Manyetik indüksiyon ile ısıtma olgusunun sonlu eleman metoduyla incelenmesi

Abstract

Dişli çarkların indüksiyon yüzey ısıtma teknolojisi, 1926-1939 yılları arasında ABD ve Rusya menşeili patent çalışmaları ile ortaya çıkmıştır. Manyetik indüksiyon ısıtma teknolojisi, endüstride kullanılan kritik elemanların ısıl işleminde -özellikle yüzey sertleştirme amacıyla- yaygınlıkla kullanılan bir uygulamadır. Yüzey sertleştirme için kullanılan mevcut yöntemlere göre en büyük üstünlüğü, çevre dostu olmasıdır. Aynı zamanda, tekrarlanabilir, otomasyona uygun, hızlı ve etkili bir yöntemdir. Günümüzde, sayısal metotlar referans olabilecek niteliği kazanarak daha önemli hale gelmiştir; artık sayısal metotlar sayesinde farklı fiziksel olguları benzetim sürecine dâhil ederek sistem için önemli olan parametreleri eniyileme imkânı elde edilmiştir. Deneysel metotlar pahalı ve zaman alıcıdır. Buna karşın, sayısal modelleme kullanarak bir dişli iş parçasının sonlu elemanlar yazılımı yardımıyla indüksiyon ile ısıtma benzetimi yapılarak sertlik profili görece daha ucuz ve daha kısa zamanda elde edilebilir. Bu sayede bilgisayar ortamında indüksiyon ile ısıtma süreci artarda eniyileme sürecinden geçirilip nihai model elde edilebilir. Deneysel olarak doğrulanmış bir sayısal modelden sonra bu model üzerinden eniyileme yapılır. Bu tez çalışmasında, ELTA yazılımı kullanılarak AISI 4340 çelik dişli iş parçasının indüksiyon ısıtma süreci incelenmiş ve literatürden bulunan bir çalışma ile iş parçası üzerindeki sertlik profili ve sıcaklık dağılımının karşılaştırılması yapılmıştır. İndüksiyon ile ısıtma sürecinde, bobin frekansının ve dişli iş parçası ile indüksiyon bobini arasındaki mesafenin değişiminin AISI 4340 çelik dişli iş parçasının sıcaklık dağılımındaki etkisi incelenmiştir. Çelik dişli iş parçasının üzerinde oluşan sıcaklıklarda martensit fazı oluşumuna sebep olan östenitlenme sıcaklığının (Ac3) dişlide hangi bölgelerde olduğu gözlenmiştir. Çelik dişli iş parçasının yorulma direnci ve aşınma direnci açısından martensit fazının dişlinin kök bölgesinde oluşabilmesi ve ne kadar derinlikte oluştuğu kritiktir. İndüksiyon ile ısıtma sürecinde kullanılan bobin frekansı ve iş parçası ile bobin arasındaki mesafenin, çalışmada kullanılan dişli iş parçasındaki sertleşebilme derinliğini etkilediği görülmüştür. Bu çalışmada 4340 çelik dişli iş parçasının indüksiyon ile ısıtma işleminin analizinde ELTA 7.0 © yazılımı kullanılmış ve sonuçlarının güvenirliği diğer çalışmalarla karşılaştırılarak gösterilmiştir.