OTOMOBİL MOTOR PARÇALARININ İMALATINDA KULLANILAN MALZEMELER VE HASAR MEKANİZMALARI
HANİFİ KÜÇÜKSARIYILDIZ*, NURULLAH GÜLTEKİN**
*Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, KARAMAN **K.K. Astsubay MYO, BALIKESİR
ÖZET
Otomobil motor parçalarının imalatında kullanılan malzeme seçimlerinde birçok faktör vardır. Bunların başında motorun çalışma basıncı ile çalışma sıcaklığı gelir. Motor parçalarının üretiminde kullanılan malzemeler, yüksek çalışma basınç ve sıcaklığına dayanıklı olmasının yanında, ucuz ve temininin kolay olması da gerekmektedir.
Bu çalışmada, motor üretiminde kullanılan bazı parçaların malzemeleri ile ekonomik ömürleri sonunda meydana gelen aşınmaları, ele alınmıştır.
Çalışma sonucunda sıcaklığın ve yüksek basıncın malzeme seçiminde önemli olduğu, ancak maliyet ve temin edilebilme kolaylığının ise kısıt olduğu görülmüştür.
Anahtar kelimeler: Motor, malzeme, dayanım, hasar mekanizması. ABSTRACT
Used in the manufacture of automobile engine parts there are many factors in material selection. Foremost among these comes of the working temperature and pressure of the engine. The materials used in the production of engine components, in addition to being resistant to high operating pressure and temperature, are also required to be cheap and easy to provide.
In this study, some of the parts used in the manufacture of engine materials and corrosion occurring at the end of their economic lives, are discussed.
As a result of temperature and high pressure to be important in the choice of materials, but the constraints of cost and convenience to be obtained was found.
Keywords: Engine, materials, resistant, damage mechanism. 1. Silindir Bloğu Malzemesi ve Hasar
Mekanizması
Silindir bloğu karmaşık yapısı dolayısıyla ancak dökümle elde edilebilir. Bu yüzden yapımında kullanılacak malzemenin iyi dökülebilir olması ve döküm kalıbını tamamen doldurabilmesi için ince cidarlı olması gerekir.
Silindir bloklarının üretilmesinde genellikle bu özellikleri iyi derecede karşılayabilen serbest grafitli dökme demir ve yaprak grafitli dökme demir kullanılır. Ağırlığı fazla olmayan bu dökme demirler, ufak titreşimleri yok eder. Paslanma ve çürümeye karşı dayanıklıdırlar.
Silindir bloğu genelde çok arıza yapan bir parça değildir. Geçmiş yıllardaki motorların blokları genelde iki arızadan dolayı değiştirilmekteydi. Bunlardan birincisi; biyel kolunda kırılmadan
dolayı kırık parçanın motor bloğuna çarparak bloğu kırmasıdır (Şekil 1). İkincisi ise eski motorlarda blok tapası olmamasından dolayı antifriz katılmayan aracın kış mevsiminde motor suyunun donarak genleşmesi ve bloğu çatlatmasıdır. Bazı önden çarpmalı kazalarda kazanın büyük olması durumunda kazanın bloğa zarar vermesi ile blokta arıza oluşur.
2. Silindir Gömleği Malzemesi ve Hasar Mekanizması
Dökme demir içten yanmalı motorlarda en yaygın olarak kullanılan silindir malzemesidir. Sert karbür parçaları aşınma dayanımını arttırmakta ve grafit parçalar katı yağlayıcı görevi yapmaktadır. Alüminyum motor blokları standart dökme demir bloklara göre motor ağırlığının ve büyüklüğünün düşürülmesi, silindir aralıklarının azaltılması ve ısı transferi özelliklerinin iyileştirilmesi gibi birçok üstünlüğe sahiptir. Ancak alüminyum silindir yüzeyleri soğuk çalışma ya da ısınma gibi fakir yağlama koşullarında yapışma ve dolayısıyla aşınmaya sebep olmaktadır. Dökme demir gömlekler tribolojik özellikleri nedeniyle silindir bloğuna preslenerek ya da motor bloğu içinde döküm olarak kullanılmaktadır. Bazı sınırlı uygulamalarda Nikasil ya da nikel seramik gibi sert kaplamalar da kullanılmaktadır. Alüminyum silindir yüzeylerinin katı yağlayıcı ve aşınmaya dayanıklı malzemelerle kaplanması motor performansı, ömür ve maliyet açısından birçok üstünlük getirecektir. Son yıllarda silindir yüzeylerinin termal sprey ve plazma sprey tekniğiyle kaplanması ve bu kaplamaların sürtünme ve aşınma özellikleri önemli bir araştırma konusudur.
Çalışma sonucu silindir yüzeyleri krepaj, çatlaklık, parlaklık, aşınma, çizik gibi arızalar oluşur.
3. Piston Malzemeleri ve Hasar Mekanizmaları Pistonlar karmaşık yapısı nedeniyle özellikle döküm yöntemiyle imal edilirler. Bu yüzden piston malzemesi kolay dökülebilir ve dökümden sonra işlem gerektirdiğinden kolay işlenebilir olmalıdır.
Motorlu araçlarda kullanılan pistonlar genellikle gri dökme demirden, yumuşak dökme çelikten, alüminyum alaşımlarından, bazı dizel motorlarında olduğu gibi krom nikelli çeliklerden veya hadde demirinden yapılır.
Piston arızalarının başlıcaları; segman yuvalarının bozulması, piston yüzeyinin aşınması, çizilmesi, sıyrılıp kazınması, piston başının yanması ya da delinmesi (Şekil 2), piston eteğinin pim yuvasının ya da segman setlerinin kırılmasıdır. Pistonla birlikte çalışan segmanlarda da benzer arızalar görülür. Segman yuvalarının bozulması, yüksek ısı, fazla basınç, araya giren pislik ve segman boşluğunun azlığından ileri gelir.
Şekil 2. Piston Başında Erime
4. Segman Malzemeleri ve Hasar Mekanizmaları Segmanlar genellikle gri dökme demirden yapıldığı gibi, çelik alaşımlarından yapılanları da vardır. Bu malzemeler iyi bir sürtünme yüzeyi teşkil ettiği gibi, motorda meydana gelen, yüksek sıcaklık ve yüksek basınca karşı koyarak uzun zaman esnekliklerini kaybetmeden görevlerini başarı ile yapmaktadırlar.
Motorun uzun süre çalışması sonucu silindirler ve segmanlar aşınır. Özellikle segmanlar sızdırmazlık görevini yapamazlar. Ayrıca yağ sıyırma işlemini de tam olarak gerçekleştiremezler. Motorda kompresyon ve dolayısıyla güçte azalma görülür. Motor yağ yakmaya başlar. Yağ yakan motorun egzozundan mavi duman gözlenir.
5. Piston Kolu Malzemesi ve Hasar Mekanizmaları
Piston Kolları genellikle çelik alaşımlarından presle dövülerek yapılır ve bir seri işlemlere tabi tutularak imal edilirler. En yaygın olarak kullanılan çelik alaşımı ıslah çeliğidir. Islah çeliği, %0,35-0,6 C içeren kaliteli bir asal çeliktir.
Piston kolu malzemesi olarak Ck 35 yaygın olarak kullanılır.
Çalışmış biyellerde, genellikle eğiklik, burukluk, pim yuvası urcunda aşınma, biyel yatağı yuvasında şekil bozukluğu, kırılma, kep civata ve somunlarında diş sıyrılması gibi arızaları görülür (Şekil 3). Bu arızalar, genellikle yanma sonucu oluşan ani darbeler, dengesizlik ve atalet kuvvetlerinden, gerecin iş gerilmelerinden, dengesiz ve gereğinde fazla sıkma, yanlış montaj ve ayar, hatalı onarım, yetersiz pim ve yatak boşluğu gibi nedenlerden ileri gelir. Biyellerin kontrol ve düzeltilmesi, genellikle pistonla ya da biyel ve piston pimi ile olur.
Şekil 3. Piston- Biyel Hasar Mekanizması
6. Krank Mili Malzemesi ve Hasar Mekanizmaları
Genellikle tek parça halinde, döküm veya dökme yöntemi ile bazı hallerde de parçalı olarak imal edilirler. Kalıpta dövülerek imal edilen krank milleri tavlanmış ve nitratlanmış çelikten yapılırlar. Döküm krank milleri ise küresel grafitli dökme demirden imal edilirler.
Krank millerinde meydana gelen hasarlar; aşınma (oval, konik, normal), çizik, yanma, sarma, çatlaklık, eğilme ve kırılmadır (Şekil 4).
Şekil 4. Kırık Krank Mili Görüntüsü
7. Silindir Kapağı Malzemeleri ve Hasar Mekanizması
Emme-egzoz portlarıyla su kanalları ve yanma odalarının bulunduğu karmaşık yapıdaki silindir kapağı, ancak döküm yöntemiyle yapılabilmektedir. Çok güç koşullarda çalışan bu parçaların basınç ve ısı değişimlerine dayanması için içerisine bazı katık maddeler de katılır. Silindir kapaklarının üretiminde bloklarda kullanıldığı gibi serbest grafitli dökme demir ve yaprak grafitli dökme demir kullanılır. Silindir kapağında yiv ve korozyon, eğiklik ve çatlaklık gibi hasarlar oluşur.
8. Kam Mili Malzemeleri ve Hasar Mekanizması Yüksek aşınma direnci ve ortaya çıkan titreşimlere karşı yüksek sönümleme özelliği ile birlikte iyi işlenebilirlik yeteneği kam mili malzemelerinde aranan önemli özelliklerdir.
Kam milleri genellikle döküm yoluyla; küresel grafitli dökme demir, siyah temper döküm, kokil döküm malzemelerinden elde edilirler. Şekil 5’te eğiklik kontrolü görülmektedir.
Kam mili muyluları, aşırı ve dengesiz yüke maruz kalmadığından aşınma az olur. Eğer aşınma fazla olursa, muylularda standarttan 0,02-0,05 mm küçük yataklar kullanılarak, aşıntının sakıncaları önlenir. Bu mümkün olamadığı taktirde kam mili değiştirilmelidir. Kam mili, genel yenileştirme sırasında ya da kuşku duyulduğunda, aşıntı, eğrilik, eksenel gezinti, çatlaklık ve diğer arızalar yönünden kontrol edilmelidir.
9. Supap Malzemeleri ve Hasar Mekanizması Emme supabı yüksek alaşımlı krom silisyum çeliği X45CrSİ93 ve 0,45 % C X45CrSİ kullanılarak üretilirler. Malzeme içerisinde bulunan Karbon (C) malzemeye dayanım ve sertlik katar. Krom (Cr) ise dayanımın, sertliğin yanı sıra yüksek sıcaklık dayanımını ve korozyona karşı dayanımı artırır. Silisyum (Si) malzemenin dayanımını, elastikiyetini, kayma özelliğini ve korozyona dayanımı artırır.
Egzoz supabı yüksek alaşımlı krom mangan çeliği X53CrMnNiN219 0,53% C kullanılarak üretilirler. Mangan (Mn) malzemenin dayanımını, akma sınırını, sertlik derinliğini artırırken, Nikel (Ni) malzemeye dayanım, sertlik ve korozyona dayanıklılık kazandırır.
Egzoz supapları iki metalli supap olarak yapılırlar. Supap başı Cr-Mn çeliğinden (yüksek sıcaklık dayanımı) imal edilirken, supap sapı da Cr-Si çeliğinden (iyi kayma özellikleri) yapılır. Supaplar zamanında açılıp kapanmakla yanma odasına karışımın alınmasını ve yanmış gazların atılmasını sağlayan ve zor şartlarda çalışan motorun en önemli parçalarından birisidir. Zamanla aşınmış, yanmış, çatlak ve oyuklar oluşmuş, eğilmiş supaplar görevini yerine getiremezler. Büyük oranda kompresyon kaçağına sebep olurlar. Kompresyon kaçağı ise motor veriminin düşmesine neden olur.
10. Motor Yatağı Malzemeleri ve Hasar Mekanizması
Motorlarda genellikle kalay-kurşun esaslı yataklar, bakır-kurşun yataklar, alüminyum alaşımlı yataklar ve çok katlı yataklar kullanılmaktadır. Motor yataklarında ise yatak erimesi, yatak yorgunluğu, korozyon ve aşınma gibi arızalar meydana gelmektedir.
11. SONUÇ
Bu çalışmada, otomobil motorlarında kullanılan malzemeler ve bu malzemelerin hasar mekanizmaları üzerinde durulmuştur. Sonuç olarak malzeme teknolojisi ne kadar gelişirse gelişsin insan hatalarından kaynaklanan sorunları bertaraf edememektedir. Örnek verecek olursak; yağ lambasının yandığını fark etmeyen bir sürücü aracı kullanmaya devam ettiğinde, yağsız çalışan motor kısa bir sürede yatak saracaktır. Sonuçta araç sahibi dolaylı yönden kendini maddi zarara uğratmış olacaktır. Bundan dolayı malzeme teknolojisinin gelişmesi yanında kullanıcıların bilinçli olması ve aracın bakımı zamanında yapmaları gerekir.
KAYNAKLAR
1. Bayraktar, B., Çetin, U., Ertuğrul, E., 2004. İçten yanmalı motorlarda kullanılan malzemeler. Gazi Üniversitesi, lisans tezi, 89, Ankara
2. Baydur, G., 1986, MEB. Yayınları, Malzeme, İstanbul.
3. ÇINAR, C., 2005, Gazi Üniversitesi TEF Makine Eğitimi Otomotiv makine işlemleri ders slaytları.
4. Çetinkaya, S., Motor Tasarımına Giriş, 1998.
5. Erdoğan, Mehmet, Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri, 2002.
6. GGG Üretim Teknikleri Seminer Notları, İstanbul, 1999.
7. Staudt, W., 1995 . Motorculukta Metal Tekniği, Ankara, ajans-Türk matbaacılık, s:322, s:464, Ankara, MEB yayınları.
8. Kazdal , Zeytin. Havva., “Alüminyum Alaşımları: Otomotiv Endüstrisinde Uygulamaları ve Geleceği” , Kocaeli, Mayıs , 2000.
9. MSI MOTOR service international, 2006. 10. Özdamar, İbrahim. Yelken, Bilal, Benzin
Motorları, İstanbul, 1979
11. Şimşek, M., Çınar, C., Otomotiv Makine İşlemleri Ders Notları, Ankara, 2001 12. Yüce, A., Modern otomobil teknolojisi,
Ankara , 2006.
13. Kılıçkaplan, Y., DSİ., Makine Eğitim Şube Müdürlüğü 14. www.osmanlicelik.com.tr 15. www.turkdokum.com.tr. 16. http://www.supsan.com.tr/icerikler.aspx ?Menu=2&ID=9 17. www.shell.com.tr . 18. www.polikim.com.tr. 19. www.cevherdokum.com.tr 20. www.estas.com.tr 21. www.mmo.org.tr 22. www.metalurji.org.tr/sourge/dergi136 23. www.auto.zine.kyul.net/tecnicalschool/t echindexhtm 24. www.obitet.gov.tr 25. www.kolbenschmidt.de/index.php 26. www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsi v/2001/ocak/conta.htm
