Barkhausen gürültü analiziyle ferromanyetik havacılık malzemelerindeki stres ve termal deformasyonların karakterizasyonları
Characterization of stress and thermal deformations in ferromagnetic aerospace materials using barkhausen noise analysis
Yazar: AYBERK YÜŞEN
Danışman: DOÇ. DR. SİNAN FİDAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Krom kaplama = Chromium plating ; Lazer aşındırma yöntemi = Laser engraving method ; NDT yöntemleri = NDT methods

Özet:
Havacılık sektöründe, ana malzemenin hasar görmemesi için krom kaplanan 4330M ve 35NCD16 gibi çelik malzemeler, servis şartları altında veya krom taşlama adımlarında yüksek sürtünmeye maruz kalabilmektedirler. Yüzey altı oluşabilecek termal hasarların analizi için tahribatsız muayene yöntemlerinden yararlanılabilir. Bu çalışmada, 4330M ve 35NCD16 çeliği ferromanyetik malzemenin gelişmekte olan tahribatsız muayene yöntemlerinden biri olan Barkhausen Gürültü yöntemi kullanılarak analizinin yapılması ve yorumlanması hakkında çalışmalar yapılmıştır. Bu analiz kapsamında, iki farklı malzeme için numuneler hazırlanarak fiber lazer ile malzemeler üzerinde çeşitli parametrelerde hasarlar oluşturulmuştur. Bu oluşturulan hasarlar üzerine krom kaplama yapılarak tüm numuneler sabit kalınlıkta olması için işlenmiştir. Oluşturulan kontrol numunelerinden, Barkhausen gürültüsü ölçüm cihazına bağlanan düz ölçüm probu vasıtasıyla hem dikey hem yatay yönde ölçümler alınmıştır. Profilometre ölçümleri, optik mikroskop çekimleri, kaplama sonrası yüzey pürüzlülüğü ölçümleri, manyetik parçacık yöntemi kontrolleri gibi destekleyici testler ile de hasarsız ve hasar oluşturulmuş numunelerin, kaplama olmayan ve belirli kaplama kalınlığı olan versiyonlarından veriler elde edilmiştir. Elde edilen veri setleri analiz edilmiş ve Barkhausen gürültü yöntemi ile çıkarımlar yapılması için grafikler oluşturulmuştur. Bu bilgiler ışığında, Barkhausen gürültü yöntemi ile lazer işleme yönü aynı olan hasarların tespit edilebileceği kanıtlanmıştır. Standart bir 0,003 inç kaplama kalınlığında Barkhausen gürültü cihazından elde edilen değerlerin yaklaşık Vpp:8 için %77 ile %80 arasında, Vpp:16 için %57 ile %74 arasında sönümlendiği belirlenmiştir. Dolayısıyla kaplama yapılmış her yanığın Barkhausen gürültü metodu ile kontrol edilmesinin mümkün olmadığı gösterilmiştir. Sonuç olarak, fiber lazer kullanılarak malzemede bir işleme yapıldığında malzemenin orijinali ile hasarlı hali arasında Barkhausen gürültü sinyalleri açısından nasıl farklılıklar oluşturduğu ve kaplama kalınlıklarının etkisi ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
In the aviation industry, steel materials such as 4330M and 35NCD16, which are chrome-plated to prevent damage to the base material, are subjected to high friction under service conditions or during chrome grinding steps. Non-destructive testing methods can be utilized to analyze potential subsurface thermal damage. In this study, analyses and evaluations were conducted on ferromagnetic materials like 4330M and 35NCD16 steels using the Barkhausen Noise method, one of the emerging non-destructive testing techniques. As part of this analysis, samples were prepared from two different materials, and various damage parameters were applied to the materials using a fiber laser. Chrome plating was then applied to the created damages, and all samples were processed to ensure uniform thickness. Measurements were taken in both the vertical and horizontal directions from the control samples using a flat measurement probe connected to the Barkhausen noise measurement device. Supporting tests, such as profilometer measurements, optical microscope imaging, post-plating surface roughness measurements, and magnetic particle inspections, were performed to collect data from both undamaged and damaged samples, as well as from the unplated and plated versions with specific coating thicknesses. The obtained data sets were analyzed, and graphs were created to draw conclusions using the Barkhausen noise method. Based on this information, it was proven that damages aligned with the laser processing direction can be detected using the Barkhausen noise method. At a standard plating thickness of 0.003 inches, it was determined that the values obtained from the Barkhausen noise device were attenuated by approximately 77% to 80% for Vpp:8 and 57% to 74% for Vpp:16. Therefore, it was demonstrated that it is not possible to inspect every chrome-plated burn using the Barkhausen noise method. In conclusion, the study revealed how Barkhausen noise signals differ between the original material and the damaged material when processed using a fiber laser, as well as the effects of plating thickness.