Çelik malzemelerde hasar analizi
Failure analysis in steel materials
Yazar: AYCAN AKSOY
Danışman: PROF. DR. MAHMUT ERCAN AÇMA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Mühendislik uygulamalarında her ürün tasarım, imalat safhalarından sonra kullanılır. Aynı zamanda her ürüne ekonomik çalışma süresi belirlenmiştir.  Bu süre sonunda malzemenin hasara uğraması beklenebilir. Ancak, ekonomik ömür dolmadan hasarın ortaya çıkması imalatçı ve işletmeciler tarafından istenmez. İstenmeyen bu durumların tekrarlanmaması için hasar analizi yapılarak, gerekli tedbirlerin önceden alınması sağlanmalıdır. Bu sebeple bir gurup hasarlı çelik parçanın hasar analizi tez çalışmasına konu edilmiştir.
Tez çalışması içerisinde incelenen numuneler, çeşitli kuruluşlardan temin edilmiş 14 farklı hasarlı çelik parçadır. N1 ve N2 numuneleri sıcak iş takım çeliğinden imal edilmiştir. N1 ekstrüzyon kalıbı olup, profil çekimi sırasında kırılarak hasara uğramıştır. N2 kesme sırasında çatlamıştır. N3-N6 numuneleri terminal kesme kalıplarıdır. N3-N5 yüksek hız çeliği kalitesinde toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiştir. N6 numunesinin analizi alınamamıştır. N3 ve N5 numuneleri aşınma, N4 ısıl işlem çatlağı ve N6 kırılma sebebiyle hasara uğramışlardır. N7 soğuk iş takım çeliğinden imal edilmiş merdane olup çatlak tespit edilmiştir. N8 sıcak iş takım çeliğinden üretilmiş olan çalışma sırasında kırılan şekillendirme kalıbıdır. N9 kuru yük gemisinin piston koludur. Saplama deliğinden çatlayarak hasara uğramıştır. N10 bir tersanede kızağın üzerinde çalışan gentry vincinin kancasıdır. Kanca gemi bloğunun kaldırılması sırasında üzerinde yük varken kopmuştur. N11 hidroelektrik santrali cebri borusudur. Conta ayar işlemleri yapılırken kaynaklı bölgede patlama ile hasara uğramıştır. N12 bir geminin şaftıdır. Gemi seyir halinde iken şaft kırılarak kullanılamaz duruma gelmiştir. N13 bir manşon olup, kullanılmadan önce ısıl işleme tabi tutulmuş ve çatladığı için kullanılmamıştır. N14 bir kuru yük gemisinin piston kolu üzerindeki saplamadır. Kuru yük gemisi yüklü ve seyir halindeyken bu saplama kırılmıştır.
Hasar analizi çalışmalarına hasarlı parçaların gözle incelenmesi, parça ve hasar hakkında bilgi alınması, gereken tespitlerin yapılması ile başlanmıştır. Çalışmaların ikinci adımında hasarlı parçaların uygun bölgelerinden numuneler alınmıştır. Numune alma işleminden sonra, hasar analizinde kullanılmak üzere; spektrometre ile kimyasal analiz,  yüzey ve mikro sertlik ölçümleri, stereo mikroskop, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile metalografik incelemeler yapılmıştır.Elde edilen veriler değerlendirilerek her bir parça için hasarın cinsi, sebebi ve mekanizması tespit edilmeye çalışılmıştır. Buna göre, genel olarak numunelerde meydana gelen hasarın sebepleri yanlış malzeme seçimi, hatalı ısıl işlem, çalışma şartlarının uygunsuzluğu, üretim hataları ve korozyon olarak sıralanabilir.

Abstract:
The industrial products are used after the engineering design and manufacture stages. Also, each product is designed for an economical physical life. At the end of this economical life it is expected that the material may suffer damage. However, the emergance of the damage before the economical life, is an undesirable situation for manifacturers. To prevent the recurrence of this undesirable situations, it is necessary to perform damage analysis and take precautions. In this thesis, the analysis of some damaged steel specimens are considered. The 14 different damaged specimens which were obtained from various organizations had investigated. Specimens N1 and N2 are made of hot work tool steel. N1 is a damaged extrusion die. N2 was cracked during the shear process. Specimens N3 to N6 are terminal shear dies. N3 to N5 are produced with the quality of high-speed steel by using powder metallurgy method. The analysis of N6 couldn't be performed. N3 and N5 suffered damage because of abrasion, N4 because of heat treatment crack and N6 fracture. N7 is a fractured roller made of cold work tool steel. N8 is a crashed forming die, made of hot work tool steel. N9 is a piston rod of a frighter and was damaged because of the crack on the stud hole. N10 is a crane hook in a shipyard. It has been ruptured while lifting the load. N11 is a penstock of a hydroelectric power plant. It was damaged because of an explosion near the welded region during the setting operation of the seal. N12 is a shaft of a ship and was broken during the cruise. N13 is a cracked sleeve which was heat treated before use. N14 is a stud on a piston rod of a freighter. This stud is broken during the loaded frighter cruising.
First, visual inspection of the damaged specimens and gathering information about the specimens and damage was performed. Then, samples were taken from the appropriate regions of the damaged specimens and finally, chemical  spectrometer analysis, surface and micro-hardness measurements and metallographic investigations with stereo microscope, optical microscope, and scanning electron microscope were carried out.
It was tried to determine the type, cause and mechanism of damage for each steel specimen by evaluating the obtained data. Generally, the reasons of occurring damage in the specimens were determined as, wrong choice of material, incorrect heat treatment, incompatibility of working conditions, manufacturing defects and corrosion, respectively.