Lamel grafitli dökme demir motor bloklarında gerilim giderme tav süresinin mekanik özelliklere ve işletme maliyetlerine etkileri
Effect of stress relief annealing time on mechanical properties and operating costs in lamellar graphite cast ıron engine blocks
- Tez No: 997175
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ KALYON
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yalova Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, motor bloklarında uygulanan 10 ve 15 saatlik gerilim giderme ısıl işlemlerinin boyutsal ölçümler, kimyasal analiz, mikroyapı, mekanik özellikler ve kalıntı gerilimler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Boyutsal ölçüm için TR20 CMM cihazı, kimyasal analiz için ARL 4460 optik emisyon spektrometresi, mikroyapı için Nikon marka optik mikroskop, sertlik ölçümü için Reicherter marka 3 ton yük kapasiteli cihaz, çekme sonuçları için 250 kN kapasiteli ekstansometreli Shimadzu marka çekme cihazı ve kalıntı gerilimler için kesme/işleme uygulaması ile gerinim ölçer metodu kullanılmıştır. Boyutsal ölçümler sonucu farklı ısıl işlem reçetesi uygulanan parçaların birçok bölgesinde boyutsal farkların olmadığı bir kaç bölgede minimal farklar olduğu belirlenmiştir. Kimyasal analiz sonuçları EN GJL-250 standartlarına uygunluk göstermiştir. Mikroyapı incelemelerinde, her iki ısıl işlemde de A tipi grafitlerin bulunduğu ve matrisin %99 perlitik yapıya sahip olduğu görülmüştür. 15 saatlik tavlama süresinin grafit parçacıklarının daha uzun, ince ve homojen dağıldığını ortaya koyduğu; böylece matris-grafit uyumunun artarak malzemenin sünekliğini iyileştirdiği tespit edilmiştir.Çekme test sonuçları, 15 saatlik gerilim giderme işleminin malzemenin akma dayanımını ve kopma uzamasını hafifçe artırırken, çekme dayanımını ise büyük ölçüde değiştirmediğini göstermiştir. Sertlik ölçümleri ise 15 saatlik işlem sonrası hafif düşüş göstermiştir ki bu durum işlenebilirliği artırıcı bir etki olarak değerlendirilmiştir.Yapılan kalıntı gerilim ölçümleri, 15 saatlik gerilim giderme ısıl işleminin özellikle yüksek gerilim içeren bölgelerde %40 ila %80 oranında kalıntı gerilme azalması sağladığını ortaya koymuştur. Bu azalma, motor bloğunun çatlama riski ve deformasyon eğilimini azaltarak termomekanik dayanıklılığını ve servis ömrünü artırmaktadır. Elde edilen sonuçlar, tav süresinin uzatılmasının iç gerilme giderimi açısından etkili bir yöntem olduğunu doğrulamaktadır. Isıl işlem süresinin 10 saatten 15 saate çıkarılmasıyla oluşan yıllık yaklaşık 26.273 Euro tutarındaki ek maliyetin detaylı analizine göre; bu farkın %64'ü doğalgaz tüketiminden (yaklaşık 16.949 Euro), %32'si işçilik maliyetlerinden (yaklaşık 8.400 Euro) ve yalnızca %4'ü elektrik enerjisi giderlerinden (yaklaşık 924 Euro) kaynaklanmaktadır. Isıl işlem fırın kapasitesi dikkate alındığında, her tavlama döngüsünde yaklaşık 10–11 tonluk motor bloğu işlem görmektedir. Yıllık 28.000 adet üretim baz alındığında, bu ek maliyet parça başına yalnızca %0,4'lük bir artışa denk gelmektedir. Bu maliyet dağılımı, enerji ve iş gücü optimizasyonunun önemini vurgularken; elde edilen yapısal iyileştirmelerle birlikte değerlendirildiğinde, maliyet artışının kabul edilebilir düzeyde olduğu tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the effects of 10-hours and 15-hours stress-relief heat treatments applied to engine blocks were investigated in terms of dimensional measurements, chemical analysis, microstructure, mechanical properties, and residual stresses. For dimensional measurement, a TR20 CMM device was used; for chemical analysis, an ARL 4460 optical emission spectrometer; for microstructure analysis, a Nikon optical microscope; for hardness testing, a Reicherter device with a 3-ton load capacity; for tensile testing, a Shimadzu tensile tester with a 250 kN capacity and extensometer; and for residual stress measurements, the strain gauge method via cutting/machining was applied. As a result of the dimensional measurements, it was determined that there were no significant dimensional differences in most regions of the parts subjected to different heat treatment recipes, with only minimal differences observed in a few areas. The chemical analysis results were in compliance with EN GJL-250 standards. Microstructural examinations revealed the presence of Type A graphite in both heat treatment conditions and a matrix structure consisting of approximately 99% pearlite. It was observed that the 15-hour annealing process resulted in longer, thinner, and more homogeneously distributed graphite particles, thereby improving the matrix–graphite compatibility and enhancing the ductility of the material.Tensile test results indicated that the 15-hour stress relief process slightly increased the yield strength and elongation at break, while having minimal effect on the ultimate tensile strength. Hardness measurements showed a slight decrease after the 15-hour process, which can be considered a beneficial effect in terms of improved machinability. Residual stress measurements demonstrated that the 15-hour stress relief heat treatment reduced residual stresses by approximately 40% to 80% in regions with initially high stress levels. This reduction contributes to lowering the risk of cracking and deformation in the engine block, thereby enhancing its thermomechanical durability and service life. The findings confirm that extending the annealing duration is an effective method for relieving internal stresses. According to a detailed analysis, increasing the heat treatment duration from 10 to 15 hours results in an additional annual cost of approximately €26,273, of which 64% (€16,949) is due to natural gas consumption, 32% (€8,400) to labor costs, and only 4% (€924) to electricity expenses. Considering the furnace capacity, approximately 10–11 tons of engine blocks are processed per annealing cycle. Based on an annual production volume of 28,000 units, this additional cost corresponds to only a 0.4% increase per part. This cost distribution highlights the importance of energy and labor optimization; however, when evaluated together with the structural improvements achieved, the cost increase is deemed acceptable.
Benzer Tezler
- Yeni nesil otomobillere yönelik vermiküler mikroyapıdaki döküm alaşımlarının gaz nitrürleme yöntemi ile özelliklerinin geliştirilmesi
Improvements on properties of vermicular microstructure cast alloys for new generation automobile by gas nitriding
MUHAMMET EMİN KONDAKÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
- Mechanistic modeling of drilling forces and study of residual stresses in drilling of compacted graphite iron
Kompakt grafitli dökme demirde delik delme işleminin mekanistik modellemesi ve kalinti gerilmelerin incelenmesi
KAVEH RAHIMZADEH BERENJI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Al - %60 SiC takviyeli kompozitlerin yağlamalı aşınma davranışlarının incelenmesi
An investigation on lubricated wear behaviour of Al %60 SiC composites
ENGİN TEMEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Teknik EğitimZonguldak Karaelmas ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ERCAN CANDAN
- Calculation of propagation under static and dynamic load in lamellar graphite cast iron
Başlık çevirisi yok
CELALETTİN SAYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEVFİK AKSOY
- Küresel grafitli dökme demir ile lamel grafitli dökme demirin difüzyon kaynağı
Başlık çevirisi yok
NİYAZİ ÖZDEMİR