Geri Dön

Aısı 9310 çeliğinde farklı bilyalı dövme parametrelerinin mekanik özellikler üzerine etkilerinin incelenmesi

Investigation of the effects of different shot peening parameters on the mechanical properties of aisi 9310 steel

PDF İndir

  1. Tez No: 942959
  2. Yazar: ÇİĞDEM YÜRÜK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Seramik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 99

Özet

Bilyalı dövme prosesi dişliler ve rulmanlar gibi bazı kritik havacılık parçalarının yüzeyinde basma gerilmeleri oluşturarak mekanik özelliklerinin tekrar modifiye edilmesidir. Bu amaçla parçaların yüzeyi bilyalarla bombardımana tabi tutulur. Bombardıman için kullanılan malzemeler çelik bilyalar, seramik bilyalar veya cam bilyalardır. Yüzeyde oluşturulan basma yönündeki gerilmeler, dinamik yükleme altındaki parçalarda çatlak oluşumunu geciktirir ve böylece malzeme ömründe artışa sebep olur. Geleneksel üretim yöntemlerinde tüm ısıl işlemler, talaşlı imalat, biçimlendirme, sementasyon, nitrürleme, taşlama ve sertlik testlerinin bilyalı dövme işleminden önce tamamlanmış olması beklenir. Bu çalışmada, AISI 9310 çelik numune üretiminin ana imalat proses adımları öncesi olmak üzere; ön bilyalı dövme, ana imalat proses adımları önce ve sonrası olmak üzere; çift bilyalı dövme yöntemleriyle üretilen çelik numunelerin mekanik ve mikroyapısal farklarını incelemek hedeflenmektedir. Ayrıca, bilyalı dövme uygulanmamış ve geleneksel üretim yöntemi olan ana imalat proses adımları sonrası tek bilyalı dövme uygulanmış kontrol numuneleri ile karşılaştırmalı analizler yapılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında, numuneler sistematik olarak kalıntı gerilme ölçümleri, mikroyapı incelemeleri, sertlik testleri, yorulma testleri ve manyetik parçacık muayenesi ile karakterize edilmiştir. Deney bölümünde, havacılık sektöründe sıklıkla kullanılan AISI 9310 çeliği ile geleneksel dişli üretim proses akışı kullanılarak numuneler üretilmiştir. Buna ek olarak; geleneksel bilyalı dövme, sementasyon öncesi ön bilyalı dövme, sementasyon öncesi ve sonrası çift bilyalı dövme ve bilyalı dövme uygulanmayan, aynı ısıl işlem parametrelerine tabi tutulmuş özdeş ebatlarda numuneler hazırlanmıştır. Deneysel sonuçlara göre geleneksel üretim yöntemi ve 3 farklı set numuneleri karşılaştırılmıştır. Tüm üretim adımlarının ve bilyalı dövme işleminin kontrolü, tasarım gerekliliklerini karşılamak, beklenen performans ve kullanım ömrünü garanti etmek için kritik önem taşımaktadır. Çalışma kapsamında uygulanan sementasyon öncesi ve sonrası olmak üzere çift bilyalı dövme çalışmasıyla ilgili geçmişte yapılmış bir çalışma bulunmamaktadır. Bu tez çalışması, geleneksel üretim yöntemlerinin ötesinde bilyalı dövme işleminin yenilikçi uygulamalarına dair yeni bir perspektif sunmayı hedeflemekte ve AISI 9310 çeliği gibi kritik malzemelerin performansını iyileştirmek amacıyla sürdürülebilir üretim stratejilerine katkıda bulunmayı amaçlamaktadır.

Özet (Çeviri)

Shot peening is the process of modifying the mechanical properties of certain critical aerospace components, such as gears and bearings, by creating stress on the surface. For this purpose, the surface of the parts is bombarded with balls. The materials used for bombardment are steel balls, ceramic balls or glass balls. During the process, tension is created on the surface of the parts. This tension helps to prevent the formation of cracks in the part, so an increase in material life is expected. During bombardment, it is not just one particle that strikes the material; thousands of particles pound the entire surface, creating a layer of tension across the surface. Therefore, the shot peening process directly affects material life by creating reverse stress in parts operating under high stress. In conventional production methods, all heat treatment, machining, forming, carburizing, nitriding, grinding and hardness testing are expected to be completed before the shot peening process. In this study, it is aimed to investigate the mechanical and microstructural effects of the process on AISI 9310 steel by applying the main processes of part production with pre-shot peening after the shot peening process and double shot peening before and after the main production processes. With the rapid advancement of technology and increasing industrial demands, steel materials have become indispensable in sectors such as aerospace, automotive, construction, and energy, where mechanical reliability and surface performance are critical. Components like gears and shafts, which are frequently subjected to cyclic loading, require enhanced fatigue resistance and surface hardness to ensure long service life. To meet these requirements, a combination of heat treatment processes— such as carburizing, nitriding, and quenching—is applied, often followed by surface enhancement techniques including grinding and shot peening. AISI 9310, a low carbon alloy steel with excellent toughness and hardenability, is widely preferred for such applications. This study investigates the effects of shot peening, applied with varying parameters, on the microstructural and mechanical properties of AISI 9310 steel specimens that were subjected to identical heat treatment cycles. The results demonstrate that shot peening significantly enhances fatigue performance by introducing beneficial compressive residual stresses and modifying surface morphology. Furthermore, applying shot peening both before and after the heat treatment process—an approach not extensively explored in the literature—was found to offer additional improvements in surface hardness and microstructural stability. These findings suggest that integrating innovative shot peening strategies into conventional production routes can optimize the performance of critical components and contribute to more sustainable and durable engineering solutions, particularly in high-stress environments such as aerospace and automotive industries. Research has clearly demonstrated that shot peening plays a critical role in improving the mechanical properties of AISI 9310 steel, particularly in terms of residual stress measurement, microstructure refinement, hardness increase and fatigue life enhancement. By creating compressive stresses on the surface that counteract tensile stresses, this treatment significantly inhibits crack formation and propagation, thereby improving fatigue resistance. Microstructural analysis reveals that shot peening refines the grain structure, promotes homogeneous martensitic transformation and improves surface integrity. As a result of this process, surface hardness increases significantly, with Vickers hardness values reaching approximately 740 HV after treatment. These improvements create a stronger surface layer that can withstand repetitive loads. Furthermore, the results of the experimental studies carried out so far show that combining shot peening and carburizing processes provides synergistic benefits and creates a double-layer effect that optimizes both surface toughness and core toughness. The results of previous experimental studies show that pre-shot peening increases the hardness of the part surface and near surface from 690 HV to 740 HV. This results in a significant increase in the residual restitution of the part with maximum sub-surface compression. This process also causes a change in the surface topography. It is seen that it helps to improve the fatigue life by making the rough surface of the part smoother. There is no previous study on double shot peening before and after carburizing, which we applied in the experimental studies. Control of all manufacturing steps and the shot peening process is critical to meet design requirements and guarantee the expected performance and service life. In this thesis, the application of different shot peening parameters to AISI 9310 steel and the effects of these processes on the mechanical and microstructural properties of the material were investigated. In addition, comparative analyses were carried out with control specimens without shot peening. Within the scope of the experimental studies, the specimens were systematically characterized by residual stress measurements, microstructure investigations, hardness tests, fatigue tests and fatigue tests. In the experimental section, specimens were produced using the conventional gear manufacturing process flow with AISI 9310 steel, which is frequently used in the aerospace industry, in addition to the conventional shot peening, pre-shot peening before carburizing, double shot peening before and after carburizing, and identical sized specimens with the same heat treatment parameters without shot peening were prepared. Before starting the experimental tests, identical specimens prepared for fatigue testing, microstructure and hardness examinations, residual stress tests were subjected to magnetic particle control to ensure the accuracy of the tests. The specimens that successfully passed the crack control were subjected to other tests in order to examine the mechanical effects of the shot peening parameters on AISI 9310 steel. According to the experimental results, the conventional production method and 3 different sets of specimens were compared. This thesis provides a new perspective on the innovative applications of shot peening beyond conventional production methods and contributes to sustainable manufacturing strategies to improve the performance of critical materials such as AISI 9310 steel. In modern industry, especially in sectors with high-stress components such as aerospace and automotive, innovative applications of the shot peening process have a direct impact on material life and can make production processes more sustainable. In addition to AISI 9310 steel, investigating the effectiveness of this method in different material classes and production scenarios will contribute to both the literature and the modern industry. This study adds valuable information to the optimisation of shot peening processes for AISI 9310 and similar high-strength steels. It demonstrates the potential of mechanical surface treatments to improve wear behaviour, which is vital for components operating under severe mechanical and tribological loading conditions. The results of this research can guide future developments in surface engineering processes for critical structural applications in the aerospace and defence industries.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    849233

    The effect of shot peening on residual stress distribution of heat treated and ground aisi 9310 alloy steel

    Isıl işlem görmüş ve taşlanmış aısı 9310 alaşımlı çeliğinde bilyeli dövmenin artık gerilme dağılımı üzerine etkisi

    SENA EMİROĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CANER ŞİMŞİR

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL DAVUT

  2. Tez No

    663744

    AISI 9310 çeliğine karburizasyon öncesi yapılan bakırkaplamanın gözenek özelliğinin incelenmesi

    Investigation of the porosity properties of copper plating before carburization on AISI 9310 steels

    MERVE YAVAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜRSOY ARSLAN

  3. Tez No

    414151

    AISI 304L paslanmaz çeliğin MIG ve TIG kaynak yöntemleriyle birleştirilmesinde kaynak parametrelerinin etkilerinin incelenmesi

    The investigate of effect welding parameter AISI 304L type stainless steel with TIG and MIG welding

    MURAT ALTUNTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SELAHATTİN YUMURTACI

    DR. TOLGA MERT

  4. Tez No

    418796

    Improving mechanical properties of cardan shafts manufactured from AISI 4140 steel materials

    AISI 4140 çelik malzemelerden üretilen kardan şaftlarının mekanik özelliklerinin geliştirlmesi

    HASAN YEŞİLYURT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine MühendisliğiMelikşah Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET HALİDUN KELEŞTEMUR

  5. Tez No

    880202

    AISI 1018 yapı çelik yüzeyinin lazer kaplama tekniği ile WC-St6-St21 VE FERRO55 kullanılarak kaplanması ve işlenebilirliğinin incelenmesi

    Coating of AISI 1018 construction steel surface with laser cladding technique using WC-St6-St21 and FERRO55 and investigation of the workability

    BEYZA AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERDAR OSMAN YILMAZ

    DOÇ. DR. İBRAHİM SAVAŞ DALMIŞ

Geri Dön