54SiCr6 alaşımlı çelik kullanılan pulluk ok malzemesinin iyileştirilmesinin deneysel analizi ve topoloji optimizasyonu
Experimental analysis and topology optimization of plowshare material improved with 54SiCr6 alloyed steel
Yazar: BERKAY BURHAN KESER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİL ÇETİN
Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Tarım sektöründe kullanılan Pulluk Ok malzemesi olarak adlandırılan makine parçasında hammadde olarak kullanılan 54SiCr6 alaşımlı çeliğinin toprak içerisinde bulunan büyüklü küçüklü taş ve çakıllar, agrega, ağaç kökleri gibi öngörülemeyen zorlanma şartlarına maruz kalması, kullanım koşullarında yeterli dayanımı gösteremeyip malzeme yüzeyinde çatlaklar meydana gelmesinin ardından zorlanmalar karşısında kırılma gibi bozulmalar göstermiştir. Bu tez çalışmasında 54SiCr6 alaşımlı çelik malzemenin dayanımlarının ve mekanik özelliklerinin iyileştirilerek bu sorunun ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Öncelikle malzemenin yüksek sıcaklıklara maruz bırakılmasının ardından ısıl işlem prosesleri konusu altında su ve yağ verme işlemleri yapılmıştır. Yapılan ısıl işlemler sonucunda malzeme karakteristik davranışlarındaki değişimler gözlemlenmiş ve analiz edilmiştir. Bu ve bunun gibi problemleri ortadan kaldırmak adına malzeme biliminden faydalanarak 54SiCr6 malzemesinin özelliklerinin iyileştirilmesi adına çalışmalar yapılmıştır. Makine parçasının tek iyileştirilmesi gereken özelliği malzeme dayanımları ve karakteristik özelliği değildir, Pulluk Ok parçasının ağırlığını da optimize etmek makinenin kullanımı için ve traktör arkasına takılarak kullanılan bu makinenin traktör çekiş güçlerine de etkisi olmasından dolayı topoloji optimizasyonu yüksek önem arz etmektedir. Bu yüzden tezin ana çalışmalarından bir tanesi de topoloji optimizasyonudur. Yapılan ısıl işlemler sonucunda malzemeye yağ verme işlemi su verme işlemine göre daha az sertlik sağlarken daha fazla süneklik sağlamıştır. Ortalama sertlik değerleri ham malzemede 28 HRC iken yapılan ısıl işlemler ile 31.6 HRC sertliğe çıkartılmıştır. Topoloji optimizasyonu yapılmasının ardından optimizasyon ile iyileştirilen tasarım sonucunda malzemenin ağırlığında 1 kg azalma gerçekleştirilirken hacim ve yüzey alanında da iyileşmeler görülmüştür.

Abstract:
The machine part, referred to as Plowshare, which is used in the agriculture, is made of 54SiCr6 alloy steel as the raw material. Due to the unpredictable stressing conditions such as varying sizes of stones and gravel, aggregates, tree roots, etc., found in the soil, the material fails to demonstrate sufficient strength under usage conditions, leading to cracks on the material surface and subsequent failures such as fracture under stress. In this thesis, the aim is to improve the strength and mechanical properties of the 54SiCr6 alloy steel material to eliminate this problem. Initially, heat treatment processes, specifically quenching and tempering, were performed after subjecting the material to high temperatures. The changes in the material's characteristic behaviors as a result of the heat treatments were observed and analyzed. Studies have been conducted to improve the properties of the 54SiCr6 material by leveraging materials science to address problems like this and others. It's essential to optimize not only the material strength and characteristic properties of the machine part but also to optimize the weight of the Plow Share for the use of the machine and its impact on tractor traction forces when attached to the back of a tractor, making topology optimization highly significant. Therefore, one of the main focuses of the thesis is topology optimization. The quenching process provides less hardness to the material compared to the tempering process but provides more ductility. The average hardness values increased from 28 HRC in the raw material to 31.6 HRC after heat treatments. Following topology optimization, a reduction of 1 kg in the material weight was achieved, along with improvements in volume and surface area.