Failure analysis of cardan shaft’s flange yoke fracture occurred during torsional fatigue test

Abstract

Bu çalışmada, ağır ticari araçlarda kullanılan kardan miline ait çatallı flanş birim parçasının torsiyonel yorulma testi sırasında meydana gelen hasarın analizi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Malzeme bilimindeki üretim-yapı-özellik ve performans ilişkisine göre hasarın kök nedeninin tespit edilmesi amacıyla çatallı flanş üretiminde kullanılan yuvarlak çelik hammaddenin kimyasal analizi, sertlik ölçümü, tane boyutu analizi, dekarbürizasyon ölçümü, inklüzyon analizi ve taramalı elektron mikroskobu yardımı ile mikroyapı incelemeleri ile hammadde karakterizasyonu tamamlanmıştır. İlave olarak, çatallı flanş birim parçasının tasarımının doğrulanmasında sonlu elemanlar analizi kullanılarak söz konusu çalışma desteklenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde, çelik hammaddeden elde edilen değerler 41Cr4 ıslah TS EN ISO 683-2 standardına göre uygun olduğu tespit edilmesine rağmen SEM incelemesi ve EDX analizlerinde mikroyapıda uzamış MnS inklüzyonları ve metal matris ile MnS inklüzyonlarının ara yüzeylerinde çatlak tespit edilmiştir. Aynı kapsamda yapılan çatallı flanş birim parça karakterizasyonu sonucunda da MnS oranının hammadde ile aynı seviyede ASTM E45 standardına göre 2-4 μm x 898-1.181 μm değerlerinde olduğu ve A tipi 3,0-3,5 değerine eşdeğer olduğu belirlenmiştir. Yüzey altı bölge MnS inklüzyon oluşumlarının çatlak ilerleme bölgeleri oluşturduğu tespit edilmiştir.