Yüzey sertleştirme işlemlerinin AISI 4140 çeliğinin yorulma dayanımına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of surface hardening processes to the fatigue strength of AISI 4140 steel
Yazar: ESER ÖNCEL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞEVKİ YILMAZ GÜVEN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: İyon nitrürleme = Ion nitriding

Özet:
Makine elemanları kendilerinden beklenilen fonksiyonları yerine getirirken, parçaların yüzeyleri iç kısımlarına nazaran daha yüksek gerilme ve daha yüksek aşındırıcı kuvvetlere maruz kalır. Bu gerilme ve kuvvetler malzemenin yüzey dayanım sınırını aşınca malzeme yüzeyinde çatlamalar başlar. Kuvvetlerin değişken olmaları durumunda makine parçalarında yorulma meydana gelir ve belli bir yük tekrarından sonra parça hasara uğrar.Araçların yorulmaya maruz kalan aks millerinde birçok otomobil firması AISI 4140 çeliğini kullanmaktadır. Bu çelik yüksek gerilmeye ve darbeye dayanıklıdır. Üstün mekanik özelliklerden dolayı, geniş bir alanda kullanılmaktadır. Değişken kuvvetler altında kalan bu tür parçalarda uzun bir ömür için yüzey dayanımları arttırılmalıdır. Bu amaçla, makina parçalarının yüzeylerine çeşitli yöntemlerle yüzey sertleştirme yapılır. Yüzey sertleştirme ile parçaların mekanik aşınmaya karşı dayanımları yükselmekte, yüzeyde çatlak oluşumunun geciktirilmesi ile de yorulma ömrü uzamaktadır. Bu tezde de, AISI 4140 çeliğine iyon nitrasyon ve indüksiyonla yüzey sertleştirme işlemleri uygulanıp, yorulma dayanımları incelenmiştir.Yorulma deneyleri için 450 0C de 18 saat ve 19,5 saat iyon nitrürleme işlemi uygulanmış numuneler ve 850 0C de indüksiyonla yüzeyi sertleştirilmiş numuneler hazırlanmıştır. Aynı zamanda yorulma dayanımlarının karşılaştırılabilmesi için işlem görmemiş AISI 4140 çelik numuneleri hazırlanmıştır. Yüzey sertleştirme işlemleri neticesinde hazırlanan yorulma numuneleri dönen eğmeli yorulma deneyine tabi tutulmuşlardır. Yapılan deneyler sonucunda iyon nitrürleme ile yüzey sertleştirme işleminin indüksiyonla yüzeyi sertleştirilen numunelere göre yorulma dayanımı açısından daha iyi sonuçlar verdiği ispatlanmıştır.

Abstract:
While mechanical components are fulfilling the functions expected of them, surfaces of the parts are exposed to greater corrosive forces and stress than inside of the parts. When these stress and forces exceeds the material?s surface endurance limit, cracking starts on the surface of the material. If forces are variable, fatigue appears on the parts of the machine and after some recurrence, part of the machine is damaged.For manufacturing of shafts which are exposed to fatigue, many of the automotive companies use AISI 4140 steel. This steel is high-pressure and shock-resistant. Due to its? superior mechanical properties, it is used in a wide range. For a long life, surface endurance of such parts should be increased, since they are exposed to variable forces. For this purpose, surface hardening is applied on the machine parts? surfaces by various methods. By surface hardening, the endurance of parts against mechanical erosion increases and delaying the appearance of cracking on surfaces, fatigue duration extends. In this thesis, fatigue strength of AISI 4140 steel was investigated, after the ion-nitriding and induction hardening process applied to the surface,For fatigue tests, samples which were applied to ion-nitriding process at 450 0C for 18 hours and 19.5 hours and samples whose surface were hardened at 850 0C by induction were prepared. At the same time for comparison, untreated samples of AISI 4140 steel were prepared. Fatigue samples which were applied surface hardening were subjected to experiments of rotating bending fatigue. As a result of the experiments done, it was proven that, surface hardening by ion-nitriding gives better results for fatigue endurance purposes than surface hardening by induction.