AISI 4140, 4340 ve 5140 çeliklerinin korozyon özelliklerinin ve titreşim sönümleme kapasitelerinin araştırılması
Investigation of corrosion properties and vibration damping capacities of AISI 4140, 4340 and 5140 steels
Yazar: MESUT YILDIZ
Danışman: PROF. DR. HÜSNÜ GERENGİ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Titreşim analizi, endüstriyel dönen makineler için vazgeçilmez bir bakım ve izleme yöntemidir. Zorlu çevre koşullarında çalışan makineler için korozyon ve aşınma gibi çevresel etmenlerin makine bileşenleri üzerindeki etkilerini değerlendiren çalışmalar, makine güvenilirliği ve dayanıklılığını artırmak, bakım ve onarım maliyetlerini azaltmak, performans ve verimliliği korumak, bileşen ömrünü uzatmak, çevresel etkileri yönetmek, endüstriyel kalite ve güvenilirlik standartlarını karşılamak ve teknolojik yenilikleri teşvik etmek açısından büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasının amacı; korozyona uğramış çeliklerin dinamik davranışları ile korozyon mekanizması arasındaki ilişkinin araştırılmasıdır. Endüstride yaygın olarak kullanılan AISI 4140, AISI 4340 ve AISI 5140 çeliklerinin %3,5 NaCl ve 0,5 M H2SO4 ortamlarına farklı maruz bırakılma sürelerinde (24 saat, 7, 15 ve 30 gün) korozyon mekanizmaları ve dinamik davranışları incelenmiştir. Çeliklerin korozyon mekanizmalarının belirlenmesi için Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS), Dinamik Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (DEIS), Lineer Polarizasyon (LPR) ve Tafel Polarizasyon (TP) yöntemleri; dinamik davranışlarının belirlenmesi için Deneysel Modal Analiz (DMA) ve Sonlu Elemanlar Yöntemleri (FEM) uygulanmıştır. Uygulanan korozyon ölçüm yöntemleri sonrasında çeliklerin yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM-EDS) ve Optik Profilometre (OP) yöntemleri kullanılarak tartışılmıştır. Korozyon öncesi ve 24 saat, 7, 15 ve 30 gün süreyle %3,5 NaCl ve 0,5 M H2SO4 ortamlarına maruz bırakıldıktan sonra çeliklerin sönümleme kapasiteleri ve doğal frekansları modal analiz yöntemi ile belirlenmiştir. Elde edilen veriler sonucu her iki ortamda korozyona uğrayan çeliklerin doğal frekanslarının azaldığı ve titreşim sönümleme kapasitelerinin ise arttığı belirlenmiştir.

Abstract:
Vibration analysis is an essential method for maintaining and monitoring industrial rotating machinery. For machines operating in harsh environmental conditions, studies that evaluate the effects of factors such as corrosion and wear on machine components are crucial. These studies help to increase machine reliability and durability, reduce maintenance and repair costs, maintain performance and efficiency, extend component life, manage environmental impacts, meet industrial quality and reliability standards, and promote technological innovations. The aim of this thesis is to investigate the relationship between dynamic behaviour and the corrosion mechanisms of corroded steels. The corrosion mechanisms and dynamic behaviours of AISI 4140, AISI 4340, and AISI 5140 steels, which are widely used in industry, were studied in 3.5% NaCl and 0.5 M H2SO4 environments at different exposure times (24 hours, 7 days, 15 days, and 30 days). Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy (DEIS), Linear Polarisation (LPR), and Tafel Polarisation (TP) methods were used to determine the corrosion mechanisms of the steels. Experimental Modal Analysis (EMA) and Finite Element Methods (FEM) were employed to assess their dynamic behaviour. The surface morphologies of the steels after corrosion measurements were analysed using Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS) and Optical Profilometry (OP) techniques. The damping capacities and natural frequencies of the steels, before corrosion and after exposure to 3.5% NaCl and 0.5 M H2SO4 for 24 hours, 7 days, 15 days, and 30 days, were determined using modal analysis. Based on the data, it was found that the natural frequencies of the steels corroded in both environments decreased, whereas the vibration damping capacities increased.