Yüksek basınç altındaki hidrolik silindirlerin yorulma performanslarının iyileştirilmesi

Abstract

Sanayide kullanılan yapısal parçalar genellikle değişken yüklemeler altında çalışırlar. Bu yüklemeler altında, bir süre sonra, genelde malzemenin yüzeyinden başlayarak ilerleyen çatlaklar büyüyerek malzemenin akma dayanımlarının çok altındaki gerilmelerde bile yorulup kırılmasına sebep olur. Ultra yüksek basınç altında çalışan hidrolik silindirlerde de yorulma önemli bir problemdir. Yorulma, genelde yüzeyde başladığından, tekrarlı yüklere maruz kalan malzemelerin yüzeylerindeki kusurlar malzemenin beklenilenden erken yorulmasına sebep olabilmektedir. Bu nedenle, yüzeydeki kusurları en aza indirmek için çeşitli parlatma ve kaplama gibi yüzey işlemleri geliştirilmiştir. Bu işlemlerden en yaygın olanlardan biri de ezerek parlatma işlemidir. Ezerek parlatma işlemi, malzeme üzerinden talaş kaldırmadan, ön işlem sonunda oluşan pürüzlülükleri plastik deformasyona uğratıp birbirleri üzerine yığarak, yüzeyi daha pürüzsüz hale getiren işlemdir. Pürüzlerin ezilmesiyle yüzeyde kalıntı basma gerilmeleri oluşur ve bu da yüzeyde oluşacak çatlağın gecikmesini sağlar. Bu yüksek lisans tezinde ilk olarak yüksek basınçlarda çalışan katmanlı hidrolik silindirlere uygulanan yüzey işlemlerinin yorulma ömrüne olan etkisi incelenmiştir. Deneyler sırasında oluşan problemlerden dolayı tezdeki yöntem değiştirilmiş ve AISI 4340 malzemenin yüzey özelliklerine ve yorulma ömrüne ezerek parlatma işleminin etkisi araştırılmıştır. Standart yorulma testi numunelerine farklı ezme miktarı, ilerleme hızı ve parlatma hızı parametrelerinde ezerek parlatma işlemi uygulanmış ve sonuçta oluşan yüzey pürüzlülüğü, mikrosertlik ve yorulma ömürleri ölçülmüştür. Ezerek parlatma işlemi parametrelerinin en düşük yüzey pürüzlülüğü ve en yüksek yorulma ömrü için optimum seviyeleri belirlenmiştir. Ayrıca tornalama işleminde oluşan takım izlerinin, ezerek parlatma yöntemiyle azaltıldığı, 3D yüzey topoğrafya görüntüleriyle gösterilmiştir.

In industry, structural parts generally operate under variable loads. Under these loads, after a while, cracks that generally start from the surface of the material grow and cause the material to fatigue and break even at stresses far below the yield strength. Fatigue is an important problem for the hydraulic cylinders operating under ultra-high pressures. Since fatigue generally starts at the surface, defects on the surfaces of materials exposed to variable loads may cause the material to fatigue earlier than expected. Therefore, various surface treatments such as burnishing and coating have been developed to minimize surface imperfections. One of the most common of these processes is the burnishing process. Roller burnishing is a process that makes the surface smoother by plastically deforming the roughnesses formed at the end of the pre-treatment and massing them on each other, without removing any chips from the material. With the burnishing of the roughness, residual compressive stresses occur on the surface and this ensures the delay of the crack that will occur on the surface. In this master's thesis, firstly, the effect of surface treatments applied to multi layerhydraulic cylinders operating at high pressures on fatigue life was investigated. Due to the problems occurred during the experiments, improving the surface properties and fatigue life of AISI 4340 material used in the aerospace and hydraulic industry, by means of the roller burnishing was aimed. The effects of the burnishing depth, feed rate and burnishing speed, which are the parameters of the roller polishing process, on the surface roughness, microhardness and fatigue life were investigated. The roller burnishing process parameters have been optimized for the lowest surface roughness and the highest fatigue life. In addition, it has been shown with 3D surface topography images that the tool marks formed in the turning process are reduced by the burnishing operation