the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-matrix-structure-austempered-from-intercritical-annealing-tempatures.pdf

7/24/2019 the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-matrix-structure-austempered-from-intercritical-annealing-tempatur

http:///reader/full/the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-matrix-structure-austempered-from-intercritical 1/109

3

KRTK TAVLAMA SICAKLIKLARINDAN STEMPERLENM

FT MATRSL ALAIMSIZ KRESEL GRAFTL DKMEDEMRLERN YORULMA ZELLKLER

smail OVALI

YKSEK LSANS TEZ

METAL ETM

GAZ NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

EYLL 2006

ANKARA



3

smail OVALI tarafndan hazrlanan KRTK TAVLAMA SICAKLIKLARINDAN

STEMPERLENM FT MATRSL ALAIMSIZ KRESEL GRAFTL

DKME DEMRLERN YORULMA ZELLKLERadl bu tezin Yksek Lisans

tezi olarak uygun olduunu onaylarm.

Prof. Dr. Mehmet ERDOAN

Tez Yneticisi

Bu alma, jrimiz tarafndan oy birlii ile Metal Eitimi Anabilim Dalnda

Yksek lisans olarak kabul edilmitir.

Bakan : : Do. Dr. Kadir KOCATEPE

ye : Prof. Dr. Mehmet ERDOAN

ye : Do. Dr. Sleyman GNDZ

ye :

ye :

Tarih : 01/09/2006

Bu tez, Gazi niversitesi Fen Bilimleri Enstits tez yazm kurallarna uygundur.



4

TEZ BLDRM

Tez iindeki btn bilgilerin etik davran ve akademik kurallar erevesinde elde

edilerek sunulduunu, ayrca tez yazm kurallarna uygun olarak hazrlanan bu

almada orijinal olmayan her trl kaynaa eksiksiz atf yapldn bildiririm.

smail OVALI



iv

KRTK TAVLAMA SICAKLIKLARINDAN STEMPERLENM

FT MATRSL ALAIMSIZ KRESEL GRAFTL DKMEDEMRLERN YORULMA ZELLKLER

(Yksek Lisans Tezi)

smail OVALI

GAZ NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTSEyll 2006

ZET

Bu almada, alamsz kresel grafitli dkme demirin kritik scaklklardan

stemperlenmesinin mikroyap ve yorulma zelliklerine etkisi incelenmitir. Bu

amala kresel grafitli dkme demir ift fazl blgede; 810C, 820C, 830Cde

20 dk tavlama yaplarak, 315 ve 375C de scaklktaki tuz banyosunda 120 dk

sre ile stemperlenmitir. Baz numuneler karlatrma amacyla ayn

stemperleme koullarnda 900 C den geleneksel olarak stemperlenmitir.

Numunelerin yorulma dayanmlar dnmeli-emeli yorulma yntemi ile

belirlenmitir Sonular, Isl ilem uygulanm btn numunelerin yorulma

dayanmlarnn dklm haldeki kresel grafitli dkme demirden daha iyi

olduunu gstermitir.

Kritik scaklklardan (Ae1 st kritik scaklk) stemperlenmi numunelerde

artan sferrit hacim orann ile birlikte yorulma dayanm ve sertlikte artmtr.

Yksek stemperleme scaklklarnda oluan kaba sferrit yap numunelerin

yorulma dayanmlarn drmtr.



v

Geleneksel olarak stemperlenmi numuneler kritik tavlama scaklk

aralklarndan stemperlenen tm numunelerden daha yksek yorulma

dayanm sergilemilerdir.

Bilim Kodu : 710.1.092Anahtar Kelimeler :stemperlenmi Kresel Grafitli Dkme Demir

(KGDD), ift Matrisli Yap, stemperleme sresi,Yorulma, sferrit.

Sayfa Adedi : 90Tez Yneticisi : Prof. Dr. Mehmet ERDOAN



vi

THE FATIGUE PROPERTIES OF DUCTILE IRONS WITH DUAL MATRIX

STRUCTURE AUSTEMPERED FROM INTERCRITICAL ANNEALING

TEMPATURES

(M.Sc. Thesis)

smail OVALI

GAZ UNIVERSITY

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

September 2006

ABSTRACT

In this study, effect of austempering from intercritical annealing temperatures

on microstructure and fatigue properties of unalloyed ductile cast iron was

investigated. For this aim, ductile cast iron were annealed at intercritical

annealing temperatures of 810 C, 820C and 830 C for 20 min and thenaustempered at 315 C and 375 C for 120 minutes. Some specimens were also

conventionally austempered at the same austempering conditions from 900C

for comparison. Fatigue strength of specimens was determined by Rotating

bending fatigue method. Results showed that all heat treated specimens

austempered had better fatigue strength than that as cast ductile iron. In the

specimens austempered from critical temperatures (Ae1 Upper critical

temperature) fatigue strength and hardness increased with increasing ausferritevolume fractions. The coarse ausferrite structure formed at high austempering

temperature decreased fatigue strength of samples. Conventionally

austempered samples exhibited much greater fatigue strength than all

specimens austempered from intercritical annealing temperature ranges.

Science Code : 710.1.092Key Words : Austempered Ductile Iron (ADI), Dual Matrix Structure,

Austempering Time, Ausferrite Volume Fraction, FatiguePage Number : 90Adviser : Prof.Dr.Mehmet ERDOAN



vii

TEEKKR

almalarm boyunca deerli fikirleri, tecrbeleri, yardm ve katklaryla beni

ynlendiren ve desteini her zaman hissetiim saygdeer Hocam Prof.Dr. Mehmet

Erdoana teekkr ederim. Btn almalarmda yardmn hi esirgemeyen

Ar.Gr. Volkan KILILI ya teekkr bir bor bilirim. Tez almam boyunca

gsterdii anlaytan dolay Dolsan Genel Mdr Ferhat YAVUZa teekkr

ederim. zellikle Yorulma numunelerinin kesilmesi ve ilenmesi srasnda

yardmlarn esirgemeyen Mikron makinann tm alanlarna ve Ertan YILMAZa

teekkr ederim. Bu gne kadar Maddi ve Manevi destekleriyle beni hibir zaman

yalnz brakmayan ok deerli aileme en iten duygularmla teekkr ederim.



viii

NDEKLER

Sayfa

ZET........................................................................................................................... iv

ABSTRACT................................................................................................................ vi

TEEKKR............................................................................................................... vii

NDEKLER .........................................................................................................viii

ZELGELERN LSTES ........................................................................................xi

EKLLERN LSTES ............................................................................................ xii

RESMLERN LSTES ...........................................................................................xvi

SMGELER VE KISALTMALAR.........................................................................xviii

1.GR ......................................................................................................................... 1

2. METAL MALZEMELERDE YORULMA VE YORULMA DENEYLER ........... 3

2.1. Yorulmann Oluumu...................................................................................... 4

2.2. Yorulmay Etkileyen Faktrler ....................................................................... 8

2.2.1. Malzemenin cinsi ve etkiler ................................................................. 9

2.2.2. Kalntlar ve mikro yap hatalar .......................................................... 9

2.2.3. Para boyutu........................................................................................ 10

2.2.4. entik (Gerilim ylma etkisi) ........................................................... 11

2.2.5. Yzey ve yzey ilemlerinin etkisi ..................................................... 12

2.2.6. Isl ilemler ve mikro yapnn etkisi.................................................... 13

2.2.7. Ykleme durumu............................................................................ 14

2.2.8. alma ortam ................................................................................... 15



ix

Sayfa

2.3. Yorulma Dayanmn Belirlenmesi ................................................................. 18

2.4. Yorulma Cihazlar ve Snflandrlmas ......................................................... 23

2.4.1. Eksenel yorulma cihazlar ................................................................... 23

2.4.2. Eme -yorulma cihazlar..................................................................... 24

2.5. Yorulma Deneyi Numuneleri .................................................................... 28

3. STEMPERLENM KRESEL GRAFTL DKME DEMRLER(KGDD)............................................................................................................... 29

3.1. stemperleme Isl lemi ................................................................................ 30

3.1.1. stenitleme .......................................................................................... 31

3.1.2. zotermal bekleme (stemperleme) ................................................ 31

3.2 stemperlenmi Kresel Grafitli Dkme Demirlerin Mikroyaps ................. 34

3.2.1. st beynit ............................................................................................. 34

3.2.2. Alt beynit.............................................................................................. 35

3.2.3. stenit .................................................................................................. 35

3.2.4. Martensit ...............................................................................................36

3.2.5. Karbr .................................................................................................. 36

3.3. stemperleme Isl lemini Etkileyen Faktrler .............................................. 37

3.3.1. Dkm kalitesi ......................................................................................37

3.3.2. stenitleme scaklk ve sresinin etkisi ................................................ 37

3.3.3. stemperleme scakl ve sresinin Etkisi ......................................... 39

3.4. ift Matrisli Kresel Grafitli Dkme Demirler ............................................. 41

4. STEMPERLENM KRESEL GRAFTL DKMEDEMRLERN YORULMA ZELLKLER ........................................................ 43


http:///reader/full/the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-matrix-structure-austempered-from-intercritic 10/109

x

Sayfa

5. DENEYSEL ALIMALAR .................................................................................. 52

5.1. Dkm lemi.................................................................................................... 52

5.2. Isl lemler........................................................................................................ 54

5.2.1. Isl ilemlerde kullanlan cihazlar ve deney sistemi................................ 54

5.2.2. Kritik tavlama scaklklarna bal stenit hacim oranlarnnb belirlenmesi............................................................................................. 55

5.2.3. stemperleme ......................................................................................... 57

5.3. Metalografik almalar.................................................................................... 59

5.4. Yorulma Deneyleri............................................................................................ 60

6. DENEYSEL SONULAR VE TARTIMA ........................................................... 62

6.1. Isl lemeler ve Mikroyaplar ............................................................................ 62

6.1.1. Kritik scaklklardan su verilmi numuneler............................................ 63

6.1.2. Geleneksel stenitleme ve kritik scaklklardan stemperlenminumuneler ................................................................................................ 65

6.2. Sertlik Yorulma Dayanm likisi .................................................................... 73

6.3. stemperleme Isl leminin Yorulma Dayanm zerine Etkisi .....................76

6.4. sferrit Hacim Orannn Yorulma Dayanm zerine Etkisi ........................... 76

6.4.1. stemperleme scaklnn yorulma dayanmna etkisi .......................... 79

7.SONULAR VE NERLER .................................................................................. 82

KAYNAKLAR............................................................................................................ 83ZGEM ................................................................................................................. 90



xi

ZELGELERN LSTES

izelge Sayfa

izelge 2.1. elik bir aftn yorulma limitine para boyutunun etkisi ..................11

izelge 2.2. 655 MPa Gerilme altnda deney edilmi SAE 3130 elikNumunelerin ortalama yorulma ile yzey ilemem tipiarasndaki iliki ..................................................................................13

izelge 4.1. stemperleme scaklk ve sreleri.....................................................48

izelge 4.2. Isl ilemler sonucunda elde edilen mekanik zellikler .....................49

izelge 4.3. Uygulanan sl ilemler sonucunda malzemelerin yorulmadayanmlar .....................................................................................49

izelge 5.1. Dklen malzemenin kimyasal bileimi (Arlka %).....................52

izelge 6.1. Deneye tabi tutulan numunelerin metalografik lm sonular.......62

izelge 6.2. Numunelerin yorulma limitleri, sferrit hacim oran ve sertliklm sonular ..................................................................................76



xii

EKLLERN LSTES

ekil Sayfaekil 2.1. Yorulma sonucunda krlan paralarn yzeyleri; (a) atlan

yava ilerlemesi, (b) farkl byklkte gerilme uygulanmassonucunda meydana gelen yzey ........................................................... 5

ekil 2.2. Yzey snrlarnda kayma bantlar ile yzeyin kesimesi a) ekmegerilmesi. b) Alternatif Gerilme ............................................................. 6

ekil 2.3. Yorulmay etkileyen faktrler................................................................. 8

ekil 2.4. Deiik malzemelerin yorulma snr deerleri........................................ 9

ekil 2.5. Dk alaml eliklerin yorulma dayanm zerinde metalikolmayan inklzyonlarn etkisi................................................................. 10

ekil 2.6 entikli ve entiksiz elik numuneler iin ekme dayanmn birfonksiyonu olarak yorulma dayanm snr.............................................. 12

ekil 2.7. eliin mikro yapsnn yorulma oranna etkisi...................................... 14

ekil 2.8. Malzeme zerine gelen ykleme durumu............................................... 15

ekil 2.9. entiksiz numuneler zerinde yorulmann etkisi ................................... 17

ekil 2.10. Whler erisi......................................................................................... 19

ekil 2.11. Whler tipi yorulma cihazlarnda Serbest Ulu Kirideney dzenei...................................................................................... 20

ekil 2.12. Yorulma gerilme periyotlar. ................................................................ 22

ekil 2.13. elik ve demir olmayan malzemelerin tipik Whler diyagram .......... 23

ekil 2.14. Bir elektro hidrolik eksenel yorulma cihaznda ematik yklemebiimi.................................................................................................... 24

ekil 2.15. Dnmeli emeli yorulma deney cihazlar; (a) 4-noktadanyklemeli deney cihaz, (b) 1-noktadan yklemeli deney cihaz.......... 25

ekil 2.16. Servo hidrolik burulma yorulma deneyi cihaznn ematik resmi ........ 26

ekil 2.17. Bitmi rne uygulanan yorulma mr dayanm deneyi ...................... 27



xiii

ekil Sayfa

ekil 2.18. Yorulma deney cihaz ve elemanlar .................................................... 27

ekil 3.1. Geleneksel kresel grafitli ve stemperlenmi kresel grafitlidkme demirlerin ekme zellikleri ....................................................... 29

ekil 3.2. stemperleme sl ilemin Fe-C-Si denge diyagram ile eletirilmiematik gsterimi.................................................................................... 30

ekil 3.3. stemperleme ilemi srasnda stenitin Dnm.............................. 32

ekil 3.4. I. aamada stenitten beynitik ferrit ve yksek karbonlu

stenit(sferrit)oluumunun ematik gsterimi ...................................... 33

ekil 3.5. st beynit ve alt beynit oluum mekanizmalar...................................... 36

ekil 3.6. stenitleme scaklnn stenit hacim oran zerindeki etkisi .............. 38

ekil 3.7. stemperleme sresine bal olarak % uzamann deiimi vestemperleme reaksiyon aamalarnn gsterimi ................................... 39

ekil 3.8. stemperleme sresinin 375Cde stemperlenmi alamsz kreselgrafitli dkme demirin mekanik zellikleri zerindeki etkisi................. 40

ekil 4.1. stemperlenmi kresel grafitli dkme demirler ile farkl trdedvlm eliklerin yorulma zellilerinin karlatrlmas ................... 43

ekil 4.2. Kalnt stenitin karbon ieriinin stemperleme scakl iledeiim grafii ....................................................................................... 45

ekil 4.3. stemperleme scakl ile maksimum ekme dayanm ve yorulma

dayanmn deiimi , ( ) 900 C stenitlenmi ve 90 dakikastemperlenmi, ( ) 900C stenitlenmi ve 240 dakika

stemperlenmi ...................................................................................... 47

ekil 4.4. Dklm haldeki yzey (AC), Pskrtmeli sertletirilmiyzey (PC), lenmi yzey(MS), ilenmi ve Pskrtmelisertletirilmi yzeylerin (MP) gerilim ve evrim erileri ..................... 50

ekil 5.1. almalarda kullanlan Y Blok ve lleri(mm) .................................. 52

ekil 5.2. Tundish tipi kreselletirme potasnn ematik gsterimi ...................... 53

ekil 5.3. Alama ileminin yapld ilem potasnn ematik gsterimi ............. 53



xiv

ekil Sayfa

ekil 5.4. Y-bloklarn dklecei kum kalbn ematik olarak boyutlugrnm................................................................................................ 54

ekil 5.5. Kullanlacak olan sl ilem deney setinin ve scaklk kontrolsisteminin ematik gsterimi. a) Tavlama nitesi b) stemperlemenitesi .................................................................................................... 55

ekil 5.6. Kritik tavlama scaklna bal olarak stenit (Oda scaklndamartensit) hacim orannn deiimi. ....................................................... 56

ekil 5.7. Kritik scaklklarda uygulanan tavlam ilemlerin Fe-C-Si faz

diyagram ve zaman scaklk erisinde gsterilmesi ........................... 56

ekil 5.8. Yorulma numunesi boyutlar (mm). ....................................................... 57

ekil 5.9. Numunelere uygulanan sl ilemlerin zeti ........................................... 58

ekil 5.10. Dnmeli-Emeli yorulma deneyi cihaz. .............................................. 61

ekil 6.1. Geleneksel stemperleme ve farkl kritik scaklklardanstemperleme sl ilemlerinin Fe-C-Si diyagram zerindegsterimi.................................................................................................. 66

ekil 6.2. Kritik tavlama scaklna bal olarak stenitten sferritednm oran......................................................................................... 71

ekil 6.3. stemperleme scaklna bal olarak stenitten sferritednm orannn deiimi...................................................................... 72

ekil 6.4. Numunelerin martensit mikro sertlii ile kritik tavlama scaklarasndaki iliki. ...................................................................................... 73

ekil 6.5. sferrit hacim oranna bal olarak makro sertliin deiimi. ............... 74

ekil 6.6. Geleneksel ve kritik stenitleme scaklklarndan stenitlenminumunelerde stemperleme scaklna bal olarak makrosertliin deiimi.. .................................................................................. 75

ekil 6.7. S 810 numunesinde stemperleme scaklna bal olarakyorulma dayanmnn deiimi. ............................................................... 77

ekil 6.8. S 820 numunesinde stemperleme scaklna bal olarakyorulma dayanmnn deiimi.. .............................................................. 78



xv

ekil Sayfa

ekil 6.9. S 830 numunesinde stemperleme scaklna bal olarak yorulmadayanmnn deiimi. ........................................................................... 78

ekil 6.10. G 900 numunesinde stemperleme scaklna bal olarak yorulmadayanmnn deiimi............................................................................ 79

ekil 6.11. 315 ve 375 C de stemperlenmi farkl sferrit hacim oranlarnasahip S810, S820, S830 numunelerinde yorulma dayanmndeiimi. ............................................................................................... 80

ekil 6.12. 315 Cde stemperlenmi numunelerde kritik stenitleme

scaklna bal olarak yorulma dayanmnn deiimi ...................... 81

ekil 6.13. 375 Cde stemperlenmi numunelerde kritik stenitlemescaklna bal olarak yorulma dayanmnn deiimi....................... 81



xvi

RESMLERN LSTES

Resim Sayfa

Resim 2.1 Yksek dayanml alaml bir elikte yorulama atlanninklzyondan balamas ........................................................................ ..7

Resim 3.1. Martensit ieren KGDDlerin mikro yaps . ..................................... 36

Resim 4.1. Yorulma atla ilerleme yolu .............................................................. 46

Resim 6.1. Dklm haldeki malzemenin mikroyaps. (Dalama: % 2 Nital) .... 63

Resim 6.2. 810C de 20 dk stenitlenmi ve su verilmi S 810 numunesininmikro yaps. (a) 100X, (b) 200X, (Dalama: % 2 Nital) ..................... 64

Resim 6.3. 820C de 20 dk stenitlenmi ve su verilmi S 820 numunesininmikroyaps. (a) 100X, (b) 200X, (Dalama: % 2 Nital) ...................... 64

Resim 6.4. 830C de 20 dk stenitlenmi ve su verilmi S 830 numunesininmikroyaps. (a) 100X, (b) 200X, (Dalama: % 2 Nital)...................... 64

Resim 6.5. 810C de 20 dk stenitlenmi ve 375C de stemperlenmiS 810 numunesinin mikroyaplar. (a) 1 dk, (b) 15 dk,(Dalama: % 2 Nital) ........................................................................... 66

Resim 6.6. 900C de 90 dk stenitlenmi ve 315 C de 120 dkstemperlenmi G 900315 numunesinin mikroyaps. (a) 200X,(b) 500X, (Dalama: % 2 Nital)........................................................... 67

Resim 6.7. 900C de 90 dk stenitlenmi ve 375 C de 120 dkstemperlenmi G 900375 numunesinin mikroyaps. (a) 200X,(b) 500X, (Dalama: % 2 Nital)........................................................... 68

Resim 6.8. 810C de 20 dk stenitlenmi ve 315 C de 120 dkstemperlenmi S 810315 numunesinin mikroyaps. (a) 100X,(b) 200X, (Dalama: % 2 Nital)........................................................... 68

Resim 6.9. 810C de 20 dk stenitlenmi ve 375 C de 120 dkstemperlenmi S 810375 numunesinin mikroyaps. (a) 100X,(b) 200X, (Dalama: % 2 Nital) .......................................................... 69

Resim 6.10. 820C de 20 dk stenitlenmi ve 315 C de 120 dkstemperlenmi S 820315 numunesinin mikroyaps. (a) 100X,(b) 200X, (Dalama: % 2 Nital) ........................................................ 69



xvii

Resim Sayfa

Resim 6.11. 820C de 20 dk stenitlenmi ve 375 C de 120 dkstemperlenmi S 820375 numunesinin mikroyaps. (a) 100X,(b) 200X, (Dalama: % 2 Nital)......................................................... 69





xviii

SMGELER VE KISALTMALAR

Bu almada kullanlm baz simgeler ve ksaltmalar, aklamalar ile birlikte

aada sunulmutur

Simgeler Aklamalar

A1 A1 scakl (Alt kritik scaklk)

C Karbon

C Santigrat derece

Dk Dakika

Fe3C Sementit

Fe-C-Si Demir-Karbon-slisyum l diyagram

g Gram

Kw Kilowatt

Ksi 1000 psi (pound/in2)

mm Milimetre

MPa Megapaskal

N Krlma evrim says

P Perlit

Sn Saniye

Ferrit

b Beynitik ferrit

stenityk Yksek karbonlu stenit

o Tavlama scaklndaki stenit

Ksaltmalar Aklama

FMKGDD ift fazl matris yapya sahip kreselgrafitli dkme demir

DMS ift fazl matris yap



xix

Ksaltmalar Aklama

G Grafit

Hv Vickers sertlik deeri

KGDD Kesel grafitli dkme demir

KTS Kritik tavlama scakl

M Martensit

MHO Martensit hacim oran

HO sferrit hacim oran

sferrit (Beybitik ferrit + yksekkarbonlu stenit)

F tektoid ferrit

KGDD stemperlenmi kresel grafitli dkmedemir

S Kritik tavlama scaklnda tavlamasonras su verme yada stemperleme



1

1.GR

Miladi yllarn balarndan itibaren dkme demir retimi yaplmaktadr. Teknolojik

gelimelere paralel olarak dkme demirlerin yeni trleri bulunmu ve gelitirilmitir.

Dkme demir ailesinin bir yesi olan kresel grafitli dkme demir (KGDD) daha

stn mekanik zelliklere ihtiya sonucunda gelitirilmitir [1].

stemperlenmi kresel grafitli dkme demirlerdeki (KGDD) Mkemmel

dayanm, sneklilik, yorulma dayanm ve anma direnci kombinasyonu bu

malzemeler iin i makinelerinde ve ulam ekipmanlarnda krank saft, dili gibi

makine ekipmanlarnda uygulama imkn bulmutur [2].

KGDDlerin sl ilemi ilk olarak 1950li yllarn ortalarnda yaplmasna ramen o

zaman dkme demirin bu cinsi tam olarak anlalamamtr. Kapsaml almalar ve

yeni retim i yntemleri son yirmi ylda gelitirilmitir [3-4]. Kresel grafitli dkme

demirlerdeki bu stn mekanik zellikler kombinasyonuna sahip olmasnn sebebi

sferrite (yksek karbonlu stenit + asikler ferrite ) dayandrlmaktadr. [2].

KGDDde ilgili almalar arttka kullanm alanlarnda da art grlmtr.

zellikle byk dili arklarda yzeyleri sertletirilmi elik malzemeler yerine

KGDD malzemeler kullanlmtr [5]. KGDDlerin dier bir kullanm alan da

krank milleri olmutur. Volvo, Mercedes ve Genaral Motors ar hizmet aralarnda

dvme krank milleri yerine KGDD krank milleri kullanlmaktadr [1].

stemperlenmi kresel grafitli dkme demirler ayn boyuttaki dvme elik

malzemelerden % 10 daha hafif olmas, dili imalatnda elik malzemelere greretim maliyetinin az olmas, kolay ilenebilmesi ve ileme maliyeti dk

olmasndan dolay teknolojik nemi ve kullanm alanlar giderek artmaktadr.[3-4].

Malzeme mhendisleri iin Hangi malzeme, dk maliyet, dizayn esneklii, iyi

ilenebilirlik, arlk oranna gre iyi dayanm ve tokluk, yksek anma dayanm

ve iyi yorulma zelikleri salar sorusunun cevabn stemperlenmi kresel grafitli

dkme demirler (KGDD) vermektedir [6].



2

Yeni gelitirilen ift matrisli stemperlenmi kresel grafitli dkme demirler

(FMKGDD), tektoid ncesi ferrit ve sferrit ya da martensit yapdan olumaktadr

[719]. Bu mikro yap stenit ve ferrit faznn birlikte bulunduu bir scaklktan,

yeterli stenit hacminin sferrit ya da martensite dnm iin yeterli bir hzda su

verme ya da stemperleme sonucunda elde edilmektedir. Bu almada tektoid

ncesi ferrit ve sferritten oluan ift matrisli yap kritik tavlama scaklklarndan

stemperlenerek elde edilmitir. Kritik tavlama scaklnn kontrol sferrit hacim

oran ve karbon ierii zerinde nemli bir rol oynayabilmektedir.

Yeni gelitirilen FMKGDD ler, geleneksel stemperlenmi kresel grafitli dkme

demirlerden daha snek olmasndan dolay otomotivlerin sspansiyon paralarnda

kullanlmas uygun grlmtr. Bu malzeme perlitik snfta ayn ekme, akma ve

sertlik zellikleri sergilemektedir ve sneklikleri ferritik snfla ayn dzeydedir [9].

Yakn gemite FMKGDD lerin (ferrit + Martensit) ekme ve akma

dayanmlarnn perlitik ve ferritik snftan ok iyi olduu, snekliliklerinin ise ferritik

snftan dk olduu, ancak pek ok uygulamalar iin uydun olabilecei

gsterilmitir [19-20].

Literatrde ift matrisli stemperlenmi kresel grafitli dkme demirlerin mekanik

zellikleri ile ilgili ok az bilgi bulunmaktadr [7,9,11,1920]. zellikle imdiye

kadar kritik tavlama scaklk aralklarndan stemperleme ile tektoid ve sferrit

hacim orann kontrol ederek yorulma zelliklerini iyiletirmek iin herhangi bir

alma yaplmamtr.

Bu almann amac, geleneksel stenitleme + stemperlemeden farkl olarak kritik

tavlama scaklk aralklarndan ( A1 ile st kritik scaklk arasnda) stenitleme +

stemperleme sonucunda oluturulan tektoid ferrit ve sferrit yapnn ve bu

yaplarn hacim oranlarnn yorulma zellikleri zerindeki etkisinin incelenmesidir.



3

2.METAL MALZEMELERDE YORULMA

Birok mhendislik uygulamalarnda, malzemeler akma dayanmnn altnda

tekrarlanan gerilmelere maruz braklrlar. Bu tekrarl gerilmeler, dnme, eilme

yada titreim olabilir. Uygulanan gerilmelerin akma dayanmnn altnda olmasna

ramen, ok sayda tekrarlanan gerilme uygulamalarndan sonra malzeme kopabilir.

Bu kopmaya da yorulma denir [21].

Yorulma dier bir ifadeyle tekrarl gerilmeler altnda alan, zamanla meydana

gelen hasar olarak da tanmlanabilir [22].

Yorulma, mhendislik uygulamalarnda sk sk karmza kmaktadr. Genellikle,

miller, aftlar, dililer, trbin kanatlar, motor paracklar, raylar, uak kanatlar,

motor pistonlar gibi tekrarl gerilmeler altnda alan makina paralarnda

grlmektedir. Nitekim makina elemanlarnda meydana gelen hasarlarn % 80i

yorulmadan kaynaklanmaktadr [23]. Dinamik yk altnda alan paralarn yorulma

davranlar hakknda doru bilgi edinebilmek amacyla bu paralarn gerek

kullanm koullarnda denenmeleri gerekir. Ancak bu yntemin pahal ve ok zaman

almas nedeniyle, belirli standartlarda hazrlanan numuneler, basit laboratuar

almalar yaplarak malzemelerin yorulma davranlar hakknda temel bilgiler

edinilebilir [22] .

Malzemelerin yorulma dayanm ise; sonsuz sayda tekrarlanmasna ramen

krlmaya neden olmayan en yksek gerilme yorulma dayanm olarak tanmlanr.

Malzemelerin yorulma dayanmlarnn statik dayanm deerinden ok daha dk

olduu belirlenmitir. Ayn zamanda da malzemelerin yorulma zelliklerini

etkileyen, ekil, yzey durumu, malzemenin cinsi gibi birok parametrenin deolduu

belirlenmitir [24].



4

2.1. Yorulmann Oluumu

letme koullarnda, ortaya kan gerilmeler her zaman mukavemet bilgisinin temel

denklemlerine uymaz. Dier bir deyile ekme ve basma gerilmeleri para kesitinde

eit olarak dalmaz, eme ve burma gerilmeleri de yzeyden ortaya doru dorusal

bir azalma meydana getirmeyebilir. Teorik olarak ekme ya da basmada kesite eit

olarak dald varsaylan gerilmeler ve eme ya da burmada ise dorusal olarak

deitii varsaylan gerilmelerde uygulamada az ya da ok sapmalar grlr.

Parann yzey kalitesi, ortamn korozif etkisi, kuvvet iletiminin tr, n gerilme,

malzeme hatas, mikro yapnn byk lde heterojen olmas gibi nedenler blgeselgerilme ylmalarn meydana getirir ve yorulma atla gerilme ylmalarnn

bulunduu blgelerde balar [24].

Yorulma bir atlan balamas ilerlemesi ve sonunda da numunenin iki yada daha

fazla paraya ayrlmasna sebep olan bir proses olarakta tanmlanabilir. Bu sre

aadaki denklikle aklanabilir:

Nf = Ni + Np (2.1)

Burada;

Nf : Numunenin Krlmas iin gerekli toplam yorulma evrimi.

Ni : atlan balamas iin gerekli olan evrim says.

Np : Numunenin krlmasna kadar atlan ilerlemesi iin gerekli olan evrim says

[25].

Bir yorulma krlmas genellikle tekrarl gerilme uygulamalar altnda kk bir

atlak olarak balar, atlak ilerlemeye devam ettike malzemenin yk tayan aktif

kesiti azalr ve bu azalan kesite uygulanan gerilme de artmaktadr. Sonunda kalan

aktif yzeyin uygulanan yk tayamayaca bir noktaya ulalr ve malzeme krlr.

atlan byyerek, ilerlemesi srasndaki davranndan dolay, bir yorulma

krlmasna ait bir yzey, ayrt edilebilen farkl iki blgeye ayrlr. ekil 2.1de

genellikle karakteristik olarak farkl iki blge gsteren bir yorulma krlma



5

numunesinin yzeyi gsterilmitir. Parlak yzey yava atlak ilerlemesi sonucunda

olumutur, dier koyu blge ise ar ykleme sonucunda krlan yzeye aittir [26].

atlak balangc

Tanecikli YzeyParlak Yzey

Tanecikli Yzeyatlakbalangc

Gerilim Halkalar

a b

ekil 2.1. Yorulma sonucunda krlan paralarn yzeyleri; (a) atlan yavalerlemesi, (b) farkl byklkte gerilme uygulanmas sonucundameydana gelen yzey

Genel olarak yorulmann, yorulma numunelerinde yada paralarnda yzeyden

balad kabul edilmektedir. Daha nce yorulma mekanizmalar hakknda yaplan

almalar aka gstermitir ki yorulma ters plastik ak ile dier bir ifade iledislokasyonlarn ileri geri hareketleri ile ilikilidir. Eksenel yklemelerde uygulanan

gerilmemin yn terstir bu nedenle tr kayma bantlar yzeyde olumaktadr. ekil

deitirme tek ynl olduunda kayma bantlar yzeyde olduka basit bir topolojide

grlmektedir (ekil 2.2).



6

ekil 2.2. Yzey snrlarnda kayma bantlar ile yzeyin kesimesi a) ekme

gerilmesi. b) alternatif gerilme

Dier bir taraftan Eksenel yklemelerde ya da alternatif yklemelerde kayma bantlar

yzeyde grup oluturma eilimindedir. Oluan yivli bu yzeyin topolojisi daha

karmaktr. Kayma bantlarnn ular ve girintiler, gerilme blgeleri oluturmaktadr.

Bu gerilme blgeleri atlan balamasn salamaktadr [25].

Yksek dayanm malzemelerinde zellikle elik ve alminyum farkl bir atlak

balama mekanizmasna sahiptir. Byle malzemeler kayma deformasyonuna olduka

direnlidir (ekil 2.3). Matris ile inklzyon ara yzeyi olduka zayftr ve atlak

inklzyonun ucundan balar yada inklzyon sert ve krlgan olduunda krlr ve

atlak inklzyonun her iki ynnde ift tarafl olarak balar [27-32].



7

Resim 2.1. Yksek dayanml alaml bir elikte yorulama atlann inklzyondanBalamas

Makine paralarna uygulanan gerilme miktar her zaman ayn deildir. rnein, bir

otomobil aftnda, otomobil hzla giderken afta uygulanan gerilme fazladr. Ancak

otomobil yavaladnda afta uygulanan gerilme azalmaktadr. Byle deiken

gerilmeler altnda alan makina paralarnda gerilme arttnda atlak ilerleyebilir

ya da gerilme azaldnda atlak ilerlemesi yavalar. Hzl veya yava ilerleme ya da

atlan ilerlememesi gibi alternatif durumlar atlak yzeylerinin birbirini ovma

derecesini deitirir. Bunun sonucunda da, midye kabuu denilen halkalar yzeyde

meydana gelir [26]. Yzeyde meydana gelen bu halkalar, malzemenin yorulma

sonucunda krldnn iyi bir rneidir. Dier bir gsterge de parlak yzeylerdir.

Yorulma krlmas genellikle ani krlma yzeyinde kk bir mesafede makroskobik

plastik deformasyon eksiklii olarak karakterize edilir [33].

Yorulma hasarnn dier bir nedeni de montaj hatalardr. rnein, balans bozulmu

bir milde, hesaplarda belirlenen gerilmelerden daha fazla gerilmeler meydana

gelebilir [26].



8

2.2. Yorulmay Etkileyen Faktrler

Yorulmay etkileyen faktrlerin bir zeti ekil 2.3de verilmitir.

ekil 2.3. Yorulmay etkileyen faktrler

AtomHatalar Dislokas-yonlar Boyutlar Przllk

izgiHatalar

KaymaDzlemleri

entik Kaplama

Soukekme

KalntGerilim

KimyasalBileim Hatalar Yap Hatalar

NumuneGeometrisi Yzey lemler.

Yorulmay Etkileyen Faktrler

1.Malzemeye Bal 2.Ykleme Durumu 3.Ortam

Scaklk Radyasyon Vakum



9

2.2.1. Malzemenin cinsi ve bileim etkisi

Genelde malzemelerin statik ekme dayanm arttka, yorulma dayanm snrnda

da artma gzlenir. Alam elementleri ve uygun ekilde su verilip gerilim giderme

ilemleri de eliklerde statik ekme deerini arttrd gibi sertlik ve yorulma

dayanm srlarn da arttrmaktadr [24]. Malzemenin yapsnda kkrt (S) bulunmas

ise metal olmayan inklzyonlar meydana getirdii iin yorulma dayanm snrn

drmektedir. elik malzemelerde genellikle 106-107 evrimden sonra yorulma

dayanm snrna varlmaktadr. Demir d malzemelerde ise belirli bir yorulma

dayanm snr yoktur [2732]. ekil 2.4de deiik ilem grm malzemelerin

yorulma dayanm snr davranlar grlmektedir.

ekil 2.4. Deiik malzemelerin yorulma snr deerleri1. Su verilmi % 1,2 C elik 2. Su verilmi Cr, Nili elik3. Su verilmi % 0,53 C elik 4. Scak haddelenmi makine yap elii

5. Al-Cu alamlar 6. Souk haddelenmi ve tavl bakr

2.2.2. Kalntlar ve mikroyap hatalar

Normal artlarda yorulma atlaklar metallerin yzeylerinin hemen altnda

gevrekleen tane snrlar, kayma bantlar ve imalattan kaynaklanan yzey

przll, kaynak blgesi gibi gerilme ykseltici blgelerden balar [34]. Metalik

olmayan inklzyonlar, metallerin yorulma dayanmn drmektedir. Orta karbonlu

elikler iin bu etki ekil 2.5de rneklendirilmektedir. elik numuneler ayn



10

dayanma tavlanmtr (max dayanm 1590 MPa) bu eriyi elde etmek iin. ekil

2.5de st ve orta eri vakum ortamnda ergitilen numunelere, en alttaki eri ise hava

ortamnda ergitilmi elik numunelere aittir. Hava ortamnda ergitilmi elik Gaz

halinde bulunan elementleri absorbe ettii iin, hava ortamnda ergitilen elik,

vakum ortamnda ergitilen elie gre daha byk ve ok sayda inklzyon

iermektedir. Bu inklzyonlarn da elik numunelerin yorulma dayanmn azaltt

grlmektedir [33].

ekil 2.5. Dk alaml eliklerin yorulma dayanm zerinde metalik olmayaninklzyonlarn etkisi

2.2.3. Para boyutu

Deiik zorlamalar altnda yorulan malzemelerin d yzeylerinde merkezden dahafazla gerginlik oluur. Bundan dolay krlma, malzemenin yzeyinde oluan bir

atlaktan balar. D katmandaki atlan gelimesi malzemenin kesitine gre de

gelime farkll gstermektedir [24]. Genellikle elik paralarnn boyutu arttka

yorulma dayanmnda da azalma meydana gelmektedir. Yorulma deneylerinde deney

ubuunun ap 6 mmyi atnda, kk aplara oranla yorulma mukavemetinde %

20ye varan bir azalma meydana gelmektedir [34].

Byk boyutun yorulma dayanmn olumsuz ynde etkilemesinin temel iki nedeni



11

vardr. Birincisi, yzey alan arttnda yzey hatalarnn bulunma olasl da

artmaktadr. kincisi ise, bkme ve burma yklemelerinde ap arttka gerilme eimi

de artmakta ve bu nedenle de elikte gerilmeli blgenin says artmaktadr [23].

Para boyutunun, yorulma dayanm zerindeki etkisi zerine yaplan deneysel

almalar, numune boyutunun (apnn) artmasyla, yorulma dayanmnn da

azaldn gstermektedir. izelge 2.1de deneye tabi tutulmu bir elik aft, yorulma

snrlarnn artan ap ile azaldn gstermektedir [23].

izelge 2.1. elik bir aftn para boyutunun yorulma limitine etkisi

Numune ap Yorulma Dayanm Snr

mm in MPa Ksi

7,6 0,30 248 36

38 1,50 200 29

152 6,00 144 21

2.2.4. entik (Gerilme Ylmas) etkisi

Para kesitinde entik, delik ve ani kesit deiimlerinin bulunmas yorulma mrn

nemli lde azaltmaktadr. Kama yuvalar, vida dilileri, pres gemeler ve delikler

gibi geometrik sreksizler nedeniyle oluan gerilme ylmalar sonucunda makina

paralarnda yorulma atlaklarnn bulunmas kanlmazdr [34].

Yzeydeki herhangi bir tasarm veya retim hatas gerilmeleri younlatrr ve

yorulma atlaklarnn olumasn tevik eder. Bu hassasiyet bir entikli yorulma

numunesi (ekil 2.6) kullanarak llebilir [2732].



12

ekil 2.6. entikli ve entiksiz elik numuneler iin ekme dayanmn bir fonksiyonuolarak yorulma dayanm snr

2.2.5. Yzey ve yzey ilemlerinin etkisi

Pratik olarak ou yorulma krlmalar yzeyde balar. Bundan dolay da yzey

koullar yorulma dayanmnda ar derecede nem kazanmaktadr [25]. Eilme,

burulma gibi ou ykleme eitleri iin maksimum gerilme yzeyde balar. Bundan

dolay da yorulma krlmalarnn yzeyde balamas mantkldr. Yorulma

zelliklerinin yzey durumuna kar ok hassas olduuna dair ok miktarda kant

bulunmaktadr. Yorulma numunelerinin yzeyini etkileyen faktrler kabaca 3 gruba

ayrlabilir:

1- Yzey przll ya da yzeydeki gerilme arttrclar

2- Metal yzeyinin yorulma dayanmndaki deiiklikler

3- Yzeyin kalnt gerilme koulundaki deiimler

Bu faktre ilaveten yzey; oksidasyon ve korozyona maruz kalmaktadr [27].



13

Yzey ne denli dzgn olursa yorulma mrde o kadar artmaktadr. Parlatlm

yzeyler przlere gre yorulma krlmalarna kar daha yksek yorulma mr

gstermektedir. izelge 2.2de 655 MPa gerilme altnda deneye tabi tutulmu SAE

3130 elik numunelerinin yorulma mrnn numunelerin yzey artlar ile ilikisi

verilmitir.

izelge 2.2. 655 MPa Gerilme altnda deneye tabi tutulmu SAE 3130 eliknumunelerin ortalama yorulma mr ile yzey ileme tipi arasndakiiliki

Yzey leme Tipi Yzey Przll(m)

Ortalama Yorulma mr(evrim Says)

Tornada lenmi 2,67 24,103

Ksmi Elde Parlatlm 0,15 91,103

Elde Parlatlm 0,13 137,103

Tornalanm 0,18 217,103

Talanm ve Tornalanm 0,05 234,103

Zorlamalardan sonra atlaklar yzey przll fazla olan yzeylerde daha abuk

oluur. ok iyi yzey kalitesi olan malzemelerde daha kt kalitedeki yzeylere greok yksek dayanm snr elde edilebilir. Yzey ilemleri dediimiz przllk

eitlerinin ekme dayanmna etkisinin yannda, parada olabilecek delik, entik

kayma yuvalar, kuvvetlerin dorultu deitirdii yerler ya da eitli sreksizlikler

yorulma dayanm azaltarak krlmaya sebep olmaktadr [24].

2.2.6. Isl lemler ve mikro yapnn etkisi

Genel olarak mukavemeti arttran sl ilemler yorulma mukavemetini arttrsa da bu

konuda mikro yapnn u nemli zellikleri vardr: elik gibi karmak bir iyapya

sahip olan cisimlerin yorulma mukavemetinin dk deerler olmas metalrjik

entiklerden meydana gelebilir. Bu metalrjik entikler iri perlit, inklzyonlar,

alam elemanlarnn zlmesi, su verme srasnda bir miktar kalnt stenitin

kalmas olabilir (ekil 2.7).



14

eliin iyapsnda bulunan martensit fazn azalmas, yorulma dayanm snrnn

azalmasna yol aar. Ayrca tane boyutunun yorulma dayanmna ok az bir etkisi

bulunmaktadr. Tane boyutunun kk olmas yorulma dayanmn az miktarda

arttrmaktadr [34].

ekil 2.7.eliin mikro yapsnn yorulma oranna etkisi

2.2.7. Ykleme durumu

Yorulmaya etki eden kuvvetler eksenel dzlemsel ya da burulma zorlamas

eklinde meydana gelebilir. Yorulma dayanm snr deiik zorlamalarn ekline

gre de farkllk gsterebilir (ekil 2.8). Ar zorlamalarda malzemenin yorulma

mrn ksaltr [34].



15

YklemeDurumu

ekil Tarz

Eksenel DnmeEilme

TitreimliEimli

ekmeBasma

Statik Zorlama Deiken Zorlama

Gelii GzelDeisken

PeriyodikDeiken

=0 0=

ekil 2.8.Malzeme zerine gelen ykleme durumu

2.2.8. alma ortam

Makine paralarnn kullanldklar ortamlar ve koullarda malzemenin yorulma

dayanmn etkiler. Bu etkenler srasyla aklanmtr.

Scaklk ve radyasyonun etkisi

Dk scaklklarda yorulma dayanmnn artt bilinmektedir. ok zel

durumlar hari scakln artmas yorulma dayanmnn azalmasna sebep

olmaktadr [24]. Yksek scaklkta alan malzemelerin ounda yorulma

atlann, balamas iin az sayda evrim yeterli olmaktadr. Karbonlu eliklerde

400 C yi aan scaklklarda yorulma belirtilerinin, bunun altndaki scaklklarda

ise yorulma mukavemetinde bir iyileme grld bilinmektedir [34]. Scakln

yorulma zerindeki etkisini iki gruba ayrabiliriz.



16

Dk scaklk yorulmas

Metaller zerinde oda scaklnn altnda yaplan yorulma deneyleri, yorulma

dayanmnn azalan scaklkla birlikte arttn gstermektedir. Ayrca yorulma

dayanmnn azalan scaklkla birlikte ekme dayanmndan daha fazla artt

belirlenmitir [33].

Yksek scaklk yorulmas

Genelde, metallerin yorulma dayanm artan scaklkla birlikte azalmaktadr odascaklnn stnde: 200 Cden 300 Cye maksimum yorulma dayanm zellii

gsteren yumuak elik bir istisnadr. Maksimum yorulma dayanmnn bu

scaklk aralnda olmasnn sebebi daha nce tartlan gerinim yalanmasdr.

Scakln oda scaklnn zerine kmas ile srnme mekanizmas yksek

scaklklarda nemli duruma gelecektir [33].

Isl yorulma

Yksek scaklkta yorulma krlmas iin retilen gerilmelerin mekanik bir

kaynaktan gelmesine gerek yoktur. Mekanik sebeplerle gerilme oluturmayan

koullar altnda yorulma krlmas dalgal sl gerilme (azalan, artan) ile

oluturulabilir. Sabitlenmi ve desteklenen bir basncn en basit hali iin, sl

gerilme scaklk deiimi ile artmaktadr [33].

=. E . T (2.2)

= Gerilme

t = Scaklk deiimi

= Genlemenin lineer termal katsays

E = Elastikiyet modl

Eer krlma termal gerilmenin bir uygulamasyla gerekleiyorsa bu koul termal



17

ok olarak adlandrlmaktadr. Eer krlma sl gerilmenin tekrarl uygulamalar

sonucunda meydana geliyorsa sl yorulma olarak adlandrlmaktadr. stenitik

paslanmaz elikler sl yorulmaya ok duyarldrlar. Bunun sebebi de dk termal

iletkenlik ve yksek termal genlemeye sahip olmalardr [33].

Korozyon etkisi

Yorulma olaylarnda mekanik etkilerin yannda kimyasal korozyon etkileri de

grlebilir. Yorulmadan nce malzemenin korozyona uramas yorulma

dayanmn azaltr. Korozyona uram blgeler entik etkisi gsterirler ve

krlmay hzlandrrlar [33]. Yorulma, korozyonlu ortamlarda olursa korozyonlu

yorulma adn almaktadr. Korozyonlu ortamlar elik yzeylerinde, evrimli

gerilme uygulamas olmasa bile karncalanma olgusu ile gzenekler meydana

getirebilir. Bunlar entik etkisi yaratmaktadr (ekil 2.9) [27-32].

ekil 2.9. entiksiz numuneler zerinde yorulmann etkisi

Tekrarl yada dalgal olarak azalan, artan gerilmelerin ve ilerleyen atlak reten

bir korozif evrenin e zamanl hareketi korozyon yorulmasdr. Zaman baml

evresel etkiler ayn zamanda birinci derecede nemlidir [5].



18

2.3. Yorulma Dayanmnn Belirlenmesi

Yorulma dayanm, dzgn ya da entikli paralarda belirli bir ortalama

gerilmenin parann krlmadan veya belirli bir ekil deitirmeye uramadan

sonsuz evrim saysnda tayabilecei gerilme denir [5]. Sonsuz sayda yk

tekrarn krlmadan ya da ar ekil deiimine uramadan tayabilen bir yap

eleman yorulmaya kar dayankldr denir. Malzemelerin yorulma

dayanmlarnn saptanmas iin eksene paralel dorultuda mekanik ya da

elektronik olarak parlatlm dzgn deney paralar kullanlr. entik

duyarllnn arttrlmas iin de; entik katsaylar belirli deney paralarndanyararlanlr. Gnmzde kullanlan deney makinalar: ekme, ekme basma,

evresel eme, ileri geri ve burma yannda bileik zorlamalar da mmkn

klmaktadr. Bu makinalarn deney frekanslar yaplarna baml olarak 5001500

dev/dak dakikadr. Sz konusu aralk iin elikten yaplm dzgn paralarn

yorulma dayanmlar frekansa baml deildir. Ancak hafif metallerde ve entikli

elik paralarda yorulma davran frekansla deiir [24].

Malzemelerin yorulma dayanm genelde Whler yntemiyle bulunur. Bu

yntemde malzeme biim ve yzey kalitesi bakmndan tmyle ayn olan deney

paralar her biri aralksz ekilde ve farkl seviyelerde zorlanarak krlmann

olutuu evrim says saptanr. Bir deney ierisinde ounlukla 610 adet para

kullanlmaktadr. Belirli bir deney paras iin balangta ayarlanan yorulma

zorlamas deney srasnda deitirilemez, yani tek kademeli yorulma deneyi sz

konusudur. Buna karn ok kademeli yorulma deneyinde zorlama sistematikolarak deney srasnda deitirilir. Her bir zorlama kademesi belirli evrim

saylar arasnda sabit kalr. Zorlamann sras istenildii gibi seilebilir, yani

giderek azaltlabilir, arttrlabilir veya kark olabilir [5].

Deneyin amac, malzeme ve deney makinasna gre yk ve ekil deitirme

genlikleri kontrol edilir ve bu byklkler gerilme ya da birim ekil deiimi

deerlerine dntrlr. Whler ynteminde bir deney serisinde tm paralar

iin ortalama gerilme alt veya alt gerilme alt sabit tutularak her deney iin



19

gerilme genlii q seilir. lk deney paras st gerilme genellikle akma snrna

yakn olacak ekilde, yksek dzeyde zorlanr. Daha sonraki deney paralarnagidildike daha dk zorlama uygulanarak gerilme genlikleri ve krlmann

grld evrim saylarnn bir eri olarak izimi ile, eer noktalar byk

dalmlar gstermiyorsa ekil 2.10daki Whler erisi elde edilir. Bu grafikte

normal olarak apsis (evrim Says) logaritmik ordinat (gerilme genlii) ise

metrik blml olarak seilir.

ekil 2.10. Whler erisi

Sonsuz evrim saysnda krlmann grlmedii en byk gerilme genlii yani

erinin asimptotuna kar gelen deer yorulma dayanmn verir. y veya ty ile

gsterilir. Dier yandan belirli bir evrim saysndan sonra (Ns: Snr evrim

Says) eri sonsuz evrim saysna yaklayor kabul edilir. Snr evrim says da

oda scaklnda ve dk scaklklarda elikler iin 10.106, ar ve hafif metaller

iin 10.107ya da daha fazla alnr. Deney sresini ksaltmak amacyla da elik iin

2.106ve hafif metalleri iin 10.106snr evrim saylar kullanlmaktadr. Bundan

dolay da ysembol yannda sz konusu snr evrim says da verilmektedir [5].

Yorulma deneyinde kullanlan numunelere farkl byklkte tekrarl gerilmeler

uygulanr ve numunelerin krlmas iin evrim says llr. ekil 2.11de

grld gibi silindirik numunenin ilenmi bir ucumotor tarafndaki balama

aparatna (ayna veya pense) balanr. Dier utan arlk aslr. Balangta



20

numunenin st yzeyine ekme gerilmesi etki ederken alt yzey basma

gerilmesine maruz kalr. Numune 90dndkten sonra normal olarak ekme ve

basmada bulunan blgelerin zerine gerilme etki etmez. Toplam 180dndkten

sonra normal olarak ekme altndaki blge imdi basma etkisi altndadr. Bu

nedenle herhangi bir noktadaki gerilme sfr noktasndaki gerilmeden maksimum

ekme gerilmesine ve sfr gerilmeden maksimum basma gerilmesine bir devir

tamamlar. Numune zerine etkiyen maksimum gerilme aadaki ifade ile verilir

[21].

=10,18L.F/d3 (2.3)

Burada;

L: ubuun boyu

F: Yk

d: ubuk apdr.

ekil 2.11.Whler tipi yorulma cihazlarnda Serbest Ulu Kiri deney dzenei

Yorulma erilerinden iki nemli byklk belirlenir. Bunlardan birisi yorulma

mr dieri de yorulma dayanmdr. Yorulma mr belirli byklkte tekrarl

gerilme etkiyen bir malzemenin krlmasna kadar geen evrim saysn gsterir.

Yorulma dayanm ise; bir malzemenin belirli bir evrim says sonucunda

krlmasna neden olan gerilme deeri olarak tanmlanr [34].



21

Yorulma cihazlarnda bulunan tertibat sayesinde cisme uygulanan gerilmeler ikisnr arasnda zamann sinzoidal bir fonksiyonu olarak, devaml olarak

deitiini gstermitir [34].

ekil 2.12de min ve maxun muhtelif durumlarna gre gerilme zaman

erisinin ekilleri grlmektedir. ekme gerilmeleri (+) olarak alndnda, (a)da

malzeme sadece deiken ekme kuvvetlerinin altndadr. (b)de yine malzemeye

ekme kuvvetleri etki ediyorsa da burada (min) sfra eittir. (c) halinde isemax = min olup bu durumda cisme ayn deerde maksimum ekme ve basma

gerilmesi arasnda deiken gerilmeler etkilemektedir. Yorulmada bu sonuncu

durum zel bir haldir. Buna alternatif gerilme denmektedir. (d)de ise malzeme

sadece deiken basn gerilmelerinin etkisi altndadr. Gerilmenin max +

min/12den itibaren artarak maxa eit olmas ve bundan sonra azalarak mine

dmesi ve bunu izleyerek tekrar balangtaki deerini almasyla malzemeye bir

ykleme ilemi yaplm olur. Bu ilem deney aletlerindeki zel tertibat sayesindebelirli bir sre ierisinde belirli defa tekrarlanr. Bu ekilde saniyede yaplan

ykleme saysna yorulma deneyinin frekans denir. Genel olarak frekans, belirli

bir koulu amamak kouluyla mmkn olduu kadar hzl olmaldr [22].



22

ekil 2.12.Yorulma gerilme periyotlar

Yorulma diyagramnda erinin yatay duruma geldii gerilmeye, yorulma snr

denir. Bu gerilmenin altndaki tekrarl gerilmelerde malzemenin sonsuz evrime

dayanabilecei kabul edilir. Ancak demir d malzemeler 100 milyon evrim

saysndan sonra bile belirgin bir yorulma snr gstermez [22].

ekil 2.13.elik ve demir olmayan malzemelerin tipik Whler diyagram



23

Demir, elik ve demir d malzemelerin Whler erileri ekil 2.13de verilmitir.

Demir elik Grubuna giren malzemelerin yorulma erileri, oda scaklnda

belirli bir gerilme deerinde, belirli bir evrim saysndan sonra yatay hale gelir.

Demir ve elik gibi malzemelerde yorulma snr (y) ile ekme dayanm () ve

Brinell sertlii (BSD) arasnda aada verilen bant bulunmaktadr [22].

Yorulma Snr (y) 0,5.0,18 BSDdir. (2.4)

2.4. Yorulma Cihazlar ve Snflandrlmas

Baz mekanik deney alanlarnn tersine, yorulma dayanm iin ok sayda deney

cihaz ve numune dizayn gelitirilmitir. Yorulma deneyinin laboratuar

artlarnda yaplabilmesi iin ok sayda yorulma cihaz ticari olarak

satlmaktadr.

Yorulma deneyi numuneleri temel olarak ykleme trne gre tarif edilirler:

1) Dorudan (Eksenel) Gerilme

2) Dz/Dzlemsel Eme

3) Dner -Eme

4) Deiken Burulma

5) Bileik Gerilme [23].

2.4.1. Eksenel yorulma cihazlar

Eksenel yorulma deney cihaz, deney numunesine kesitinin her yerinde uniform

bir gerilme ya da gerineme maruz brakr. Ayn kesit iin eksenel yorulma cihaz

statik eme makinas ile ayn gerilme elde etmek iin, ok daha fazla kuvvet

salamas gerekir. Eksenel cihazlar, ou uygulamalar iin yorulma verileri elde

etmek iin kullanlr ve saptanm en iyi metodu sunar (ekil 2.14) [23].



24

Eksenel yorulma cihazlar kendi arasnda 3 gruba ayrlr:

1) Elektromekanik sistemler

2) Servo hidrolik kapal devre sistemleri

3) Elektro manyetik sistemler

ekil 2.14. Bir elektro hidrolik eksenel yorulma cihaznda ematik ykleme biimi

2.4.2. Eme -Yorulma cihazlar

Yorulma cihazlarnn en yaygn tipi kk eme yorulma cihazdr. Genel olarak bu

cihazlar karmak bir yapya sahip deildirler. Pahal olmayan bu sistemler, dk

donanm yatrm ile kapsaml deney yapmaya olanak salarlar. Eme yorulma

cihazlar genel olarak ikiye ayrlr:

1) Konsol kiri cihazlar

2) Dnmeli Emeli yorulma cihazlar [23].

Konsol kiri cihazlar

Bu yntemde deney numunesi konik bir genilik, kalnlk ya da apa sahiptir. Deney

alann bir blm iinde, homojen bir ekil deiimi salamak amacyla gerekli olan

ykleme, ayn kesitte eksenel ya da eme yorulmasndaki gerekli olan yklemeden

daha azdr [23].



25

Dnmeli-Emeli yorulma cihazlar

Dnmeli Emeli yorulma cihazlarnn ilk tipi ve en ok kullanlandr. Bu cihazn en

byk avantaj basit olmasdr. Genel bir dner kiri cihaznn genel elemanlar

motor dnme eylemi iin gerekli olan enerjiyi salar. Motorun gc ok nemli

deildir. Deney frekans (dev/dakika) sadece yorulma verilerinin alnma sresini

etkiler. Bir motordaki (ekil 2.15) dnme hareketini paraya iletecek olan tayc ve

deney numunesi taycya balanmasn salayan bilezikler vardr. Ykn numuneye

iletimi farkl yntemlerde olabilir. Dner kiri cihaznda deney numunesini dairesel

yzeyi sinzoidal bir gerilmeye maruz kalr. Dier bir ifadeyle balangta

numunenin st yzeyine bir ekme gerilmesi uygulanrken alt yzeyi basma

gerilmesine maruz kalr. Numune toplam 180 dndnde normalde ekme

gerilmesi altnda kalan blge imdi basma gerilmesi ve basma gerilmesi altnda kalan

blge ekme gerilmesi altndadr [23].

a b

ekil 2.15. Dnmeli Emeli yorulma deney cihazlar; (a) 4-noktadan yklemeli

deney cihaz, (b) 1-noktadan yklemeli deney cihazBurulma yorulma deneyi cihazlar

Eer maksimum gerekli burulma kk olduunda, burulma yorulma deneyi uygun

sabitleyici kullanm ile eksenel cihazlar zerinde gerekletirilebilir. zel imal

edilmi burulma yorulma cihazlar, elektromekanik cihazlardan meydana gelir. Bu

cihazlarda servo hidrolik Makinalar ve kranklarn kullanm ile lineer hareket dnme

hareketine evirilir (ekil 2.16) [23].



26

ekil 2.16. Servo Hidrolik burulma yorulma deneyi cihaznn ematik resmi.

ok eksenli yorulma deneyi cihazlar

ou zel yorulma deney cihazlar, iki ya da eksenli gerilme altnda alan

metal paralarnn zelliklerini belirlemek iin iki ya da daha fazla ykleme iintercih edilmilerdir. ou gerek servis koullar karmak gerilme sistemleri

ierdii iin byle deneyler zellikle nemlidir. Yaygn olarak kullanlan iki

eksenli yorulma deney numunesi e zamanl olarak i basn ve eksenel

yklemeye maruz kalan dz (izgisel) bir numunedir. ekme ve burma

sistemlerinde, ekme ve basma eksenel yklemeleri ve burma yklemeleri e

zamanl olarak salanr [23].

Aada sanayi ve laboratuar amal kullanlan eitli yorulma deneyi makinalar

gsterilmitir (ekil 2.17 ) [24].



27

ekil 2.17.Bitmi rne uygulanan yorulma mr dayanm deneyi

Bu cihazlar eksenel eme, evresel eme, ekme ve basma gibi etkileri rnlere

ayr ayr ya da birlikte tatbik etme zelliine sahiptir. Ayn zamanda bilgisayarla

da donatlm olduklarndan tatbik edilen zorlamann iddeti ve cinsine gre

grafikler izilir ve deerlendirilir. ekil 2.18de ise genel bir dnmeli-emeliyorulama cihaz gsterilmitir [24].

ekil 2.18.Yorulma deney cihaz ve elemanlar



28

2.5. Yorulma Deneyi Numuneleri

Malzemelerin temel yorulma karakteristiini belirleme ve deerlendirmede metal

ve alamlarndan alnan bir numune kullanlr. Bu ilk kullanma ilaveten,

numuneler, malzeme zerinde eitli yzey ilemleri, yzey ileme biimi, evre

ve entik etkisinin etkilerini almak zere dizayn edilebilirler. Tipik bir yorulma

numunesi deney ksm ve 2 adet skc ksmdan meydana gelir. Skc ksmlar

yk motordan deney ksmna aktarmak amacyla tasarlanrlar [23].

Kullanlan numune tipi kullanlan yorulma cihaznn cinsine gre deimektedir.

atlak balangc yzeye baml olduundan ve genelde yzeyden baladndan

numunelerin yzeyleri parlatlm olmaldr.



29

3.STEMPERLENM KRESEL GRAFTL DKME DEMRLER

(KGDD)

KGDDler kresel grafitli demir ailesinin herhangi bir yesi gibi dkldnden

geleneksel kresel grafitli dkme demirlerin salad tm avantajlar salamaktadr.

KGDDler kresel grafitli dkme demirlere stemperleme sl ileminin

uygulanmas ile retilmektedir. stemperlenmi kresel grafitli dke demirler

genelde kark fazlardan meydana gelen bir matris iersinde yerlemi kresel grafit

ieren bir mikroyapya sahiptir [6].

ekil 3.1. Geleneksel kresel grafitli ve stemperlenmi kresel grafitli dkmedemirlerin ekme zellikleri

KGDDler dier kresel grafitli dkme demir ailesi yelerine ve dvlm

eliklere gre daha iyi mekanik zellikler (ekil 3.1) salamaktadr.



30

3.1 stemperleme Isl lemi

stemperleme sl ileminde ilk olarak i paralar genellikle 850950C aralnda

12 saat stenitlenirler daha sonra bir tuz banyosunda martensitin olumaya balad

scakln zerindeki bir scakla soutulur ve izotermal olarak genellikle 250

450C aralnda 1-4 saat soutulur. ekil 3.2de stemperleme sl ilem evriminin

% 2.5 Si ieren Fe-C-Si diyagram ile eletirilmi ematik ekli gsterilmektedir

[35].

A-B stenitleme (850950C, 12 Saat)

B-C Hzl Soutma (Perlit oluumunu engelleyecek hzda)

C-E stemperleme (250450C, 14 Saat)

ekil 3.2. stemperleme sl ilemin Fe-C-Si denge diyagram ile eletirilmiematik gsterimi



31

3.1.1 stenitleme

stenitleme sl ilemi stemperleme ileminin ilk aamasdr. stenitleme ilemi

genellikle 850950 C scaklklar arasnda ve yaklak olarak 12 saat sreyle

yaplmaktadr. stenitleme scakl (T) ve sresindeki (t) deiim malzemenin

ierdii alam elementlerinin miktarna gre deimektedir [36]. stenitleme

scaklk ve zaman stenitin karbon ieriini, stenit tane boyutunu ve matrisin

kimyasal homojenliini belirler [37].

3.1.2 zotermal bekleme (stemperleme)

stemperleme ilemi genellikle 250-450 C scaklklar arasnda 14 saat sre ile

yaplmaktadr. stemperleme scaklk ve sresinin alam elementlerine ve

stenitleme artlarna bal olduu belirtilmektedir [36]. Scak ya stemperleme

banyosu olarak geni bir ekilde kullanlmaktadr. Fakat yalarn 260 C civarnda

alevlenme nedeniyle, st beynitik yaplar oluturmak amacyla stemperleme de yakullanlmas mmkn olmamaktadr. stemperleme ileminde, ntr tuz banyolarnn

kullanlmas daha yaygn ve gvenlidir. Paralar su verme ortamndan karldktan

sonra genelde oda scaklna kadar soutulmaktadrlar, bununla birlikte su verme

daha avantajl olabilir. nk tuzun ykanarak temizlenmesi kolaydr [38].

stemperleme dnm aamalar

stemperleme ilemi srasnda stenit iki aamada dier yaplara dnmektedir.Bunlar;

I.Aama: (stenit) b (Beynitik ferrit)+ y.k (Yksek karbonlu stenit )[sferrit]

II. Aama: y.k (Yksek karbonlu stenit ) (ferrit) + Karbr

Bu iki aamann oluumu ekil 3.3 de zamann fonksiyonu olarak gsterilmektedir.



32

ekil 3.3. stemperleme ilemi srasnda stenitin Dnm

I. Aama

I. aamada dnm ekil 3.4de grld gibi Beynitik ferritin stenit tane

snrlarnda ya da grafit krelerine yakn alanlarda ekirdeklenme () ve

dnmemi stenitin (1) azalmasyla balar. Daha sonra buradaki karbon atomlar

stenit iersinde ilerleyerek y.k i olutururlar. Bu oluan yap tokluun artmasna

sebep olduunda bu aamada meydana gelen reaksiyona ou yerde tokluk

reaksiyonu da denir [39-40]. Ayn zamanda byyen ferrit tabakalarndan

evresindeki stenite karbon atlmaktadr. Malzeme ierisindeki yksek silisyum

miktar, normalde beynitik reaksiyona elik eden karbr partikllerinin oluumunubastrr. Sonu olarak da, reaksiyon srdke kalnt stenit karbon absorbe etmeyi

srdrr. stenit karbon ile doyduka, kararl hale gelir [36].



33

ekil 3.4. I. aamada stenitten beynitik ferrit ve yksek karbonlustenit(sferrit)oluumunun ematik gsterimi

Mnnin sferritik dnmn geciktirerek dnmemi stenit miktarn artrmassonucu mekanik zellikleri drmektedir. Molibden Mn gibi segrogasyon ve

karbr oluumunu tevik ettii iin % 0.3 orannn almamasna dikkat edilmelidir

ayrca ikinci aamay ve dnmemi stenit hacmini artrmaktadr [36].

II. Aama

stemperleme sl ilemi srasnda oluan ikini reaksiyon genellikle arzu edilmez

nk bu reaksiyon sonunda krlgan bir yap meydana gelmektedir [38]. Bu

aamada karbr oluumu nedeniyle sneklilik ve tokluk olumsuz ynde

etkilendiinden bu aamada meydana gelen reaksiyon gevreklilik reaksiyonu olarak

da bilinmektedir.KGDDde bulunan ferrit kartrc yksek Si ierii, I. aamada

normal olarak sementit faznn oluumunu bastrmaktadr. Ancak bu aamada

stenitten ferrit faznn kelmesi sonucu stenit karbonca zengin bir duruma

gelirken ferritin bymesi snrlandrlarak geiktirilir. Yaplan almalar stenitin

ane Snr ane Snr



34

karbonca zenginleme srecinde C ieriinin % 2 nin zerine kabileceini

gstermektedir [36].

Dier alam elementleri de ikinci reaksiyonun balangc iin zaman zerinde

nemli rol oynamaktadr. Krlganlk reaksiyonu beynitik karakterli kresel grafitli

dkme demirlerin uygulamadaki baarsn snrlayan etkenlerden biridir. Alam

elementlerinin ilavesi ile ikinci reaksiyonun geciktirilmesi stemperlenecek para

boyutu ile ilgili bir esneklik getirmektedir. Krlganlk reaksiyonun balangc

metalografik incelme ile belirlenemeyebilir. Kimyasal bileimin sl ilem zerindeki

etkisi ancak ayrntl mekanik testlerle belirlenebilir.

3.2. stemperlenmi Kresel Grafitli Dkme Demirlerin Mikro Yaps

stemperlenmi kresel grafitli dkme demirler genelde kark fazlardan meydana

gelen bir matris iersinde yerlemi kresel grafit ieren bir mikroyapya sahiptir.

Bunlardan beynitik ferrit ve stenit en fazla elde edilmek istenen fazlardr fakat ou

sebepten dolay az miktarda martensit ya da karbr mikro yapda bulunabilir [36].Beynitik ferrit ve Yksek karbonlu stenit karm, stemperlenmi kresel grafitli

dkme demirlerde sneklilii optimize eder, dier taraftan martensit, karbr, perlit

ieren oluumlarn hepsi snekliliin azalmasna sebep olmaktadr [41].

3.2.1. st beynit

st beynit Kresel grafitli dkme demirlerde stemperleme sl ilemi srasnda,stemperleme scaklnn 330 C zerinde olmas halinde olumaktadr. st beynit

her biri yaklak 2m kalnlnda ve 10m uzunluunda ince ferrit plakalarndan

meydana gelmektedir. Bu tabakalar demet olarak atlandrlan kmler iersinde

byr. Her kme iersinde plakalar paralel ve ayn kristolografik dorultudadr[39].



35

3.2.2. Alt beynit

Kresel grafitli dkme demirlerde stemperleme sl ilemi srasnda, stemperleme

scaklnn 330 C altnda olmas halinde alt beynit hakim morfolojiye sahiptir. Alt

beynit ile st beynit benzer kristolografik zellikler ve mikro yapya sahiptir. Dk

scaklklardan dolay ferrit inelerinin byme hz yksek karbonun difzyon hz

nispeten dktr ve bunun sonucunda da karbr ferrit plakalar iersinde de

kelmektedir. Bu st beynit ile alt beynit arasndaki genel ayrmdr [42]. ekil

3.5de alt beynit ve st beynit oluum mekanizmas ematik olarak gsterilmektedir.

ekil 3.5. st beynit ve alt beynit oluum mekanizmalar

3.2.3. stenit

stemperlenmi kresel grafitli dkme demirlerin sl ilemi srasnda yksek

scaklk aamalarnda olumaktadr. stenitin karbon ierii stenitleme scaklnn

bir fonksiyonu olarak deimektedir [39]. stenitleme scakl artka stenitin

karbon ierii artmaktadr ve yeterli sre tutulduunda istenilen karbon oranna

ulalr [5]. Beynitik reaksiyonun bir sonucu olarak kalnt stenit karbon bakmndan

zengin hale gelmektedir. Kalnt stenitin hacim dalm 0,6 kadar yksek olabilir.



36

Mikroyapnn tartlrken kalnt stenit ile znmemi stenitin ayrmnn

yaplmas gerekmektedir. Kalnt stenit izotermal dnm srasnda, znmemi

stenit ise oda scaklnda dnme uramam olarak bulunmaktadr [40].

3.2.4. Martensit

znmemi stenitin bir ksm oda scaklna souma srasnda martensit yapya

dnebilmektedir. Yapda martensitin olumas snekliliin azalmasna sertliin

artmasna sebep olmaktadr. Aadaki stemperlenmi kresel grafitli dkme

demirin mikroyapsn gsteren Resim 3.1de koyu siyah inemsi yaplar st beynit,

beyaz ksmlar znmemi stenit ve znmemi stenit iersinde de martensit ()

oluumu grlmektedir [41].

Resim 3.1. Martensit ieren KGDDlerin mikro yaps

3.2.5. Karbr

Dkme demirlerde ve yksek silisyumlu eliklerde sementit meydana gelmez.

Sementit sl ilem artlarna ve kimyasal kompozisyona baml olarak ya da

hogg gibi yar kararl karbrler ile yer deitirmektedir [43]. Silisyum ok az



37

zebilirlie sahip sementitin oluumunu engeller ve bunun sonucunda da karbr

kelmesi stenit iersinde ya da beynitik ferrit iersinde meydana gelmektedir [42].

3.3. stemperleme sl ilemini etkileyen parametreler

stemperleme ilemi, paralarn dkmnden sl ileme kadar ok iyi ilem ve

kalite kontroln gerektiren bir sretir. Ayrca dkmn kalitesi, alam

elementlerinin segragasyonu, stenitleme sresi ve scakl, stemperleme scaklk

ve sresi ve ileme tutulan parann boyutlar gibi birok faktr stemperlemeyi

etkilemektedir [5].

3.3.1. Dkm kalitesi

stemperleme sl ilemi uygulanacak olan kresel grafitli dkme demir ne kadar

homojen ve temiz olursa sl ilemin etkisini de kontrol etmek o kadar kolay

olmaktadr. zellikle kaln kesitli paralarda stemperleme sonucu beynit oluumunu

tevik etmek iin alam elementleri katlr. Alam elementlerinin segragasyonu ise

yapnn krlganlnn artmasna ve mekanik zelliklerin ktlemesine sebep

olmaktadr [5].

3.3.2. stenitleme scaklk ve sresinin etkisi

eliklerin tersine kresel grafitli dkme demirlerde stenitleme scaklk ve sresi

olduka nemlidir. stenitleme scakl stenitin karbon ieriini belirlemektedir.

Artan stenitleme scakl ile stenitin karbon ieriide artmaktadr [44]. Eer

yapda yeterince alam elementi var ise stenitleme scakl 850C civarndadr.

925C zerinde stenitleme scaklklarnda izotermal bekleme scaklna hzl

soumada yapda bir miktar martensit meydana gelir. Bunun sonucunda da

sneklilikte azalma meydana gelir. 900C altnda olmas durumunda ise ana

malzemenin yapsna baml olarak stenitleme tam olarak meydana gelmeyebilir

[45].



38

Janowak ve arkadalar, ayn kimyasal kompozisyona sahip malzemelerde yaptklar

almalar sonucunda stenileme scakln drmek ile C ieriinin dtn ve

I aamann ksaldn gzlemlemilerdir [46]. Dk stenitleme scaklklar matris

C ieriini de drerek dayanmn azalmasna neden olurken daha snek bir yapnn

oluumunu salamaktadr [47]. stenitleme scaklna etki eden en nemli

elementler Si, Mo, Mndr. Si ve Mo daha yksek stenitleme scakl gerektiren,

Mn daha dk stenitleme scaklklarnda stenitlemeyi mmkn klmaktadr. Bu

nedenle zellikle kaln kesitli paralarda yapda Mn istenmez [38].

Susil. K.Putatunda ve Povank. K [48] yaptklar bir almada stenitleme

scaklnn krlma tokluu zerindeki etkilerini incelemiler ve 954C kadar stenit

hacminin (Sekil 3.6) hzl bir ekilde artn gzlemlemilerdir.

ekil 3.6. stenitleme scaklnn stenit hacim oran zerindeki etkisi

Dkme demirler tektik olarak katlatklar iin eriyik dalm niform deildir,

dier bir deyile etkin bir eriyik segregasyonunun varl sz konusudur. Blgesel C

eriyebilirlii deiebilir ve deien karbon atomu kinetikleri karbon difzyonunu

arttrmaktadr. Bu durumda stenitleme sresi nem kazanmaktadr. nk matris C

homojenlii iin yeterli sre verilmelidir. Bu bir ferritik dkme demirde, perlitik

dkme demirden daha uzun zaman almaktadr. nk difzyon iin daha uzun

mesafeler gerekmektedir [49].



39

3.3.3.stemperleme scakl ve sresinin etkisi

Dk stemperleme scaklklarnda (Ta < 370 C) stenit ierisindeki karbon;

olumaya balayan ferrit tanelerinden stenit tanelerine dnm hznn yksek

olmasndan dolay difz etme frsat bulmadan ferrit ierisinde kalmaktadr [5].

stemperleme ileminin dk scaklklarda yapld zaman (370C altnda) ilk

reaksiyon sonucunda daha ince, eliklerdeki tipik st beynitik yapya ok benzer,

ferrit ve kararl stenitin birbirlerini takip eden ok katl oluumlar meydana

gelmektedir. Ferrit/stenit alan stemperleme scaklnn azalmas ile birlikte azalr

~350 Cnin altndaki scaklklarda yapnn ince sferritik yap olduu belirlenmitir

[36].

ekil 3.7. stemperleme sresine bal olarak % uzamann deiimi vestemperleme reaksiyon aamalarnn gsterimi

stemperleme sresi ksa tutulduunda I.aamada stenit karbonca zenginleip (~ %

2 C) kararl hale gelmeden nce malzeme oda scaklna soutulursa stenitin byk

bir ksm yetersiz karbon ieriinden dolay martensite dnecek ve bu durumda

malzemenin sertlii yksek, ancak sneklik ve tokluu dk olacaktr. Buna karn



40

ok uzun stemperleme srelerinde ise stenit ferrit ve karbre dnmekte ve

malzemenin tokluu ve sneklii tekrar dmektedir. I. aama reaksiyonun bitimi ve

II. aama reaksiyonun balangcnda (tamamen sferritik yapda) uygun deer

mekanik zellikler saland iin ekil 3.7de gsterildii gibi bu aralk ilem

aral (process window) olarak isimlendirilmitir [5057].

Ar stemperleme scakl ikinci aamadaki karbr kelmesinden dolay darbe

dayanmn ve yzde uzamay drmektedir [38]. stemperleme sresinin

Alamsz kresel grafitli dkme demir zerindeki etkisi ekil 3.8de grlmektedir.

ekil 3.8. stemperleme sresinin 375Cde stemperlenmi alamsz kresel

grafitli dkme demirin mekanik zellikleri zerindeki etkisi

KGDDlerin stemperlenebilirliinin llmesinde nemli bir parametre Dc dir.

Dorazil perlit ya da ferrit oluumuna sebep olmayacak maksimum kesiti bulmak

amacyla farkl kesitlere sahip silindirik numuneleri farkl stemperleme

scaklklarnda stemperlenmi ve alamsz krsel grafitin maksimum 10mm kritik

apna sahip olduunu belirlemitir [58].



41

Kritik ap bulmada aadaki bant kullanlmaktadr.

Dc = 311(%C)+ 41(%Si)+31(%Mn)+22(%Ni)+618%Mo)+12(%Cu)-0.13(T)-296

(3.1.)

Burada:

Dc: Kritik yar ap (mm)

%C: E.3.2 den hesaplanm stenitin karbon ierii

T:stemperleme Scakl ( C )

Fe-C-Si alamlarnda stenitin karbon ierii (%C) stenitleme scakl ve Si

ieriine baldr. %Caadaki formlle hesaplanmaktadr [58].

%C: TA/420 0.17 (%Si)-0.95 (3.2)

Burada:

TA: stenitleme Scakl ( C )

3.4. ift Matrisli Kresel Grafitli Dkme Demirler

Son yllarda birincil ferrit ve sferrit (Bainitik ferrit +Yksek karbonlu stenit ya da

martensit ) yapya sahip ift fazl kresel grafitli dkme demirler gelitirilmitir. ift

matrisli yap, kresel grafitli dkme demirlerin kritik tavlama scaklklarndan (ift

fazl Blge (+) den stemperlenmesi ile elde edilmektedir. ift matrisli kresel

grafitli dkme demirlerle ilgili literatrde snrl sayda aratrma bulunmaktadr [18].

Sugiyama ve arkadalar [59] yaptklar bir almada, dklm haldeki mikroyaps

% 60 ferrit + % 40 perlitten oluan kresel grafitli dkme demiri deiik kritik

Scaklklarda (800 C, 815 C, 830 C ve 840 C) ksmi stenitleyip daha sonra

stemperlemilerdir. Bu scaklklarda ksmi stenitleme sonras srasyla % 20, %

40,% 80 ve % 90 hacim oranlarnda sferrit elde etmilerdir. Artan sferrit hacim

oran ile akma ve ekme dayanm artarken snekliin azaldn tespit etmilerdir.

7/24/2019 the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-mat

Documents

the-fatigue-properties-of-ductile-irons-with-dual-matrix-structure-austempered-from-intercritical-annealing-tempatures.pdf