DÄ°ÅžLÄ° MALZEMELERÄ°

ÇELİK DİŞLİLER
Kullanılacak yere, aktarılacak devir ve torka bağlı olarak dişlilerde  malzeme olarak plastik, tahta, bronz, döküm, titanyum vs. kullanılmakla birlikte eğer yüksek tork ve devir aktarılacak ise dişlilerde esas olarak çelik kullanılır.

Çeliğin seçiminde ise çeliğin dayanımı yanı sıra sertliği, şok absorbe edebilme özelliği ve aşınmaya karşı direnci en önemli faktörlerdir. Bu özelliklerin çoğunu karşılayan çelikler ise yüzey sertleştirilebilir karbon çelikleri veya alaşımlı çeliklerdir.

Bir dişlide sertliğin yanı sıra beklenen diğer özellikler ise uzun çalışma ömrü, sessiz çalışması, güvenirliği ve çalışma hassasiyetidir. Dişlinin çalışma hassasiyeti sertleştirildikten sonra diş yüzeyinin taşlanması ile sağlanır.

Eğer aktarılacak güç çok büyükse alaşımlı çelikler kullanılır. Bunlar ısıl işleme uygun, yüksek hassasiyette çalışması gereken dişlilerde kullanılır

Sanayide kullanılan başlıca dişli malzemeleri: SAE1045, 1050, 4140, 4150 gibi çeliklerdir.

İş makinaları ve ağır taşıtlar gibi çok yüksek tork aktarımı gereken yerlerde ise SAE 5140, 8620 gibi çelikler kullanılır.

DÖKME DEMİR DİŞLİLER.
Dökme demir de dişlilerde sıklıkla kullanılan malzemedir. Dökme demir ucuz olmasının yanı sıra yüksek şok emebilme özelliği, yüksek aşınma direnci, kolay işlenebilir olması, sessiz çalışması ve komplike formlarda dökülebilir olmasından ötürü dişlilerde sıklıkla kullanılan bir malzemedir. Bu malzemenin bir diğer avantajı ise yapısındaki grafit nedeni ile kendiliğinden yağlama etkisi oluşturmasıdır.

Demir döküm dişliler orta derece tork aktarılması gereken büyük dişlilerde kullanılır. Daha yüksek tork aktarımı için sfero döküm veya dövülebilir perlitik döküm kullanılmalıdır. Eğer dişlilerde yüksek çalışma hassasiyeti gerekiyorsa dökme demir kullanılmamalıdır.

BRONZ DİŞLİLER
Yüksek korozyon olan koşullarda ise  dişliler için bronz  sıklıkla başvurulan bir malzemedir. Özellikle sürtünmeyi ve aşınmayı azaltmak için sonsuz vida-dişilerde genellikle bronz kullanılır.

Fosforlu bronz, bronz dişlilerde en sık kullanılan malzeme olmakla birlikte Kalaylı,silikonlu, kurşunlu, manganezli, alüminyumlu ve nikelli bronzlar da dişlilerde yaygın kullanılan malzemelerdir.

PLASTİK DİŞLİLER
Bugünkü Plastik malzeme üretim teknolojisinde ulaşılmış seviye dişlilerde plastik malzeme kullanımını daha yaygın hale getirmiştir. Her ne kadar plastik malzemenin çekme dayanımı çelik kadar yüksek olmasa bile esnek yapısından ötürü dişli üretim hatalarının kompanse edilebilir olması ve böylece yük aktarımında hatalı geometriden ötürü oluşacak muhtemel dinamik kuvvetlerin çeliğe nazaran daha düşük olması dişlilerde plastik kullanımı gittikçe artmaktadır. Dişli yapımında en fazla kullanılan plastikler Delrin, Teflon, Naylon gibi malzemelerdir.

   

DİZAYNDA GÖZ ÖNÜNE ALINACAK MALZEME ÖZELLİKLERİ VE ISIL İŞLEM

Dişli dizaynında doğru geometrinin oluşturulması yanı sıra doğru malzeme ve ısıl işlemin belirlenmesi de dişlilerin sorunsuz çalışabilmesi için çok önemlidir. Malzemenin doğru seçilmiş olması çalışan dişlilerin daha ucuz, daha sessiz, daha hafif, ve daha yüksek hızlarda daha fazla yük taşırken daha az ısı üretmesini mümkün kılmaktadır.

Öncelikle şunun bilinmesi gerekir. Çalışacak dişli çiftinde en fazla stres pinyon dişlide oluşur. Çünkü pinyon dişlide diş sayısı ve çap daha az olduğu için ana dişli ile aynı teğet kuvvete maruz kalmalarına rağmen pinyon dişli daha hızlı dönmekte ve dolayısı ile daha fazla iş yapmaktadır. Bu nedenle seçilecek pinyon dişli malzemesinin çekme dayanımı (Sy) ana dişli malzemesinin çekme dayanımından en az 50N/mm2 daha fazla olmalıdır. Bu değerlendirme sadece sertleştirilmemiş yalın karbon çelikler için olup dökme demir ve sertleştirilmiş dişliler için geçerli değildir.

Dişli dizaynında en önemli parametre diş sertliğidir. Sertlik uygulanmamış bir dişli grubunda taşınabilecek yüke göre belirlenmiş  çap ve genişlik (ana boyutlar) sertleştirme işlemi uygulanmış aynı dişli grubuna göre iki kat büyüktür.
Yani aynı yükü taşıyacak olan ısıl işlem uygulanmamış dişli, ısıl işlem uygulanmış dişliden ağırlık olarak 8 kat fazladır.

Dişlilere uygulanan ısıl işlem iki çeşittir. Bunlar;

       1. Dişli gövdenin tümüne uygulanan GÖVDESEL SERTLEŞTİRME (through hardened)
       2. Dişli temas yüzeylerine uygulanan YÜZEY SERTLEŞTİRME (surface hardened)

GÖVDESEL SERTLEŞTİRME

Gövdenin tümü sertleştirilmiş (through hardened) dişliler, yüzey sertleştirilmiş dişlilerin dayanabileceği kadar büyük yüklere dayanamazlar. Ancak gövde sertleştirilmiş dişliler yüzey sertleştirilmiş dişlilerden daha sessiz çalışırlar, yorulma dirençleri daha fazla ve maliyetleri daha azdır. Bu tip ısıl işlemin dezavantajı ise tüm gövdenin ısıtılmış olması nedeni ile termal genleşmelerden ötürü oluşan deformasyonlar nedeni ile çok yüksek devirle çalışacak dişlilere uygulanamazlar. Eğer ısıl işlemden sonra dişlerin taşlanması yapılamayacak ise hassas çalışması gereken dişlilere gövde sertleştirme işlemi uygulanmamalıdır.

Gövdesel sertleştirilmiş dişlilerin göbek kısımlarında bulunan yüksek karbon oranı nedeni ile daha kırılgan, darbelere ve aşınmaya karşı daha dayanıksızdırlar. Bu dişlilerin sertliği 35-55 HRC arasında değişir.

YÜZEY SERTLEŞTİRME
Sadece dişli temas yüzeylerine uygulanan ısıl işlem ile yüzeylerde sert fakat iç kısımlarda nispeten yumuşak bir yapı sağlanmış olur. Böylece sert bir çalışma yüzeyi sağlanırken gövdenin iç yapısındaki elastikiyet muhafaza edilerek dişlinin zorlanmalara daha mukavim olması sağlanmış olur.
Yüzey sertleştirme için uygulanan metodların başlıcaları şunlardır.

  • Karbürleme ile sertleştirme
  • Nitrürleme yöntemi ile sertleştirme
  •  İndüksiyonla sertleştirme
  • Alevde sertleştirme

KARBÜRiZASYONLA SERTLEŞTİRME
Ağır iş makinalarında, haddehanelerde ve yüksek tork uygulanacak yerlerde kullanılacak dişlilerin yüzeyleri genellikle karbürleme yöntemi ile sertleştirilirler. Karbürüzasyonla sertleştirilecek malzemeler sementasyon çelikleri arasından seçilir.   

Karbürizasyonla Sertleştirme yöntemi basitçe şöyledir. 0.10% ila 0.25% C içeren çelikler çok yüksek oranda karbon (C) içeren ortamlarda 8700C ila 10000C arasında ısıtılırlar. Isıtma sırasında ortamdan karbon emen çelik ani soğutmaya tabi tutularak sertleşmesi sağlanır. Bu işlem sonunda yüzeyde karbonun 0.80% ila 0.90% arasında bir değere ulaşması amaçlanır. Yüzeydeki karbon oranı bu değerlerin dışında kalırsa veya yüzeyde istenen karbon oranına ulaşılmış olsa bile yüksek karbonlu yüzeyin derinliği  olması gerekenden az ise beklenen yüzey dayanımı ve aşınma direnci oluşmaz. Eğer bu derinlik olması gerekenden fazla olursa da dişler kırılgan bir yapıya sahip olur. Bunlardan ötürü Karbürizasyon ile sertleştirmede ortam sıcaklığı, karbon oranı ve süreler son dercede dikkatli kntrol altında tutulmalıdır.

Karbürizasyonla sertleştirilen yüzeylerde olması gereken sertlik 55 ila 60 HRC  arasında, iç kısımlardaki sertliğin ise 30 ila 40 HRC  arasında arasında olması beklenir. Sertlik derinliği ise 0.2 mm den 8 mm ye kadar sağlanabilir.

Karbürizasyon uygulanan tipik çelikler, AISI 1018, 4320, 5120, 8620 ve 9310 kalite çeliklerdir

(Bkz.Sementasyon çelikleri).

NİTRÜRLEME YÖNTEMİ İLE SERTLEŞTİRME
Nitrürleme yöntemi ile sertleştirme yöntemi Karbürizasyonla sertleştirme yöntemine benzer, ancak nitrürlemede dişliler azotca zengin bir ortamda ısıtılarak sertleştirilir. Nitrürleme yapılan ortam sıcaklığı 4950C ila 5650C arasında değişir.
Bu yöntemin en önemli avantajı hızlı soğutmaya gerek olmadığı için dişli boyutlarında değişim minimum seviyede kalır. Dezavantajı ise çok yüksek sertliklere ulaşıldığından diş yüzeyleri daha kırılgandır.

Nitrürleme ile sertleştirilen yüzeylerde sertlik HRC 65 ila 70 değerlerine kadar çıkabilir.
Sertlik derinliği 0.1 ila 0.65 mm arasında değişir.
Bu yöntem yüksek sıcaklıklarda çalışacak dişlilere uygulanır ve daha yüksek aşınma direnci sağlar.
Nitrürleme için kullanılan çelikler daha çok şunlardır; AISI 4140, 4150, 4340, 7140, 8640
 

İNDÜKSİYON BOBİNİ İLE SERTLEŞTİRME
İndüksiyon bobini ile sertleştirmede yüksek frekanslı alternatif akım vasıtası ile ısıtma sağlanır. Bu yöntemle dişliler 60 HRC sertliğe kadar sertleştirilebilirler. Bu yöntemin dezavantajı diş yüzeyleri çevresinde indüksiyon bobinini uygulamanın teknik olarak daha zor olmasıdır.

ALEVLE SERTLEŞTİRME
Bu yöntemde inüksiyon bobini yerine oksijen tüpü ile ısıtma sağlanır. İndüksiyon bobininin diş çevresine uygulama zorluğu olmamasına rağmen bu yöntemde ise homojen ısıtma daha zordur.

HANGİ DİŞLİLER HANGİ METODLA SERTLEŞTİRİLİR

Düz dişli, helisel dişli, sonsuz vida dişliler ve iç dişlilerin yüzey sertlikleri için indüksiyonla sertleştirme uygulanırken, konik dişliler, hipoid dişliler için ise karbürüzasyon veya nitrürleme yöntemi ile sertleştirme uygulanır. İndüksiyonla sertleştirmede sadece diş temas yüzeyleri ısıtılarak sertleştirilirken karbürüzasyon veya nitrürleme yönteminde tüm dişlinin ısıtılarak sertleştirilmesi gerekir. Diş sertlikleri 42 HRC ile 60 HRC arasında değişir.

SERTLİK DERİNLİĞİ (t) NE KADAR OLMALI

Diş yüzeylerinin sertleştirilme derinliği için pratik yaklaşım bölüm dairesi çapındaki diş kalınlığının 1/6 sı olmasıdır.

t = s/6  => t= 3.14*M/12       (t: sertlik derinliği, M: Modül)

Yukarıdaki pratik yaklaşımın yanı sıra dişliye uygulanan modüle göre ise sertlik derinliği aşağıdaki gibi belirlenir.

Karbürizasyonla sertleştirmede;

İndüksiyon veya alev ile sertleştirmede; t=0.3*M  

Nitrürleme ile sertleştirmede;                t= 0.1 mm-0.65 mm arasında olmalıdır. 

Siyanürle sertleştirmede (Cyaniding);     t= 0.4 mm olmalıdır

GERİ DÖN