Bilyalı dövme, metal malzemelerin yorulma ve gerilme kuvvetlerine karşı mukavemetlerini artırmak için mekanik bir metot olarak uygulanan yüzey işlemidir. Bu uygulama malzeme yüzeyine soğuk veya ılık seviyede yapılarak etkisini göstermesi beklenerek uygulanmaktadır. Bu etkilerin başında yüzey sertlik derecelerinin artması ve frezeleme sonrası malzeme içerisinde kalan artık kuvvetlerin ortaya çıkması ile şekil deformasyonu olması beklenmektedir. Havacılıkta uygulanma amacı ise mekanik tasarım esnasında tasarlanan materyalin tasarım gereği üzerine uygulanan kuvvetlere karşı materyal ömrünün artık kuvvetler sebebi ile azalmasını engellemeye çalışmaktır.
Bilyalı dövme; üretme ve şekil verme işlemlerinin ardından uygulanan bir yüzey işleme metodudur. İşlemde nozul aracılığıyla bir metal parça yüzeyi kapalı ortama, yüksek bağıl hızlı bilyalarla yüksek basınçlarda dövülmektedir. Bunun sonucunda metal yüzeyde iki eksenli kalıntı basma gerilmeleri oluşturulmakta, yorulma dayanımı arttırılmaktadır. Bilyalı dövme, bu işlemin gerçekleştirilebilmesi için kullanılan en az maliyetli işlemdir.
Temelde bilyalı dövme, yüzey özelliklerinin geliştirilmesi ve yüzeyin iyileştirilmesi işlemidir. Bu işlemle gerilmeli korozyon, yorulma, korozyon sebepli yorulma gibi durumlar karşısında metallerin mukavemet değeri arttırılmak istenmektedir. Dövme işleminin sağladığı pek çok avantaj ve fayda vardır. Bunların en önemlileri malzemelerin mukavemet değerinin artması, yorulma dayanımının artması, korozyon oluşumu ve hasarların azalması, yükün altında çatlakların oluşumunun azalması, işletme maliyetlerinin azalması ve malzeme ömrünün %30’dan fazla artmasıdır.
Bilyalı dövme işlemiyle birlikte metalik malzemelerde sertlik artmaktadır. Ayrıca yüzeyde ve yüzeyin altındaki basma nitelikli kalıntı gerilmeleri oluşmaktadır. Bu işlem, sıcaklığın farklı olduğu ortamlarda etkin bir şekilde uygulanabilmekte, yüke karşı mukavemet performansı ve yüzey özellikleri iyileştirilebilmektedir. İşlemin uygulanacağı yüzey üzerine küçük çaplı, farklı özellik ve yapılarda bilyalar fırlatılmaktadır. Bilyaların çarpma etkisiyle yüzey üzerinde enerji aktarımı olmaktadır. Atılan bilyalar, dövülme işleminin yapılacağı malzemeden daha yüksek bir mukavemet değerine ve sertliğe sahip olmalıdır.
Bilyalı dövme işleminde tek bir işlem değil, işlemler zinciri bulunmaktadır ve bilyalı dövme tezgâhı bir bütün şeklinde çalışmaktadır. Tank içerisinde bulunan çok sayıda bilya, nozul aracılığıyla ve yüksek bir basınçla, işlemin yapılacağı malzemenin özelliklerine ve işlemin amacına göre fırlatılmaktadır. İşlem, daha önceden belirlenmiş vuruş açısı, yüzey sarma oranı, yoğunluk, hız, bilya boyutu, tipi ve süre gibi faktörler çerçevesinde, kapalı bir tezgahta gerçekleştirilmektedir. Bilyaların hızı, malzeme üzerinde kalıcı bir deformasyon oluşturacak yoğunluk ve hızda olmaktadır. Yüzeyin tamamına dağılım yapmak için ya el yardımı ile kontrol edilmekte ya da otomatik robot kullanılmaktadır.
Bilyalı dövme, metalin yorulma ömrü ve mekanik karakteristiğini etkilemektedir. Deneysel çalışmalara göre bilyalı dövme; yorulma dayanımı, titanyum alaşımlar, yay çelikleri, yapı çelikleri üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Bilyalı dövme işleminin sonuçları yüzeyin sertlik değeri, yüzey sarma oranı, malzeme, bilya tipi, şekil ve hıza göre belirlenmektedir.
Bu işlemdeki en önemli kriter, malzeme yüzeyinde gerçekleştirilmek özelliklerin önceden belirlenmesi ve bu belirleme yapılırken malzemenin de özelliklerine dikkat edilmesidir. Yüksek çaplı bilyaların kullanılması ve dövme süresinin uzatılması, malzemenin ömrünü her zaman uzatmamaktadır. Malzeme, aşırı plastik deformasyonun sonucunda gevreklik yaşamakta, bunun sonucunda da ömrü kısalmaktadır. Farklı bilya hızı ve çapıyla farklı dayanım ve sertlik değerleri elde edilmektedir. Yüksek bir hızda fırlatılan bilyalar, çarpma hız ve açısına göre deformasyon miktarını belirlemektedir. Bu değişkenlerin etkisine göre malzeme yüzeyi sertlik ve mukavemet değeri kazanmaktadır.
Bilyalar malzeme yüzeyine çarptıktan sonra, çarpma etkisiyle bu bölgeler genişlemeye çalışmakta, yüzeyin altında yalnızca elastik deformasyon yaşayan bölgeler tarafından engellenmeye çalışılmaktadır. Bu nedenle yüzeyde ve altında kalıntı basma gerilemesi, iç kesimlerdeyse çekme gerilmesi oluşmaktadır. Çekme gerilmesi, yüzeyde çukurlar oluşturmaktadır. Basma gerilmesi ise yüzeyin altında bulunan metali eski haline getirmek için çabalamaktadır. Bu nedenle yüzeyin altında metal yüksek basma gerilmesiyle yüklenmektedir. Birbirinin üstünde çakışan çukurcukların altındaysa basma nitelikli kalıntı gerilme profili oluşmaktadır. Yüzeydeki kalıntı basma gerilme değeriyse, merkeze doğru indikçe azalmaktadır çünkü bilyanın dövme etkisi sınırlıdır.
Dövme işlemiyle; çeşitli üretim yöntemlerinin sonucunda, malzemede meydana gelen ve istenmeyen gerilmeler, malzemenin yüzeyinde eşit bir şekilde dağılmaktadır. Özellikle taşlanmış ya da tornalamış yüzeylerdeki etkisi büyüktür çünkü bu işlemlerle malzemenin yüzeyinde oluşan ve istenmeyen çekilme gerilmeleri, yararlı kalıntı basma gerilmelere dönüştürülmektedir. Bu işlem, istenmeyen gerilme birikimlerini oluşturan çap değişikliklerinde, yüzey hatalarında, kaynak yapılmış parçaların ısı etkisindeki bölgelerde ve keskin kenarlarda düşük mukavemete sahip malzemenin karbon kayıplarında etkiye sahiptir.
İşlemin uygulandığı yüzeyler, korozyona ve aşınmaya karşı dayanıklıdır ve mukavemet gücü uzun sürmektedir. Korozyon ve yorulma sonucunda oluşan hasarlar, yüzeyden merkeze doğru ilerlemekte ve yorulma hasarına yol açmaktadır. Malzemeyi etkileyen yükleri ve potansiyel yükleri matematiksel olarak toplamak mümkündür. Bilyalı dövme işleminin amacı, çekmeyle yüklenen malzeme yüzeyinde bir kalıntı basma gerilme oluşturmaktır. Bu gerilmelerle, yükleme ve çalışma koşullarına göre değişken yükler taşıyan yüzeylerdeki gerilmeler toplanabilmekte; kalıntı basma gerilmesinin seviyesine paralel bir şekilde malzeme ömrü de artmaktadır.
Bir yükün altında çalışan bağlantı pimleri gibi metaller, çekme gerilmelerine direk olarak maruz kalmakta, bu da yorulmanın temel noktasını oluşturmaktadır. Bilyalı dövmenin uygulandığı yüzeyin kalıntı basma gerilme potansiyeli ne kadar büyük olursa, yükün gerilme etkisi de o derecede minimuma indirgenmektedir. Kalıntı basma gerilmeleri sayesinde ani burkulma, eğme ve çevrimsel yüklerin sonucunda yüzey üzerinde çatlakların oluşması ve ilerlemesi engellenmekte, bu şekilde malzemenin performansı ve çalışma ömrü artmaktadır.
Günümüzdeki teknoloji sayesinde bilyalı dövme yöntemleri çeşitlenmiş ve gelişmiştir. Dövme işlemi, hem yüzeyde hem de iç kısımda boşlukları olan parçalarda yorulma mukavemetini arttırmak için kullanılabilmektedir. Bu şekilde metal hem içten hem de dıştan daha yüksek bir mukavemete sahip olmaktadır. Yüzey üzerinde uygulanan dövme işlemleri boşluk kısımlarda da uygulandığı zaman, sonuçlar daha olumlu olmaktadır.
Bilyalı dövme işlemi metalik malzemelerde birçok farklı uygulamalarda kullanılmakta ve literatürde yüzey işlemlerinde yer bulmaktadır.
Bilyalı dövme işlemi üst düzey yüzey işleme metodu olarak da kabul edilmektedir.
Bilyalı dövme işlemi metalik malzemelerden paslanmaz çeliğin östenitik ve ferritik hallerine de uygulanarak deneysel çalışmalar yapılmaktadır (Ming Chen, Huabing Liu, Liaobo Wang, Zhou Xu, Vincent Ji ve Chuanhai Jiang, 2018). Paslanmaz çeliğin östenitik ve ferritik hallerine bilyalı dövme işlemi yapıldıktan sonra mikro yapısındaki hareketleri gözlenmiştir.
Bilyalı dövme işlemi paslanmaz çelik 316 serisine farklı sürelerde uygulanarak ve daha sonra korozyon testi uygulanarak yüzey davranış hareketleri de gözlenmiştir. Dövme işleminden sonra malzemenin sertlik değerinin artması ile malzemenin gevrekliğinin de arttığını göstermiştir.
Bilyalı dövme işlemi paslanmaz çelik S32205 serisine uygulanarak mikro yapısındaki etkileri gözlemlenmiştir. Mikro yapıda meydana gelen bilyalı dövme iyileştirmesi mekanik özelliklerinin geliştiği gözlemlenmiştir.
SAF 2507 serisinde de aynı işlemler yapılarak etkiler gözlemlenmiştir. Deney sonucunda yüzeyde oluşan plastik deformasyonlar görüntülenmiştir.
Bilyalı dövme işlemi alüminyum serisi 7A85 malzemesine uygulanmış olup daha sonra korozyon testlerine sokularak malzeme yüzey davranış hareketleri de gözlenmiştir. Korozyon işlemi sonrasında malzemenin çözelti ile reaksiyona girmesi sonrasında yorulma deneyi yapılmıştır ve yorulma değerlerinin düştüğü gözlemlenmiştir.
Bilyalı dövme, bükme, burulma, sürekli olarak çekme ve basma yüklerine maruz kalan parçaların yorulma ömürlerinin uzamasına yardımcı olur. Bu işlem havacılıkta ve makina sanayisinde türbin diskleri, türbin bıçakları, konik dişliler, krank şatları gibi parçalara uygulama yapıldığı bilinmektedir.
Dövme işlemi, üretilen parçanın üretim metoduna göre üzerinde kalan artık gerilmeleri eşit şekilde dağılımını düzenlemek içinde yapılmaktadır. Bilyalı dövme bu etkisi ile talaşlı imalat sonrasında uygulanması durumunda yüzey şekillerinde, delik çaplarında ve parça geometrisinde geometri değişikliğine de sebep olmaktadır. Bilyalı dövme öncesi ve sonrası geometrik ölçüm değerlerinde değişiklik görülmektedir.
Bilyalı dövme yüzeyin metal bilyeler ile malzeme cinsine bağlı olarak seçilmiş bilya taneleri ve malzemesi ile bombardıman yapılmasıdır. Buradaki amaç yüzeyde bir artık kuvvet tabakası oluşturarak yüzey sertliği oluşturmaktır.
Yorumlar