Farklı yüzey işlemleri uygulanmış demiryolu gergi kıskacının özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of a railway tension clamp subjected to different surface treatments
- Tez No: 993202
- Danışmanlar: PROF. DR. ZAKİR TAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aşınma, Isıl işlem, Korozyon, Raylı sistemler, Yorulma, Wear, Heat treatment, Corrosion, Railway systems, Fatigue
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yozgat Bozok Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, yüksek hızlı tren, kent içi ve konvansiyonel raylı sistem hatlarında kullanılan ray bağlantı elemanlarının mekanik özelliklerinin artırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, HM tipi ray bağlantısındaki 38Si7 kimyasal bileşimli SKL14 tipi gergi kıskaçlarına yaklaşık 20 µm kalınlığında ZnAl (Çinko-Alüminyum) ve NiB (akımsız Nikel-Bor) kaplama yapılmıştır. Ardından NiB kaplamalara 250 ℃ (250HT) ve 400 ℃ (400HT) sıcaklıklarda 1 saatlik iki farklı ısıl işlem uygulanmıştır. Ardından mikroyapı, aşınma, korozyon ve yorulma testleri gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları değerlendirildiğinde, NiB kaplama homojen, sürekli ve kusursuz bir kaplama sunmuştur. ZnAl kaplama boşluklu, gözenekli ve süreksizlik sergilemiştir. NiB kaplamanın kalınlığı, yüzey boyunca homojen olup 19,8 ± 0,7 µm olarak ölçülmüştür. ZnAl kaplamanın kalınlığı, yüzey boyunca değişkenlik göstererek 22,8 ± 3,4 µm olarak belirlenmiştir. NiB kaplama mikroyapısında, amorf ve karnabahar benzeri yüzey morfolojisi gözlemlenmiştir. Isıl işlem sonucunda yapı, 250HT'de amorf kalmış ancak 400HT'de kristale dönüşmüştür. Isıl işlem, yüzey morfolojisini değiştirmemiş, nodül boyutlarını azaltmış ve nodül sınırları artırmıştır. Sertlik değerleri, 38Si7 için dekarbürize olmayan bölgede 500 ± 5 HV, ZnAl kaplamada 140 ± 2 HV, NiB kaplamada 650 ± 3 HV, 250HT'de 800 ± 4 HV ve 400HT'de 950 ± 2 HV olarak ölçülmüştür. Spesifik aşınma kaybı (mm3/Nm×10-4), 38Si7'de 30,7, ZnAl kaplamada 13,4, NiB kaplamada 1,92, 250HT'de 1,01 ve 400HT'de 0,38 olarak ölçülmüştür. Sürtünme katsayısı (µ) ortalama, 38Si7'de 0,39, ZnAl kaplamada 0,2, NiB kaplamada 0,39, 250HT'de 0,38 ve 400HT'de 0,33 olarak ölçülmüştür. Aşınma izi genişliği yaklaşık, 38Si7 için 808 µm, ZnAl kaplamada 681 µm, NiB kaplamada 430 µm, 250HT'de 458 µm ve 400HT'de 289-622 µm arasında ölçülmüştür. Korozyon testi sonucunda tamamen paslanma saatleri, 38Si7'de 1 saat, ZnAl kaplamada 720 saatte %3 paslanma, NiB kaplamada 720 saat, 250HT'de 240 saat ve 400HT'de 24 saat sürmüştür. Korozyon hızı oranları (µm/yıl), 38Si7'de 0,749, ZnAl kaplamada 0,093, NiB kaplamada 0,114, 250HT'de 0,239 ve 400HT'de 0,427 olarak hesaplanmıştır. Yorulma testi sonucundaki numunelerin çevrim sayısı milyon (106) olarak, 38Si7'de 6,29 ± 1,78, ZnAl kaplamada 8,19 ± 1,82, NiB kaplamada 13,38 ± 1,71, 250HT'de 10,28 ± 1,64 ve 400HT'de 4,83 ± 1,97 olarak gözlemlenmiştir. Maliyet-performans analizinde, korozyon açısından ZnAl kaplama, aşınma açısından 400HT, yorulma ve hibrit-karma koşullar açısından NiB kaplama stratejik en iyi çözüm olarak öne çıkmıştır. Bu çalışmada, gergi kıskaçları için demiryolu standartları, optimum mekanik özellikler ve maliyet-performans açısından değerlendirildiğinde, en ideal numunenin NiB kaplamalı numune olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
This study aimed to enhance the mechanical performance of railway fastening components used in high-speed, urban, and conventional rail systems. Within this scope, ZnAl (zinc–aluminum) and electroless NiB (nickel–boron) coatings with an average thickness of approximately 20 µm were applied to SKL14-type tension clamps made of 38Si7 steel in an HM-type rail fastening system, after which the NiB-coated specimens were subjected to two different heat treatments at 250 °C (250HT) and 400 °C (400HT) for 1 h. Subsequently, microstructural characterization as well as wear, corrosion, and fatigue tests were conducted. Based on the test results, the NiB coating provided a homogeneous, continuous, and defect-free layer, whereas the ZnAl coating exhibited defects such as voids, porosity, and discontinuities. The NiB coating thickness was uniform along the surface and measured as 19.8 ± 0.7 µm, while the ZnAl coating thickness showed greater variability and was determined as 22.8 ± 3.4 µm. The NiB coating exhibited an amorphous microstructure with a characteristic cauliflower-like surface morphology; following heat treatment, the structure remained amorphous at 250HT but transformed into a crystalline structure at 400HT. Heat treatment did not alter the overall surface morphology; however, it reduced nodule size and increased nodule boundary density. The hardness values were measured as 500 ± 5 HV for the non-decarburized region of 38Si7, 140 ± 2 HV for the ZnAl coating, 650 ± 3 HV for the NiB coating, 800 ± 4 HV for 250HT, and 950 ± 2 HV for 400HT. The specific wear loss (mm³/Nm ×10⁻⁴) was measured as 30.7 for 38Si7, 13.4 for ZnAl, 1.92 for NiB, 1.01 for 250HT, and 0.38 for 400HT, whereas the average coefficient of friction (µ) was 0.39, 0.20, 0.39, 0.38, and 0.33, respectively. The wear track width was approximately 808 µm for 38Si7, 681 µm for ZnAl, 430 µm for NiB, 458 µm for 250HT, and between 289 and 622 µm for 400HT. According to the corrosion test results, complete rusting occurred after 1 h for 38Si7; for ZnAl, only 3% rusting was observed at 720 h; and complete rusting occurred after 720 h for NiB, 240 h for 250HT, and 24 h for 400HT, while the corrosion rates (µm/year) were calculated as 0.749, 0.093, 0.114, 0.239, and 0.427 for 38Si7, ZnAl, NiB, 250HT, and 400HT, respectively. The fatigue lives of the specimens, expressed as the number of cycles in millions (10⁶), were determined as 6.29 ± 1.78 for 38Si7, 8.19 ± 1.82 for ZnAl, 13.38 ± 1.71 for NiB, 10.28 ± 1.64 for 250HT, and 4.83 ± 1.97 for 400HT. According to the cost–performance analysis, ZnAl coating emerged as the most strategic solution in terms of corrosion resistance, 400HT in terms of wear resistance, and NiB coating in terms of fatigue performance and hybrid/mixed service conditions; therefore, considering railway standards, optimum mechanical performance, and cost–performance balance for tension clamps, the NiB-coated specimen was identified as the most suitable overall solution.
Benzer Tezler
- Katodik ark fbb yöntemi kullanılarak çelik yüzeylerin alüminyumlanması
Aluminising of steel surfaces by using cathodic arc pvdmethod
TUĞBA ÇELİKEL
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Demiryolu aks çeliğinin perdahlama yöntemi ile yüzey kalitesinin iyileştirilmesi
Improvement of surface quality of railway axle steel by burnishing method
MESUT YEĞİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ERDİ KORKMAZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ RÜSTEM BİNALİ
- AA 6082 alüminyum alaşımlarında kesme parametrelerinin işlenebilirlik üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of cutting parameters on machinability in aluminum alloys AA 6082
AYKUT ESER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiDüzce Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA AYYILDIZ
- Yüksek manganlı çeliklerde alaşım elementlerinin mekanik özelliklere etkisi
Effect of alloying elements on the mechani̇cal properties of high-manganese steels
İSMAİL KANKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UYSAL
DOÇ. DR. UĞUR GÜROL
- Farklı bitirme işlemleri uygulanan CAD/CAM seramiklerin termal yaşlandırma sonrası renk stabilitelerinin değerlendirilmesi
The evaluation of the color stability of CAD / CAM ceramics after different finishing procedures and thermal aging
FUNDA SOYSAL
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2019
Diş HekimliğiGaziantep ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NERMİN DEMİRKOL