1) Sülfürizasyon (Sulfinizing) işlemi nedir?

Ülkemizde çok bilinen bir proses olmadığı için öncelikle makaleme bu işlemi tanıtarak başlamak istiyorum. Sülfürizasyon (Sulfinizing), tarihsel olarak Almanya’da geliştirildi ve uygulandı. İlk defa ne zaman uygulandığına dair kesin bir tarih vermek zordur, ancak bu işlem, 20. yüzyılın başlarında Almanya’da metal işleme ve sertleştirme teknolojilerinin geliştiği bir dönemde ortaya çıkmıştır.

Sülfürizasyon, özellikle çelik dişlilerin yüzey sertliğini artırmak ve aşınma dayanımı artırmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu işlem, dişlilerin ve dişli çarklarının endüstriyel uygulamalarda daha dayanıklı ve uzun ömürlü olmasını sağlamak için önemli bir katkı sağlamıştır.

Çeşitli ülkelerde benzer amaçlar için farklı adlar altında da uygulanmıştır. Ancak, Almanya’da geliştirilmiş ve başlangıçta kullanılmış olan bu ad altındaki işlem, yaygın olarak bilinen ve kullanılan bir terimdir.

“Sulfinizing gears process” genellikle “dişli sülfürleme işlemi” olarak adlandırılır ve dişli çarkların sertleştirilmesinde kullanılan özel bir ısıl işlem yöntemidir. Bu işlem, dişlilerin yüzey sertliğini artırmak ve dişli yanaklarında kaygan bir tabaka oluşturarak aşınmaya dayanıklılıklarını iyileştirmek amacıyla yapılır. İşlemin temel amacı, dişlilerin daha uzun süre dayanmasını sağlamak ve tribolojik olarak daha dirençli hale getirmektir.

Hassas ölçülerdeki malzemelere ön sertleştirme finiş işleme ve düşük sıcaklıkta sülfürizasyon işlemi önerilmektedir.

2) Sülfürizasyon işlemi prosesi nasıldır?

Hazırlık: İlk adım, dişli çarklar yağlardan çok iyi temizlenmeli ve işleme tabi tutulmadan önce kirliliklerden arındırılmalıdır. Dişliler ön sertleştirmeli durumda iken finiş işlenmiş halde sülfürizasyon işlemi uygulanmalı veya yüksek sıcaklıkta östenit fazıyla beraber sülfürizasyon işleminden sonra hızlı soğutulup komple sertleştirilmelidir. Parça yüzeylerinde tufal, kabuk bulunmamalıdır.

Isıl işlem: Dişli çarklar yüksek sıcaklıklarda ısıtılır. Bu sıcaklık, metalin sülfür ile etkileşimini kolaylaştırır. İşlem sıcaklığı, 450°C ile 950°C işlenen malzemenin türüne bağlı olarak değişebilir.

[voiserPlayer]

1.Dişli çarklarda triboloji kavramı nedir?

Triboloji, yüzeylerin teması, sürtünme, aşınma ve yağlama gibi konuları inceleyen multidisipliner bir bilim dalıdır. Triboloji bilimi dişli çarkların aşınma ve kırılması sebeplerinin incelenmesinde dişli mühendislerinin yoluna ışık tutar. Tribolojinin temel konularından biri sürtünmedir: Sürtünme, iki yüzeyin birbirine temas ettiğinde karşılaştığı dirençtir. Dişli çarklarda, sürtünme dişli yüzeyleri arasında enerji kayıplarına neden olur ve bu da verimliliği düşürür. Tribolojinin bir diğer önemli konusu aşınmadır: Aşınma, yüzeylerin teması sonucunda yüzeylerdeki madde kaybını ifade eder. Dişli çarklarında, yüzeylerin aşınması dişli profillerinin bozulmasına ve dolayısıyla sistemin performansının düşmesine yol açar. Triboloji, sürtünme ve aşınma problemlerinin çözümü için yağlamanın incelenmesiyle de ilgilenir. Yağlama, yüzeylerin arasına bir yağlayıcı madde (genellikle yağ veya gres) sürerek sürtünmeyi azaltmayı ve aşınmayı önleyerek yüzeyleri korumayı amaçlar. Dişli çarklarda, uygun yağlama sürtünmeyi azaltabilir, ısıyı dağıtarak sistemin aşırı ısınmasını engelleyebilir, aşınmayı önleyebilir ve sistemin ömrünü uzatabilir. 

Resim 1: Dişli yağlanması

Yüzeylerin teması, dişli profilinin şekli, malzeme seçimi ve yağlama gibi faktörler, dişli çarkların performansını belirler. İyi bir triboloji anlayışı; daha verimli, dayanıklı, uzun ömürlü ve sessiz çalışan dişli çark sistemlerinin tasarlanmasına yardımcı olabilir. Dişli çarklarda kullanılan malzemeler, yüzeylerin sürtünme ve aşınma direncini etkiler. Tasarım aşamasında dikkat edilecek triboloji bilgisi, malzeme seçiminde doğru kararlar verilmesine katkı sağlar.

Triboloji, yüzey kaplamalarının geliştirilmesi ve uygulanması konusunda da rol oynar. Özel kaplamalar, yüzeylerin sürtünme direncini artırabilir, aşınmayı azaltabilir ve yağlama özelliklerini iyileştirebilir.

Triboloji, makinelerin performansını artırmak, enerji verimliliğini yükseltmek ve aşınma sonucu oluşan maliyetleri azaltmak gibi bir dizi uygulama alanına sahiptir. Dişli çarklar gibi karmaşık mekanizmaların tasarımı ve işleyişi, triboloji prensiplerine uygun olarak yapıldığında daha güvenilir ve verimli hale gelebilir.

Resim 2- Pitting kaynaklı kırılmalar

2.Dişli çarklarda “pitting” aşınmasının önemi

Pitting terimi, dişli çarklarda yaygın bir aşınma türünü ifade eder. Dişli çarklar, makinelerde güç ve hareket aktarımını sağlamak için kullanılan bileşenlerdir; ancak yüksek yükler altında çalışırken veya yetersiz tasarım, üretim veya yağlama koşulları nedeniyle dişli çarklarda çeşitli aşınma tipleri oluşabilir. Bunlardan biri de ‘pitting’tir.

Pitting, dişli yüzeylerinde küçük çukurlar veya oyuklar şeklinde görünen bir aşınma tipidir. Başlangıç pitting, normal pitting ve ilerleyen pitting gibi 3 şekilde görülebilir. Bu oyuklar, genellikle dişli yüzeylerin üzerinde düzensiz bir şekilde dağılmış gibi görünür. Pittingin ana nedeni, tekrarlayan yüklere ve sürtünme kombinasyonlarına dayalı yorgunluk ve aşınma süreçleridir.

Resim 3: Başlangıç Pitting

3.Başlangıç pittingi

Yeni imal edilmiş olan dişlilerin pürüzlü yüzeyinden kaynaklanan, yüksek gerilimler sebebiyle oluşur. Çok kısa zamanda büyür, maksimum dereceye ulaşır ve dişlinin devam eden çalışması sırasında yüzeyin parlaklaşmasıyla etkisini kaybeder. Genellikle yuvarlanma noktasının tam üzerinde veya biraz altında yer alan dar bir alanda görülür. En fazla tamamen sertleştirilmiş dişlilerde görülür. Tamamen sertleştirilmiş dişlilerin çoğunda başlangıç pittingi için tedbire ihtiyaç duyulmaz. Çok kritik ve özel yerlerde kullanılacak dişlilerin imalatı sırasında hassas kavrama gerektiren durumlarda, düşük hız ve düşük yüklerde (alıştırma), dişlerin bakır ya da gümüş ile kaplanması gibi tedbirler alınabilir.

Resim 4: Normal Pitting

4.Normal pitting

Tam kapasite ile yüklenmiş, tamamen sertleştirilmiş dişlilerde yuvarlanma dairesi altında ortaya çıkan normal pitting, diş yüzeyinde yuvarlanma dairesi altında kalan bölgeyi kaplayan, mütevazı büyüklükteki çukurcuklar şeklinde kendini gösterir. Devam eden çalışma sonucu çukurcuk sınırları, görünürde başka çukurcuklar oluşmayacak şekilde aşınır. Yüzeydeki mikro çatlakların diş profili boyunca gösterdiği yönlenme sonucu, yuvarlanma dairesi altında kalan bölge, dişin diğer bölgelerinden çok daha fazla pittinge açıktır. 

Dişlilerin yuvarlanma dairesi altındaki bölgelerinde oluşan çatlaklar, aynı zamanda yağlayıcıyı içinde hapseder. Hidrolik basıncın kama etkisi sonucunda bu çatlaklar hızlıca çukurcuk haline dönüşür. Yuvarlanma dairesi üstündeki bölgede ise, temas sırasında yuvarlanma ile yüzeydeki boşluklar kapatılmaya fırsat kalmadan yağlayıcı, girmiş olduğu çatlaklardan dışarıya çıkmaya zorlanır. Bu nedenle söz konusu bölgedeki çatlaklar hidrolik kama etkisine maruz kalmaz. Sadece birkaç çukurcuk oluşur.

Resim 5: İlerleyen Pitting

5.İlerleyen pitting 

Dişin taksimat ve temel daireleri arasında kalan bölgede başlar. Çukurcuklar yüzey hasar görene kadar hem boyut hem de sayı bakımından artış gösterir. Çalışma başlangıcında tahrip eden pitting, yaklaşık olarak başlangıç pittingi kadar yoğundur. İlerleyen zamanla yoğunluğu daha da artar. İlerleyen pitting çoğunlukla, başlangıç pittinginin azaltılamadığı, yüzey pürüzlülüğünün neden olduğu aşırı gerilmeler sonucu oluşur. Diş yüzeyinin sertliği belirli bir sınırın altında ise bu bozulmanın gerçekleşmesi çok yüksek bir ihtimaldir. 

Dişliler aşırı derecede yükle zorlandıklarında, genellikle döndüren dişlinin diş dibinde belli bir çevrim sonucunda şiddetli pitting oluşabilir. Döndüren ve döndürülen dişlilerin temas eden yüzeyleri aynı gerilmelerin etkisi altında olmasına rağmen döndüren dişli, döndürülen dişliye nazaran daha fazla yıpranır. Çünkü çoğunlukla küçük çaplı olan döndürülen dişli daha çok çevrim yapar ve daha fazla sayıda gerilime tekrarının etkisi altında kalır. Bunlara ek olarak, döndüren dişlinin dişleri üzerindeki kayma yönü ile yüzeyler arasındaki yuvarlanma yönü terstir. Sonuçta malzeme yüzeyinde oluşan gerilme, yorulma çatlaklarının büyümesini kolaylaştırır.

Resim 6: Dişlilerde kontak noktası

6.Pitting önlemek için diş formunun optimize edilmesi

Bu, pitting önlemek için dişli çarkların yüzey yorgunluğunu ve pitting hasarını minimize etmek amacıyla yapılan önemli bir adımdır. Diş formunun doğru şekilde tasarlanması, yük dağılımını optimize ederek yüzey yorgunluğunu azaltabilir ve böylece pitting riskini azaltabilir. 

Diş profil optimizasyonu: Diş profili, yükün eşit şekilde dağılmasını sağlayacak şekilde optimize edilmelidir. Yükün yüksek stres bölgelerinden uzaklaştırılması, pitting riskini azaltabilir. Diş profilindeki özel modifikasyonlar ve radyüsler, stres konsantrasyonunu azaltabilir.

Kontak oranı ve kontak alanı: Daha geniş bir kontak alanı ve kontak oranı, yükün daha fazla yüzeye yayılmasını sağlar. Bu, yüzeydeki gerilmeleri ve stres konsantrasyonlarını azaltarak pitting riskini düşürebilir.

Diş yüzey pürüzlülüğü: Yağlama filmi oluşturulması ve yükün doğru şekilde dağıtılması için kritik öneme sahiptir. Daha düzgün ve iyi işlenmiş yüzeyler, daha iyi yağlama sağlayabilir ve pitting riskini azaltabilir.

Diş yük dağılımı: Yük dağılımı, her bir dişin yükü nasıl taşıdığını belirler. Eşit yük dağılımı, her bir dişin aynı şekilde çalışmasını sağlar ve böylece pitting riskini azaltabilir.

Diş geometrisi ve yüzey işlemleri: Diş yüzeyine uygulanan özel geometrik değişiklikler ve yüzey işlemleri, daha dayanıklı ve pittinge karşı dirençli yüzeyler oluşturabilir. Bu, diş yüzeyinin pürüzlülüğünü azaltabilir ve pitting riskini düşürebilir.

Yüzey sertleştirme ve kaplamalar: Diş yüzeylerine uygulanan yüzey sertleştirme yöntemleri veya kaplamalar, daha yüksek dayanıklılık ve pitting direnci sağlayabilir. Bu yöntemler, yüzeydeki stres konsantrasyonlarını azaltabilir ve pitting riskini düşürebilir.

Titreşim analizi ve tasarım optimizasyonu: Tasarım aşamasında titreşim analizleri yaparak, diş formunun titreşim davranışını değerlendirebilirsiniz. Bu analizler, stres noktalarını belirleyerek diş formunu optimize etmenize yardımcı olabilir.

Malzeme seçimi ve dayanıklılık: Pittingi önlemek amacıyla malzeme seçimi, diş formunun optimize edilmesinde kritik bir faktördür. Malzeme seçimi, yorulma dayanımını ve tokluğu içermelidir.

7.Dişli çarklarda pitting önleme stratejilerinde yağlama sisteminin rolü nedir?

Dişli çarklarda pitting önleme stratejileri arasında yağlama sisteminin rolü oldukça kritiktir. Yağlama sistemi, dişli çarklardaki yüzey yorgunluğunu azaltarak ve pitting riskini minimize ederek genel performansı artırır.

Dişli çarkların yüzeyleri arasında bir yağ filmi oluşturarak metal yüzeylerin doğrudan temasını engeller. Bu yağ filmi, yüzeylerin sürtünme ve aşınma nedeniyle zarar görmesini engeller ve pitting riskini azaltır. Yağlama sürtünmeyi azaltarak ısının oluşumunu kontrol eder. Düşük sürtünme ve kontrol edilmiş sıcaklık, yüzeylerin aşırı ısınmasını ve termal stresleri azaltır. Bu da pitting riskini düşürür. Yağlama filmi, yüzeyler arasında olası teması engeller. Bu, yüzey yorgunluğunu azaltır ve pitting hasarını önler. Yağlama, yüzeylerin birbirine temas etmesini engellediği için yüksek yük altındaki bölgelerde stres konsantrasyonunu azaltabilir. Yağlama yüzeylerin korozyona uğramasını engeller. Korozyon, yüzeylerin zayıflamasına ve pitting riskinin artmasına neden olabilir. Doğru yağlama ile korozyon önlenir ve pitting riski azaltılır. 

Pitting önleme stratejilerinde doğru yağlama yağı seçimi önemlidir. Yağlama yağının viskozitesi, kimyasal bileşimi ve diğer özellikleri, yağlama filmi oluşturma ve yüzey koruması açısından etkilidir. Yağlama sisteminin etkinliğini takip ederek yağlama filmi kalitesi ve sıcaklık kontrolü optimize edilir. Bu, pitting riskini azaltmada kritik bir rol oynar. Yağlama sistemleri dişli çarkların çalışma koşullarına ve yüklemelerine uygun olarak tasarlanmalıdır. Doğru yağlama sistemi tasarımı, pittingi önlemek için gereken yağlama filmi kalitesini sağlayacaktır. Yağlama sistemi, uygun frekansta ve miktarında yağlama sağlamalıdır. Aşırı yağlama veya yetersiz yağlama, pitting riskini artırabilir. Doğru yağlama sıklığı ve miktarı pittingi önlemek açısından kritiktir.

8.Pittingi önlemek için dişli çark montajında doğru şaft hizalamasının önemi

Dişli çark montajında doğru şaft hizalaması, pittingi önlemek ve dişli çarkların uzun ömürlü ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için son derece önemlidir. Yanlış şaft hizalaması, yüklerin dengesiz şekilde dağılmasına, sürtünme artışına ve sonuç olarak yüzey yorgunluğuna ve pitting hasarına neden olabilir.  Bu, belirli dişlilerin daha fazla yüke maruz kalmasına ve buna bağlı olarak pitting riskinin artmasına yol açar. Yanlış hizalama sonucunda dişli çarklardaki yüzeyler arasında sürtünme artar. Bu, ısının oluşumunu artırarak yüzey yorgunluğunu artırabilir ve pitting riskini artırabilir. Dişli çarklardaki stres konsantrasyonlarını artırabilir. Bu da belirli bölgelerde yüksek zorlanmaya ve yüzey yorgunluğuna neden olabilir, pitting riskini artırabilir.

Yanlış hizalama, yağlama sisteminin etkinliğini etkileyebilir. Yağ filmi oluşturma ve yüzey koruma yetenekleri azalabilir, bu da pitting riskini artırabilir.

Dişli çarklarda titreşim ve gürültü seviyelerini artırabilir. Bu titreşimler, yüksek stresli bölgelerde pitting riskini artırabilir. Doğru şaft hizalaması, dişli çarkların dengeli bir şekilde çalışmasını ve stabil bir performans sergilemesini sağlar. Bu, yüklerin dengeli şekilde dağılmasını ve pitting riskinin azalmasını destekler.

Yanlış hizalama, diş profilini değiştirebilir ve yük dağılımını etkileyebilir. Bu da pitting riskini artırabilir. Doğru hizalama, diş profili kontrolünü kolaylaştırır.

9.Sonuç olarak pittingi önlemek için;

Diş formunun optimize edilmesi, pittingi önleme stratejilerinin önemli bir parçasını oluşturur. Dişli çark tasarımında yukarıdaki faktörleri dikkate alarak yapılan optimizasyonlar, dişli çarkların daha uzun ömürlü olmasını ve pitting riskini minimize etmesini sağlar. 

Yağlama sistemi dişli çarklarda pitting riskini azaltmak ve yüzey yorgunluğunu önlemek için kritik bir rol oynar. Doğru yağlama stratejisi, uygun yağlama yağı seçimi, yağlama sistemi tasarımı ve düzenli bakım ile dişli çarkların performansını ve ömrünü artırabilir.

Doğru şaft hizalaması, dişli çarkların pitting riskini azaltmak ve uzun ömürlü çalışmasını sağlamak için kritik bir faktördür. Yanlış hizalama, pitting hasarına ve yüzey yorgunluğuna yol açar. Bu nedenle, dişli çarkların montajında doğru şaft hizalaması için gerekli özen gösterilmelidir.

Bu tasarım adımları, mühendislerin pittingi önlemek için tasarım aşamasında alabileceği kritik önlemlerden sadece birkaçıdır.

Referanslar

 [1] ISO /TR 13989:2015 – Dişlilerde tribolojik davranışın değerlendirilmesi

[2] ISO/TR 15144:2002 – Yağlamalı ve yağlamasız dişli çarklarda aşınma ve aşınmanın etkileri

[3]ISO/TR 15144-2:2010 -Dişlilerde aşınma ve aşınmanın etkileri – Bölüm 2: Dişlilerde aşınma mekanizmalarının analizi

[4] ISO /TR 14179-2:2013 – Dişli çarklar – Triboloji – Bölüm 2: Dişlilerde yüzey koşulları ve dişlilerde yüzeylerin işlenmesi

[5] AGMA 925-A03 – Dişli Çarklarda Yağlama Kılavuzu

[6] AGMA 1010-F14 – Dişli Çarklarda Aşınma ve Yıpranma

[7] AGMA 908-B89 – Dişli Çarklarda Triboloji Terimleri 

Mak Müh. Yiğit ERSOY 

Histogram Makina 

Genel Koordinatör

[voiserPlayer]

Tekstil endüstrisi, teknoloji ve süreçlerdeki ilerlemeler sayesinde son yıllarda benzeri görülmemiş bir büyüme kaydetti. Sektörü dönüştüren teknolojilerden biri de toz metalürjisi (TM) oldu. İnce metal tozları karıştırarak ve bunları yüksek sıcaklıklarda sinterleyerek yüksek kaliteli metal bileşenler oluşturma süreci olan TM, tekstil makineleri de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılan güçlü ve dayanıklı bir metal ürün oldu.

Toz metalurjisi tekstil makine dişlilerinin avantajları

1. Üstün kalite: Toz metalurjisi ile üretilen tekstil makine dişlileri, geleneksel dişlilere kıyasla üstün kalite sunar; çünkü benzersiz üretim sürecine sahiptir. TM ile üretilen dişlilerin homojen yoğunluğu, onları daha güçlü ve dayanıklı kılar. Ayrıca, dişlilerin gözeneksiz olması ve boşluk içermemesi, arızalanma ve hasar riskini azaltır.

2. Uygun maliyet: TM dişlileri, seri üretilebilir ve minimal işleme gerektirir. Üretim süreci oldukça verimli olup atık ve hurda malzeme miktarını minimumda tutar. Ayrıca, TM dişlilerinin yüksek hassasiyeti, bakım ve değişim ihtiyacını azaltarak tekstil endüstrisi için maliyet tasarrufu sağlar.

3. Kişiselleştirilebilir: TM dişlileri, belirli gereksinim ve tasarımlara göre üretilebilir. Bu özelleştirme seviyesi, TM sürecinin esnekliği sayesinde mümkündür. Üreticiler, makinelere uyacak şekilde farklı şekil, boyut ve malzemelerde dişliler üretebilir. Bu da tekstil makinelerinin daha verimli olmasını ve daha kısa sürede yüksek kaliteli kumaşlar üretebilmesini sağlar.

4. Çevre dostu: TM süreçleri, daha az enerji gerektirir ve az emisyon üretir. Üretim süreci minimum atık oluşturur ve kullanılan malzemeler çoğunlukla geri dönüştürülmüş veya doğal kökenlidir. Bu durum, TM dişlilerini daha sürdürülebilir yapar ve tekstil endüstrisinin karbon ayak izini azaltır.

 Tekstil endüstrisini devrimleştirme

Toz metalurjisi tekstil makine dişlileri, tekstil üreticilerinin karşılaştığı pek çok zorluğa çözümler sunarak tekstil endüstrisinde devrim yarattı. Bu teknoloji; yüksek kaliteli, maliyetli ve kişiselleştirilebilir dişlilerin üretimine olanak tanıdı. Bu da tekstil makinelerinin verimliliğini artırarak daha kaliteli ürünler, düşük maliyetler ve artan karlılık sağladı.

TM dişlileri aynı zamanda, tekstil endüstrisinin çevresel etkisini azaltarak sürdürülebilirliğini artırdı. Üretim süreci minimum atık oluşturur ve daha az enerji kaynağı kullanır; bu da sürdürülebilir bir üretim seçeneği sunar. Tekstil endüstrisinin azaltılmış karbon ayak izi, küresel bir endişe haline gelmiştir ve TM teknolojisinin benimsenmesi tekstil üreticilerini çözümün bir parçası haline getirdi.

Sonuç olarak, toz metalurjisi teknolojisi tekstil üreticilerinin karşılaştığı zorluklara çözümler sunarak tekstil endüstrisinde devrim yarattı. Yüksek kaliteli, maliyetli ve kişiselleştirilebilir dişli üretme yeteneği, tekstil makinelerinin verimliliğini artırdı. TM teknolojisinin çevresel sürdürülebilirlik yönü, tekstil üreticileri için çekici bir seçenek olmasını sağladı. Son yıllarda popüler hale gelen toz metalurjisi tekstil makine dişlilerinin, gelecek yıllarda tekstil endüstrisindeki kullanımlarının daha da artması bekleniyor.