Torsiyonel yorulma testi sırasında kırılan kardan miline ait çatallı flanş parçasının hasar analizi
Failure analysis of cardan shaft’s flange yoke fracture occurred during torsional fatigue test
Yazar: Akkaş, Onur; Işık, Efe; Çulha, Osman
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 38 No. 2, 2021
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; failure analysis,material characterization,torsional fatigue,inclusion,Cardan shaft ; hasar analizi,malzeme karakterizasyonu,torsiyonel yorulma,inklüzyon,Kardan mili

Bu çalışmada, ağır ticari araçlarda kullanılan kardan miline ait çatallı flanş birim parçasının torsiyonel yorulma testi sırasında meydana gelen hasarın analizi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Malzeme bilimindeki üretim-yapı-özellik ve performans ilişkisine göre hasarın kök nedeninin tespit edilmesi amacıyla çatallı flanş üretiminde kullanılan yuvarlak çelik hammaddenin kimyasal analizi, sertlik ölçümü, tane boyutu analizi, dekarbürizasyon ölçümü, inklüzyon analizi ve taramalı elektron mikroskobu yardımı ile mikroyapı incelemeleri ile hammadde karakterizasyonu tamamlanmıştır. İlave olarak, çatallı flanş birim parçasının tasarımının doğrulanmasında sonlu elemanlar analizi kullanılarak söz konusu çalışma desteklenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, çelik hammaddeden elde edilen değerler 41Cr4 ıslah TS EN ISO 683-2 standardına göre uygun olduğu tespit edilmesine rağmen SEM incelemesi ve EDX analizlerinde mikroyapıda uzamış MnS inklüzyonları ve metal matris ile MnS inklüzyonlarının ara yüzeylerinde çatlak tespit edilmiştir. Aynı kapsamda yapılan çatallı flanş birim parça karakterizasyonu sonucunda da MnS oranının hammadde ile aynı seviyede ASTM E45 standardına göre 2-4 μm x 898-1.181 μm değerlerinde olduğu ve A tipi 3,0-3,5 değerine eşdeğer olduğu belirlenmiştir. Yüzey altı bölge MnS inklüzyon oluşumlarının çatlak ilerleme bölgeleri oluşturduğu tespit edilmiştir.

In this study, the analysis and characterization of the failure that occurred during the torsional fatigue test of the flange yoke unit part of the cardan shaft used in heavy commercial vehicles were carried out.  In order to determine the root cause of the failure according to the production, structure, property and performance relationship in materials science, chemical analysis of the steel raw material used in the production of flange yoke, hardness measurement, grain size analysis, decarburization measurement, inclusion analysis and raw material characterization by scanning electron microscopy (SEM) were carried out. As a result of the studies, it was determined that the values obtained for 41Cr4 steel raw material were conformant according to the TS EN ISO 683-2 standard, but in the SEM examination and EDX analysis, elongated MnS inclusions in the microstructure and cracks were detected at the interface of the metal matrix and MnS inclusions. In this context, as a result of the characterization of the flange yoke unit part, it was determined that the MnS ratio was 2-4 μm x 898-1.181 μm according to the ASTM E45 standard, at the same level as the raw material and equivalent to the A-type value of 3.0-3.5. It was determined that MnS inclusion formations in the subsurface region formed crack propagation zones.