmektedir. Kırılan

malzemenin metalografik çalışmalar sonucu kaynak esnasında geçmelerde oluşan

aşırı ısınmanın dikkate alınması gerekliliğinin altı çizilmiştir. Sz ve diğ. , kırılan

parçaların doğal frekanslarını ölçmüşlerdir. Bu ölçümü Klister tip 8720 A 500

akselerometre ile yapılmışlardır ve kırılan parçalarla sağlam parçaların doğal

frekansları karşılaştırmışlardır. Sz ve arkadaşlarının ele aldıkları 37,5 MW, L–0

devirli buhar türbini için yapılan ölçümler ve gözlemler; önceden yapılan tamirlerin

hasarın esas sebebini teşkil ettiğini göstermiştir. Anormal kaynak malzemenin

uygulanması kanadın normal frekansını değiştirmektedir ve titreşimlere neden

olmaktadır. Rotor üzerindeki kanadın yenilenmesi sonucu yapılan doğal frekans

ölçümlerinde herhangi bir anormalliğe rastlanmamıştır.

Kabir ve Bulpett (2007) çalışmalarında uç değerdeki operasyon koşulları altındaki

motor parçalarının testlerinden elde edilen sonuçlarla laboratuar test sonuçlarını

karşılaştırmışlardır. Otomotiv endüstrisinde kullanılan malzemelerin mekanik

özelliklerini geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Bu çalışmalar belirli gerilme

altındaki stratejik parçalarda yapılmaktadır. Kabir ve Bulpett’in çalışmaları uç

değerdeki koşullar altında ve alaşımlı çeliklerden oluşmuş dizel enjeksiyon

memelerinde oluşan hasarları içermektedir. Kritik parçaların gerilme

konsantrasyonlarını azaltıcı dizayn, ısıl işlem ve karbürazasyon gibi işlemlerle

yorulmaya karşı direnç artırılmalıdır. Kalan ostenitin etkisi için deneysel gözlemler

ve mekanizmalar taneler arası çatlak başlaması ve durdurmasını içermektedir. Bu

73

0,8C-Cr-Ni-Mo çeliklerinin tavlanmış ve su verilmiş serileriyle yapılabilmektedir.

Numuneler basma, çekme deneyi ve eğme yorulması deneyine maruz bırakılırlar.

Karbürizasyon işlemi parçanın ergime sıcaklığının altındaki bir sıcaklığa kadar

ısıtılmasıyla gerçekleştirilen yüzey sertleştirme işlemidir. Otomotiv endüstrisinde

kullanılan parçaların sert tabaka kalınlığı 0,3- 0,5 mm arasında değerler almaktadır.

Kabir ve Bulpett bu çalışma için bazı deneyler yapmışlardır. Deneylerinde 18 CrNi8

malzemesini kullanmışlardır. İşlenmemiş çeliğin kimyasal kompozisyonu Çizelge

2,3’de verildiği şekildedir.

Çizelge 2.3. İşlenmemiş Çeliğin Kimyasal Kompozisyonu

Çelik C S Si Mn Ni Cr

18CrNi8 0,22 0,028 0,23 0,49 1,99 1,96

Standart yorulma numuneleri standart teknik özelliklere göre düşük basınç karbon,

standart gaz karbonlama ve gaz karbonitrürleme ile ısıl işleme tabi tutulurlar. 2 kg

yük kullanılan Vickers yöntemi ile mikro sertlik profilleri elde edilmiştir. Tüm

deney numunelerinin yorulma deneyi 2000rpm ve R=-1 değerlerindeki Wohler

dönel eğmeli cihazında gerçekleştirilmiştir. Motor testi 3000bar basınçta yapılmıştır

ve enjeksiyon memesi iki milyon devrin altında hasara uğramıştır. Kabir ve Bulpett

‘in çalışmaları gaz karbürizasyon ısıl işlemi sonucu yüksek yorulma gerilmesi

üretildiğini göstermektedir. Düşük basınç gaz karbürizsayonu nüfuz edici

oksidasyonla sonuçlanmıştır. Ancak vakum altındaki ısıl işlemler sonucu oluşan

gerilmelerin neden olduğu yüzey aşınmasının etkisi yorulma başlangıçlarına neden

olmaktadır. Son olarak ise Kabir ve Bulpett düşük basınç gaz karbürizasyonunun

18CrNi8 çeliğine uygulanması dizel enjeksiyon parçalarına yüksek yorulma

dayanımı kazandırmanın en uygun yol olduğunu belirlemişlerdir.

Sholably ve Riad (2007) bu çalışmalarında gaz emme odasında oluşan çatlağın hasar

analizi ile araştırmışlardır. Bir petrokimya fabrikası aynı şartlar altında 8 adet etan

ayırma kazanını kullanmaktadır. Bu kazanlardan birinde çok az miktarda sızıntı

mevcuttur. Yapılan incelemelerde çatlağın 304 H paslanmaz çelikten yapılmış ve

74

buhar boşaltma borusunun sadece ¾ inch altındaki 24 inch’lik boruda meydana

gelmiştir. Tamir kaynağı olarak V ER308H doldurma çubuğu kullanılan tungsten

ark kaynağı kullanılmıştır. Kaynaktan sonra penetran sıvısıyla muayene ve

sızdırmazlık testleri uygulanmıştır. Bu testler sonucunda sistem tekrar kullanıma

alınmıştır. Ancak 2 ay sonra aynı kazanda ve aynı bölgede çatlaklardan kaynaklanan

sızıntılar yeniden oluşmuştur. Yeniden bölge penetran sıvıyla muayene edildiğinde

birçok çatlağa rastlanmıştır. Sonra bu bölgeden bir kesit alınarak yerine yeniden aynı

kalınlıkta 304H paslanmaz çelik parça ER308H doldurma çubuğu kullanılarak

tungsten ark kaynağı yöntemiyle kaynaklanmıştır ve yeniden penetran sıvı ile

muayene yapılıp kullanıma yeniden sunulmuştur. Sonraları ise aynı sorun başka 3

kazanda da meydana gelince fabrika tarafından bu hasarın neden oluştuğu ve nasıl

engelleneceği konusunda araştırma yapılması istenir. Fabrika hasara uğrayan 304H

paslanmaz çelik borudan 18 inch uzunlukta, 10 inch derinlikte ve 10,30 mm

kalınlıkta oval bir numune alır. Alınan numunenin dış yüzeyi oluşan çatlakları tam

olarak açığa çıkarmamaktadır. Diğer taraftan incelemelerle kesilen numunenin ¾

inch buhar boşaltma borusunun yanındaki onarım kaynağının çevresinde nispeten

geniş çatlaklar ve 1 ½ inch basınç aktarımı borusunun yanında ince paralel

çatlakların bulunduğu gözlemlenmiştir. Alınan parçalar SEM yöntemiyle ve optik

elektron mikroskobuyla incelenmiştir. Buhar boşaltma borusunun yanındaki

bölgenin incelenmesiyle geniş taneler arası kırılmalara rastlanmıştır. Basınç aktarımı

borusundan alınan kesitin iç yüzeyinin mikroskobik etüdünde taneler arası/tane içi

çatlaklar ve hata bantları gözlemlenmiştir. Hata bantları korozyon yorulması veya

termal yorulmalardan kaynaklanmıştır. Diğer taraftan onarım kaynağı esnasında

karbür çökelmesi oluşmaktadır. Sholably ve Riad bu çalışmaları sonucunda şu

sonuçlara ulaşmışlardır; Buhar enjeksiyonundan kaynaklanan termal yorulmalardan

alaşım korunmalıdır. Tamir kaynağı esnasında malzeme zarar görür. Böylece alaşım

taneler arası korozyona karşı hassas hale gelir ve taneler arası çatlaklar oluşur.

75

3. MATERYAL VE YÖNTEM

3.1. Deneylerde Kullanılan Malzemeler

Bu çalışmada dört farklı malzeme kullanıldı. Deneylerde kullanılmak üzere seçilen

malzemeler AISI 4140, AISI 4340, AISI 1040 ve AISI 1050’dir. Malzemelerin

kimyasal kompozisyonları Çizelge 3.1.’de verilmektedir. Dört farklı çelik

malzemenin tamamı farklı çaplarda yuvarlak soğuk çekilmiş halde piyasadan temin

edilmiştir. Malzemeler bu durumdan mekanik deneylerde kullanılacak numunelerin

hazırlanması için torna ve freze tezgâhlarında talaşlı işleme tabi tutulmuşlardır.

AISI 1040 yüksek karbon oranı (%0,4 C) içeren bir çeliktir. AISI 1040 ısıl işlem, su

verme ve temperleme gibi işlemlerle gerilme direnci artırılabilen bir malzeme olarak

bilinir. AISI 1040 çeliği krank mili, dişliler ve bağlantı elemanları parçaların

üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

AISI 4140 ıslah çeliğinin içerdiği krom ve molibden elementleri yüksek sıcaklık

dayanımı sağlar. Düşük alaşımlı çelik sınıfından olan malzeme %0.4 C içeriğine

bağlı olarak ısıl işlem ile sertleştirilebilir. Aşınma dayanımı yüksek yüzey tabakası

oluşturulup cıvata, somun, dişli, mil ve aks gibi yüzeyi sertleştirilmiş parça

üretiminde de tercih edilir.

AISI 4340 ısıl işlem uygulanabilen düşük alaşımlı bir çeliktir. Nemli alaşım

elemanları nikel, krom ve molibdendir. Bu malzeme uygun şartlarda ısıl işlem

uygulanması durumunda yüksek dayanımın elde edilebilme kapasitesi bulunan ve

yüksek tokluk değerine sahip bir malzeme olarak bilinir. Tipik kullanım alanları

tasarım malzemesi olarak uçak iniş takımı dişlileri, güç iletim dişlileri, miller ve

diğer makine parçalarıdır. Bu açıdan dikkate alındığında daha çok darbe direncinin

önemli olduğu uygulamalarda da kullanım alanı bulmaktadır.

76

Çizelge 3.1. Deneylerde Kullanılan Malzemelerin Kimyasal Kompozisyonları

Malzeme Element %

Ağırlık

C Si Mn Cr Ni Mo P S Nb Fe

AISI 4140 0.39 0.27 0.78 0.90 0.034 0.19 0.017 0.01 --- Kala

nı

AISI 4340 0,40 0,20 0,70 0,80 1,80 0,25 0,025 0,02 --- Kala

nı

AISI 1040 0,40 --- 0,75 --- --- --- 0,04 0,05 --- Kala

nı

AISI 1050 0,52 --- 0,75 --- --- --- 0,04 0,05 --- Kala

nı

3.2. Deneysel Çalışmalar

Deneysel çalışmaların yapılma sıraları ve iş akış şeması Şekil 3.1.’de

gösterilmektedir.

77

MALZEME

Deneysel Çalışma

Numune Hazırlığı

Isıl İşlem

Normalizasyon Yağda Sertleştirme Temperleme

Yağda Sertleştirme Temperleme

Mekanik Deneyler

Çekme Deneyi

Çentik Darbe Deneyi

Metalografik İnceleme (SEM)

ANSYS ile Analiz

Halen kullanılmakta olan parça parça

Şekli değişikliğe uğratılmış parça

Üç Noktadan Eğme Deneyi

Sertlik Deneyi

Nümerik Çalışmalar

SONUÇ

Şekil 3.1. Deneysel çalışmada iş akış şeması

78

3.3. Deney Numunelerinin Hazırlanması

Silindirik şekilli çelik malzemelerden çekme deneyi numuneleri SDÜ CAD-CAM

merkezinde bulunan CNC torna tezgâhında ve üç noktadan eğme ile çentik darbe

deneyi numuneleri aynı merkezde bulunan CNC freze tezgâhında talaş kaldırılarak

işlenmiştir. Talaşlı işleme esnasında talaş derinliği, kesici takım hızı ve kesme hızı

değerleri numunelerde istenmeyen etkiler ortaya çıkmayacak büyüklükte seçilmiştir.

İşleme esnasında kesme sıvısı kullanılmış ve tüm numunelerin yüzey kalitelerinin

aynı olmasına özen gösterilmiştir.

3.4. Mekanik Deneyler

3.4.1. Çekme Deneyi

Farklı ısıl işlem şartlarında işlem görmüş ve satın alındığı gibi kontrol numunesi

olarak hazırlanan deney numunelerinin çekme deneyleri SDÜ Mühendislik Mimarlık

Fakültesi Makine Mühendisliği laboratuarında bulunan ALŞA marka 40 ton

kapasiteli üniversal çekme cihazında yapılmıştır. Numuneler çekme cihazının çene

yapısına uygun olarak hazırlanan aparatlar kullanılarak çekme deneyine tabi

tutulmuştur. Uzama değerleri numuneler üzerinden ölçülmüş ve her numune için

gerilme- uzama diyagramı çizdirilerek gerekli değerler elde edilmiştir. Her bir deney

grubu için 3’er adet numune çekilmiştir. Çekme deney numunelerinin şekil ve

boyutları Şekil 3.2.’de verilmektedir. Çekme deneyleri TS 138’e uygun olarak oda

sıcaklığında gerçekleştirilmiştir.

Şekil 3.2. Çekme deneyi numunelerinin şekil ve boyutları

79

3.4.2. Çentik Darbe Deneyi

Farklı şartlarda ısıl işlem uygulanmış çelik malzemelerin darbe dayanımlarını

belirlemek üzere SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği

laboratuarında bulunan ALŞA marka Charpy deney cihazının genel görünüşü Şekil

3.3.’de gösterilmektedir. Cihazın kırma enerjisi kapasitesi 300 kJ’dür. Deneyler oda

sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Her bir ısıl işlem şartında işlem görmüş deney

grubu için 2 adet numune kullanılmıştır.

Şekil 3.3. Charpy deney cihazının genel görünüşü

Charpy deneylerinde kare kesitli ve V-çentikli numuneler hazırlanarak

kullanılmıştır. Çentik darbe deney numunelerinin şekli ve boyutları Şekil 4.4.’de

verilmektedir.

80

Şekil 3.4. Çentik darbe deneyi numunelerinin şekil ve boyutları

3.4.3. Üç Noktadan Eğme Deneyi

Üç noktadan eğme deneyleri SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine

Mühendisliği laboratuarında bulunan ALŞA marka 40 ton kapasiteli üniversal

çekme cihazında, özel olarak hazırlanan eğme deneyi aparatı kullanılarak

gerçekleştirilmiştir. Eğme deneyi numuneleri prizmatik şekilli olup farklı ısıl işlem

şartlarında işlem görmüş malzemelerin eğme dayanımlarını belirlenmek üzere

kullanılmıştır. Üç noktadan eğme deneyi numunelerinin yükleme durumu şematik

olarak Şekil 3.5.’de verilmektedir. Bu deneylerde çentikli numuneler kullanılmıştır.

Bunun nedeni malzemelerin darbe şeklinde gelen yüklere karşı davranışlarını

belirlemek ve gerilme yığılmasına karşı koyma kabiliyetlerini göstermesidir. Bu

çalışmanın amacı darbe şeklinde gelen yüklerden kaynaklanan erken hasar görülen

tüfek parçalarının analizi olduğundan dolayı çentikli çubukların eğme deneyi

uygulanmasının daha anlamlı olacağı düşünülmüştür.

81

Şekil 3.5. Eğme deneyi numunesinin yükleme durumu (Şematik)

3.4.4. Sertlik Ölçümü

Farklı şartlarda ısıl işlem uygulanmış malzemelerin sertlik değerlerinin ölçülmesinde

SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği laboratuarında bulunan

Rockwell sertlik ölçüm cihazı Şekil 3.6.’da gösterilmektedir.

Şekil 3.6. Rockwell sertlik ölçüm cihazı

82

Rockwell yöntemi ile ölçülen sertlik değerleri dönüşüm tabloları kullanılarak Brinell

Sertlik Değerlerine dönüştürülmüştür. Sertlik ölçümü için ayrıca numune

hazırlanmamış olup çekme deney numunelerinin baş kısımlarından ve çentik darbe

deneyi numunelerinden yararlanılmıştır. Üç farklı bölgeden sertlik ölçümü yapılarak

ortalama sertlik değeri belirlenmiştir. Sertlik ölçümleri oda sıcaklığında laboratuar

şartlarında yapılmıştır.

3.5. Isıl İşlemler

Deneylerde kullanılan malzemelere uygulanan ısıl işlemler sırasıyla; normalizasyon,

sertleştirme ısıl işlemi, temperleme işlemleridir. Her bir malzeme grubu için

uygulanan ısıl işlemler Çizelge 3.2.’de verilmektedir.

Çizelge 3.2. Malzemelere uygulanan ısıl işlemler

Malzeme Uygulanan Isıl işlemler

AISI 1040

Satın alındığı gibi, 900ºC’de Normalize işlemi, Suda sertleştirme(845 ºC) ve 315 ºC’de

Temperleme işlemi, Suda sertleştirme ve 425ºC’de Temperleme işlemi, Suda sertleştirme ve

540 ºC’de Temperleme işlemi, Yağda sertleştirme(855 ºC) ve 205 ºC’de Temperleme işlemi,

Yağda sertleştirme ve 315 ºC’de Temperleme işlemi,900 ºC Normalize işlemi +Suda

sertleştirme ve 425 ºC’de Temperleme işlemi

AISI 1050

Satın alındığı gibi, 900ºC’de Normalize işlemi, Yağda sertleştirme(845 ºC) ve 205 ºC’de

Temperleme işlemi, Yağda sertleştirme ve 315 ºC’de Temperleme işlemi, Suda

sertleştirme(830 ºC) ve 315 ºC’de Temperleme işlemi, Suda sertleştirme(830 ºC) ve 425 ºC’de

Temperleme işlemi, Suda sertleştirme ve 500 ºC’de Temperleme işlemi, Normalize işlemi +

Suda sertleştirme ve 315 ºC’de Temperleme işlemi

AISI 4140

Satın alındığı gibi, 870ºC’de Normalize işlemi, Suda sertleştirme(840 ºC) ve 315 ºC’de

Temperleme işlemi, Suda sertleştirme ve 540 ºC’de Temperleme işlemi, Yağda

sertleştirme(850 ºC) ve 315 ºC’de Temperleme işlemi, Yağda sertleştirme ve 540 ºC’de

Temperleme işlemi Normalize işlemi + Suda sertleştirme ve 315 ºC’de Temperleme işlemi

AISI 4340

Satın alındığı gibi, 900ºC’de Normalize işlemi, Yağda sertleştirme(885 ºC) ve 220 ºC’de

Temperleme işlemi, Yağda sertleştirme ve 350 ºC’de Temperleme işlemi, Yağda sertleştirme

ve 500 ºC’de Temperleme işlemi,Normalize işlemi + Yağda sertleştirme ve 220 ºC’de

Temperleme işlemi, Normalize işlemi + Yağda sertleştirme ve 350 ºC’de Temperleme işlemi,

Normalize işlemi + Yağda sertleştirme ve 500 ºC’de Temperleme işlemi

83

Isıl işlemlerin gerçekleştirilmesinde SDÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine

Mühendisliği laboratuarında bulunan Heraus marka 1200 ºC sıcaklık kapasiteli 3 kW

gücünde kül fırın kullanılmıştır. Ayrıca bir grup numune endüstriyel amaçlı

silindirik vakum fırında sıcaklık ve süreler aynı tutularak ısıl işleme tabi tutulmuştur.

Deneylerde kullanılan fırınların genel görünüşü Şekil 3.7.’de gösterilmektedir.

Şekil 3.7. Deneylerde kullanılan ısıl işlem fırınları

3.6. Sonlu Elemanlar Analizi

Çalışmanın konusunu oluşturan ve erken hasar görülen tüfek parçalarından en

önemlisi ve en fazla hasara uğrayanı olan “kilit” parçasının gerçek yükleme

şartlarında ortaya çıkan gerilme ve şekil değiştirme miktarlarının belirlenmesi

amacıyla ANSYS programı kullanılarak analiz yapılmıştır. Bu çalışmada SDÜ

Teknik Eğitim Fakültesinde bulunan eğitim amaçlı ANSYS 10.0 version

kullanılmıştır.

84

Sonlu elemanlar analizi iki farklı parça tasarımı esas alınarak yapılmıştır. Malzeme

grubu olarak AISI 4340 çeliğinin mekanik özellikleri kullanılmıştır. Uygulamada en

çok kullanılan malzeme olarak AISI 4340 malzeme tercih edildiğinden bu

malzemenin mekanik ve fiziksel özellikleri analiz yapmak üzere seçilmiştir. Kilit

parçasının şekli ve boyutları Şekil 3.8.’de gösterilmektedir. ANSYS analizlerinde

kullanılan kilit parçada kuvvetin uygulandığı bölgeler ile hasarın sık görüldüğü

bölgelerin genel görünüşü farklı açılardan Şekil 3.9.’da gösterilmektedir.

Kilit parçanın hasarını azaltmak veya erken hasarı önlemek amacıyla halen

kullanılan boyut ve şekle sahip parçanın imal edildiği malzemelerin ısıl işlem şartları

Şekil 3.8. Kilit parçasının şekli ve boyutları

değiştirilerek araştırma yapılırken diğer yandan kilit parçanın şekli kısmen

değiştirilerek gerilme analizi yapılmıştır. Böylece çalışma iki önemli kısımdan

oluşmuştur. Tasarım çalışmasında alternatif parça şekli olarak önerilen kilit parçanın

genel görünüşü Şekil 3.10.’da gösterilmiştir.

85

Şekil 3.9. Kuvvetin uygulandığı bölgeler, hasarın sık görüldüğü parça bölümleri

Şekil 3.10. Alternatif parça şekli olarak önerilen kilit parçanın genel görünüşü

86

4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA

4.1. Çekme Deney Sonuçları

Deneylerde kullanılan dört farklı malzemeden hazırlanan standart çekme deneyi

numunelerine TS 138’e göre çekme deneyleri uygulanmıştır. Her bir malzeme

grubuna farklı ısıl işlem şartlarında ısıl işlemler uygulanmış (Çizelge 3.2’de

verilmiştir) ve daha sonra çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde

kullanılan malzemelerin satın alındığı şekilde yapılan çekme deneyi sonuçları ve

sertlik değerleri 3 numunenin ortalama değer olarak toplu halde Çizelge 4.1’de

verilmiştir. Tablolarda kullanılan kısaltmaların anlamları aşağıda verildiği gibidir.

Nr: Normalize İşlemi; SS: Suda Sertleştirme; YS: Yağda Sertleştirme; T:

Temperleme; rakamlar ºC olarak işlem sıcaklığıdır.

Çizelge 4.1. Deneylerde kullanılan malzemelerin satın alındığı haldeki mekanik

özellikleri

Malzeme

Akma

Dayanımı

(MPa)

Çekme

Dayanımı

(MPa)

Kopma

Uzaması

(%)

Kesit

Daralması

(%)

Sertlik

(BSD)

AISI 1040 318 414 19,8 63,4 150

AISI 1050 389 467 18,1 56,1 156

AISI 4140 555 673 17,8 69,2 240

AISI 4340 608 787 17,3 66,4 165

AISI 1040, AISI 1050, AISI 4140, AISI 4340 çelik malzemelerin farklı ısıl işlem

uygulanmış halde çekme deneyi sonuçları sırasıyla Çizelge 4.2, Çizelge 4.3, Çizelge

4.4, Çizelge 4.5’te verilmektedir.

87

Çizelge 4.2. AISI 1040 malzemenin çekme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl

İşlem

Akma Dayanımı (MPa) Çekme Dayanımı (MPa) Kopma Uzaması

(%)

Kesit

Daralması

(%)

900 Nr 401 549 30,7 69,3

SS ve 315 T 610 753 26,3 56,1

SS ve 425 T 601 744 27,1 57,9

SS ve 540 T 576 708 28,4 64,1

YS ve 205 T 576 710 27,6 52,3

YS ve 315 T 561 707 28,4 53,7

Nr + SS ve 425 T 631 759 29,7 60,3

Çizelge 4.3. AISI 1050 malzemenin çekme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl

İşlem

Akma Dayanımı

(MPa)

Çekme Dayanımı

(MPa)

Kopma Uzaması

(%)

Kesit

Daralması

(%)

900 Nr 466 780 24,7 57,8

SS ve 315 T 786 1051 13,7 38,1

SS ve 425 T 749 997 18,8 42,6

SS ve 540 T 669 868 22,1 54,1

YS ve 205 T 727 1047 15,1 39,9

YS ve 315 T 719 969 14,1 43,6

Nr + SS ve 315 T 803 1097 15,3 41,7

Çizelge 4.4. AISI 4140 malzemenin çekme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl

İşlem

Akma Dayanımı

(MPa)

Çekme Dayanımı

(MPa)

Kopma Uzaması

(%)

Kesit Daralması

(%)

870 Nr 701 1005 18,3 56,1

SS ve 315 T 1279 1457 9,1 34,3

SS ve 540 T 837 919 13,1 35,9

YS ve 315 T 1267 1430 9,7 41,1

YS ve 540 T 817 899 15,6 57,2

Nr + SS ve 315 T 1250 1403 10,8 35,9

88

Çizelge 4.5. AISI 4340 malzemenin çekme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl

İşlem

Akma Dayanımı

(MPa)

Çekme Dayanımı

(MPa)

Kopma Uzaması

(%)

Kesit

Daralması (%)

900 Nr 837 1366 13,4 39,4

YS ve 220 T 1611 1803 11,1 38,2

YS ve 350 T 1570 1696 11,5 41,7

YS ve 500 T 1097 1201 14,3 50,1

Nr + YS ve 220 T 1628 1821 12 39,3

Nr + YS ve 350 T 1508 1709 12,4 42,1

Nr + YS ve 500 T 1108 1241 14,9 52,3

Av tüfeklerinde kritik parçalardan olan kilidin imal edileceği malzemenin mekanik

özelliklerinin belirlendiği belli bir değerin üzerinde olması beklenir. Deneylerde

kullanılan dört farklı malzemenin satın alındığı haldeki mekanik özellikleri Çizelge

4.1.’de verilmiştir. Bu tür malzemelerin mekanik özelliklerini ve sertlik değerlerini

istenilen değerlere getirmek için ısıl işlemler uygulanmaktadır. Satın alındığı haldeki

mekanik özellikler yeterli değildir. Bu nedenle AISI 1040 ve AISI 1050 malzemeler

sade karbonlu çelikler ve AISI 4140 ve AISI 4340 malzemeler düşük alaşımlı

çelikler grubundadır. Bu nedenle her bir malzeme grubuna farklı ısıl işlem

şartlarında ısıl işlem uygulanmıştır. Uygulanan ısıl işlemlerden birisi normalizasyon

işlemidir. Metalik malzemelerde sertlik ve dayanım değerleri birbirine paralel artar.

Bu nedenle sertleştirme işlemi ve bunu takiben temperleme işlemi uygulanmıştır.

Sertleştirme ortamı olarak su ve yağ seçilmiştir. Daha sert bir sertleştirme ortamı

olarak seçilen “suda sertleştirme” sonrası seçilen temperleme sıcaklıklarının yüksek

sıcaklıkta temperleme aralığında da olmasına özen gösterilmiştir. Bir uygulama

olarak önce normalize edilmiş malzemeye sertleştirme ve temperleme işlemi

uygulanarak normalizasyonun etkisini incelemek amaçlanmıştır. Çekme deneyinden

elde edilen 4 farklı mekanik özellik hesaplanarak belirlenmiştir. Burada özellikle

dayanım değerleri ile kopma uzaması ve kesit daralması büyüklükleri belirlenmiştir.

Kilit parçada belli bir dayanım değeri yanında süneklik özelliği de önemlidir.

Sünekliğin önemli bir göstergesi olarak kesit daralması önplana çıkmaktadır. Ancak

kopma uzaması büyüklüğü de sünekliğin bir göstergesi olarak kabul edilmektedir.

Bu iki büyüklük birbiri ile ilişkilidir. Kesit daralması arttıkça kopma uzaması değeri

89

büyümektedir (Savaşkan, 1999). Bu bilgiler ışığında AISI 1040, AISI 1050, AISI

4140 ve AISI 4340 çeliklerinin dayanım ve süneklik değerleri karşılaştırıldığında üç

malzemenin içerdiği karbon miktarı aynı olmakla beraber değerlerin farklılık

gösterdiği Çizelge 4.2- Çizelge 4.5’ten görülmektedir. Akma ve çekme dayanımları

açısından en yüksek değerlerin AISI 4340 çelik malzemenin verdiği görülmektedir.

AISI 4140 çelik malzeme sade karbonlu çeliklere göre daha yüksek dayanım

değerlerine erişememiştir. Kesit daralması ve kopma uzaması değerleri açısından

sade karbonlu çelikler daha yüksek değerler vermiştir. Ancak dayanım ve süneklik

değerlerinden birisinin yüksek olması yeterli olmamaktadır.

Her bir malzeme grubunun ısıl işlem uygulanmış haldeki mekanik özellikleri

incelendiğinde daha sert ortam olan suda sertleştirme sonrası yağda sertleştirme

sonrası elde edilen dayanım değerlerinden daha yüksektir. Süneklik değerleri için

tam tersi geçerlidir (Çizelge 4.2, Çizelge 4.3 ve Çizelge 4.4).

Sertleştirme işlemi sonrası uygulanan temperleme işleminde seçilen sıcaklık

mekanik özellikleri etkilemektedir. Çizelge 4.2 – Çizelge 4.5 incelendiğinde

temperleme sıcaklığı artıkça dayanım değerleri düşerken kopma uzaması ve kesit

daralması değerleri 4 malzeme grubu için de artmaktadır. Bu durum temperleme

işleminin doğal sonucudur. Sade karbonlu çeliklerde temperleme sıcaklığının

etkisinin daha fazla olduğu belirlenmiştir. Üzerinde çalışılan 4 malzeme grubu

içinde normalize işlemi sonrası sertleştirme ve temperleme işlemi uygulandığında

daha iyi sonuçlar alınmıştır. Sertleştirme ortamı seçiminde AISI 4340 çelik

malzemede suya göre daha yumuşak olan yağ seçilmiştir. Buna rağmen en yüksek

dayanım değerleri ve çok düşük olamayan süneklik değerleri elde edilmiştir (Çizelge

4.5 ).

Çekme deneyi sonuçları malzemelerin statik yük uygulanması halinde dikkate

alınacak değerlerdir. Bu nedenle bu çalışmanın konusu olan av ve spor tüfeklerinin

önemli kritik parçalarından olan kilit parçasının malzemesinin belirlenmesinde

belirleyici değerler olamaz. Bundan dolayı en uygun malzeme ve ısıl işlem

şartlarının seçiminde çekme deneyi sonuçlarının yanı sıra sertlik, üç noktadan eğme

90

ve çentik darbe deneyi sonuçları da göz önüne alınmak zorundadır. Özel

uygulamalar için malzeme seçiminde tasarımcı yeterli performans ve uyun çalışma

ömrü için gerekli olan tüm özellikleri dikkate almak zorundadır. Bu nedenle

malzeme seçimi çok kolay yapılan bir iş değildir.

4.2. Sertlik Deney Sonuçları

Kilit parçanın imalatında kullanılmaya aday 4 çelik malzemeye farklı şartlarda

yapılmış ısıl işlem sonrası elde edilen sertlik değerleri Çizelge 4.6’da verilmiştir.

Malzemelerin aşınmaya maruz kalması durumunda sertlik değeri önem kazanır. Kilit

parça her bir fişeğin patlatılması sonrası beraber çalıştığı iki parça ile izafi

hareketten dolayı aşınmaya çalışır. Bu nedenle belli bir sertlik değerine sahip olmak

zorundadır. Çizelge 4.6 incelendiğinde en yüksek sertlik değerine AISI 4340 çelik

malzemede erişildiği görülmektedir. Sade karbonlu çeliklerde karbon miktarı

sertleştirme ısıl işlem sonrası elde edilecek sertlik değerler üzerinde en etkili

parametredir. Bu durum açıkça AISI 1040 ve AISI 1050 çeliklerinde görülmektedir.

Bu çelikler için sertleştirme ve temperleme şartları aynı olmakla birlikte AISI 1050

çelikte daha yüksek sertlik değerleri elde edilmiştir. AISI 4140 ve AISI 4340 düşük

alaşımlı çeliklerde karbon miktarı aynı olmakla birlikte sertlik değerleri daha

yüksektir. Bu sonuç Bölüm 4.1’de irdelenen dayanım değerlerine paralellik

göstermektedir. Bu benzerlik doğal bir sonuçtur.

Suda sertleştirme tüm malzeme grupları için elde edilen sertlik değerleri yağda

sertleştirmeye göre daha yüksektir. Temperleme sıcaklığı arttıkça sertlik değeri

düşmüştür. Bu da doğal bir sonuçtur. Tüm bunlara rağmen AISI 4340 çelik

malzemenin en iyi sertlik değerini verdiği belirlenmiştir (Çizelge 4.6 ).

Çizelge 4.6. Isıl işlem uygulanmış AISI 1040, AISI 1050, AISI 4140 ve AISI 4340

çelik malzemelerin sertlik deneyi sonuçları

Malzeme Uygulanan Isıl İşlem Sertlik Değeri (BSD)

900 Nr 173

AISI 1040 SS ve 315 T 431

91

Çizelge 4.6 (devam)

SS ve 425 T 344

SS ve 540 T 277

YS ve 205 T 251

YS ve 315 T 245

Nr + SS ve 425 T 371

900 Nr 203

SS ve 315 T 437

SS ve 425 T 371

SS ve 540 T 289

YS ve 205 T 327

YS ve 315 T 316

AISI 1050

900 Nr + SS ve 315 T 429

870 Nr 341

SS ve 315 T 447

SS ve 540 T 316

YS ve 315 T 431

YS ve 540 T 299

AISI 4140

Nr + SS ve 315 T 439

900 Nr 363

YS ve 220 T 509

YS ve 350 T 484

YS ve 500 T 456

Nr + YS ve 220 T 511

Nr + YS ve 350 T 477

AISI 4340

Nr + YS ve 500 T 452

4.3. Çentik Darbe Deneyi Sonuçları

Çentik darbe deneyi ısıl işlem görmüş numunelere Charpy yöntemiyle oda

sıcaklığında V çentikli olarak uygulanmıştır. AISI 1040, AISI 1050, AISI 4140,

AISI 4340 çelik malzemelerin farklı ısıl işlem uygulanmış halde çentik darbe deneyi

sonuçları sırasıyla Çizelge 4.7, Çizelge 4.8, Çizelge 4.9, Çizelge 4.10’da

verilmektedir.

92

Çizelge 4.7. AISI 1040 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem

Kırılma Enerjisi (J)

Kırılma Durumu

900 Nr 130 Kırılmadı

SS ve 315 T 116 Kırılmadı

SS ve 425 T 124 Kırılmadı

SS ve 540 T 176 Kırılmadı

YS ve 205 T 166 Kırılmadı

YS ve 315 T 184 Kırılmadı

Nr + SS ve 425 T 138 Kırılmadı

Çizelge 4.8. AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem

Kırılma Enerjisi (J)

Kırılma Durumu

900 Nr 48 -

SS ve 315 T 14 -

SS ve 425 T 34 -

SS ve 540 T 38 -

YS ve 205 T 28 -

YS ve 315 T 24 -

Nr + SS ve 315 T 32 -

Çizelge 4.9. AISI 4140 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem

Kırılma Enerjisi (J)

Kırılma Durumu

870 Nr 62 -

SS ve 315 T 42 -

SS ve 540 T 46 -

YS ve 315 T 46 -

YS ve 540 T 52 -

Nr + SS ve 315 T 46 -

93

Çizelge 4.10. AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem

Kırılma Enerjisi (J)

Kırılma Durumu

900 Nr 72 -

YS ve 220 T 50 -

YS ve 350 T 40 -

YS ve 500 T 68 -

Nr + YS ve 220 T 68 -

Nr + YS ve 350 T 48 -

Nr + YS ve 500 T 84 -

Dinamik yük veya darbelere maruz kalan parçaların üzerine gelen bu yükleri

aktarması veya absorbe etmesi beklenir. Darbeli yükün parçaya aktardığı enerjinin iş

parçası tarafından elastik veya plastik deformasyon göstererek absorbe etmesi

mümkündür. Kilit parça av tüfeklerinde namlu içinde barutun ateşlenmesi sonucu

ortaya çıkan ani basınç artışına bağlı olarak bir darbeye maruz kalır. Genellikle bu

darbeli yüklerden sonra yükleme esnasında bu kritik parça erken hasara

uğramaktadır. Bu nedenle bu parçanın tasarlanmasında parça imalinde kullanılan

malzemenin seçimi ve uygulanacak ısıl işlem parametrelerinin yüksek darbe

enerjisini absorbe etmesini gerektirmektedir. Bu amaçla üzerinde çalışılan malzeme

gruplarına Charpy deneyi uygulanmıştır. Statik dayanım değerleri yanında darbe

enerjisi değerleri bu açıdan önem kazanmaktadır. Erken hasarın ortaya çıkmasında

yetersiz darbe direnci özelliklerinin rol oynadığı düşünülmektedir. Çizelge 4.7,

Çizelge 4.8, Çizelge 4.9 ve Çizelge 4.10 incelendiğinde en düşük kırılma enerjisi

değerleri AISI 1050 çelik malzemede ortaya çıkmıştır. Sade karbonlu çeliklerde

karbon miktarı azaldıkça kırılma enerjisi değeri artmaktadır. Düşük alaşımlı

çeliklerde (AISI 4140 ve AISI 4340) elde edilen kırılma enerjisi sonuçları daha

yüksektir. En yüksek kırılma enerjisi değerleri AISI 4340 çelik malzemede elde

edilmiştir. Deney malzemelerinde suda sertleştirme sonrası elde edilen kırılma

enerjisi değerleri yağda sertleştirmeye göre daha düşüktür. Bu durum doğaldır.

Temperleme sıcaklığı arttıkça kırılma enerjisi değerleri artmaktadır.

94

4.4. Üç Noktadan Eğme Deney Sonuçları

Üç noktadan eğme deneyi ısıl işlem görmüş numunelere ALŞA marka 40 ton

kapasiteli üniversal çekme cihazında, özel olarak hazırlanan eğme deneyi aparatı

kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Eğme deneyi için hazırlanan özel aparat ve

numunenin aparat yardımıyla eğme deneyine tabi tutulması Şekil 4.1.’de

gösterilmektedir.

Şekil 4.1. Hazırlanan özel aparat kullanılarak çentikli numunenin eğilmeye

zorlanması

Üç noktadan eğme deneyi değişik ısıl işlem uygulanmış numuneler kullanılarak

gerçekleştirilmiştir. AISI 1040, AISI 1050, AISI 4140, AISI 4340 çelik

malzemelerin farklı ısıl işlem uygulanmış halde çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları sırasıyla Çizelge 4.11, Çizelge 4.12, Çizelge 4.13, Çizelge 4.14’te

verilmektedir.

95

Çizelge 4.11. AISI 1040 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem Kırılma Kuvveti (kN)

900 Nr 24,75

SS ve 425 T 22,75

SS ve 540 T 24,75

Çizelge 4.12. AISI 1050 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem Kırılma Kuvveti (kN)

900 Nr 32,00

YS ve 205 T 30,00

YS ve 315 T 40,00

SS ve 315 T 17,50

SS ve 425 T 28,75

SS ve 540 T 26,00

Çizelge 4.13. AISI 4140 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem Kırılma Kuvveti (kN)

870 Nr 46,65

SS ve 315 T 60,70

SS ve 540 T 56,90

YS ve 315 T 46,40

YS ve 540 T 63,50

Nr + SS ve 315 T 55,50

Çizelge 4.14. AISI 4340 malzemenin çentikli üç noktadan eğme deneyi sonuçları

Uygulanan Isıl İşlem Kırılma Kuvveti (kN)

900 Nr 48,75

YS ve 220 T 64,50

YS ve 350 T 57,00

YS ve 500 T 46,00

Nr + YS ve 220 T 70,50

Nr + YS ve350 T 60,25

Nr + YS ve 500 T 47,50

96

Çentikli eğme deneyi özel olarak uygulanan eğme deneyidir. Eğme deneyine tabi

tutulacak numunelere çentik açılarak numunenin hazırlandığı malzemenin ve bu

malzemeye uygulanan ısıl işlem şartlarının darbeli çalışma hallerindeki davranışını

belirler. Benzer şekilde iş parçalarında tasarım kaynaklı parça şekli ve boyutundan

kaynaklanan gerilme yığılması bölgeleri varsa iş parçasının davranışının incelenmesi

açısından önem kazanmaktadır. Bu çalışmada V çentik açılmış numunelere üç

noktadan eğme deneyi uygulanarak basınç şokuna maruz kalan kilit parçanın

davranışı benzetilmeye çalışılmıştır. Bunun yanı sıra kilit parça Şekil 3.9’da verilen

şekilde gerilme yığılması bölgelerine sahiptir. Bu parçada erken hasar bu bölgelerde

oluşmaktadır. Bu durum çentikli üç noktadan eğme deneyi yoluyla simule edilmeye

çalışılmıştır. Deneylerden elde edilen sonuçlar kırılmanın gerçekleştiği en büyük

kuvvet belirlenmiştir. Hasar ortaya çıktıktan sonra kuvvet hızla düştüğünden en

yüksek değer hasara neden olan kuvvet olarak düşünülerek incelenmeye esas

alınmıştır. Numune ve çentik şekli ve boyutları tamamen aynı olduğu için kırılma

kuvveti değerlerinin karşılaştırılması yeterli olacağı düşünülmüştür. Sade karbonlu

çelik malzemelerde kırılma kuvveti değerleri düşük alaşımlı çeliklere göre daha

düşük elde edilmiştir. En yüksek değerler AISI 4340 çelik malzemede elde

edilmiştir. AISI 4140 çelik malzemede elde edilen değerler AISI 4340 malzemeden

elde edilen değerlere çok yakın olmakla birlikte daha düşüktür. Bu açıdan

incelendiğinde en uygun malzemenin AISI 4340 malzeme olduğu görülmektedir.

4.5. Metelografik Çalışmalar

Mekanik deneyler sonucunda bulunan değerlerin doğruluğunu belirlemek, ısıl

işlemlerin darbe direnci ve çentikli eğme deney sonuçlarını nasıl etkilediğini

belgelemek amacıyla numunelerin kırık yüzey incelemeleri yapılmıştır. Kırık yüzey

incelemelerinde makro açıdan inceleme yapılarak kırık yüzeylerinin görünümleri

değerlendirilmeye alınmıştır. Metelografik incelemelerde takip edilen ikinci yol

kırık yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu ile (TEM) incelenmesidir. Bu tür

inceleme kırığın tipini, sünek ve gevrek veya hangi oranda sünek kırılmanın ortaya

çıktığını belirlemek amacıyla yapılmıştır.

97

AISI 1040 çelikten çentik darbe deney numuneleri ve çentikli üç noktadan eğme

deney numuneleri genellikle kırılmamıştır (Şekil 4.2.). Bu durum bu tür malzemenin

sertleştirme ve arkasından temperleme yapılması durumunda yeterince süneklik

kazandığını göstermektedir. Bu durum Çizelge 4.7’de görülmektedir. Çentik darbe

deneyi sonucu ortaya çıkan kırılma enerjisi değeri 138 J olup normalizasyonun etkisi

açık şekilde görülmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.2. AISI 1040 malzemenin (a) Çentik darbe deneyi (SS + 540 T) (b) Çentikli

üç noktadan eğme deneyi (Nr + SS + 425 T) numunelerinin makro görünüşü

AISI 1050 çelik malzemeden çentik darbe deneyi numunelerinin kırık yüzeylerinin

makro görünüşlerinden örnekler Şekil 4.3.’de verilmektedir. Suda sertleştirilmiş ve

sırasıyla 425 ºC ve 540 ºC’ta temperlenmiş numunelerin görünüşleri örnek olarak

verilmiştir. Kırık yüzeylerinde gevrek kırılma bölgesi ile sünek kırılma bölgelerinin

oranları açıkça görülmektedir. Bu numunelerin gevrek kırık alanının toplam kırık

kesiti alanına oranı sırasıyla %70 ve %60 mertebesindedir. Bu durum Çizelge 4.8’de

verilen kırılma enerjisi değerleri ile paralellik göstermektedir.

98

(a) (b)

Şekil 4.3. AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin makro

görünüşü (a) SS + 425 T (b) SS + 540 T

Sade karbonlu çeliklerin yanı sıra düşük alaşımlı çeliklerden AISI 4140 ve AISI

4340 malzemelerin benzer tarzda çentikli eğme ve çentik darbe deneyi

numunelerinin kırık yüzeylerinin makro görünüşleri incelenmiştir. İncelemeler

ağırlıklı olarak AISI 4340 malzeme üzerinde yoğunlaşmıştır. Şekil 4.4’te AISI 4140

malzemeden çentikli eğme deneyi numunelerinin kırık yüzeylerinin makro

görünüşleri verilmektedir. AISI 4140 malzemenin normalize + suda sertleştirme +

315 ºC’ta temperleme ve normalize + suda sertleştirme + 540 ºC’ta temperleme

şartlarında ısıl işlem uygulanmış haldeki kırık yüzeyleri temperleme sıcaklığının

etkisini göstermektedir. Temperleme sıcaklığı yükseldikçe kırılma kuvveti

düşmektedir. AISI 4340 çelik malzemeden çentikli eğme deneyi numunelerine

sırasıyla yağda sertleştirme + 220 ºC’ta temperleme ve yağda sertleştirme + 500

ºC’ta temperleme şartlarında ısıl işlem uygulanmış haldeki kırık yüzeylerinin makro

görünüşleri Şekil 4.5’te verilmektedir. Bu görünüşlerde temperleme sıcaklığının

etkisi açıkça görülmektedir. 500ºC’ta temperlenmiş numune kırılmamıştır. Bu

durum bu işlem şartlarının malzemeye diğer ısıl işlem şartlarına göre daha fazla

süneklik kazandırdığını göstermektedir. Çentikli eğme deneylerinin bu tür sonuç

vermesi bu malzemenin uygun ısıl işlem uygulanması halinde gerilme yığılmasına

Gevrek Kırılma Bölgesi

Sünek Kırılma Bölgesi

Çentikli Bölge

99

ve darbelere karşı daha fazla direnç göstererek kolaylıkla hasarın görülmeyeceğini

göstermesi açısından önemlidir.

(a) (b)

Şekil 4.4. AISI 4140 malzemenin çentikli eğme deneyi numunelerinin makro

görünüşü (a) Nr + SS + 315 T (b) Nr + SS + 540 T

(a) (b)

Şekil 4.5. AISI 4340 malzemenin çentikli eğme deneyi numunelerinin makro

görünüşü (a)YS + 220 T (b) YS + 500 T (kırılmamış)

100

Şekil 4.6’da AISI 4340 malzemeden çentik darbe deneyi numunelerinin kırık

yüzeylerinin makro görünüşleri verilmektedir. AISI 4340 malzemenin yağda

sertleştirme + 350ºC’ta temperleme, yağda sertleştirme + 500ºC’ta temperleme, ve

normalize + yağda sertleştirme+ 350ºC’ta temperleme şartlarında ısıl işlem

uygulanmış haldeki kırık yüzeyleri incelendiğinde temperleme sıcaklığının ve

normalizasyon işleminin etkisi görülmektedir. Yağda sertleştirme + 350ºC’ta

temperleme ısıl işlemi ile yağda sertleştirme + 500ºC’ta temperleme ısıl işlemi

uygulanan numunelerin kırık yüzeyi görünüşleri incelendiğinde temperleme

sıcaklığı yükseldikçe sünek bölgenin daha belirgin bir şekilde genişlediği

görülmektedir. Bu durum Şekil 4.6. (a) ve (b) ‘de lifli bölge ve kayma

deformasyonunun olduğu bölge olarak gösterilmiştir. Bu kırık yüzeylerindeki lifli

bölgedeki daralma değişimi temperleme sıcaklığının arttırılması ile numunenin daha

sünek kırılmaya doğru gelişme gösterdiği gözlenmektedir. Benzer şekilde yağda

sertleştirme +350ºC’ta temperleme ile normalize + yağda sertleştirme + 350ºC’ta

temperleme ısıl işlemi uygulanmış numuneler incelendiğinde normalizasyon

işleminin sünekliğe etkisi açıkça görülmektedir. Kırık kesitinde çentik bölgesinin

hemen altında daralma ve kesitin en alt bölgesinde genişlemenin olması sünekliğin

önemli göstergesidir. Böylece satın alınmış malzemelere sertleştirme işlemi öncesi

normalizasyon işleminin uygulanması yararlı olacaktır. Ayrıca AISI 4340

malzemeden hazırlanmış ve normalize + yağda sertleştirme+ 350ºC’ta temperleme

işlemi uygulanmış numune incelendiğinde numunenin çentikli bölgeden başlayıp

aşağı doğru ilerleyen bir lifli bir bölge gözlemlenmiştir. Kırılmanın çentik dip

kısmından başlayıp kesitin alt kısımlarına doğru ilerlediği liflerin yapısından ve

yönlenmesinden anlaşılmaktadır.

Yapılan çalışmalarda (Anonim, 2002 (2)) Lifli bölge %90’dan daha büyükse kırık

tipi gevrek olup hızla ilerleyen çatlak ile gelişen bir kırılma ortaya çıkmaktadır.

Kırık yüzeyinde lifli bölge %60’dan küçükse kırık tipi yavaş ilerleyen çatlak

kaynaklı sünek kırılmayı gösterir. Bu arada kalan değerler ise karışık kırılmayı

göstermektedir. Bu çalışmada daha çok karışık kırık tipleri gözlenmiştir.

101

Kırık tipi üzerinde etkili parametrelerden birisi de sıcaklıktır. Özellikle geçiş

sıcaklığının belirlenmesi veya çalışma sıcaklığının kırılma enerjisine etkisini

incelemek amacıyla yapılmaktadır. Bu çalışmada deneyler oda sıcaklığında

yapılmıştır. Kilit parçanın çalışma şartları ile benzerlik olması açısından oda

sıcaklığı seçilmiştir.

(a) (b)

(c)

Şekil 4.6. AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin makro

görünüşü (a) YS + 350 T (b) YS + 500 T (c) Nr + YS + 350 T

Deney numunelerinin kırık yüzeylerini daha detaylı inceleyebilmek amacıyla TEM

çalışmaları da yapılmıştır. Özellikle kırık yüzeylerinin kırılma tipini bölgesel olarak

belirlemek amaçlanmıştır. TEM görüntüleri makro açıdan ve detay görüntü almak

üzere değerlendirilmiştir. TEM çalışmalarında daha önceki incelemelerin ağırlıklı

Gevrek Bölge

Sünek Bölge

Lifli Bölge

Çentik Bölgesi

102

olarak AISI 4340 malzemeyi ön plana çıkarmasından dolayı bu malzeme üzerinde

yoğunlaşılmıştır. Şekil 4.7’de AISI 4340 malzemeden çentik darbe numunesine kırık

tipine uygulanan farklı ısıl işlem şartlarının etkisi gösterilmiştir. Malzemeye

uygulanan ısıl işlemler; Normalize + yağda sertleştirme + 350 ºC’ta temperleme ve

Yağda sertleştirme + 350 ºC’ta temperlemedir. Burada normalize işleminin etkisi ön

plana çıkmaktadır. Şekil 4.7.b’de tipik sünek kırılma tipi görülmektedir. Çok sayıda

küçük boyutlu çanak koni tipi kırılma kırık kesitinde yaygın olarak görülmektedir.

YS + 350 ºC’ta temperleme ısıl işlemi uygulanmış AISI 4340 malzemenin

103

(a)

(b)

Şekil 4.7. AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü

(a) YS + 350 T (b) Nr + YS + 350 T

kırık kesiti incelendiğinde (Şekil 4.7. a) sünekliğin daha az olduğu görülmektedir.

Bu durum Çizelge 4. 10’da verilen sırasıyla 40 J ve 48 J değerlerinden de

görülmektedir.

104

AISI 4340 malzemeden çentik darbe deneyi numunesinin Nr + YS + 220 T ısıl

işlem uygulanmış haldeki kırık yüzeyinin TEM görüntüleri Şekil 4.8’de

verilmektedir. Kırık yüzeyinin makro görüntüsü lifli kırılma bölgesi ile kayma

kırılması bölgesini çok açık şekilde göstermektedir. Şekil 4.8.b’de gamzeli kırık

tipine örnek olarak verilebilir (Anonim, 2002 (2)). Bu kırık tipi de tipik sünek

kırılmayı gösteren bir görünüştür. Kırık yüzeyinde gömülü inklüzyonlar

görülmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.8. AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü

(Nr + YS + 220 T )(a) Makro görünüşü (b) Gamzeli kırık tipi

Kırık yüzeyi incelemesine örnek olmak üzere AISI 1050 malzemeden çentik darbe

deneyi numunesinin Nr + SS + 315 T ısıl işlemi uygulanmış haldeki kırık yüzeyi

Şekil 4.9’da verilmiştir. Çizelge 4.8’de verilen kırılma enerjisi değeri de dikkate

alındığında sünek- gevrek karışık kırık tipinin ortaya çıktığı belirlenmiştir. Şekil

4.9.b’de sünek ve gevrek kırılma bölgeleri gösterilmektedir. Gevrek kırık

bölgelerinin daha ağırlıklı olduğu görülmektedir.

105

(a) (b)

Şekil 4.9. AISI 1050 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM görünüşü

( Nr + SS + 315 T ) (a) Makro görünüşü(b) Sünek ve gevrek kırılma bölgeleri

AISI 4340 malzemeden çentik darbe deneyi numunesinin Nr+YS+500T ısıl işlemi

uygulanmış halde kırık yüzeyi Şekil 4.10’da gösterilmektedir. Verilen TEM

görüntüleri içinde en sünek görünüş bu numuneden elde edilmiştir. Bir miktar

ovalleşmiş gamzeler belirgin halde gözlenmektedir. Kırık kesitinde gevrek kırık

bölgeleri oldukça sınırlıdır. Bu durum Çizelge 4.10’da verilen 84 J kırılma enerjisi

ile desteklenmektedir.

Sünek Kırılma

GevrekKırılma

106

Şekil 4.10. AISI 4340 malzemenin çentik darbe deneyi numunelerinin TEM

görünüşü (Nr+YS+500T)

4.6. Sonlu Elemanlar Analizi Sonuçları

Spor ve av tüfeklerinde erken hasara uğrayan kritik parçalardan birisi kilittir. Bu

parça namlu içerisinde ateşlenmiş barutun hızla yanarak genişlemesiyle namluda

oluşan 160 MPa basıncın önemli bir kısmını direkt olarak karşılamaktadır. Bu basınç

kilit parçanın tırnakları ve üst kısmında bulunan omuz tarafından taşınmaktadır.

ANSYS analizinde bu basınç değerleri ve program kütüphanesindeki malzeme

özellikleri kullanılmıştır. Analizlerde SI birim sistemi esas alınmıştır. ANSYS

analizi için halen kullanılmakta olan şekli ve boyutları Şekil 3.8.’de verilen kilit

parça kullanılmıştır. 160 MPa toplam basıncın kilit parçanın ön yüzüne isabet eden

kısmı 4.755 kPa’dır. Analiz sonucunda kilit parçada meydan gelen yer değiştirme

değerleri Şekil 4.11.’de, toplam gerilme(Von Misses) değerleri Şekil 4.12.’de,

kayma gerilmesi (sigma-XY) Şekil 4.13.’te ve maksimum-minimum gerilme

değerleri Şekil 4.14.’te verilmektedir.

107

Şekil 4.11. Toplam yer değiştirme

Şekil 4.12. Toplam gerilme (Von Misses)

108

Şekil 4.13. Kayma Gerilmeleri (sigma-XY)

Şekil 4.14. Maksimum-Minumum gerilmeler

109

Analiz sonucunda ortaya çıkan yer değiştirme değeri 0.226E-9 m olarak elde

edilmiştir. Bu parçanın fişeğin ateşlenmesi sonucu hızla ortaya çıkan yüksek basınç

altında parçanın farklı bölgelerinde değişik yer değiştirme değerleri ortaya

çıkmaktadır. Özellikle gövde bölümünde malzeme rijit cisim gibi davranmakta ve

adeta hiç yer değiştirme göstermemektedir. Bu durumda parçanın omuz ve tırnak

bölgelerinde darbe etkisi ortaya çıkarak kilit parçada erken hasarı ortaya

çıkmaktadır. Buradan hareketle kilit parçanın şekli değiştirilerek daha uygun yer

değiştirme değerlerinin elde edilmesi öngörülmektedir. Bu amaçla, parçanın ana

boyutlarında herhangi bir değişiklik yapmak mümkün olamayacağından, kilit

parçanın gövde kısmında kesit zayıflatmasına gidilmiştir. Bu şekli kısmen

değiştirilmiş kilit parçanın da ANSYS analizi yapılmıştır. Bu analizde de malzeme

özellikleri olarak program kütüphanesinden seçilen aynı değerler kullanılmıştır.

Yeni kilit parça daha önce analizi yapılan parçanın gövde bölümünde 0.6 mm’lik

derinliğe sahip baş kısmı yarım daire olan 2 mm genişliğinde prizmatik kanal

açılarak gövde bölümünde kesit zayıflatılmıştır. Böylece gövde bölümünde çok rijit

davranan malzemenin daha fazla elastik yer değiştirmeye maruz kalarak kırılan

bölgelere gelen darbe etkisi azaltılmaya çalışılmıştır. Kısmen şekli değiştirilmiş kilit

parçanın yapılan analiz sonuçları sırasıyla Şekil 4.15.’te toplam yer değiştirme

değerleri, Şekil 4.16.’da toplam gerilme(Von Misses) değerleri, Şekil 4.17.’de

kayma gerilmesi (sigma-XY) ve Şekil 4.18.’de ise maksimum –minimum gerilme

değerleri verilmektedir.

110

Şekil 4.15. Toplam yer değiştirmeler

Şekil 4.16. Toplam gerilmeler (Von-misses)

111

Şekil 4.17. Kayma gerilmeleri (sigma-XY)

Şekil 4.18. Maximum-Minimum gerilmeler

112

Şekli değişikliğe uğratılmamış kilit parçada ortaya çıkan yer değiştirme değeri

0.226E-9 m olarak elde edilirken, kısmen şekli değiştirilmiş durumda analizi yapılan

parçada ortaya çıkan yer değiştirme değeri 0.002 m = 2 mm dir. Şekli değişikliğe

uğratılmamış kilit parçada malzeme rijit cisim gibi davranmakta ve adeta hiç yer

değiştirme göstermemektedir. Değişiklik yapılmış durumda ise malzeme elastik bir

davranış göstermekte ve 2 mm lik yer değiştirmeler ortaya çıkmaktadır. Benzer

durumlar Gerilme değerleri için de geçerlidir. Şekli değişikliğe uğratılmamış kilit

parçadaki geometrik şartlarda maksimum ortalama gerilme değeri 10900 Pa olarak

gözlenirken aynı yükleme şartları altında ancak zayıflatılmış bir kesit için 97 GPa'

lık bir gerilmenin oluştuğu belirlenmiştir. Parçanın gerilme analizinde 10900 Pa

değerinde gerilmenin ortaya çıkmasının anlamı malzemenin yük taşımadığı veya çok

az yük taşıdığı ve 97 GPa' lık bir gerilmenin oluştuğu gövdesi zayıflatılmış kilit

parçanın elastik olarak davrandığının bir başka göstergesi olarak yorumlanabilir.

Benzer bir yorum kayma gerilmeleri içinde yapılabilir. Birim deformasyonlar için de

aynı durum söz konusudur. Şekli değişikliğe uğratılmamış kilit parçada ortaya çıkan

gerinme (birim deformasyon) değerleri 0.529E-7 ile 0.698E-12 arasında değişirken

şekli kısmen değiştirilmiş parçada bu değerler 0.497162 ila 0.199E-5 arasındadır.

Ancak bu kesit zayıflatma işlemi kontrollü ve deneylere dayalı olarak yapılmalıdır.

Aksi takdirde parçada beklenmedik deformasyonların ve kırılmaların ortaya çıkması

kaçınılmaz olabilecektir. Nümerik çözümlerden elde edilen bir diğer önemli nokta

ise; incelenen modelin tırnak bölgelerindeki keskin köşeler gerilme yığılmalarına

neden olmaktadır. Bu durum Şekil 4.19’da açıkça gözlenmektedir. Bu bölgelerde

uygun bir şekilde yuvarlatma yapılarak keskin köşelerin giderilmesi parçanın

çalışma ömrü ve erken hasarın önlenmesi açısından faydalı olacağı düşünülmektedir.

113

Şekil 4.19. Keskin köşelere sahip bölgelerde ortaya çıkan gerilme yığılmaları

Yukarıda yapılan yorumu destekleyen bir başka yaklaşım parçanın farklı

bölgelerinde depolanan elastik enerji değerleri ile açıklanabilir. Şekli değişikliğe

uğratılmamış kilit parça için malzemede depolanan elastik enerji dağılımı Şekil

5.20.’de verilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi elastik enerji yığılması neredeyse

tamamen yükün uygulandığı alın bölgesinde yer almakta ve parçanın gövde kısmına

fazla dağılmamaktadır. Heterojen bir dağılım sonucunda elastik enerji değeri

malzemenin rezilyans değerini aştığı durumda plastik davranışa dönüşmektedir. Bu

bölgelerde görülen erken hasarın ana nedeni olarak düşünülmektedir. Kısmen şekli

değiştirilmiş parçada ise bu durum değişmekte ve elastik enerji dağılımı alt

bölgelerde de gözlenmektedir. Bu durum Şekil 4.21.’de verilmektedir.

114

Şekil 4.20. Şekli değişikliğe uğratılmamış kilit parçada elastik enerji dağılımı

Şekil 4.21. Kısmen şekli değiştirilmiş kilit parçada elastik enerji dağılım

115

5. SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu çalışmanın amacı endüstrinin mevcut bir probleminin çözüm üretmektir. Av ve

spor tüfeklerinde yerli imalatta fişek içindeki barutun ateşlenerek ani genişlemesi

sonucu ortaya çıkan basıncın etkisiyle önemli kilit, kol, kol borusu, horoz, iğne gibi

parçalar erken hasara uğramaktadır. Bu durum tüfeğin kalitesini düşürmektedir. Kilit

parça erken hasara uğrayan en önemli parçalardandır. Kilit parçanın imalinde dünya

genelinde tüfek imalatçılarının kullandıkları malzemeler AISI 4140 ve /veya AISI

4340 düşük alaşımlı çeliklerdir. Farklı imalatçıların tüfekleri arasında oluşan kalite

farkına bu malzemelerin mekanik özelliklerini iyileştirmek amacıyla yapılan

işlemler neden olmaktadır. Bu deneysel çalışmada kilit parça ele alınarak 4 farklı

malzeme aday malzeme olarak ele alınmış ve farklı ısıl işlemler uygulanarak elde

edilen özellikler karşılaştırılmıştır. Seçilen malzeme gruplarından ikisi AISI 1040 ve

AISI 1050 sade karbonlu çelikleri ve diğer ikisi ise AISI 4140 ve AISI 4340 düşük

alaşımlı çeliklerdir. Ayrıca kilit parçanın üzerine gelen darbe yükleri dikkate

alınarak ANSYS analizi ile nümerik çözüm gerçekleştirilmiştir. Halen kullanılan

kilit parça üzerinde gerçekleştirilen bu analizin yanı sıra parçanın şeklinde tasarım

iyileştirilmesi yapılarak erken hasarın engellenmesi amaçlanmıştır.

Tüm aday malzemelere normalizasyon, sertleştirme ve temperleme işlemleri

uygulanarak çekme deneyi, çentikli darbe deneyi, sertlik deneyi ve çentikli üç

noktadan eğme deneyleri yapılmış ve deney sonuçları birbirleri ile karşılaştırılmıştır.

Çekme deney sonuçları malzemelerin statik yükleme durumundaki davranışlarını

verirken, çentik darbe deneyi sonuçları ise dinamik yükleme- darbeli yükleme

durumundaki davranışlarını verir. Ayrıca çentikli üç noktadan eğme deneyi ise

parçaların gerilme yığılması hassasiyetini ve şok darbelere karşı direncinin bir

ölçüsünü göstermesi açısından önem kazanmaktadır.

Aday malzemeler iki ana gruba ayrılmıştır. Sade karbonlu çelikler (AISI 1040 ve

AISI 1050) sadece çekme deneyi sonuçları dikkate alındığında bile AISI 4140 ve

AISI 4340 düşük alaşımlı çeliklerle karşılaştırılamayacak niteliktedir. Her ne kadar

bu malzemelerin süneklik değerleri daha yüksekse bile sertlik değerleri ve çentikli

116

eğme deneyi sonuçları da yetersizlik göstermiştir. Bu nedenle AISI 4140 ve AISI

4340 düşük alaşımlı çelikler kendi aralarında karşılaştırılmaya çalışılmıştır. Bu iki

malzeme için çekme deneyi, çentik darbe deneyi, çentikli üç noktadan eğme deneyi

sonuçları ile sertlik değerleri karşılaştırıldığında AISI 4340 çeliğinin daha iyi ve

tatmin edici sonuçlar verdiği belirlenmiştir.

AISI 4340 düşük alaşımlı çelik malzemeden numunelere normalizasyon, yağda

sertleştirme + 220ºC’ta temperleme, yağda sertleştirme + 350ºC’ta temperleme ,

yağda sertleştirme + 500ºC’ta, normalizasyon + yağda sertleştirme + 220ºC’ta

temperleme, normalizasyon + yağda sertleştirme + 350ºC’ta temperleme,

normalizasyon + yağda sertleştirme + 500ºC’ta temperleme ısıl işlemleri

uygulanmıştır. Tüm sonuçlar dikkate alındığında normalizasyon + yağda sertleştirme

+ 500ºC’ta temperleme ısıl işleminin en uygun ısıl işlem şartları olduğu sonucuna

varılmıştır.

Halen kullanılmakta olan kilit parçada gerilme yığılması bölgeleri mevcuttur.

Parçanın şeklinde büyük değişiklikler yapma imkânı yoktur. Çünkü çalışma bölgesi

parçanın temel şeklini ve boyutlarını sınırlamaktadır. Buna rağmen kilit parçanın

gövdesinde yapılacak et kalınlığı inceltmesi gövdedeki elastik uzamayı bir miktar

artıracak ve kırılan omuz bölgesinin darbeye maruz kalması böylece sağlanmış

olacaktır ( Şekil 4.21.).

Bu konuda ilerde yapılacak çalışmalarda parça geometrisi üzerinde yapılacak

değişiklikler ön plana çıkarılmalıdır. Gerilme yığılması ve toplam şekil değiştirme

değerleri nümerik çözümlerle incelenerek parça tasarımında iyileştirme çalışmaları

daha anlamlı hale gelecektir. Daha yüksek kaliteli malzeme kullanımı maliyeti

artıracağından pratik olarak anlamlı olmayacaktır. Bu nedenle tasarımda iyileştirme

çalışmaları çok daha anlamlı hale gelecektir.

117

6. KAYNAKLAR Anonim, 2002 (1). Failure Analysis and Prevention. ASM International, Volume

11,2910s. USA.

Anonim, 2002 (2). Fractography.ASM International, Volume 12, 2910s. USA.

Bayrakçeken, H., Taşgetiren, S., Aksoy, F., 2007. Failures of Single Cylinder Diesel Engines Crank Shafts. Engineering Failure Analysis, 14(4), 725–730.

Can, A. Ç.,Malzeme Bilgisi(Ders Notları).239s. Das, C.R., Bhaduri, A.K., Ray, S.K., 2003. Fatigue Failure of A Filet Welded

Nozzle Joint. Engineering Failure Analysis, 10(6), 667–674. Das, S.K., Mukhopadhyay, N.K., Kumar, B.R., Bhatttacharya, D.K., 2007. Failure

Analysis of A Passenger Car Coil Spring. Engineering Failure Analysis, 14(1), 158–163.

Eryürek,B.,1993.Hasar Analizi.Birsen Yayınevi,171s.İstanbul. Falah, A.H., Alfares, M.A., Elkholy, A.H., 2007. Failure Investigation of A Tie Rod

End of An Automobile Steering System. Engineering Failure Analysis, 14(5), 895–902.

Hosford, F. W., Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Pres. http://www.tech.plymouth.ac.uk/sme/InteractiveResources/tutorials/FailureAnalysis. Erişim

Tarihi: 15.10.2007. http://www.materialsengineer.com/CA-fatigue.htm. Erişim Tarihi: 25.12.2007. http://www.engr.sjsu.edu/WofMatE/FailureAnaly.htm. Erişim Tarihi: 10.02.2007. http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/9801/Felkins-9801.html. Erişim Tarihi:

10.02.2007. http://www.efunda.com/materials/materials_home/materials.cfm. Erişim Tarihi:

10.04.2008. Kabir, M., Bulpett, R. 2007. A Study of Fatigue Failure Initiation in High Cycle

High-Pressure Automotive Application and Conventional Rotating Bending Fatigue Testing. International Journal of Fatigue, 29 (9–11), 1966–1970.

Krauss, G., 2001. Deformation and Fracture in Martensitic Carbon Steels Tempered

at Low Temperatures. Metallurgical and Materials Transactions A, 32(4), 861–877.

118

Kumar,R., Das, S., Bhattacharya, K., 2003. Fatigue Failure of Helical Compression Spring in Coke Oven Battaries. Engineering Failure Analysis, 10, 291–296.

Materkowski, J.P., Krauss, G., 1979. Tempered Martensite Embrittlement in SAE

4340 Steel. Metallurgical and Materials Transactions A, 10A(11), 1643–1651.

Nanaware, G.K., Pable, M.J., 2003. Failures of Rear Axle Shaft of 575 DI Tractors.

Engineering Failure Analysis, 10(6), 719–724. Saelitz, M., Krauss, G., 1997. Deformation ,Fracture and Mechanical Properties of

Low Temperature-Tempered Martensite in SAE 43xx Steels. Metallurgical and Materials Transactions A, 28(2), 377–387.

Savaşkan,T.,1999.Malzeme Bilgisi ve Muayenesi.Derya Kitapevi,284s.Trabzon. Shalaby, H.M., Riad, W.T., 2008. Failure Investigation of Gas Inlet Chamber.

Engineering Failure Analysis, 15(1–2), 38–42. Shelton, H., Sullivan J., Gall, K., 2004. Analysis of the Fatigue Failure of A

Mountain Bike Front Shock. Engineering Failure Analysis, 11(3), 375–386. Singh, B.N., Horsewell, A., Toft, P., 1999. Effects of Neutron Irridation on

Microstructure and Mechanical Properties of Pure Iron. Journal of Nuclear Materials, 271–272, 97–101.

Sz, K., Urquiza, G., Garcia,C., Sierra, E., 2007. Failure Analysis of Steam Turbine

Last Stage Blade Tenon and Shroud. Engineering Failure Analysis, 14(8), 1476–1487.

Tartalia, J.M., Lazzari, K.A., Hui, G.P., Hayrynen, K.L., 2008. A Comprasion of

Mechanical Properties and Hydrogen Embrittlement Resistance of Austempered vs Quenched and Tempered 4340 Steel. Metallurgical and Materials Transactions A, 39(3), 559–576.

Thelning, K.E., 1975. Steel and Its Heat Treatment. Bofors Handbook, 750s.Boston. Yılmaz, M., 2006. Failures During the Production and Usage of Steel Wires. Journal

of Materials Processing Techonology, 171 (2), 232–239. Zamanzadeh,M.,Larkin,E.,Gibbon,D.,2004. A Re-Examination of failure Analysis

and Root Cause Determination. Matco Associates.

119

ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı : Hatice VAROL Doğum Yeri ve Yılı : Isparta - 1984 Medeni Hali : Bekâr Yabancı Dili : İngilizce Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl) Lise : Isparta Mürşide Ermumcu Anadolu Öğretmen Lisesi - 2002 Lisans : Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Fakültesi - 2006 Yüksek Lisans : Süleyman Demirel Ünv. Fen. Bil. Enstitüsü - 2007 Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl: Cumhuriyet Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi 2007- Halen devam etmekte (Arş. Gör.) Yayınları (SCI ve diğer makaleler)