MMOB MAKINA MÜHENDİSLERİ ODASI AYLIK YAYIN ORGANI

Transkript

1 UHENDİS «TMAKİNA emmuz 1997 Sayı : 450 ISSN MMOB MAKINA MÜHENDİSLERİ ODASI AYLIK YAYIN ORGANI % lı ı ftl -^p S4İMKM

2 fşfip 1 '"'"' t U c^ L L O- L LÜ. L ^ Dökme dilimli kazanıyla en az 20 yıl hiç sorun çıkarmaz. Bağımsız ısınma ve konfor sağlar. Mikrokompüter sistemi, iç ortam sıcaklığını dış ortamdaki değişimlere göre ayarlar. Ön ısıtmalı brülör, yakıtı yüksek verimle yakarak yüksek tasarruf sağlar. Her bütçeye uygun 79 ayrı modeli vardır. Demirdöküm Panel Radyatörlerle yüksek uyumludur. Yüksek ısıl güce sahiptir, yakıttan tasarruf sağlar. Dünyanın en gelişmiş yüzey kaptan^ teknolojisiyle boyandığından, korozyona, darbelere ve her türlü kimyasal etkiye kars dayanıklıdır. Az yer kaplar, şık ve dekoratiftir. 13 bar basınç altında teste tab tutulmaktadır. Montajı pratiktir. Zeminden beslemeli sistemlere de uygun zengin seçenekler ile 5 yıl garantilidir. Dökme dilimli kazanıyla en az 20 yıl hiç sorun çıkarmaz. * Bağımsız ısınma ve konfc sağlar. Mikrokompüter sistemi, iç ortam sıcaklığını dış ortamdaki değişikliklere gör ayarlar. Ön ısıtma!» brülör, yakıtı yüksek verimle yakarak yüksek tasarruf sağlar Her bütçeye uygun 79 ayrı modeli vardır. Demîrdöküm panel radyatörlerle yükse uyumludur. K o m fo i Kat kaloriferi ve şofben olarak görev yapar. Bağımsız ısınma sağlar. Yer kaplamaz, duvara asılır. Pilotlu veya elktronik ateşlemeli, bacalı ve hermetik tipleri mevcuttur. Doğalgaz veya LPG ile çalışır. Her türlü gaz, su, elektrik ve basınç emniyeti vardır. Çok uzun ömürlüdür, sessiz çalışır, yüksek verimlidir. 1 yıl garantilidir. Dökme dilimli kazanıyla en az 20 yıl hiç sorun çıkarmaz. Bağımsız ısınma ve konfc sağlar. Mikrokompüter sistemi, iç ortam sıcaklığını dış ortamdaki değişikliklere gör ayarlar. Ön ısıtmalı brülör, yakıtı yüksek verimle yakarak yüksek tasarruf sağlar. H< bütçeye uygun 79 ayrı modeli vardır. Demirdöküm panel radyatörlerle yüksek uyumludu

3 kaliteli ısıtma sistemlerini biz yapıyoruz" diyecek üyüz. Çünkü yüksek teknolojimiz ve bilgimiz, : tayan daha üstün sözlerle ifade edilmey UıaL e Otomatik ateşlemelidir. 5 ayrı emniyet stemi vardır. Şık ve dekoratiftir, Doğalgaz veya LPG ile çalışır, Baca nsörü ile donatılmıştır. Uzun ömürlüdür. DG Kat Kaloriferi Yüksek ısıl güce sahiptir, yakıttan tasarruf sağlar. Dünyanın en gelişmiş yüzey kaplama teknolojisiyle boyandığından, korozyona, darbelere ve her türlü kimyasal etkiye karşı dayanıklıdır. Az yer kaplar, şık ve dekoratiftir. 13 bar basınç altında teste tabi tutulmaktadır. Montajı pratiktir. Zeminden beslemeli sistemlere de uygun zengin seçenekleri ile 5 yıl garantilidir. Yüksek verimli, uzun ömürlüdür. Üflemeli olduğu için düzenli yanar, sessiz çalışır, havayı kirletmez. * Hava ile yakıtı en uygun oranda karıştırır. Yaşanılan ortamı kontrollü olarak ısıtır. Gereksiz yakıt tüketimini önler, ısarruf sağlar. Otomatik ateşleme sistemiyle bir düğmeye basarak, mavi levii, tam emniyetli ısınma konforu sağlar. Bacalı ve Hermetik modelleri levcuttur. Sağlam ve uzun ömürlüdür. Ayarlı termostatlı, basınç ayarlıdır. İçi tuğlalı, döküm gövdelidir. Isıyı uzun süre muhafaza eder. Önden ve üstten doldurmalıdır. Yüksek verimlidir. Uzun süre sönmeden yanar. Çift cidarlı modellerin yüzeyleri çift kat emayedir. ILİTE GÜVENCE BELCESİ (I saat TÜKETİCİ DANIŞMA S E R V İ S İ ÜCRETSİZDİR Q> DemirDöküm İ N S A N İ Ç İ N H E R Y E R D E Türk Demir Döküm Fobrikakın A.Ş. Pazarlama ve Sahi Grubu: Camlıca i; Merkezi, B2 Blok, Undan Mahallesi, Ayazma Caddesi, Küçük Camlıca 8H90 Üsküdar-istanbul, Tel: (0216) Faks: (0216) Adam Bkj. Sah* «M.: Ziyapasa Bulvarı Ser Apt, No: 27/A Adana, Tel: (0322) Ankara Ng. Sah» Mdj izmir Cad Kot Han 25/3 Yenisenir-Ankora, Tel: (0312) tuna Mg. Sofıt Md.: Yalova Yolu 5. Km. Bursa, Tel: [0224) (7 Hal), izmir ilg. Sah* Mi; 1200/3 Sakak Fİ Yero)eh«izmir, Tel: (0232] 45S Samsun lig. Sahf «M.: Ulugozi Moh. istiklal Cad. Ceril Apt. 32/A Som, Tel: (0362) İnttrMt: a>miraokum.com.lr

4 Birleşik Oksijen Sanayi A.Ş. ARGOS Gaz siparişi verirken, beklentilerinizin karşılandığından emin misiniz o Kaliteli "g Kaynak ^ Dikişi! Daha temiz bir kaynak elde <! Daha sağlam bir kaynak yaptlsbjalr iâ ' ; -«..=.-&.,.>! Daha az sıçrama sağlanabilir mi t ''V[ *:"! Enerjiden tasarruf edilebilir rai?! Kaynak telinden tasarruf edil! Daha iyi nüfuziyet sağlanabilir Jttİ! İhtiyaç duyulduğunda uzman çözümleniyor mu? Kaliteli Kaynak ; Dikişi Eğer çalılığınız firma yukarıdaki sorulara evet diyı firma ile çalışmaya başlamanın zamanı Birleşik Oksijen Sanay A.Ş. Merkez Tel: (KZ12) 274 OT 66 Geb» 1U: <K2fr2* 1 BOyOkdere caddesi 145/1 AygazHan Zlnciritku>u-İSTANBUL i ISO 9002 RWTÜV

5 Ooğalgaz Sobaları Döküm Dilimli Dogalgaz Kazanları Sıvı Yakıtlı Kat Kaloriferleri Genleşme Tankları Döküm Dilimli Dogalgaz Kazanları Dogalgazlı Kombiler Panel Radyatörler Gaz Brülörleri Motorin ve Yağ Brülörleri Döküm Dilimli Dogalgaz Kazanları Sirkülasyon Pompalan İşte yıllardır yaşadığınız mekanları hiçbir sorun çıkarmadan ısıtan Alarko Isıtma Sistemleri. Hepsi Alarko konfor teknolojisinin üstün birer ürünü. Çevreci, kaliteli, hesaplı... Ve hepsinde Alarko'nun deneyimli ve uzman bayilerinin montaj, servis farklılığı... Alarko daha nice yıllar sizi ve içinizi ısıtmaya devam edecek! 52!iO Tel: (0232) 4HD 2'J f/j PÜX F;ıks: (0232) 441 M 13 ADANA: Zıy.jp.ış L/A: Metin K;i!,fı[joylu C; ı Ku(,ukk;ıy,ı Sitesi A Blok No: 1/ ALARKO m^â KONFOR TEKNOLOJİSİ

6 I KAPASİTE m3/ Dak. BASINÇ bar GÜÇ KW. Sarmak Bakına İFt ADANA akitıa Tel Pbx. Fax.O İSTANBUL Tel Fax ANKARA Tel Fax İZMİR Tel Fax

7 MÜHENDIS Bmm TEMMUZ 1997 Sayı : 450 JULY1997 No : 450 İÇİNDEKİLER CONTEMS TEKNİK 11 YAZILAR AŞINMAYI ÖNLEMEDE ETKİLİ YÖNTEMLER : BOLUM-II : PLAZMA (İYON) NİTRÜRLEME The Effective Methods for Prevention of Wear Part II - Plasma (lon) Nitriding Nejat Y. SARI, Sabri AKAY, Erdinç KALUÇ 19 ÇİFT GEÇİŞLİ (CROSS-FLOVV) TÜRBİNLERİNİN MİNİ VE MIKRO HİDROELEKTRİK SANTRALLERDE KULLANILMASI Cross-flow (Bankı) Türbine Applications for Mini and Micro Small Hydro-Electric Power Systems Hayati OLGUN 24 ÇİNKO-ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI İÇİN MUKAVEMET ARTIRMA YÖNTEMLERİ The Most Suitable Strengthening Methods for Zinc-Alimlnum Alloys M. Şebnem TURHAL, Temel SAVAŞKAN 34 TANE SİLİSYUM KARBÜR KATKILI ALÜMİNYUM ALAŞIMI BAZLI KOM- POZİTLERİN AŞINMA DAVRANIŞI Wear Behaviour of Silicon Carbide Particulate Reinforced Aluminium Alloy Based Composites Ümit CÖCEN, Melih BELEVİ, Kazım ÖNEL 41 LEVHALI VE DÖNER TİP ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Comparison of Recuperative and Regenerative Heat Exchangers Tuğrul OĞULATA, Ayşe KÜÇÜK 48 YÜKSEK SICAKLIK FIRNLARNDA ENERJİ TASARRUFU - I SON GELİŞMELER Energy Saving Methods in High-Temperature Furnaces -II Recent Developments Orhan BÜYÜKALACA İLAN SAYFALARI DİZİNİ DEMİRDÖKUM B.O.S. ALARKO SARMAK İZOCAM- DOĞUŞ VANA- DOĞUŞ VANA- VİBRATEK MAKDOS ENELMAK - ÖZERSON- KANTHALL SİSTEM TEKNIK- PETNİZ ANTEL YILMAZ REDÜKTÖR- -64 DEMİRDÖKUM Ön iç Kapak S.T.F.A. Arka İç Kapak AYIN DOSYALARI 8 YENİ ÜRÜNLER 10 ODA'DAN HABERLER 31 BİLGİSAYAR DÜNYASI 40 GEÇMİŞE BAKIŞ 53 YENİ YAYINLAR 54 SEMİNER-KURS-SEMP. HAB. ARCTECH Arka Kapak Yayım Koşullan : Yazılar daktilo ile iki satır aralıkta iki kopya yazılmış olarak, sözcükten oluşan Türkçe ve ingilizce özeti, yazı başlığının İngilizcesi, yazarın kısa özgeçmişi, adresleri ve telefon numaralan ile birlikte Dergi Yönetim Yeri Adresi'ne gönderilme- Yazılar 12 daktilo sayfasını (yaklaşık 3000 sözcük) geçmemelidir. (12 daktilo sayfasını aşan yazıların 2 bölüm halinde birbirini izleyen sayılarda yayımlanabileceği düşünülerek bölümlere ayrılmış olarak gönderilmesi gerekir. Yazılarda kullanılan fotoğraflar net ve temiz olmalı, şekiller aydınger veya beyaz kağıda çini mürekkebi ile çizilmelidir. Yazılarda SI birimleri kullanılmalı, yazıların sonuna yararlanılan kaynakça eklenmelidir. Özgün ve derleme yazılardaki görüşler yazarına, çevirilerden doğacak sorumluluk ise çevirene aittir. Yazılar başka bir sürekli yayın organında yayımlanmış olmamalı, herhangibir toplantıda tebliğ olarak sunulmuş veya sunulacak ise bu açık olarak belirtilmelidir. Dergide yayımlanan yazılara bir dergi sayfası için, özgün ve derleme yazılarda TL., çeviri yazılarda TL. net ödeme yapılır. Dergideki yazılardan kaynak gösterilmek koşuluyla alıntı yapılabilir. Yazıların Değerlendirilmesi: Dergiye gönderilecek yazılar öncelikle Yayın Kurulu tarafından ön elemeden geçirilmekte daha sonra kurulun belirlediği uzmanlar tarafından değerlendirilmektedir. Uzmanların yaptığı değerlendirme sonuçları yazara da iletilecek, uzmanların önerdiği ve Yayın Kurulu'nun uygun gördüğü düzeltmelerin yapılması yazardan istenecektir. Bu düzeltmelerin yazar tarafından yapılması durumunda yazı yayımlanabılecektir.

8 MÜHENDİSİ^MAKİNA TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI AYLIK YAYIN ORGANI Temmuz / July 1997 Cilt/Vd: 38 Sayı / No : 450 Yönetim Yeri - Head Office Sümer Sokak 36/1-A Demirtepe - ANKARA Tel: (0-312) Fax: (0-312] MMO Adına Sahibi Publisher Mehmet SOĞANCI Sorumlu Yazı İşleri Müdürü Managing Editör Emin KORAMAZ Yayın Kurulu - Publishing Board Melih ŞAHİN Anıl KAREL Devrim Erinç ASLAN Utku TÜZÜNER Engin AYKOL Katkıda Bulunanlar Members-at-Large MMO İzmir Şube Yayın Sekreteri Publishing Coordinator Nilgün KARAKÜÇÜK Teknik Sorumlu Technical Manager Mehmet AYDIN İlan Sorumlusu Advertising Ftepresentative Ayten YILDIZ Nuray ÖZER (istanbul) Komisyon İlişkileri Redactor Şehnaz KAPLAN Dizgi Type Setting Ali Rıza FALCIOĞLU (MMO) Değerli Okuyucularımız,- Yaz aylarının bunaltıcı sıcaklığını yaşadığımız şu günlerde yeni bir sayımızla tekrar sizlerle birlikteyiz. Daha önce programlandığı gibi Nisan ayında başlayan özel sayılarımızla arka arkaya 3 özel sayı yayınladık. Oda adına şubelerce düzenlenen çeşitli kongre ve/veya sempozyumların potansiyelinden Mühendis ve Makina olarak yararlandık. Bu tür uygulamalardan amacımız hem Oda etkinliklerinin üyelere daha iyi aktarılmasını hem de dönem dönem yazı sıkıntısı çekilen dergimize değişik bir boyuttan kaynak yaratılmasını sağlamaktı. Hedef, şubelerin de katkılarının sağlandığı böyle çalışmaların sürekliliğinin olması. Bu ay dergimiz, yayın kuruluna ulaşan ve uzman değerlendirmeleri sonucunda yayınlanma kararı alman 5 makale ile karşınızda. Malzeme ve malzeme ile ilgili konuların ele alındığı, akademik ağırlıklı yazıların okuyucu açısından ilgi uyandırması umudunu taşıyoruz. Uygulamaya yönelik makale sıkıntısının sürekli güncelliğini koruduğunu da tekrar hatırlatmak istiyoruz. Ayın dosyaları adı altında beğeninize sunduğumuz köşelerin, akademik ağırlıklı makaleleri dengelediği görüşündeyiz. Siz okuyucularımızı dergimizle baş başa bırakmadan önce, 1994 yılı Temmuz ayı içerisinde aramızdan ayrılan TMMOB eski başkanlarından Sn Teoman ÖZTÜRK'ü ölümünün 3. yıl dönümünde saygıyla anmak istiyoruz. Ağustos sayımızda tekrar birlikte olma dileklerimizle. Saygılarımızla Mühendis ve Makina Yayın Kurulu Baskı Printed by Ceylan Ltd. Şti. Tel (0-312) TMMOB Makina Mühendisleri Yayın Organı olan Mühendis ve Makina Dergisi TMMOB'ye bağlı Odalann üyelerine, mühendislik eğitimi yapan öğrenci, araştırma ve öğretim görevlilerine yıllık abone bedeli -özel sayılar dahil- karşılığında gönderilmektedir. Dergimize abone olabilmek ve daha detaylı bilgi alabilmek için yukarıda verilmiş olan adresimize başvurabilir ya da telefon ve faksla bilgi alabilirsiniz.

9 3 mükemmel urun, 3 mükemmel çozum! İzocam Prefabrik Klima Kanalı, klima gürültüsünü önler, ısı izolasyonuyla çalışma performansını artırır. am Klima LeVnaSI, ısı ve ses izolasyonu amacıyla kullanılır. Havanın akışı sırasında ortaya çıkacak gürültüyü yutar, tesisatın sessiz çalışmasını sağlar. Klima ŞllteSI, ısı izolasyonunu sağlamak amacıyla kullanılır. Zamanla buhar yoğuşması ve izolasyonun bozulması tehlikesine karşı kesin güvence sağlar. SICAĞA - SOĞUĞA - SESE - YANGINA IZOCA/VV 3 > KHKiffi., (H»IK kkbuhmhmluh 0 AVI KATTI 0MO1I1UM 0HO1IIU İZOCAM TİCARET VE SANAYİ A.Ş. DANIŞMA MERKEZLERİ İSTANBUL Tel 1212) (8 kal) Faks (212) ANKARA Tel {312} Faks [312) İZMİR Tel {232) Faks (232) ' ADANA Tel (322) Faks (322) BURSA Tel (224) Fakı (224) ELAZIĞ Tel (424) Faks (424) ANTALYA Tel (242) Faks (242) GAZİANTEP Tel (342) Faks {342} Koç

10 YENİ ÜRÜNLER Hazırlayan : Nilgün KARAKÜÇÜK MMO Genel Merkezi PENCEREDEN GEÇEN KABLO Uydu antenleri ile alıcılar arasındaki bağlantıyı sağlayan kablolar genellikle duvardaki bir delikten geçerler. Glosslink, camın her bir yanına sırtsırta yapıştırılan modüller arasında RF sinyalleri göndererek delme işini ortadan kaldırıyor. Glasslink, hem tek, hem de çift camlı pencerelerde kullanılabiliyor. Duruma göre Fiyatı 89$ ve 119$ olarak değişiyor. Multiplex Technology, 3001 Enterprise st. Brea CA TICARI TILTROTOR Klasik bir özel uçak görüntüsünde olmasına rağmen, Bell Boeing 609 bir helikopter. BB609, Bell Helikopter ve Boeing firması tarafından üretilen askeri V22 Osprey Tiltrotorun ilk ticari versiyonu olacak. BB609, 9 yolcu taşıma kapasitesinde. Dikey olarak yükselebiliyor ve çatı gibi dar alanlara inebiliyor. Bu yeteneklerinin yanı sıra yolculuk menzili normal helikopterlerin iki katı. Uçak 1999'da üretilmeye başlanacak. Bell Helicopter Textron Box 482, Fort Worth TX KUMANDA MERKEZI Artık bir klavyenin masanın üzerinde kordonunun yetişebileceği bir uzaklıkta durması gerekmiyor. Bu iki parçalı klavye, standart bir büro sandalyesinin kolluk kısmına monte edilen bir sistem üzerine ÇıKıŞ HAVASı Scuba dalgıçları dalma mağazasına giderek tanklarını Brovvnie'nin Third Lung TFC-36 ile kendileri doldurabilecek. Kompressör, 2.5 beygir güçlü Honda motorundan oluşuyor. Birleşik ünite, hava filtresi, nem ve karbon monoksit monitörlerini de içeriyor. Fiyatı : 4300$ Brovvnie's Third Lung, 940 N.W. First st Fort Lauderdale FL konuyor. Bu klavye sabit pozisyonda yazı yazma zorunluluğunun getirdiği stresi ortadan kaldım * Popüler Science Dergisi'nden çevrilmiştir. 8 Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450

11 YENİ ı ÜRÜNLER ÇÖZÜNEBILIR YAĞ VE SOĞUTUCU KARıŞTıRıCıSı Force-Flo karıştırıcısı, soğutucu akışkan, sentetik ve çeşitli kimyasal ürünleri su ile otomatik olarak ve üniform şekilde ve istenen oranda karıştırıyor. Karıştırıcı, bu işlemin elle yapılmasına göre 10 kat daha hızlı çalışıyor ve yaklaşık her ay için ÜSTÜN PERFORMANS Performans bakımından Ferrari F550 Maranello'yu geçmek zor olacak. 479 beygir gücündeki V12 motoru arabayı sadece 4.6 saniyede 60 mph hıza ulaştırıyor. Ön tarafa monte edilen motor, ön / arka arasında ağırlık dağılımını dengeleyerek Maranello'nun daha çevik, daha kullanışlı ve konforlu olmasını sağlıyor. Çevik kontrol sistemi gücü kontrol altında tutuyor. Araba için $ ödeyebilen biri için yakıt masrafı fazla önemsenecek bir miktar değil; çünkü araba 100 km'de yaklaşık 21 İt benzin yakıyor. CEP KAYNAKÇıSı %25'e varan akışkan tasarrufu sağlıyor. Korozif olmayan malzemeden yapılan karıştırıcı da hareketli parçalar bulunmuyor. Pirinç, nikel kaplama ve paslanmaz çelik seçenekleri yanısıra dolum hızına göre dakika da 3 ve 10 galonluk modelleri de bulunuyor. Force-Flo, Inc. P.O. Box Cleveland, OHIO 44124, ABD Tel : , Fax : 216' Kaynak uygulamaları için önemli bir veri tabanı olan ve özellikle hesap makinası büyüklüğündeki bir bilgisayar için yapılmış program şimdi MS-DOS ve Windows ortamında da çalışabilecek. Kullanımı çok kolay olan program, 1200 çeliğin mekanik-kimyasal özellikleri, uluslararası çelik gösterimleri, önerilen elektrotlar, uygun kaynak parametreleri, ön ısıtma gibi bilgilere kısa zamanda erişimi sağlıyor. Pocketvvelder aynı zamanda yabancı kaynak standartlarını ve gösterimlerini ingilizce ve metrik sisteme dönüştürülen uluslararası kaynak çevirmeni. Pocketvvelder PC programının fiyatı 149$. Cebe sığabilecek büyüklükteki taşınabilir bilgisayar ise 349$. VVelcomp Inc. P.O Box 81625, Cleveland, OH 44181, ABD Tel : , Fax : UÇAN DAIRE Mucit Jack M. Jones, patentini aldığı -10 cm'lik radyo kontrollü dairesel kanatın, 600 cm boyutunda tek motorlu bir uçak olacağını umuyor. Kaldırma kuvveti ön tarafa daha fazla kanat alanı koyarak artırılıyor ve söylendiğine göre tasarım düşük hızlarda denge sağlıyor. Motor ve pervane ring içine monte ediliyor. 872 Jim Sterr Rd. Nevvman GA Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450 9

12 ODA'DAN HABERLER yıllan arasımda TMMOtf başkanlığı yapan çr Teoman ÖZTÜ^K'ü ölümünün 3. yılında saygıyla anıyoruz. JliçkUı yaman UiçlUtyy y file dütâu, inaaçu ve haaal A/e c&iasıeu, ati/ıemci, onunu file ölen oe ömünülm. anhada^lamnc me^a/ılana J\te (OoJİla/iMU, yalni^lufa, ü file de ievai, ncu^ia^m oe AlusAİmadan oe ^beninden dutfa/vah oe Onaçla oe hasuvdddzla yaladı, Vehimdi ya, haianu^a top/taya cjömemeifecek hendiuni uau, andan*, oe aotaı i oe inaçlasu tfx^aoah Vehimdi \ feütün ölen oe öldüsıülen afikada^lci/ı OİİU Önusum <bwi de tafyupup, aötünecek gelecekteki cufâuılk oe aüyel aünufte 10» Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450

13 Teknik YÜKSEK SICAKLIK FIRINLARINDA ENERJİ TASARRUFU - II** SON GELİŞMELER Orhan BUYUKALACA* Ö Z E T Bu çalışmada yüksek sıcaklık fırınlarının ilaha verimli çalışması için uygulanan alışılagelmiş sistemlere ilave, olarak son yıllarda üzerinde çalışılan bazı yeni yöntemler ele alınmıştır. Bu yöntemlerde esas amaç fırın içerisinde taşınım ve ışınımla ısı transferini artırarak fırın verimini iyileştirmektir A T in this paper, some recent developments m additıon to the conventional energy saving methods in high-temperature furnaces hav e been outlmed. The new methods maınly uim to enhance the conveetive and radiatıve heat transfer whhin the furnace GIRIŞ Bu makalenin birinci bölümünde, öncelikle endüstride kullamlan fırınlarda ısı kayıplarının nasıl oluştuğu belirlenmiş ve daha sonra bu kayıpları en aza indirerek fırın ısıl verimini artırmak için alınabilecek tedbirler ve kullanılan sistemler e!e alınmıştır. Bu sistemlerin iyileştırilebilmelerı için günümüzde bazı a lışmalar yürütülebilmekle birlikte, teknolojik ve ekonomik nl.nak hemen hemen sınıra ulaşılmış durumdadır ve bu sistemlerdi çok daha fazla gelişim beklenmemektedir [1]. Anc-ık son yıllarda bu alışılagelmiş sistemlerden ayrı olarak yeni bazı yöntemin uzerırd^ ıa lışmaktadır. Bunların birçoğu daha araştırma düzeyinde olup labara tuvar şartlarında denenmektedir. Makalenin bu ikinci bölümünde bu yem gelişmeler ele alınmıştır. Endüstride kullanılan fırınlarda. yanma sonucu oluşan alev ve yanma ürünlerinin sıcaklığı yüksek olduğundan fırın içerisinde ısı transferi esas olarak ışınımla mı \Ja na gelmektedir. Bu sebeple yeni. yöntemlerin çoğu fırın içerinindi. ışınımla ısı transferini artırmak amacını gütmektedir. Böylelikle atık ısı geri kazanım sistemi kullanılması bile bu sisteme gönden len enerjinin en aza indirilmesi mümkün olacaktır. FıRıN İÇ CIDAR ISıL YAYıNıM KATSAYıSıNıN ARTıRıLMASı Birinci bölümde de değinildiği gibi düşük ısıl kapasiteleri v< kolay bakım ve tamirat gibi avantajları sebebiyle günümüzde fırınlar da yaygın olarak kullanılmaya başlanan seramik fiberler, tınnlaıda kullanılan mevcut yalıtım malzemeleri arasında sağlık açısından en fazla tehlike oluşturan malzemelerdir. Seramik fiberler açıkta kullanılmaları (sıcak yüzeylerde astar malzemesi gibi) durumunda "cristobalite isimli bir madde oluşturmaktadır ve bu madde I Hıı.- lararası Kanser Araştırma Enstitüsü tarafından kansere yol açmas: muhtemel maddeler sınıfında değerlendirilmektedir. Bu sebeple önümüzdeki yıllarda seramik fiberlerin kullanımına (özellikle sı.j.ık yüzey astar malzemesi olarak) bazı smırlandırılmalarm getirilmesi beklenmektedir [2]. ingiltere'de Biritish Gas tarafından yapılan bir araştırmada mm iç cidar malzemesi ısıl yayınım katsayısının artırılmasıyla belb. k(. şullarda fırın veriminde önemli artışların elde edilebileceği görülmüştür. Seramik fiber malzemelerin 4 um den düşük dalga boylarında düşük ışınım yayma katsayılarına (<0.3) sahip olduğu bulunmuş tur[3]. Hem seramik fiberlerin sağlık açısından muhtemel zaıadarını ortadan kaldırmak, hem. de daha yüksek ısıl yayınım katsayılar: na sahip oldukları düşüncesiyle fırın iç cidarının gözenekli seramik levhalar ile kaplanması üzerinde bazı araştırmalar yapılmaktadır. ; Çukurova Üniversitesi. Mühendislik Mimarlık Fakültesi. Makiııa Müh. Bölümü Mühendis vo Makina - Cilt : 38 Sayı :

14 Teknik Bu araştırmaların ilk basamağını fırın iç ortam koşullarına uygun ve yüksek ısıl yayınım katsayısına sahip gözenekli seramik malzemelerin elde edilmesi oluşturmaktadır. Günümüzde istenen ısıl, kimyasal ve mekanik özelliklere sahip gözenekli seramik üretecek teknoloji mevcut olmakla birlikte alumina, zirconia, mullite ve cordierite gibi malzemelerden daha ucuza gözenekli seramikler üretecek yeni metodlar üzerinde çalışmalar devam etmektedir. YÜKSEK HıZLı ISıTMA Özellikle doğal gaz gibi temiz ve kaliteli bir gaz kullanılarak ısıtılacak kütleyi hızlı bir şekilde ısıtmak mümkündür. Bu amaçla ya yüksek hızlı brülörler kullanarak doğrudan jet çarpması oluşturulabilir veya fırının iç yapısı ısıtılacak kütlenin şekline uydurulabilir. Böylelikle yanma sonucu açığa çıkan gazlar ile ısıtılacak kütle arasındaki taşınımla ısı transferi artırılabilir. Şekil l'de şematik olarak gösterilen sistemde alüminyumun ısıl işleminde kullanılan bir fırın içerisine yerleştirilen levha ile yanma ürünleri ısıtılacak kütle üzerine yönlendirilmiş ve taşınımla ısı transferi artınlmıştır[4]. yakıt 1 hava ısıtılacak kütle Şekil 1 : Fırın içerisinde konveksiyonla ısı transferinin artırılması Yüksek hızlı brülörlerde yanma işleminin hemen hemen tamamı brülör çıkışında tamamlandığından, brülörü terk eden yanma gazlarının hızı 250 m/s ye kadar ulaşabilir[5]. Klasik düşük hızlı sistemlerde yük üzerinde mevcut durağan smır tabaka ve yanma ürünlerinin ışmım yayma katsayısının düşük olmasmdan dolayı taşınımla ısı transferi katsayısı çok yüksektir. Ayrıca yüksek bir hıza sahip olduklarından yanma sonucu açığa çıkan gazlar ısıtılacak kütle etrafında çok iyi bir sirkülasyon oluşturarak, kütlenin düzenli bir şekilde ısınmasını sağlarlar. Yüksek hızlı brülörler çok kısa bir sürede (5 ile 10 dakika) istenilen sıcaklığa ulaşabildiklerinden, aralıklı olarak ısıtmaya ihtiyaç duyulan işletmelerde sadece ısıtmaya ihtiyaç duyulduğu anda çalıştırılarak büyük 12 Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450 enerji tasarrufu sağlayabilirler. Ayrıca yüksek hızlı brülor kullanılan fırınlarda ısı transferi doğrudan yanma ürünlerinden ısıtılacak kütle olduğundan, brülöre gönderilen hava ve yakıt miktarı kontrol edilerek ısıtma kontrol edilebilir. Bu da otomasyon gerektiren işletmelerde fırın kontrolünün kolaylıkla yapılabilmesini mümkün kılar. Bu tür ısıtıcılar esas olarak metallerin (demir içeren ve içermeyen) ısıtılmasında kullanılmakla birlikte yüksek ısı akım şiddetine ve yüksek gaz hızına dayanabilecek diğer malzemeler için de kullanılabilir. Yüksek hızlı brülörler çelik kütüklerin ısıtılması amacıyla kullanılan endüstriyel fırınlarda denenmiş ve atık ısı geri kazanımı olmadığı durumlarda bile fırın ısıl veriminin %40 mertebesine kadar çıktığı görülmüştür[5]. EGSOZ GAZLARıNıN ISıSıNDAN FıRıN IÇERISINDE YARARLANMA Bir fırın içerisinde, yanma ürünlerinden taşınım veya ışınımla ısı transferini artıran her türlü metod atmosfere atılacak olan egsoz gazının sıcaklığını düşürür. Yukarıda taşınımla ısı transferini artıracak yöntemler ele alınmıştır. Ancak taşınımla ısı transferini artıracak özel bir düzenlemenin yapılmadığı fırınlarda taşınımla ısı transferi, fırın içerisindeki toplam ısı transferinin küçük bir oranını (<%10) oluşturduğundan, taşınımla ısı transferini artırarak elde edilebilecek olan verim artışı ışınımı artırarak elde edilebilecek olan verim artışının yanında çok fazla önemli olmayacaktır [6]. Hem konveksiyon hem de ışınımı içeren bir yöntem, fırın içerisine yanma ürünlerinin akış yönüne dik, geçirgen, gözenekli katı bir levhanın yerleştirilmesidir [7]. Gözenekli malzeme yeterli bir optik kalınlığa ve içerisinden geçen gaz ile arasmdaki taşınımla ısı transferi katsayısının yüksek olduğu bir yapıya sahip olmalıdır. Bu noktalar dikkate alındığında gözenekli levha seramikten, paketlenmiş küreciklerden, katmanlı elek şeklinde düzenlenmiş tellerden oluşmuş olabilir. Gözenekli levha gazdan taşınımla ısı alırken aynı zamanda ışınımla ısı yayar ve saçar. Bu yüzden gözenekli malzemeyi terk eden gazın sıcaklığı gelen gazın sıcaklığından daha düşük olur. Böylelikle, yanma ürünlerinin duyulur ısısının bir bölümü geriye fırın cidarlarına ve ısıtılacak kütleye

15 Teknik a) akışkan çıkışı akışkan girişi C) gözenekli levha > gözenekli levha V egzoz egzoz b) gözenekli levha V Şe/c/7 2 : Egsoz gazlarının enerjisinden fırın içerisinde faydalanma yakıt»t"h"::^ T TU hava egzoz akışkan girişi > vakit hava yönlendirilmiş ve dolayısıyla da kullanılabilir enerjiye çevrilmiş olur. Şekil 2'de bu yöntemin petrokimya endüstrisinde çelik ısıtmak amacıyla kullanılan fırmlarda (Şekil 2-c) uygulanışı şematik olarak gösterilmiştir. Yapılan çalışmalar bu tekniğin fırınlara uygulanması durumunda, daha yüksek ısıl verim ve ısıtma oranı ile birlikte fırın içerisinde daha düzenli bir sıcaklık dağılımının elde edilebileceğini ortaya koymuştur. Bu ise sonuçta kullanıcıya daha az egsoz gazının atmosfere atılması ve kalite düşükhığünden dolayı kabul edilmeyen ürün sayısında azalmaya, dolayısıyla da malzeme geri kazammında ve yeniden işlemede daha az enerji tüketimine yol açacaktır. Bu konudaki araştırmaların birçoğu Japonya'da Echigo ve grubu tarafından gerçekleştirilmiştir (8-12). Ayrıca Duckers ve arkadaşları da [6], İngiltere'de bazı araştırmalar yapmışlardır. Bu araştırmacılar doğal gaz ile çalışan bir fınn içerisine gaz akış yönüne dik olarak değişik gözenekli levhalar yerleştirmişler ve fırın tabanındaki çelik kütükleri ısıtarak deneyler yapmışlardır. Bu deneyler sonucunda kullanılan gözenekli levhanın gözenekliliğine ve fırının çalışma koşullarına bağlı olarak, atmosfere atılan gaz sıcaklığında 150 C ye kadar varan bir azalma ve ısıtılan çelik kütüklerde belirli bir sıcaklığa %22 ye varan oranlarda daha kısa bir sürede ulaşıldığı görülmüştür. Ayrıca, kazanılan enerji miktarı dikkate alındığında gözenekli levhanın yerleştirilmesinden doğan basınç düşümünün önemli olmadığı belirtilmişti t (6,7). İlk olarak yaklaşık 50 yıl önce ortaya atılan bu fikir (14, 15) son yıllara kadar uygulamaya geçirilmemiştir. Sadece Japonya'da bazı endüstriyel fırınlarda uygulanmış ve fırın türüne bağlı olarak %10 ile %30 arasında değişen oranlarda enerji tasarrufu sağlanmıştır [13]. Şefc/V 3 : Gözenekli malzeme içerisinde yanma ile fırın ısıl veriminin artırılması QÖZENEKLI MALZEME İÇERISINDE YANMA Gaz yakıt kullanan fırınlarda ısıl verimi artırmada umut veren gelişmelerden birisi de yanma işleminin gözenekli bir malzeme içerisinde gerçekleştirilmesidir. Yanma sonucu açığa çıkan ısıl enerji gözenekli malzemenin ısınmasını sağlamakta, ısınan malzeme de ısıl ışınım yayarak ısıtılacak kütleyi ısıtmaktadır (Şekil 3). İçerisinde yanma işleminin gerçekleştirileceği mal- Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı :

16 Teknik hava Şekil 4 : Işınım esaslı basit (a) ve reküperatif (b) tüp ısıtıcılar bacay taze hav; yakıt Şekil 5 : Işınım esaslı tüp ısıtıcılarda ışınımın artırılması zeme seçilirken, yanma işlemi esnasında herhangi bir reaksiyona girmeyecek özelliklere sahip olmasına dikkat edilmelidir. Bu amaçla kullanılabilecek malzemeler içerisinde en uygun olanı yüksek sıcaklığa dayanabilmeleri, ısıl genleşme ve oksidasyon gibi problemlerinin olmayışından dolayı seramik malzemeleridir [6]. Gözenekli malzemeler içerisinde yanma düşüncesi yeni olmamakla birlikte, malzeme ve özellikle seramiklerdeki son gelişmeler bu sistemleri tekrar gündeme getirmiş ve bu konuda yeni bazı araştırmaların başlamasına yol açmıştır [5]. IŞıNıM ESASLı TÜP ISıTıCıLAR Endüstride bazı ısıtma işlemlerinin kontrollü bir atmosferde yapılması zorunluluğu vardır. Bu amaçla kullanılan dolaylı ısıtma fırınlarından bir tanesi de ışınım esaslı tüp ısıtıcılardır. Bu tür ısıtıcılarda fırının durumuna göre tüp değişik şekillerde olabilmektedir. Doğrusal (Şekil 4-a ve 4-b), U (Şekil 5) veya W yaygın olarak kullanılan türlerdir. Metalik tüpler yaklaşık 900 C sıcaklığa kadar kullanılabilmesine rağmen, daha yüksek sıcaklıkların söz konusu olduğu durumlarda seramik malzemelerden yapılmış tüpler kullanılmalıdır. Şekil 4-a'da gösterildiği gibi bir basit ışınım esaslı tüp ısıtıcıda, tüpün bir ucuna brülor yerleştirilmiştir ve egsoz gazları acaya tüpü diğer uçtan terk ederler. Atmosfere atılan gazların enerjisinden faydalanabilmek için reküperatif olarak imal edilmiş tüpler de mevcuttur. Böylece bir ısıtıcı Şekil 4-b'de şematik olarak gösterilmiştir. Egsoz gazları sistemi terk etmeden önce, reküperatörde taze yanma havasını belirli bir sıcaklığa kadar ısıtarak fırın ısıl verimini bir miktar artırırlar, işletme parametrelerine bağlı olarak değişmekle birlikte, reküperatif ışınım esaslı bir tüp ısıtıcının verimi doğrusal tüplerde yaklaşık %70-%80, U şekilli tüplerde ise %20-%50 mertebesindedir^]. Işınım esaslı tüp ısıtıcılarda yanma sonucu açığa çıkan alev ve gaz, tüp içerisinden geçerken konveksiyon ve ağırlıklı olarak ışınımla ısı transferinden dolayı tüpün ısınmasını sağlarlar. Sıcaklığı artan tüp de yine ışınımla (ve az miktarda taşınımla) ısıtılacak yükü ısıtır. Ancak özellikle yakıt olarak doğal gazın kullanılması durumunda, yanma sonucunda alev içerisinde çok az miktarda kurum oluştuğundan alevden tüpe ışınımla ısı trensferi iyi değildir [17]. Kontrollü bir ortamda ısıtmayı sağlamaları, tüp boyunca sıcaklığın yaklaşık sabit olması ve reküperasyona elverişli olmalarından dolayı tercih edilen ışınım esaslı tüp ısıtıcılarda özellikle ışınımla ısı transferini artırabilmek amacıyla son yıllarda bu sistemler üzerinde bazı iyileştirme çalışmaları yapılmaktadır. Önerilen sistemlerin biri tüp içerisine, eksen boyunca yüzey alanı artan kanatçıklı metal bir parçanın ilave edilmesidir. Diğer bir yöntem ise yanma işleminden önce hava-yakıt karışımı içerisine küçük soy parçacıkların ilave edilmesi ve daha sonra egsoz gazından ayrıştırılarak tekrar kullanılmasıdır [17]. Birinci yöntem ile belirli bir başarı elde edilmiş olmakla birlikte ikinci yöntemin uygulanması pratik değildir. Tüp ısıtıcılarda özellikle ışınımla ısı transferini iyileştirmek için önerilen yöntemlerden en başarılısı tüp içerisine gözenekli geçirgen bir malzeme- 14 Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450

17 nin yerleştirilmesi olmuştur. Böylelikle hem alevden tüpe hem de reküperatif tiplerde egsoz gazından taze yanma havasına ışınımla ısı transferi iyileştirilebilir. Model bir fırında gerçekleştirilen deneysel bir çalışmada, tüp içerisine gözenekli seramik malzemelerin yerleştirilmesiyle ışınımla ısı tansferinin 5 kat iyileştiği ve bunun ayrıca NOx yayınımında da %30 lara varan azalmayı beraberinde getirdiği görülmüştür (17). Pratikte daha yaygınlaşmamış olan bu uygulamanın belki de tek örneği laponya'da Daido Steel firması tarafından çelik tavlama fırınlarında gerçekleştirilmiş ve başarılı sonuçların elde edildiği bildirilmiştir [18]. SONUÇ Endüstriyel fırınların ısıl verimlerinin düşük olmasındaki en büyük faktör belirli bir miktar enerjinin bacadan egsoz gazlarıyla birlikte dışarı atılmasıdır. Bu enerjiden faydalanmak üzere fırınlara atık ısı geri kazanım sistemleri ilave edilmektedir. Bu sistemlerin başlıcaları reküperatörler, reküperatif brülörler ve rejeneratörlerdir. Bu sistemlerin uygulanmasıyla fırın ısıl verimini artırmak mümkün olmakla birlikte, büyük ve pahalı sistemler olduklarından ancak büyük ölçekli işletmelerde ekonomik olmaktadırlar. Bu sebeple ideal olan yanma sonucu açığa çıkan gazların enerjisinden mümkün olduğunca fırın içerisinde faydalanılarak atık ısı geri kazanım sistemine gönderilen enerjinin en aza indirilmesidir. Bu amaçla fırın içerisinde ışınım ve taşımınla ısı transferini artıracak yeni bazı sistemler üzerinde çalışılmaktadır. Bunların başında da gözenekli seramikler gelmektedir. Gözenekli seramikler cidar malzemesi veya yanma ortamı olarak kullanılmaları durumunda fırın içi ışınımı artırmakta ve ayrıca bacaya gönderilmeden önce egsoz gazlarının önüne yerleştirilmeleri durumunda egsoz gazlarının enerjisini geriye fırın içine ve ısıtılacak kütleye yönlendirmektedirler. Günümüzde daha araştırma düzeyinde olup endüstriyel fırınlarda yaygın olarak kullanılmamakla birlikte önümüzdeki yıllarda gözenekli seramiklerin fırınlarda kullanımının yaygınlaşacağı beklenmektedir. ** YÜKSEK SICIKLIK FIRINLARINDA ENERJİ TASAR- RUFU konulu bu makalenin I. Bölümü olan KLASİK YÖNTEMLER Haziran 1997, 449. Çevre ve Enerji Özel Sayısında Yayımlanmıştır. KAYNAKÇA 1. Onishi, Y. and Watanabe, N. and Echigo, R., "Application of Thermal Energy Converter Technology to Industrial Furnaces in Chemical Industry", High Temperature Heat Exchangers (Ed: Y.Mori, A.E. Sheindlin, N. Afgan), Hemisphere Pub.Co.,1986. Teknik 2. Energy Efficiency Office, "Guıdc No. 164: Energy Efficıent Operation of Kilns in the Ceramıc Industries", Energy Efficiency Office, Jackson, f.d. and Yen, C.C., Measurements of Total and Spectral Emissivities of Some Ceramic Fibrc Insulation M.ıterials", Ceramıcs in Energy Applications Confercncc, Instıtute of Energy, Kapros, T., Solyom, J. and Török, I., "Convectıve Heat Transfer Analysisat Industrial Furnaces", International Symposı um on Transient Convectıve Heat Transfer, Fassbender, A.G., McGee, MJ. and Yanase, Y., "Energy Effıcı ent Industrial Technology in Europe and lapan", Noyes Data Co., Duckers, J.G., Tucker, R.J. ve Dale, S., "The Use of a Perm e - able Ceramic for Radiatıon Enhancement in a Gas-Fired Furnace", Proc. of the Conference on Ceramıcs in Energy Applications, Wang, K.Y. ve Tien, C.L., "Thermal Insulation in Flovv Systems: Combined Radiatıon and Convection Through a Porous Segment", Transactions of ASME, J.Heat Transfer, Vol. 106, pp , Tucker, R.J., "Advances in Radıation Transfer for Gas-Fııcd Furnace Design", IMechE Conference Transactions, 4th UK National Conference on Heat Transfer, Echigo, R., "Effective Energy Conversion Method Between Gas Entalphy and Thermal Radiation and Application to Industrial Furnaces", Proc.of 7th Int.Heat Transfer Conference, Echigo, R., Ilanamura, K., Yoshizawa, Y. and Tomimure, T., "Radiative Heat Transfer Enhancement to a Water Tubc by Combustion Gases in Porous Medıa", Proc. of International Symposium on Heat Transfer, Echigo, R.Hanamura, K., Yoshizawa, Y. ve Tomimura, T., "Radiative Heat Transfer Enhancement to a VVater Tube by Combustion Gases in Porous Mcdia", Proc. of Int. Syposiıım on heat Transfer, Vol. 3, Hasegawa, S., Fukuda, K and Echigo, R., "Improvemcnt of High Temperature Heat Exchanger Efficiency by Inserted Wire Net Layers", High Temperature Heat Exchangers (Ed: Y. Mori, A.E. Sheindlin, N. Afgan), Hemisphere Pub.Co., Echigo, R., "High Temperature Heat Transfer Augmentation, High Temperature Heat Exchangers (Ed: Y.Mori, A.E. Sheindlin, N. Afgan), Hemisphere Pub. Co., Anderson, R.H., Gunn, D.C. and Roberts, A.L., Use of Perme able Refractories for Furnace Construction", J.Inst. Fuel, Anderson, R,H., Gunn, D.C. and Roberts, A.L., "Further Experience for the Use of Permeable Refractories in Furnace Construction", J.Inst. Fuel, Sathe, S.B., Peck, R.E. and Tong, T.W., "A Numerıcal Analysis of Heat Transfer and Combustion in Porous Radiant Tubes", Int. Journal of Heat and Mass Transfer, Goeckner, B.A., Helmich, D.R., McCarthy, T.A., Arinez, J.M., Peard, T.E., Peters, J.E., Brewster, M.Q., and Buckius O., "Radiative Heat Transfer Augmentation of Natural Gas Flames in Radiant Tube Burners with Porous Ceramic Inserts 11, Experimental Thermal and Fluid Science, Ishida, J., Oguri, Y. and Maruno, Y., "New Continuous Anne aling Furnace for Specialty Steel Wire Rods", Proc. of the 54th Annual Convention of The Wire Associatıon International, Inc.", Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı :

18 Teknik AŞINMAYI ÖNLEMEDE ETKİLİ YÖNTEMLER : BÖLÜM - II : PLAZMA (İYON) NİTRÜRLEME**** Nejat Y. SARI*, Sabri AKAY**, Erdinç KALUÇ*** Ö Z E T Yüzey mühendisliği yöntemleri malzemelerin kullanım özelliklerini iyileştirmek için geliştirilmiştir. Nitrürasyon işlemi, aşınma ile mücadele için yüzey malzemesinin kimyasal bileşimi ve mikro yapısının her ikisinin de birlikte değiştiği difüzyon yöntemlerinden olup, yaygın olarak kullanılmaktadır. 19. yy'm başlarında geliştirilen plazma nitrürleme ile diğer nitrürleme yöntemlerine göre daha fazla avantajlar elde edilmektedir. T Surface engineering processes are developed for improving the functionality of materials. Nitriding is generally used for tribological purposes. in this process, the composition and the microstructure of the surface can be changed. Especially, plasma nitriding has more advantages than other nitriding processes that is was developed at earlier of 19th century. GIRIŞ Mühendislikte aşınma ile mücadele için iki amaç hedeflenmektedir. Bunlardan birincisi malzeme yüzeyinin aşınma direncini arttırmak diğeri ise, malzeme yüzeyinin sürtünme davranışını düzeltmektir. Dönüşüm sertleşmesi veya erimeyi izleyen hızlı soğuma ile kimyasal bileşim değiştirilmeksizin malzeme yüzeyinin mikroyapısı değiştirilebilir. Zıt olarakta, difüzyon işlemleri yardımıyla kimyasal bileşim ve mikro yapının her ikisi de değiştirilebilir (Şekil 1). Bu yöntemler ile kimyasal bileşimdeki ve mikro yapıdaki kimyasal değişiklikler kaçınılmaz olarak sınırlı olup, birçok amaç için tamamen farklı malzemelerden kaplamalar da uygulanabilmektedir (1). Kimyasal Bileşim Değ şmez I Dönüşüm Yüzey Sertleşmesi Ergitme Yüzey Değişimi Termokimyasal Yöntemler Yüzey Mühendisliği I Kimyasal Bileşim Değişir Şekil 1 : Modern yüzey işlemleri (1). Kaplama ve Anotlama Yöntemleri iyon Implantasyon Yüzey Kaplama Ergitme Yöntemleri Buhar Fazı Yöntemleri Dönüşüm sertleşmesi yöntemleri: Alev ile sertleştirme, yüksek frekans elektrik endüksiyon ısıtma (endüksiyon sertleştirme), lazer ışını sertleştirme ve elektron ışmı sertleştirme; Yüzey eritme yöntemleri: Lazer ve elektron ışmı ile yüzey eritme,- Termokimyasal yöntemler: Karburizasyon, karbonitrürasyon, nitrürasyon, nitrokarburizasyon, borlama ve krom kaplama,- Kaplama ve Anodlama Yöntemi: Elektrolitik kaplama; Eritme Yöntemleri: Kaynak ve ısıl püskürtme; Buhar Fazı Yöntemleri: CVD ve PVD (buharlaştırma, püskürtme ve iyon kaplama) yöntemleridir (1). Yüzey işlemleri ve kaplamalar, yüzey sertleştirme işlemleri olarak isimlendirilen mühendislik ve bilim dalları arasındaki uzlaşmadır. Kısaca, bir yüzey mühendisliği yöntemi, malzemenin kullanım özellikleri iyileştirmek için geliştirilmiştir. Bu yöntemler, malze- * Arş. Gör. Y. Müh., KO.Ü., Mühendislik Fakültesi, Makina Müh. Böl. ** Öğr. Gör. Y. Müh., KO.Ü., Kaynak Teknolojisi Araştırma, Eğitim ve Uygulama Merkezi- *** Doç. Dr. Müh., KO.Ü., Kaynak Teknolojisi Araştırma Eğilim ve Uygulama Merkezi. 16 Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450

19 Teknik menin korozyon direncini, aşınma direncini, yorulma mukavemetini, fiziksel özelliklerini, estetik görünümünü veya bunların bileşimi olan özellikleri iyileştirmek için kullanılabilir. Yüzey mühendisliği, bir kaplama tekniği veya diğer bir deyişle yüzey özellikleri kazandırma tekniğinden başka, imalat prosedürü ve parça tasarımını da içermektedir (2). DIFÜZYON YÖNTEMLERI ILE YÜZEY SERTLEŞTIRME Difüzyon ile yüzey sertleştirme yöntemlerinde, malzeme yüzeyinde kimyasal değişmeler oluşmaktadır. Parçanın yüzey ve yüzey altı bölgesine sertleştirme elementlerinin yayınımın (difüzyon) sağlamak için bir miktar ısıya gerek duyulduğundan yüzey sertleştirmede kullanılan temel işlem termokimyasaldır. Difüzyon yolu ile sertleştirme yöntemleri karbon, azot veya bor gibi sertleştirme elementlerinin ve parça yüzeyine bu elementleri göndermek ve işlemek için kullanılan yöntemlerin değişik çeşitlerini içermektedir. Bu yöntemler ile doğal olarak farklı sertlik ve sertlik derinliği üretilir. Çeliğin cinsi, istenilen sertlik ve sertlik derinliği belirli bir difüzyon yönteminin uygunluğunu etkileyen yöntemlerdir (3). Günümüz mühendisleri çok sayıda difüzyon ile sertleştirme yönteminin sağladığı üstünlükten yararlanırlar. Difüzyon ile yüzey sertleştirme işlemleri özellikle çeliklerin kullanım alanlarının artmasında çok etkili yöntemlerdir (Tablol). Birçok tasarım mühendisi karburize edilmiş ve sertleştirilmiş çeliğin aşınma ömrünün sertleştirilmemiş çelikten daha iyi olduğunu bilmektedir. Ancak uygulamada daha az kullanılan difüzyon ile yüzey sertleştirme işlemlerinde de aynı durumun elde edildiğini pek fazla bilmemektedirler. Örneğin nitrürlenmiş çeliğin, çeliğin aşınma direnci karburize edilmiş çelikten daha yüksektir. Ancak tasarım mühendisleri karburizasyon işlemini ve onun aşınma davranışını daha iyi bildiğinden karbürleme işlemi daha sık kullanılmaktadır. Oysa, nitrürleme ile yüzeyi sertleştirilmiş çelik kullanılması durumunda karbürlemeye veya bilinen yüzey sertleştirme işlemlerine kıyasla belirgin aşmma ömrü iyileşmesi ortaya çıkmaktadır (4). Nitrürleme (Nitrürasyon) Nitrürleme işlemi CTC gibi düşük sıcaklıklarda yapılmaktadır. Bu sıcaklıklarda karbonlu çelikler ferritiktir. Nitrürleme işlemi Al, Cr, Mo, Ti ve V gibi nitrür oluşturan elementleri içeren çeliklere uygulanmaktadır. Nitrürleme işleminde, çelik yüzeyindeki atomik azot iç kısımlara doğru yayınır ve genellikle 5-15 mm boyutunda çok ince nitrür çekiltileri oluşturmak için reaksiyona girer (1). Nitrürleme işleminde %0,l-6 miktarlarındaki azot bileşimlerinde Fe 4 N kristal yapılı y-nitrürler, %6'dan daha fazla azot miktarlarında ise e-nitrürler Ç I w 600 I J/l 1h oluşmaktadır, y ve e nitrürlerden oluşan bileşim tabakası "beyaz tabaka" diye isimlendirilmektedir. Bu tabaka pullanma biçiminde aşınmaya yol açtığı için kalınlığının pek fazla olması arzu edilmez (1,3,5). Nitrürlenmiş çeliğin yüzey yapısı, içerdiği alaşım elementlerinin türüne, yoğunluğuna, işlem zamanına ve sıcaklığa bağlı olarak iki bölgeden oluşmaktadır (Şekil 2). Ancak bazı nitrürleme yöntemlerinde bileşim tabakasının oluşumu tamamen önlenebilmektedır. Difüzyon bölgesinin sertliği Al, Cr, Mo, Ti, V, Mn gibi nitrür oluşturan elementler ile belirlenirken bileşim bölgesinin sertliği ise alaşım bileşeni ile etkilenmemektedir. Sertlik derinliği, sıcaklık ile artmakta ancak alaşım miktarları ile azalmaktadır (6). j 1 ü 1 ^ v i \ 1 \! \ Ofc lııı- I DMtayon : ^ Seröik derinliği ^ Şekil 2 : Nitrürlenmiş çeliğin mikrosertlik profili (6) Nitrürlenmiş çelikler genellikle Al, Cr, V, Ti ve Mo gibi güçlü nitrür oluşturan elementler içeren su verilmiş ve temperlenmış orta karbonlu çeliklerdir. Yaklaşık %1 Al içeren alaşımlı çelik ile (Nitralloy) çok ıyı sertlik elde edilmektedir. Aynı zamanda Ti ve Cr'da yüzey sertliği kazandırmaktadır, ancak sertlik derinliği alaşım bileşenindeki artış ile azalmaktadır. Şekil 3 de %0,35C, %0,30Si, %0,70Mn içeren bir çeliğin 520 C'de 8 saat nitrürlenmesınden sonra alaşım elementlerinin sertliğine olan etkisi (Şekil 3a) ve 400HV'de ölçülen nitrürleme derinliği (Şekil 3b) görülmektedir. i NI Cr Alaşım miktarı (%) a â. I V\TI N Cr O l Alaşım miktarı (%) b Şekil 3 : Nitrürleme işleminden sonra alaşım elementlerinin, sertliğe ve nitrürleme derinliğine etkisi (3). Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : i

20 Teknik Tablo 1 : Difüzyon İşlemlerinin Tipik Özellikleri (3). Yöntem Yöntemin Esası İşlem Sıcaklığı, C Yayınma Derinliği Tabaka Sertliği HRC Uygulandığı metaller Yöntem Karakterestİkleri Karburizasyon Kutu Gaz Sıvı Vakum Karbon yayınımı Karbon yayınımı Karbon ve azot yayınımı Karbon yayınımı um-1.5mm 75jım-1.5mm 50f^m-1.5mm 75nm-1 5mm 5f> Karbonlu ve az alaşımlı çelikler. Karbonlu ve az alaşımlı çelikler. Karbonlu ve az alaşımlı çelikler. Karbonlu ve az alaşımlı çelikler. Düşük ekipman maliyeti, sertlik derinliğinin hassas kontrol zorluğu. İyi sertlik derinliği kontrolü, sürekli çalışma için uygun, iyi gaz kontrolü gereksinimi, tehlike riski. Kutu ve gaz yöntemlerinden daha hızlı, tuz düzenleme problemi olasılığı, tuz banyolarının sık sık bakım gereksinimi. Mükemmel işlem kontrolü, parlak parçalar, gaz karburizasyondan daha hızlı, yüksek ekipman maliyeti. Nitrürleme Gaz Tuz İyon Azot, azot bileşikleri yayınımı Azot, azot bileşikleri yayınımı Azot, azot bileşikleri yayınımı nm-0.75mm 2.5nm-0.75mm 75 im-0.75mm Alaşımlı çelikler, nitrürasyon çelikleri, paslanmaz çelikler. Dökme demirler. Alaşımlı çelikler, nitrürasyon çelikleri, paslanmaz çelikler. Nitrürasyon çelikleri ile oldukça sert tabakalar, su verme gerekli değildir, düşük çarpılma, işlem yavaş. Genellikle 2Sum'den düşük ince sert tabakalar için kullanılır, beyaz tabaka yok. Gaz nitrüriemeden daha hızlı, beyaz tabaka yok, yüksek ekipman maliyeti. Karbonitriirleme Gaz Sıvı Ferritik nitrokarbüneme Karbon ve azot yayınımı Karbon ve azot yayınımı Karbon ve azot yayınımı um-0.75mm nm nm 50-65(a) 50-6S(a) 40-60(a) Karbonlu çelikler, az karbonlu alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler. Karbonlu çelikler. Karbonlu çelikler. Karbürlemeden daha düşük sıcaklık ve daha sert tabaka sertliği, gaz kontrolü önemli. Kritik olmayan parçalarda ince tabaka sertliği için iyi, tuz miktarı düzenleme problemleri. Düşük karbonlu çeliklerde ince tabakalar için düşük çarpılma işlemi. Diğerleri Aluminyumlama CVD ile Silisyum Kaplama CVD ile Krom Kaplama Titanyum Karbür Kaplama Borlama Alüminyum yayınımı Silisyum yayınımı Krom yayınımı C, Ti ve TiC bileşimleri yayınımı Bor ve bor bileşimi yayınımı (a) Ostenitleme sıcaklığından itibaren hızlı soğutma gereklidir 25,um-1 mm 25^ım-1 mm 25-50nm um um < Az karbonlu çelikler<30; yüksek karbonlu çeliklerde >70(a) 40->70 Karbonlu çelikler. Karbonlu çelikler. Karbonlu çelikler. Alaşımlı çelikler, takım çelikleri. Alaşımlı çelikler, takım çelikleri, kobalt ve nikel alaşımları. Yüksek sıcaklıklarda yüksek oksidasyon direnci. Korozyon direnci ve aşınma direnci için, atmosfer kontrolü önemlidir. Krom kaplanmış az karbonlu çelikler paslanmaz çeliklere göre daha ucuzdur, krom kaplama yüksek karbonlu çeliklerde daha yüksek korozyon direnci sağlar. Aşınmaya direnç için ince karbür (TiC) tabaka oluşturur, yüksek sıcaklık çarpılmaya neden olabilir. Sert bileşim tabakası oluşturur, ençok sertleştirilmiş takım çeliklerine uygulanır, yüksek işlem sıcaklığı çarpılmaya neden olabilir. 18 Mühendis ve Makina - Cilt : 38 Sayı : 450