Rulmanlı yataklardaki aşınma ve yorulma mekanizmalarının incelenmesi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, rulmanlı yataklardaki aşınma ve yorulma mekanizmalarını incelemek amacıyla yeni bir deney düzeneği tasarlanarak imal edildi. Söz konusu deney düzeneğinde, tek sıralı sabit bilyalı rulmanların aşınma ve yorulma davranışları farklı yük, mil hızı ve yağ debisi şartlarında incelen di. Sözü edilen rulmanların çalışma sıcaklıklarının, radyal yüke, yağ debisine ve devir sayısına göre değişimleri belirlendi. Deney rulmanları ışık (optik) ve elektron metalografisi, X-ışınları mikroanaliz yöntemleri ve mikrosertlik ölçümleriyle incelendi. Yapılan deneylerde, yağlama yağının ve rulmanların çalışma sıcaklıklarının uygulanan yük ve mil hızı ile doğru orantılı, yağ debisi ile ters orantılı olarak değiştikleri gözlendi. Yüksek hızlarda çalışan rulmanlı yataklarda, ilk hasarın kafeste meydana geldiği gözlendi. Ağır yük, yüksek mil hızı ve yetersiz yağlama gibi aşırı şartlar altında çalışan rulmanların elemanlarında bazı yapısal değişimler ile aşınma ve yorulma belirtilerine rastlanıldı. Söz konusu değişimlerin, rulman elemanlarının yüzeylerinde sert ve gev rek bir martenzit tabakası ile bunun altında yer alan aşırı menevişlenmiş martenzit bölgesinin oluşumuna neden oldukları görüldü. Söz konusu yapısal değişimlerin, metal-metal sürtünmesi ile meydana gelen aşırı ısınma ve soğumadan kaynaklandığı sonucuna varıldı. Rulmanlı yatak elemanlarının yüzeylerinde meydana gelen yapısal değişimlerin, elemanlar arasındaki sertlik dengesini bozarak, aşırı aşınmaya ve hasara yol açtığı gözlendi. Bunlardan başka, rulmanların iç bilezikleri ile yuvarlanma elemanlarının yüzeylerinin altında, kayma gerilmelerinin en büyük değere ulaştığı derinlikte, siyah dağlama bölgeleri içerisinde uzayarak yönlenmiş yapılar ile bazı kalıntıların etrafında kelebek şeklini almış dönüşüm ürünlerine rastlanıldı. Söz konusu yapısal değişimlerin gerilme etkisiyle meydana geldikleri ve çatlak oluşumuna neden oldukları sonucuna varıldı. Yapılan değerlendirme sonucunda, rulmanlı yataklarda yüzeyde ve yüzey altında meydana gelen yapısal değişimlerin aşınma ve yuvarlanma yorulması mekanizmalarını hızlandırarak, söz konusu yatakların çalışma ömürlerini önemli ölçüde kısalttıkları belirlendi. Anahtar Kelimeler: Rulmanlı yataklar, aşınma, yuvarlanma yorulması, yatak deney düzeneği. IV

In this study, a new bearing test rig was designed and built to investigate wear and fatigue mechanisms in rolling bearings. Wear and fatigue behaviour of a number of ball bearings were investigated under different operating conditions of loading, speed and lubrication. The temperature of the bearings were monitored as a function of radial loading, rotational speed and oil supply rate. Microstructure of the bearing components were investigated using optical light and electron metallography, X-ray microanalysis techniques and microhardness measurements. The temperatures of both bearings and lubricating oil were found to be proportional to the applied radial load and rotational speed of the shaft, but inversely proportional to the oil flow rate. It was also observed that, at high speeds the failure of the bearings started from the cage. Microstructural changes were observed in the surface material of the bearings operated under extreme running conditions. These changes resulted in the formation of a hard marten- sitic layer and a overtempered martensite on some surface areas of the bearing components. Thus, It was concluded that the observed structural changes, related to thermal effects can upset the hardness balance between the bearing components and result in excessive wear leading to failure. In addition, some stress-induced structural changes including band formation in dark etching regions, and butter fly formation around non metallik inclusions were observed in both rolling elements and inner rings of the bearings at the depths to maximum shear stresses. These subsurface, microstructural changes resulted in initiation of cracks. It was concluded that, the observed structural changes and initiation of cracks may seriously shorten the life of the rolling bearings by accelerating the rolling contact fatigue. Key words: Rolling bearings, wear, rolling contact fatigue, bearing test rig.