i

NSZ

Lisans eitimimiz ve tasarm bitirme projemiz sresince bizlere her konuda destek

olan, bilgi ve tecrbelerini bizimle paylaan deerli danman hocalarmz Prof. Dr.

Eyp Sabri KAYALI, Prof. Dr. Hseyin MENOLU, Do. Dr. Murat

BAYDOAN ve Do. Dr. Hseyin KIZILa gstermi olduklar emekten tr

teekkr bir bor biliriz. Labaratuvar almalarmzda bizlere yardmc olan Ara.

Gr. Faiz MUHALLEF ve Ara. Gr. Onur TAZEGLe teekkr ederiz.

Deneysel almalarmzda bize yardmc olan Karabk niversitesi Metalurji ve

Malzeme Mhendislii Blm retim yesi Do Dr. Hayrettin AHLATI ve Ara.

Gr. Sait ZELKe teekkrlerimizi sunarz.

Ayrca tasarm almamzda bize byk yardmlar dokunan Makina Mhendisi

Hseyin TRKOLUna teekkr ederiz.

Bugnlere gelmemizde byk emei olan, maddi ve manevi her trl destek ve

ilgilerini esirgemeyen ailelelerimize ve arkadalarmza ok teekkr ederiz.

Ocak 2013

ii

NDEKLER

Sayfa No

NSZ i

NDEKLER ii

TABLO LSTES v

EKL LSTES vi

KISALTMALAR viii

ZET ix

ABSTACT x

1. GR 1

2. DEMR YOLU RAYLARININ TANIMI VE ZELLKLER 2

3. RAY MALZEMELERNDEK GELMELER 3

3.1 Mikro atlaklar 5

3.2 eitli elik Trlerinin Hidrojen erikleri 6

3.3 Soutma Hz Ve elik Kalitesi 7

3.4 Oksit nklzyonlar 7

4. RAY EL RETM METODLARI 9

4.1 Fosfor esasl scak metalle alan OBM prosesinin karakteristikleri 9

4.2. Ray retimi 10

4.2.1. Yksek frn 11

4.3 elik Yapm 11

4.3.1. Havasz gaz alma ve argon fleme 12

4.4 Srekli Dkm 12

4.5 Haddeleme 13

4.6 Dorultma Ve lm 13

5. ALAIM ELEMENTLERNN ETKS 15

5.1. Karbon (C) 15

5.2. Mangan (Mn) 15

5.3. Silisyum (Si) 15

5.4. Fosfor (P) 15

5.5. Kkrt (S) 16

iii

5.6. Krom (Cr) 16

5.7. Nikel (Ni) 16

5.8. Molibden (Mo) 16

5.9. Vanadyum (V) 17

5.10. Bakr (Cu) 17

5.11. Alminyum (Al) 17

6. RAY TPLER 18

6.1. Doal Olarak Sert Raylar 18

6.2. Termal Olarak lem Gren Raylar 18

6.3. Yksek Alaml Raylar 20

6.4. Beynitik Raylar 20

7. KULLANILAN RAY STANDARTLARI 21

7.1. Yetenek Tespit Testi 21

7.1.1. Onay testi 21

7.2. UIC 860-0 ve EN 13674-12003+A12007

zerinde Yaplan Bir Karlatrma 22

8. ELKLERN ISIL LEMLER 23

8.1. Demir-Sementit Denge Diyagram 23

8.2. Raylara Uygulanan Isl lem 25

8.3. Ray Sertliinin nemi 26

8.4. Raylarda Su Verme 26

8.5. Mikroyap ve Mekanik zellikleri 27

8.6. Mantar ertletirilmi Raylarn Kimyasal Bileimi

ve En 13674-12003+A12007 Standardna Gre Sertlik Dalm 28

8.7. Ray Haddehanesinde Hzlandrlm Soutma ile

Demir Yolu Raylarnn retiminin Gelitirilmesi in

eitli Mantar Sertletirme Yntemleri 28

9. MANTARI SERTLETRLM RAY RETM NEDENLER 30

10. DENEYSEL ALIMA 36

10.1. Su Verme Isl lemi ve Mantar Sertletirme 36

10.2. Numune Hazrlama 37

10.3. Sertlik lm Deneyi 39

10.4. Mikroyap almalar 40

10.4.1.Optik mikroskop 40

iv

10.4.2 SEM analizi 41

11. DENEYSEL SONULAR 42

11.1. Sertlik Deneyi Sonular 42

11.2. Mikroyap Sonular 43

12. SU VERME SSTEM TASARIMI 47

12.1. Nozul Sisteminin Belirlenmesi 48

12.2. Tama Sisteminin Oluturulmas 51

12.3. Su Verme Hattnn Uzunluu Belirlenmesi 53

13. MALYET DEERLENDRMELER 56

14. DEERLENDRME 57

KAYNAKLAR 58

ZGEM 60

v

TABLO LSTES

Sayfa No

Tablo 3.1. UIC 860.0 Standard elik analizi 3

Tablo 3.2. 1950lere kadar tipik ray elii bileimleri 4

Tablo 3.3. Gnmz (UIC 900A) tipik ray elii bileimleri 5

Tablo 3.4. eitli imalat metodlarnda H2 seviyesi 6

Tablo 6.1. Ray elii eitlerinin mukavemetine ve kimyasal bileimine genel bir

bak 18

Tablo 8.1. Su verme orannn ray eliinin mikroyapsna etkisi 26

Tablo 8.2. R350 HT ray kalitesinin kimyasal kompozisyon ve mekanik zellikleri 28

Tablo 9.1. Kullanlmas zorunlu ve kullanlmas nerilen ray kalite eitleri 34

Tablo 9.2. R260 kalitedeki ray ile R350HT kalitedeki rayn karlatrlmas 34

Tablo 11.1 4 Bar hava kullanlarak yaplan su verme ilemin HB sonular 43

Tablo 11.2. 5 Bar hava kullanlarak yaplan su verme ileminin HB sonular 43

Tablo13.1. Aralk 2012 tarihinde piyasada satlmakta olan R260 ve R350HT

kalite raylarn fiyatlar 56

vi

EKL LSTES

Sayfa No

ekil 3.1. eitli elik trlerin hidrojen ierikleri 5

ekil 6.1. Mantar sertletirilmi raylarla doal olarak sert raylarn germe-gerilme

emas 19

ekil 6.2. 200 sertliinde raylarla karlatrldnda yksek kaliteli raylarn

anmasna kar artan diren 19

ekil 8.1. Demir sementit denge diyagram 24

ekil 8.2. tektoit dnm diyaram 25

ekil 8.3. % 0.75 C + % 1 Mn ierikli bir ray eliinin srekli souma dnm

diyagram 27

ekil 8.4. Dnm scakln mekanik zelliklerin zerindeki etkisi 28

ekil 8.5. Soutma sistemleri 29

ekil 9.1. R350HT ve R260 kalitedeki rayn anma davranlarnn karlatrlmas 32

ekil 9.2. Perlitik raylardaki anma oranlar 32

ekil 9.3. Yk ve viraj yarapna gre ray seimi 33

ekil 9.4. Farkl kalitedeki ray eitlerinin anma davranlar 35

ekil 10.1. Mantar sertletirme ileminde kullanlan soutma sistemi 37

ekil 10.2. Proterm marka sl ilem frn 37

ekil 10.3. Mecatome T 255/300 kesme cihaz 38

ekil 10.4. Kesme diski 38

ekil 10.5. Mecapol P 220S zmpara cihaz 39

ekil 10.6. Mecapol P 230 parlatma cihaz 39

ekil 10.7. Ray kesiti zerinde n almalarda sertlik lm yaplan

noktalarn gsterimi 40

ekil 10.8. Zwick/Roell marka sertlik lme cihaz 40

ekil 10.9. Leica DM 750M metal mikroskobu 41

ekil 10.10. Hitachi TM-1000 SEM cihaz 41

ekil 11.1. EN 13674-1:2011 standardna gre HBW lm noktalar ve

minimum deerleri 42

vii

ekil 11.2. 8750Cden 10 saniye 4 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn yzeyinin 20 mm altndaki blgenin optik k mikroskop

grnmleri 44

ekil 11.3. 8750Cden 20 saniye 5 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn yzeyinin 20 mm altndaki blgenin optik k mikroskop

grnmleri 45

ekil 11.4. Isl ilem grmemi ray eliinin SEM analizi sonucunda ekilmi

grnmleri 45

ekil 11.5. 8750Cden 20 saniye 5 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn SEM analiz grnmleri 46

ekil 12.1. Rayn hadde k 47

ekil 12.2. i dolu konik pskrtmeli nozul 48

ekil 12.3. 3l nozul sistemi 49

ekil 12.4. 4l nozul sistemi 49

ekil 12.5. Islatma alanlar 50

ekil 12.6. Su tahliye oluklar 50

ekil 12.7. Soutma sisteminin montajl grn 51

ekil 12.8. Paletli bir konveyr sistemi 51

ekil 12.9. Palet soutma sistemi 52

ekil 12.10. Tm soutma sistemlerinin montaj grn 52

ekil 12.11. Sistemin almas ve Uzunluu 53

ekil 12.12. Tasarmn yandan grn 54

ekil 12.13. Tasarmn nden grn 54

ekil 12.14. Tasarmn genel grn 55

viii

KISALTMALAR

R : Rail

HT : Heat treatment

UIC : Uluslararas demiryollar birlii

ASTM : American society for testing and materials

HB : Brinell sertlik deeri

BHN : Brinell sertlik says

BOF : Bazik oksijen frn

LD : L(inz)-D(onawitz)

LDAC : Argon yntemli konvertr tipi

UHC : Ultra yksek karbon

LHT : Low heat treatment

r : Viraj yarap

SEM : Taramal elektron mikroskobu

ix

MANTARI SERTLETRLM RAY RETM VE HAT TASARIMI

ZET

Demir yolu ray deiken ykler altnda alan, yksek zorlamalar zerinde

oturduu malzemeye ileten bir yap elamandr. Performans artn salamak iin

raylarda ihtiya duyulan ana zellikler; anma direnci, yorulma direnci, plastik

deformasyon direnci, kalnt gerilmeleri giderilmesi ve kaynaklanabilirliktir.

Bu almann literatr ksmnda demiryolu raylarnn tanm yaplm ve

zelliklerinden bahsedilmitir. Ray malzemelerindeki gelimeler, ray elii retim

metodlar ve alam elementlerinin ray eliine olan etkileri hakknda bilgi

verilmitir. Deneysel ksmda ise malzemenin mikroyap ve sertlik deerleri

incelenmitir.

.

x

SUMMARY

Rail is a structure which works under high pressure and transmits the forces to the

material that it sits. The main features to provide an increase in performance of rails

are on the following: wear resistance, fatigue resistance, resistance to plastic

deformation, removal of residual stresses and weldability.

In the literature section of this study, the railroad track is defined and its specialities

are discussed .The informations about the developments of rail materials, the

production methods of rail steel and the effects of alloying elements on the rail steel

are given. In the experimantal section, the microstructure and hardness of the

material are investigated.

1

1. GR

Ray demiryolu hatt inaatlarnda kullanlan en nemli malzemelerdendir.

1840lardan sonra btn Avrupa, Amerika ve dnyann dier lkelerinde youn bir

demiryolu a olumaya balamtr. Birka on yl iinde demiryolu, tad yk

hacmi ve yolcu saysndaki istikrarl art nedeniyle nemli bir tama sistemi

olmutur Bu hzl gelime, elik retimi, motor konstrksiyonu, inaat mhendislii,

ulam gibi bir ok alanda kkl deiiklikleri de beraberinde getirmitir [1].

lkemizde, u andaki yaps ile elik endstrisi olduka nemli bir gelimilik

ierisindedir. elik endstrimizin geliimi sadece nicelik olarak deil, teknolojik

olarak da geliim gstermitir.

2

2.DEMR YOLU RAYLARININ TANIMI VE ZELLKLER

Demir yolu ray deiken ykler altnda alan, yksek zorlamalar zerinde

oturduu malzemeye ileten bir yap elamandr. Demir yolu tamaclndaki

gelimeler; gnmzde dzenli yksek hzl trafikte 350 km/se kadar hza ulaabilen

yksek hz, uzun vagon boylarnda daha byk tekerlek ykleri, kaynaksz raylarn

kullanmndaki teknolojik gelimeler, daha byk ivmeler ve daha ksa fren

mesafeleri olarak sralanabilmektedir [2]. Performans artn salamak iin raylarda

ihtiya duyulan ana zellikler; anma direnci, yorulma direnci, plastik deformasyon

direnci, kalnt gerilmeleri giderilmesi ve kaynaklanabilirliktir.

Trenlerin zellikle yolcu trenlerinin hzlarnn ve dingil bana den yk

miktarlarnn artmas retilecek raylarn kaliteleri konusunda bir faktr olarak

karmza kmaktadr. Btn bu koullar rayn anma direnci bakmndan daha iyi

zelliklerde olmasn gerektirmektedir [3]. Gereken yksek anma direnci perlitik

ray eliklerinin sertlik deerlerinin artrlabilmesi ve metalurjik yaplardaki

gelimelerle mmkndr [4]. Yorulma direncinin iyiletirilmesi ise mikroyap

homojenliinin daha iyi salanmas ve srtnme dayanmndaki artlar ile ilikilidir.

Plastik deformasyon direnci iin ise ray sertlik deerlerinin arttrlmas ve dinamik

kuvvetlerin etkisiyle oluan yzey kaymalarnn minimum seviyeye indiren

teknolojik gelimeler nemlidir. Kaynak kabiliyeti karbon miktar arttka

azalmaktadr. Alamsz elik raylar kolay kaynaklanmakta, mangan, krom, silis,

molibden gibi alam ilaveleri ise kaynak kabiliyetini olumsuz etkilemektedir. Alam

elementleri kaynak esnasnda martenzit oluumuna sebebiyet vererek sertlik ve

gevreklie yol amaktadr [5].

3

3.RAY MALZEMELERNDEK GELMELER

Gnmzde genelde UIC 900A normlar geerlidir (Tablo 4.1). Bu tabloda u

noktalar dikkate alnr:

1-Artk Asid Bessemer ve Bazik Bessemer ray elii retimi iin

kullanlmayacaktr. Standartlar iin olmasa bile OBM metodu Bazik Bessemer

metodunun yerini almaktadr [6].

2-Tabloda verilen analiz deiimleri u deerlerdir. reticiler kendi

standartlarn kullanlarak istenen mekanik zellikleri garanti ederler.

3-UIC Standart 860,0 elastiklik limitini belirtmez. Dier yandan baz

demiryolu iletmeleri zel minimum deerler vermektedirler.

Dier bir standartta geni akseptanslar ieren ASTM A1 Amerikan standarddr. Bu

standartta analizler bulunup, mekanik deiikliklere ait deerler bulunmamaktadr.

1930lardan beri kullanlmakta olan 70/85 standardnda sert elikler iin 1950lerde

A, B, C, normlarn gstermekteydi. Bu anmaya mukavim elik normlar ufak apl

vidalarda kullanlmaktadr. Bugn baz demiryollar irketleri A, B normlarn

kullanmaktadrlar. Henz standart hale gelmemi baz ray elikleri de ok yakn

gemite kullanlmaya balanmtr [6].

Tablo 3.1 : UIC 860.0 Standard elik analizi [6].

malat Metodu C Mn Si Max. P Max. S Max. kg/mm2 5d

Bazik Bessemer 0.37-0.55 0.70-1.20 0.35 0.08 0.05 70-85 14%

Asid Bessemer 0.40-0.50 0.80-1.20 0.35 0.06 0.06 70-86 14%

Siemens Bessemer 0.40-0.55 0.80-1.20 0.35 0.04 0.05 70-87 14%

Elektrik Frnlar 0.40-0.60 0.80-1.20 0.35 0.04 0.05 70-88 14%

O2 fleme 0.40-0.60 0.80-1.20 0.35 0.05 0.05 70-89 14%

ok Sert elikler

A 0.60-0.75 0.80-1.30 0.50 0.05 0.05 90 10%

B 0.50-0.70 1.30-1.70 0.50 0.05 0.05 90 10%

C 0.45-0.65 1.70-2.10 0.40 0.03 0.03 90 10%

4

Buradan u sonular karabiliriz:

a) Dz hatlarda ve byk apl virajlarda (800 metre ve daha fazla) youn

trafik yznden bu raylar yorulmaya tabii olurlar. Burada yksek yorulma limitinde

elikler kullanlr. Yorulma mukavemeti eliin elastiklik limitine baldr. ok iyi

dalm V, Nb ilavesi ile retilebilen daha yksek, elastiklik limiti/sertlik oran olan

eliklerin adaptasyonu, ok sert eliklere gre daha iyi netice verebilir [7]. Genelde

yksek elastiklik limitlerine sahip raylarn adaptasyonu sert raylardan daha iyi netice

verecektir [8].

b) 300-400 m gibi az apl virajlarda srtnme anmasndan dolay raylar

deitirilmelidir. Bu halde 110 kg/mm2 ekme mukavemetinde ray kullanlmas

uygun olabilir.

c) Pratik olarak btn demiryolu irketleri raylar elektrik ark kayna ile

birletirmeye karar vermilerdir. Bunun anlam eliklerin belirli bir kaynak kriterinde

bulumalar gerektii ve zellikle kritik su verme hzlar ok yava olmaldr. Dier

taraftan sadece snrlanm kullanmlar iin C-Mn ve alam elemanlar ilavesi

yaplmaldr. Bu nedenle, yksek oranda Mn ihtiva eden C grubu elikleri artk

kullanlmamaktadr [9]. Ray kullanmn balangcndan 1950lere kadar alamsz

elikten retilmi tipik raylarn bileimleri Tablo 1.2de mevcuttur.

Tablo 3.2 : 1950lere kadar tipik ray elii bileimleri [9].

Ray cinsi %C %Mn %Si

Kopma muk.

(kg/mm2)

Krup 1891 0.36 0.60 0.21 57.5

Ute 1881 0.34 1.11 0.81 70.0

Amerikan

24.8- 34.2 kg/m

42.2-50 kg/m

59.5-60 kg/m

0,05-0,063

0,64-0,77

0,69-0,82

0,60-0,90

0,60-0,90

0,71-1,0

0,10-0,23

0,10-0,23

0,10-0,23

76

87

94,5

Trkiye

46.3 kg/m

49.4 kg/m

(~st 70)

0,45-0,55

0,45-0,55

0,85-1,15

0,85-1,15

0,15-0,20

0,15-0,20

87,5

87,5

1950lerden sonra ray malzemesine %1,001,30 kadar Cr ilave edilerek sertlii ve

mukavemeti artrlmtr. En son durumda Cr-Moli raylarn retimine gidilmektedir.

5

Hidrojenin drlmesi iin vakumla gaz giderme teknii uygulanmakta ve H2

miktarnn 2 ppmin altna drlmesi istenmektedir.

Tablo 3.3 : Gnmz (UIC 900A) tipik ray elii bileimleri.[9].

elik Cinsi Nominal Bileim

C Mn Si Cr Mo V

St elii 0.75 0.90 0.20 - - -

Yksek Silis 0.75 0.80 0.70 - - -

Kromlu Ray 0.75 0.65 0.25 1.15 - -

Krom Silisli 0.70 1.05 0.75 1.00 - -

Krom

Vanadyumlu 0.70 1.00 0.60 1.0 - 0.08

Krom

Molibdenli 0.75 0.60 0.30 0.60 0.20 -

Rayn iinde bulunan metalik olmayan inklzyonlar ve i mikro atlaklar

mukavemete etki eder. Raylar yolda yk altnda almaya maruz brakldklarnda

bu iki etken oval ksmlarda yorulma atlaklar ve merkezde yatay atlaklar olarak

kendini gstermektedir [10].

3.1 Mikro atlaklar

mikro atlaklar sk sk pul eklinde grlr ve bunlarn varl daha ok hidrojen

yznden oluur. Hidrojen kat ve sv elikte yksek scaklkta ok iyi znr ve

erirlii scaklkla azalr (ekil 3.1). Yava soutma hzlarnda ray iindeki btn

halindeki oksijen, hidrojenin ieriden darya herhangi bir mikro atlak meydana

gelmeden yaylmasn salar. Eer soutma hz yksek ise metal iinde serbest kalan

hidrojen mikro atlaklar oluturur. Bu serbest hidrojen metalin en ok tok olduu

yerlerde byk miktarda inklzyon olan yerlerde veya C, Mn, Cr, P segregasyon

bantlarnn olduu olutuu mikro atlaklarn souma periyodunda olumasnn

gerekmedii vurgulanmaldr. elik tipine ve iindeki hidrojen miktarna bal olarak

belli bir kuluka devresinden sonra evre scaklnda mikro atlaklar oluabilir

[6,10,11].

6

ekil 3.1 : eitli elik trlerin hidrojen ierikleri [6].

3.2 eitli elik Trlerinin Hidrojen erikleri

Erimi elik iindeki hidrojen miktar byk apta imalat metoduna baldr.

Aadaki tablo eitli metodlara gre hidrojen seviyelerini gstermektedir.

Tablo 3.4 : eitli imalat metodlarnda H2 seviyesi [6].

malat Metodu H2 (cc/100gr)

Bazik Bessemer 3-5

Kaldo 2.5-4.5

LDAC 2.5-4.5

LD 2.5-4.0

Siemens Martin 3,5 6,5

ift Curuflu Elektrik Frn 4 8

Tek Curuflu Elektrik Frn 3 4

Birok retim metodu iin aada nerilen noktalar yerine getirildii takdirde

hidrojen miktarnda bir azalma grlebilir. retim aamasnda,

- Zayf hidrojenlendirici kire veya stlm kire ta kullanarak,

- Paslanmam hurda kullanmak,

-Dekaburizasyonun bitimi ile potaya doldurma arasndaki faslann

azaltlmas,

- lavelerin kuru potada yaplmas. Bu zellikle grafit karbrizasyonu iin ok

nemlidir.

7

3.3 Soutma Hz Ve elik Kalitesi

1930-1935 arasnda ilk defa mikro atlak problemi Amerikan Demiryolcular

tarafndan ortaya atlmtr. Bu problem eitli sebeplerden dolay Avrupada ayn

zamanda ortaya kmamtr. Avrupada kullanlan Bessemer eliinin mukavemeti

az, H2 ihtivas az ve dingil ykleri de daha azd. Amerika Birleik Devletleri bu

problemi kontroll soutma ile halletmitir [6]. zerinde birletirilen nokta 70-85

kg/mm2 snrndaki elikler (Hidrojen miktar 5/100 gr H2 ukurda soutma) gerekli

deildir. Kontroll soutmay gerektirmeyecek kritik hidrojen miktar A, B, C snf

elikler iin analizlerine baldr. te bu sebepten C snf elikler B snfndan daha

fazla mikro atlak oluumuna eilimlidir. B grubunda Aya gre mikro atlak

oluumuna daha elverilidir. Bu raylar ukurda soutmak finite dorulma sorununu

ortaya karacaktr. Bu sebepten dolay zgara zerinde soutma tercih edilir.

ukurda soutmaktan kanmak iin, hidrojen miktarn sv elik iin drmek

gerekir veya zgara zerinde soutma yaplyorsa bunun muhafazal olarak yaplmas

gerekir [12]. Dier bir yol ingotu yava soutmak, bunlardan retilmi olan raylar da

zgara zerinde yava soutarak hidrojensizlendirme etmektir.

3.4 Oksit nklzyonlar

Makro inklzyonlar ve silikon inklzyonlar atlaklarn balama noktas olduundan

dikkatleri zerinde toplamaktadr. Bu yzden oksit inklzyonlarnn miktarn

azaltmak iin alnan her mesafe byk anlam tar. Dier taraftan yksek kkrt

bulunmas slfr inklzyonlar meydana getirerek mikro atlak yapsnn olumasn

azaltr [13]. nklzyonlar eliin yorulma mukavemetine kt tesir yapar. Makro

inklzyonlar magnetik testlerle tehis edilebilirler. Bunlar zarar vericidirler. Mikro

inklzyonlar sadece mikroskop ile tayin edilebilir. Slfat, alminyumoksit silikat ve

oksit, slfitler eliin yorulma mukavemetine zararl ynde etki etmez. Aksi olarak

eliin yorulma mukavemetini ykseltirler. nk souk halde yksek sneklikleri

vardr ve daha tehlikeli inklzyonlar sararak kuatrlar. Slfitler mikro atlak

yapsn da azaltr. Eer Alminyumoksit inklzyonlar belirgin bantlar eklinde yap

oluturmusa tehlikeli olabilir. Silikat inklzyonlar en tehlikelisidir. Bunlar souk

yapda hi sneklilie sahip deildir [6,10]. elik iindeki inklzyonlar minimize

edilmek istenirse ok mkemmel bir deoksidasyona ihtiya vardr. Pota

8

deoksidasyon metodlar bir prosesten dierine deiir. Kaldo, LADC ve LD

proseslerinde fleme C miktar temel alnarak kesilir. Siemens-Martin ve elektrik

proseslerinde potaya dklmeden nce daha az bir O2 ierir (yaklak 0,020) ve

eliin safiyeti genellikle tatmin edicidir. Eer fleme belirli bir C miktarnda

kesilmez ise OBM-LD-LDAC, Bazik Bessemerde rafinazyon ilemi sonundaki O2

miktar daha yksektir, (%0,060-0,100 O2). Tehlikeli silikatlar elemine edebilmek

iin konverterde karbrizasyon veya potada Sidan daha kuvvetli oksitleyici ile

deoksidasyon zorunludur. Uygun deoksidantlar Al, Zi, Ti ve Cadur. Son element

genellikle alam halinde kullanlr [14,15].

9

4. RAY EL RETM METODLARI

II. Dnya savandan nce ray elikleri Bazik Bessemer, Asid Bessemer, elektrik

frnlar, Siemens-Martinlerde retilirdi. 1960-1970 yllar arasnda ise 1950-1960

arasnda kabul gren oksijen fleme metodlar, ray elii retimi iin kullanlmaya

baland. 1967-1968de Maximillianshtte Sulzbach-Rozenbergde gelitirililen

OBM metodu, elik retiminde scak metal banyosuna oksijen flenerek uygulanan

bir metoddur [16]. LD ve LDAC metodlarnda olduu gibi saf oksijen kullanlr

ancak bu metodlardan farkl olarak oksijen, nozullarn ierisinden, pota dibinden

verilir. Uygulamada Nozul aznda yksek scaklkta alev oluuyorsa soutma

zellikle nemlidir. Bu uca doru hidrokarbon ayrma ss olarak kullanlr.

(propan, doalgaz). Buhar CO2 yakt ayrma ss da kullanlabilir ki bu yntem

Fransada LWS prosesi olarak uygulanr [16].

Fosfor esasl scak metal iin uygulanacak metalurjik proses Bazik Bessemer metodu

gibidir. Si 2CaO SiO2, (cruf) halinde, karbon CO2, CO (gaz), Fosfor 4CaO P205

(cruf) dnm yaparlar. Beklenen Fosfor miktarna bal olarak tek veya ift

cruflu kullanlr. Tek crufla fosfor miktar Bazik Bessemer metoduna denk

durumda oluur. ift crufla yaplan almada LDAC prosesindeki deerlere ular.

OBM prosesinde dier bir olaslk ise son flemede Nitrojen verilerek banyodaki P

miktar drlr, banyo ile cruf arasndaki fiziko-kimyasal denklik salanr. Ayrca

artk hidrojen miktar da azaltlr [16].

4.1 Fosfor esasl scak metalle alan OBM prosesinin karakteristikleri

P miktar : Tek fazla alrken, P miktar Bazik Bessemer metodundaki deerler

kadar oluur. (0,050-0,060) 2 fazl alma ve N2 ile temizlemede LDAC

prosesindeki deerler oluur.

S2 Miktar : Bazik Bessemer metodundaki deerler oluur yalnz S miktar azalr.

Scak metalin deslfrizasyonu ve ift crufla alma LDACdaki deerlerin ortaya

kmasn salar.

10

N2 Miktar : Soutma ortam olarak propan kullanldnda (ki, N2 ihtiva etmez) LD

prosesindeki deerler oluur. Eer % 15 N2 ihtiva eden doal gaz kullanldnda

elik iindeki N2 miktar 0,0015 deerine ulaabilir.

C, Mn, Si Miktar : Arzu edilen C, Mn, Si miktarlar potaya grafit Ferro Mangan

Ferro Silis ilavesi ile elde edilir. Kardemirde % 0,80 C, % 1,80 Mna kadar elik

yaplabilmektedir.

H2 Miktar : Konverterdeki eliin H2 miktar (OBM prosesinde) dier oksijen

fleme proseslerinde olan orandan daha fazladr. Buda nozulun soutulmas iin

kullanlan hidrokarbonlar tesiri ile olmaktadr. Konverterdeki elik banyosunun H2

ihtivas normal bir flemeden sonra byk apta deiim gsterir. Bu ncelikle

fleme sonundaki scakla baldr. Ortalama olarak 6-2,2 cc H2 /100 gr arasnda

deiir. Arkasndan hidrojen miktar 5 1,2 cc/ 100 gr deerine der. Bu oran

Bessemer prosesinden daha fazladr. (Bessemer prosesinde 3,9 1,1cc H2

deerindedir) ve gerekten bu oran rayn i atlamalarna yansr [16] .

OBM eliinin ihtiva ettii Hidrojen miktar 2,3 0,7 cc deerine DH Metodu ile

indirilebilir. Gerekte bu kadar kk deerde hidrojen miktar standart elikler iin

gerekli deildir. Bundan daha fazlas DH prosesi retimde baz kstlamalar getirir.

Son yllarda, eliin ingot eklinde dkm yerine srekli dkmden elde edilen

blumdan raya geilmesiyle nemli gelimeler salanmtr. [17,15].

4.2. Ray retimi

Ray retim ilemi aadaki gibi temel admlara ayrlabilir:

-Yksek frn

-elik yapm

-Srekli dkm

-Haddeleme

-Dorultma ve lm

11

4.2.1. Yksek frn

elik gerekte demriin artlarak bir ka element katksyla elde edilen halidir. Demir

doada oksitleri halinde demir cevheri olarak bulunur. Demir dnyada bir ka

blgeye yaylm bir ekilde ve yeterli oklukta bulunmaktadr [18].

Cevher ocaktan alnp belli byklkte krlr. Kk paralar ayklanarak

sinterlenmek zere sinter nitesine gnderilir. Burada kk paracklar kok ve kire

ta ile kartrlarak sinter ad verilen demirce zengin paralar haline getirilir. Bu

sinter paralar dier demir cevheri ile birlikte yksek frna atlr. Ayrca bunlarla

beraber kok ve belirli lde kire tada frna atlarak hepsi birlikte yaklr. Bu

srada frnn iine scak hava flenir, yanma hzlandrlr ve byk bir s aa kar.

Bu sayede demir cevheri indirgenir. 1500 OC de frnn dibinde toplanrlar. Frna

atlan kire ta ile cevherdeki istenmeyen maddeler birleir ve cruf oluturur. Bu

oluan cruf sv metalden daha hafiftir ve metalin zerinde yzer [18].

Yksek frndaki ilemler sreklidir. Metalin zerinde cruf oluur olumaz

periyodik olarak alnmaya balar. Ayn ekilde crufun altndan balayarak da erimi

metal alnr ve bu alna metal sv elik retimine gider [18].

Cevher, sinter, kok ve kire ta srekli olarak yksek frna yklenirken scak hava

aadan flenir. Bu ilem, frnn sya dayankl refraktrnn bozulmasna kadar

yaklak 4 yl sre srekli olarak devam eder [18].

4.3 elik yapm

Bazik oksijen ocak (BOF) ilemi diye bilinen yntem elik yapmnda olduka

nemli bir yer tutar. Modern bir frn bir defada 150-350 ton malzeme alr ve 40

dakikada elik retir. Scak metal bazik oksijen ileminin en nemli malzemesidir.

Frna nce hurda atlr, daha sonra sv metal yklenir ve az yukarya getirilerek

ilem balatlr. Frna yklenen malzemenin %70i sv metal, geri kalan

hurdadr[18].

Su ile soutulan oksijen borusu frnn iine daldrlr ve olduka yksek bir hzla

12

kuru ve saf pksijen retilir.. flenen oksijen kabonla ve dier istenmeyen

elementlerle flemeye devam edilir. Oksijen fleme sresince akkanl arttrmak

amacyla kireta eklenir. Kire tann etkisiyle oksijen istenmeyen malzemelerle

birleerek oksitlerini oluturur. Bu oksitler cruf oluturup yzeyde kalrlar[18].

lem bitiminde metal alma kapandan tm metal potaya alndktan sonra ocak ters

evrilerek daha nceden hazrlanm olan cruf potassna yzeyde kalan cruf

boaltlr. Potaya alnan sv metale alam elementleri atlarak karbrize edilir.

kincil metalurji diye adlandrlan bu proseste kimyasal kompozisyon ve scaklk

ayarlanr, istenmeyen maddeler atlr[18].

4.3.1. Havasz gaz alma ve argon fleme

Modern elik yapmnda elik kalitesini ykseltmekte kullanlan birka ilem vardr.

Argon alkalama yntemi scakl ve kimyasal kompozisyonu homojenletirmekte

kullanlr. Havasz gaz alma nitesi elikteki hidrojen orann 2 ppmden aaya

drmek ve elikteki oksiteri yok etmekte kullanlr. Hidrojen miktarnn sv elikte

2 ppmin altnda olmas idrojen flakelerinin (birikinti) olumasn nler. Dolaysyla

souma hzn srekli lmemize gerek kalmaz. Rayda bulunan bu flakeler ray

zerine gelen tekerlek yk altnda bir atlak balatarak zamanla yorulmadan dolay

rayn krlmasna neden olacaktr[18].

4.4 Srekli dkm

u anda elikhanelerde kullanlan yntemdir. Sv elik 150-350 tonluk potalarda

biriktirilerek 2 pota alabilen turetlarn iine yerletirilir. Bu 2 potadan ilki tundishe

dklr dklmez dier pota hazrlanr. Bu yolla dkm srekli olarak devam

eder[18].

Sv elik potadan tundsihe dklrken gmme dkm teknii kullanlr. Dan 8 e

tm kalplara ayn miktarda metalakmas salayan hassas ll dkm azlklar

kullanlr. Pota ile tundish arasna ve tundish ile kalp arasna refraktr koruma

konarak tm sv eliin dkm esnasnda atmosferden etkilenip oksitlenmesi

nlenir. ift duvarl kalplar su soutmaldr. Kalplar farkl ekillerde olabilir ve

13

tundishlerden akan svnn belli bir ekilde olmasn salar[18].

Dkm sresince eliin bakr kalba yapmasn nlemek amacyla dkm hzna

ve sallant vuruuna gre kalp dakikada 60-200 dnlk bir sklkla sallanr.

Dkm hz yaklak 0.8 m/dkdr. Salkl katlama salamak amacyla ktkler

elektromagnetik olarak soutulacak ekilde donatlmtr[18].

Haddeden kan scak ktkler 10-13 m lik bir yarapla dnerek dorultma

tezgehlarna ikinci soutmay salayan spray emberelrinden geerek gider. stenen

uzunlukta kesilen ktkler yn halinde sourlar. Daha sonra ktkler yryen

bantlarla yeniden snmak zere stma nitesine giderler. Dkm ileminin banda

hidrojen yklemesi olabilir. Eer hidrojen miktar kritik bir deere ularsa ktkler

hidrojen miktarn kontrol altnda tutmak amacyla kontroll olarak soutulurlar.

Srekli dkm ile elde edilen elik ingot dkme gre daha temizdir ve ierdii

istenmeyen maddeler daha kk boyutta ve uniform damldr[18].

4.5 Haddeleme

Ktkler, kontrol edilen son mamln olduka iyi bir yzeye sahip olmasnn

salanmas amacyla bozukluklarndan arndrlr. Daha sonra ktkler zel

tasarlanm frnlarda 1250 OC ye kadar tavlanrlar. Tav frnndan kan ktklerin

zerine 200 barlk bir basnla su fkrtlr. Bu ilem haddelerin ve haddelenen

yzeylerin zarar grmesini engeller [18].

Ktkler ray formunu veren haddeye girmeden nce ilk ekilleri verilmek zere n

haddeden geer. Ardndan rnn son olarak yzeyi temizlenir ve dz bir yzey elde

edilir. Son haddeden geerken ray zerine markalama yaplr [18].

4.6 Dorultma ve lm

Son eklini alan raylar scak kesme ile istenilen boda kesilirler. Btn raylar scak

markalanrlar ve bu marka ray hakkndaki btn bilgileri ierir[18].

14

Scak raylar yryen bantlar zerinde soumaya gtrlrler. Souma yaklak 3 saat

srer. Ray scakl 800 OC den 100 OC ye der. Rayn yryan bantlarla tanmas

ray tutmakla meydana gelebilecek yzey kusurlarnn olumasn nler. Soumann

ardndan raylar dorultma nitesine giderler[18].

Simetrik olarak farkl olmas rayn mantar ksmnn ve tabann souma hznn farkl

olmasna yol aar. Bu durum da rayn dey dorultuda eilmesine sebep olur.

Sonradan uygulanan dzeltme ilemi her ne kadar dzgnlk salasa da rayda zararl

gerilmelere yol aabilir. Rayn akma gerilmesine bal olarak 100-300 N/mm2

civarnad kalc gerilmeler meydana gelir. Btn raylar dorultma haddesinden

knca test merkezine giderler. Burada rayn tm zellikleri test edilir, varsa isel

hatalar, yzey hatalar ve boyut hatalar tespit edilir. retim sonunda raylar istenilen

boyutlarda kesilir, gerekli ise cebire delikleri delinir. Raylar tekrar teste tabi tutulur

ve fabrikadan gnderilir[18].

15

5.ALAIM ELEMENTLERNN ETKS

5.1. Karbon (C)

Karbon (C) eliklerin temel alam elementidir ve mekanik zellikleri en ok

etkileyen faktrdr. Karbon, eliin akma ve ekme mukavemetini artrr, yzde

uzamay, ekillenebilirlik kabiliyetini azaltr [19]. elikteki en nemli katk

elemandr. eliin zelliklerini bal bana belirler. eliin oksitini alr, sertletirir

ve austenitin dnme scakln 910 Cdan 723 C scakla drp elektrik

direncini ykseltir.

5.2. Mangan (Mn)

Mangan da karbon gibi retim ilemlerinde elik yapsnda yer alan bir elementtir ve

eliin dayanmn arttran etki gsterir. Bunun yannda sertleebilme ve kaynak

kabiliyetini de artrr, stenit kararlatrc bir elementtir. Mangann en nemli

zellii kkrtle MnS bileii yapmas ve demir kkrt FeS bileii oluumunu

engellemesidir. Ayrca, FeS scak krlganla neden bir soruna neden olur [19].

Genelikle oksijen alc olarak kullanlr. Tren raylarnda Mn oran 0.65 ile 1.25

aralnda deiim gstermektedir

5.3. Silisyum (Si)

eliin akma, ekme dayanmn ve elastikiyetini artrr. Yaygn olarak yksek

elastikiyet gerektiren yay eliklerinde kullanlr. Ayrca elektriksel akm kaybn

nleyen bir elementtir. Silisyum oksijen alc bir temizleyicidir [19].Tren ray retim

metodu ve lkelere gre 0.15 ile 0.6 aralnda deimektedir.

5.4. Fosfor (P)

Fosfor eliin akma ve ekme dayanmn arttrr, yzde uzamay ve eme

zelliklerini ok fazla ktletirir, souk krlganlk yaratr, talal ekillendirme

16

kabiliyetini arttrr. Fosfor elik iinde retim ilemlerinden kalan bir elementtir ve

istenmeyen zellikleri nedeniyle mmkn mertebe yapdan uzaklatrlr [19]. Tren

ray ve tekerlei iin msaade edilen maksimum deer srasyla 0.025 ve 0.035dir.

5.5. Kkrt (S)

Kkrt demirle birleerek FeS fazn oluturur. Bu faz dk ergime scaklna

sahip olduu iin haddeleme scaklnda ergiyerek scak krlganla sebep olur ve

haddelenmesini gletirir. eliin ilenebilme zelliinin artrlmas sz konusu

olmad hallerde, yabanc madde olarak kabul edilen bir elementtir [20].

5.6. Krom (Cr)

eliin dayanm zelliini artran fakat buna karlk, esnekliini eksi ynde

etkileyen bir alam elementidir. Cr, eliin scaa dayanmn artrr. Kabuk-tufal

yapmay nler. Krom, dengesi abuk bozulmayan karbr meydana getirir. elikte

her % 1 oranndaki Cr yzdesi artsna karlk, ekme dayanmnda yaklak olarak

8-10 kg/mm2lik bir art grlr [21].

5.7. Nikel (Ni)

Darbe tokluunu ve tavl eliklerde dayanm artrr. eliin dayanmn silisyum ve

mangana kyasla daha az artrr. elikte nikel, zellikle kromla birlikte bulunduu

zaman, sertliin derinliklere inmesini salar [19].

5.8. Molibden (Mo)

Molibden, elikte yalnz bana bulunmayp daima krom ve nikelle birlikte kullanlan

bir alam elemandr. Dayanm ve akma snrn ykseltir. Gevrekliini ortadan

kaldrr. Darbeli ve vuruntulu yerlerde kullanlmaya elverilidir. Molibdenli elikler

ak, dizel motorlar v.b.makine paralarnn yapmnda kullanlrlar. Tane bymesi,

sertleebilme kabiliyetini artrr. eliklerin srnme dayanmn ve anma direncini

ykseltir [22].

17

5.9. Vanadyum (V)

Tane kltme etkisi yaparak eliklerin akma ve ekme dayanmlarn olduka

artrr. Ayrca sertleebilme kabiliyetini artrr, menevileme ve ikinci sertlemede

olumlu etkileri vardr. Vanadyum, tane kltc ve karbr yapc etkisi ile mikro

alaml eliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanlan bir mikro alam

elementidir. eliklerin scaa kar dayanmn arttrr [21].

5.10. Bakr (Cu)

Akma ve ekme dayanmn arttrr, yzde uzamay ve ekillenebilirlii azaltr.

Souk ekilebilirlii kt ynde etkiler. Korozyon dinencini ykselten etki gsterir.

Tren raylarnda 0.15 civarnda bulunur[21].

5.11. Alminyum (Al)

Alminyum elikte silisyuma benzer etkiler yapar. Oksitleri gidererek oksijeni

zararsz hale getirir. elii iri taneli yapar[21].

18

6.RAY TPLER

6.1. Doal Olarak Sert Raylar

Raylar genellikte doal sertlikte teslim edilir (Tablo 2.6). Bunlar, kristalleme

durumuna gre adlandrlan perlitik (sert karbonlu pik demir) raylardr. Ray kalitesi

900 A, dz yol zerinde her 100 mde yaklak 0.7-1 mm ray yksekliinde

ve yaklak 600 m yarapla kavislerde 2-3 mm anma oran gstermektedir.

Daha kk yarapl kavislerde bu rayn anma direnci yerinde olacaktr. 200

N/mm2 ile 23 gerilme mukavemeti art, anma orannn yarsna denk

gelmektedir. Gerilme mukavemetindeki art, sl ilemle elde edilir [14].

Tablo 6.1 : Ray elii eitlerinin mukavemetine ve kimyasal bileimine genel bir

bak [2].

Kalite Freze

Son Kat Gsterim

Kimyasal Bileim (%) Rm (N/mm

2) C Si Mn Cr V

700 doal sertlik

standart

kalite 0.5 0.2 1 - - 680

900A doal sertlik

anma direnci

kalitesi

0.7 0.3 1 - - 860

1100 doal sertlik

yksek anma direnci

zel kaliteleri

0.72 0.6 1.1 0.9 0.1 1080

1200 doal sertlik

0.77 1 1.1 0.9 0.15 1180

1100HH balk sertlii

0.77 0.3 0.9 0.1 - 1175

1400 doal sertlik

(beynitlik) 0.3 1.8 2 2-3 1400

6.2. Termal Olarak lem Gren Raylar

ekil 6.1de mantar sertletirilmi ve doal olarak sert raylarn germe-gerilme

emasn gstermektedir. Maksimum gerilme kuveti Fmde nominal germe,

germe mukavemeti Rm olarak tanmlanr.

19

ekil 6.1 : Mantar sertletirilmi raylarla doal olarak sert raylarn germe-gerilme

emas[23].

ekil 6.2da eitli ray tiplerinin anmaya kar direncini 200 ray tipinin direnciyle

karlatrmaktadr. UHC (ultra yksek karbon) trne kadar en az 350 HB (350 HT,

350 LHT) sertlik deerlerinde sl ilem grm raylarn anmasnn nemli lde

azaldn gstermektedir.

ekil 6.2 : 200 sertliinde raylarla karlatrldnda yksek kaliteli raylarn

anmasna kar artan diren[23].

20

6.3. Yksek Alaml Raylar

Yksek alaml eliklerin dezavantaj, artan kaynak hassasiyeti ve azalan krlma

sertliidir. Krlganla neden olan istenmeyen yapsal paralarn oluumundan

kanmak iin kaynaktan sonra soutma hzna zel bir nem vermek gerekir. 800-

8500 oC aralndaki krom-magnez eliklerin minumum souma sresi 220-

200 saniyedir. Bu nedenle mobil parlak ulu kaynak makinesi, soutma hzn

gvenli bir aralkta tutmak iin kaynak hava kabarcklarn kestikten sonra

mevcut pulslarla tekrar stma salar[23].

6.4. Beynitik Raylar

Gnmzde uygulanan perlitik ray eliinin limitleri, belli bir youn kullanma

ulam grnmektedir. Beynitik ray eliinin kullanmndan perlitik eliklerde

ortaya kt gibi viskozitede kayp olmakszn daha yksek mekanik mukavemet

beklenmektedir[23].

21

7. KULLANILAN RAY STANDARTLARI

Demir yolu raylarnn retiminde en yaygn kullanlan standartlar; UIC 8600 ve

EN 13674-12003+A12007 dir.

EN 13674-12003+A12007 sertlik derecesine bal olarak 7 adet demir yolu ray

kalitesi belirlemektedir. nk sertlik dereceleri zel elik kalitelerinin

ypranma zellikleriyle dorudan balantldr. Uluslar aras demir yolu birlii

(International Union of Railways) UIC 860-1 kodeksinin aksine, ki bu kodeks

gnmze kadar yaplm en yaygn demiryolu artnamesini oluturmaktadr, bu

yeni standart UIC standardna oturan bir performans oluturmaktadr. Gerekli

artlar yerine getirebilmek iin iki eit test tr uygulanmaktadr[23].

7.1. Yetenek Tespit Testi

Yetenek tespit testi atlamaya kar dayankll ve yorulma testlerini kapsayacak

ekilde yaplmak zorundadr.

7.1.1. Onay testi

Onay testi kabul edilen her bir demiryolu raynn belirtilmi artlara uygun

olduunu tasdik eder.

UIC 860-0 standardnn aksine tahrip edici olmayan testler onay testlerinin bir

paras olarak detayl bir ekilde belirtilmektedir. Btn demir yolu raylarnn zarar

verici bir arzaya sebep olmayacandan emin olmak iin utrasonik ve % 100 bir

seviyede anafor (eddy current) akm tarafndan test edilmek zorundadr. Avrupa

Demir yollar yksek hzda bir ulam yapt iin zemin dzgnlnn test

edilmesi bu zamana kadar dier artnamelerde belirtilmemi ilave bir

zorunluluk oluturmaktadr. Bunlara ek olarak retim zelliklerinin test edilmesinin

zor ya da pratik olmad durumlarda retim ilemlerinin detaylar ayrntl bir

biimde verilmektedir. rnek olarak, sv eliin vakum iyiletirmesi

22

tamamlanm demir yolu raylarnda atlam ya da krlm yarklar

oluturmayacandan emin olmak iin btn elik kalitelerinde yaplmas zorunlu

bir ilemdir[23].

7.2. UIC 860-0 ve EN 13674-12003+A12007 zerinde Yaplan Bir

Karlatrma

UIC- kodeksi 860-0 retilmekte olan demir yolu raylarnn karlamak zorunda

olduu malzeme zelliklerini belirtmektedir. Avrupa standard EN 13674-

12003+A12007 n aksine retim iin gerekli olan artlar kesin bir biimde

tanmlanmaktadr. En son deiiklik 1986 ylnda yaplmtr ve sonu olarak UIC

860-0 standard o zamann gelimi olan en son teknolojisini yanstmaktadr.

Bunlarn ekme direnci yalnzca drt demiryolu ray elik kalitesini

tanmlamaktadr[23].

Avrupa standard EN 13674-12003+A12007 ise sertlik derecesine gre yedi

adet demiryolu ray kalitesini tarif etmektedir. Bu tanmlama sertlik kalitesinin

zel eliin ypranma zellikleri ile tamamen balantl olduu gerei zerine

temellenmektedir. Avrupa standard ancak hizmete gecen gerekli performansn

baarl olduunu garanti eden bir retim standarddr. Gvenlii garanti etmek iin

rn test ederken iki aama tarif edilmektedir: Yetenek tespit testi atlamaya kar

dayankll ve yorulma testlerini kapsayacak ekilde yaplr. Onay testi ise tevdi

edilen her bir demir yolu raynn belirtilmi artlara uygun olduunu tasdik eder[23].

23

8. ELKLERN ISIL LEMLER

8.1. Demir-Sementit Denge Diyagram

Denge diyagram incelenecek olursa demir ve sementitin birok faz meydana

getirdii, gerek tektik, gerek tektoit ve gerekse kat eriyik olan bir dizi alamlar

grlr. tektikler (ift fazl alamlar), alam meydana getiren elementlerin kafes

sistemlerinde bir deiim olmaz. Elementler kendi kafes sistemlerini ayn

ekilde korurlar. Bu tip alamlar orana bal olarak homojen bir yapda her iki

fazn da zelliini gsterirler. Bu nedenle bu tip alamlar stn zellikli deildir ve

snrl zellik deiimi salanabilir. Homojenliin saland oran tektik oran ve

scaklkta tektik scaklk olarak adlandrlr. tektik scaklk alam

elemanlarnn ergime scaklklarnn altnda bir scaklktr[24].

tektoit, kat eriyiklerin yapm olduklar bir yapdr. Kat eriyikler scaklk

deiimi ile baka yaplara dnrler. Bu dnme kat durumda

meydanageldiinden aradaki fark belirleyebilmek iin tektoit ad verilmektedir. Bu

tektoit blgesi ierisinde % 0.008 karbon bulunan (pratikte sfr karbon) snr

ile % 1.7 karbon bulunan snra kadardr. Saf demir ile austenitin vermi olduu bir

tektik olmasna ramen tektoit ad verilir (ekil 8.1). Saf demir, 910 C

scaklkta kristallerine dnr. Demire karbon katld zaman durum tektie

benzemekte ve dnme 910 C scaklktan daha alak scaklklara dmektedir.

Dnme tektoit scaklk olan 723 C scaklkta tamamlanr. tektoit oran % 0,85

karbon oranndadr. Karbon bu blgede saf demirden yeteri kadar ile sementit yapar

ve bu sementit de belirli orandaki demirle perlit adn verdiimiz yapy oluturur.

Demirdeki karbon oran tektoit snr olan % 0.85e ulancaya kadar yapda ferrit ile

perlit bulunur. Karbon miktar % 0.85 olduu zaman yapda tektoit olan perlit

bulunur. Oran % 0.85ten fazla olacak olursa, karbonun ancak % 0.85 kadar tektoit

yapacandan fazla karbon yapda sementit olarak bulunur. Scaklk 723 C zerine

knca tektoit yap hemen stenite dnr[24].

24

Austenit, 14 atomlu yzey merkezli kark kristallerine verilen isimdir.

Scaklk ykselmesi ile karbon eritkenlii artarak % 1.7ye kadar ykselir. Saf veya

karbon eritmi halde mknatslanmaz. Nikel ve manganez karm ile elde edilen ve

alak scaklklarda da yaps Austenit olan elikler de elde edilmektedir. Bu

elikler mknatslanmazlar. Biimlendirme zellii ok yksektir. Is ve elektrii

iyi iletmezler. Ledeburit, yksek scaklklarda Austenit ile Sementitin, oda

scaklnda ise perlit ile sementitin meydana getirdii bir yapdr[24].

Ferrit, oda scaklnda 9 atomlu, hacim merkezli, kbik kristal kafeslerinden

olumutur. Saf demirdir. Sementit (Fe3C), % 93.3 Ferrit ile % 6.67 karbonun

oluturduu kimyasal bileiktir. zgl arl dk, sert ve krlgandr. 215

C scaklkta mknatslanma zelliini kaybeder. Biimlendirilebilme zellii yoktur.

ekil 8.1: Demir sementit denge diyagram[24].

25

8.2. Raylara Uygulanan Isl lem

eliklerin gerekli termo mekanik sreleri tasarlamak iin srekli souma dnm

diyagramlar ok nemlidir. Bu, tektoit elii iin dnm diyagram kullanarak

izah edilebilir (ekil 8.2) [14]. Bu ekilde perlit, binit ve martensit balang

(srasyla Ps, Bs, Ms) ve biti scaklklar (srasyla Pf, Bf, Mf) iaretlemitir. Souma

yollar bu diyagramn zerine koyarak, dnmden beklenen mikroyap

gsterilebilir.

ekil 8.2 : tektoit dnm diyaram [14].

rnein, ok yava souma hzlarda (yol A) tam perlitik mikroyap beklenmektedir.

Souma hz artrlnca (yol C) souma yolu, perlitik ve beynitik dnm snrlar

geerek kark mikroyap elde edilir. ok hzl souma takip edildiinde (yol

D), perlitik ve beynitik dnm snrlarndan tamamen kurtulabilir. Bylece

martensit yap oluuyor. Ray eliin asndan bu yollarn hibiri fazla arzu edilir

deildir. A souma yolu, dk sertlik ve anma dayanmna sahip kaba perlitik

yapya sebep oluyor. C souma yolu dk anma direncine sahip arzu

edilmeyen perlitik ve beynitik yapya sebep oluyor. D souma yolu martensit

yapya sebep oluyor. B souma yolu, beynitik balama scakln biraz stnde

perlit biti snrna kadar sabit termal dnm oluyor. Burada bileim ok

hzl souyor, yksek anma direnci, mkemmel sertlik, iyi yorulma zellikleri

ile arzu edilen ince perlitik mikroyap elde edilir. B souma yolu aksatlm

26

souma ya da hzlandrlm souma olarak adlandrlr ve ray elik retiminde

yaygn kullanlr.

8.3. Ray Sertliinin nemi

Sertletirme, anmay azaltmay ve alma srasnda zellikle sk ve orta kavislerde

raylarn yuvarlanma-temas yorgunluuna kar direncini arttrmayamalamaktadr

[2].

Esas olarak balk sertletirmesi iin hat d sertletirme ve hat iin sertletirme

prosedr olan iki yntem bilinmektedir. Raylara uygulanan sl ilemin amac

yzey sertliini iyiletirmektir. Yzeye ok sk olmayarak uygulanan sl ilemler:

lazer sertletirme, plasma kaplama ve lazer kaplamadr. ok yaygn olarak

uygulanan yzey sertletirme ilemi yzeye su pskrtmedir[2].

8.4. Raylarda Su Verme

Su verme eliin termo mekanik ileminde nemli rol oynamaktadr, bu aadaki

rnek ile izah edilebilir. % 0.77 C, % 0.95 Mn, % 0.22 Si ve % 0.1 Cr ieren C-Mn

elii dnn. Bu eliin farkl mikroyapya sahip olabilmesi iin(srekli souma

ortam altnda) gerekli souma hzlar Tablo 3.4de verilmi. Aksine, istenilen ince

perlitik mikroap eldesinde, profil soutulmasna son verilmesi 640OC/dkda elik

1050OCden 580 OCye soutulduu yerde, yava soutarak 45 OC /dkda 480 OCye,

lml soutmada 380 OC/dk orannda oda scaklna soutulmas gerekir [17].

Tablo 8.1: Su verme orannn ray eliinin mikroyapsna etkisi[17].

Souma Hz Faz

643 OC/dk Martenzit

Kesintili soutma nce Perlit

Mantar sertletirilmi raylarn mantarlarnn iyaplarnda sk dizilmi ince

perlit oluturmak iin souma hzn ykseltmek gerekmektedir. ekil 8.3de bir %

27

0.75 C + % 1 Mn ierikli bir ray eliinin iyapsnn, souma hzn

deitirerek nasl deitirilebilecei grlmektedir:

ekil 8.3 : % 0.75 C + % 1 Mn ierikli bir ray eliinin srekli souma dnm

diyagram[17].

8.5. Mikroyap ve Mekanik zellikleri

stenitten perlite dnm, difzyon tarafndan kontrol edilen bir prosestir;

ekirdeklenme ve byme prosesi ile belirlenir. Bu dnm srasnda stenit iinde

karbonun difzyonu, hz kontrol eden aamadr. Mekanik zelliklerin ou, perlit

yapnn oluumuna baldr. nce ve % 100 perlit yap, dk lameller aras mesafe,

anma dayanm gibi iyiletirilmi mekanik zellikleri salar, yani daha kk

lameller aras mesafe daha byk anma dayanm salyor, bunun tersi de dorudur.

Dnm mekanizmalarn anlayarak bu mikroyaplar deitirilebilir. Lamelle aras

mesafesi, denge tektoit dnm scakl altndaki alt souma ile ters olarak

deiir, dnm scakl ne kadar dk ise lameller aras mesafesi o kadar incedir.

Dnm scakln mekanik zelliklerin zerindeki etkisi ekil 8.4da

gsterilmitir.

28

ekil 8.4 : Dnm scakln mekanik zelliklerin zerindeki etkisi [25].

8.6. Mantar ertletirilmi Raylarn Kimyasal Bileimi Ve En 13674-

12003+A12007 Standardna Gre Sertlik Dalm

EN 13674-12003+A12007 standardnda mantar sertletirilmi R 350 HT

kalitesindeki raylarn sv ve kat analiz sonular ve artk element deerleri Tablo

8.2.de gsterilmitir.

Tablo 8.2 : R350 HT ray kalitesinin kimyasal kompozisyon ve mekanik zellikleri.

% Ktle olarak bileim

10-4

%

ppm

m

ax

ktl

e ola

rak

Rm

min

(M

Pa)

min

. %

uza

ma

(MP

a)

Mer

kez

i

zgi

ze

rinde

yze

y

sert

lii

HB

W/R

S

C Si Mn P

max.

S

max.

Cr

max

Al.

max.

V

max.

N

max. O H

Sv 0,720,80 0,150,58 0,701,20 0,020 0,025 0,15 0,004 0,030 0,009 20 2,5 1175 9

350

/390 Kat 0,700,82 0,130,60 0,651,25 0,025 0,030 0,15 0,004 0,030 0,010 20 2,5

8.7. Ray Haddehanesinde Hzlandrlm Soutma le Demir Yolu Raylarnn

retiminin Gelitirilmesi in eitli Mantar Sertletirme Yntemleri

Anmaya direnci gelitirilen demir yolu raylar, stenitik dnm scakl altnda

kontroll bir ekilde gl bir soutma ile retilir. Hzlandrlm su verme ile

retilmi raylar, kafa (mantar) blgesinde ince perlitik bir yapya sahiptir. Soutma

sistemi, bir dizi sv soutma arac bulunana kafalardan (pskrtme) olumaktadr.

29

Tek bir kesit iin soutma sistemi dizaynlar ekil 8.5de verilmektedir. Hadde

knda scak olarak alnan raylar, ara stmaya gerek kalmakszn ve/veya

indksiyon kaynakl stma sisteminden geirilerek, bir tutucu rulo sistemi ile

soutma sistemine transfer edilir. Ray uzunluunun her segmenti, sv soutucu

(ekil 8.5a,b, ve c) ve basnl hava + sv soutucu (ekil 8.5 d ve e) karmna tabi

tutulur. ekil 8.5 -ada rayn mantar ksm ve alt ksm sv soutmaya maruz iken

ekil 8.5 -e ve dde rayn yalnzca mantar ksm hzlandrlm soutmaya tabi

tutulmutur. Tasarlanan dier sistemlerde rayn web blgesi (ekil 8.5 -c) ve web

blgesi alt (ekil 8.5 -b) hzlandrlm olarak soutulmutur[23].

ekil 8.5 : Soutma sistemleri: a) mantar ve alt ksmna sv, b) mantar ve

web blgesi altna sv, c) mantar, web blgesi ve alt ksmna sv, d) yalnzca mantar

ksmna sv + hava karm ve e) yalnzca mantar ksmna sv + hava karm

olarak pskrtlen hzlandrlm soutma sistemleri[23].

30

9. MANTARI SERTLETRLM RAY RETM NEDENLER

Son 10 yl akn bir sredir dnyada mantar sertletirilmi ray retimi nem

kazanmtr. Bunun nedeni bir yandan R260 raylarnn anma direnlerinin yeterince

yksek olmamas, dier yandan hzl tren uygulamalarnda yetersiz kalmalardr.

Bunun ilk fark edilii 1960l ve 1970li yllara rastlar. Aratrmalar ray eliklerinin

i yapsna ynelmi ve kaba taneli perlitlli iyapdan sk dizili perlitli iyapya

ynelmitir. Artk dnyada yaygnlaan ve Trkiye de de balatlan hzl tren

iletmecilii iinde R350HT standard raylar daha ok kullanlmaya balanmtr.

zelliklede Avrupa da Almanyada 1903de 210km/sa hzla balayan hzl tren

uygulamas, 1955de Fransann 331km/sa hza ulamasyla devam etmitir.

Gnmzde Avrupa da ve dnyada 200-250km/sa hzla giden hzl trenler

kullanlmaktadr. Fransa, Almanya, ngiltere, talya,spanya, Belika, Japonya, Kore,

Taiwan ve ABD, YHT iletmeciliinde olduka yolalm durumdadr. Fransa 1900

kmlik YHT-hattyla Avrupann en geni ana sahiptir ve bunu 2020 ye dek 4000

kmye karmay planlamtr. spanya ise 2020ye dek Fransay geecek planlar

yapmtr; spanyollar 2020de YHTlerinin hzn 350 km/sae karmay

planlamtr. 2009da dnyada 10.739 km hatta alan 1750 YHT vard. 2010

itibariyle 200 km/sa zerinde seyreden 2500 YHT bulunmaktadr. Halen dnyada

13.469 km YHT-hatt ina halinde, 17.579 km YHT-hatt ise planlanm durumdadr.

2020 ylnda dnyadaki YHT-hatlar 41.878 kmye ulaacaktr. Hzl tren seyahat

srelerini ksaltmakla kalmayp ayrca, seyahat skln arttrm, konforu, gvenlii

ve gvenilirlii salam ve evreye olan zarar en aza indirgemitir. Bununla

birlikte, belli bal ray sorunlarn da beraberinde getirmitir. zellikle, dar yarapl

dnemelerde (=kurp < r=2000m) lokomotif ve vagonlarn tekerlekleri ile raylar

arasndaki ar srtnmenin etkisiyle, i raylar abuk anmakta ve ksa srede

yenilenmeleri gerekmektedir. Bu zorunluluk tren trafii aksamalarna ve yksek

malzeme ve iilik bedellerine yol amaktadr. Ayn durum, Trkiyede TCDDnin

nmzdeki 10 yl iinde demeyi planlad 15.000km yeni hzl tren hatlar iin

de geerlidir[26].

Uluslararas Demiryollar Birlii (UIC) nin Mart 2005 tarihli 721 numaral talimat,

31

yarap 400m den az dnemeler iin mantar sertletirilmi ray kullanmn

zorunluluk dzeyinde, 400-700 m yarapllarda ise tercihli olarak kullanmn

nermektedir[26].

TCDD nin zellikle kk yarapl (

32

ekil 9.1 : R350HT ve R260 kalitedeki rayn anma davranlarnn

karlatrlmas [27].

Mantar sertletirme ileminde sl ilem uygulanarak kaba perlit mikroyap ince

perlit mikroyapsna dnmektedir. Bu dnm sonrasnda sertlik artmakta ve

rayn kullanm srasnda daha az anmas salanmaktadr. Aadaki ekilde de

grlecei zere sertlik arttka metredeki anan elik miktar azalmaktadr.

ekil 9.2 : Perlitik raylardaki anma oranlar [27].

Btn bu anma davranlarnn sonucu olarak; zerinden geen yk miktar ve viraj

yaraplar gz nne alnarak uygun kalitedeki rayn seimi ok nemli hale gelir.

Uygun kalitenin belirlenmesi iin aratrmalar yaplmtr. Yk ve viraj yaraplar

A

nm

a o

ran

[mm

/100m

t]

Yarap [m]

A

nm

a o

ran

[m

g/m

]

Sertlik [Brinell]

33

dikkate alnarak yaplan almalar sonucunda aadaki ekilde deiik kalitedeki

raylarn seim parametreleri ve snrlar belirlenmitir. ekile gre R260 kalitedeki

rayn dk yarapl virajlarda kullanlabilirlii snrlyken R350HT kalitedeki

eliin kullanm uygun gzkmektedir. Ayrca yksek yk miktarlar altnda yine

R350HT kalitedeki rayn kullanm daha uygun gzkmektedir.

ekil 9.3 : Yk ve viraj yarapna gre ray seimi [27].

Yaplan deneyler sonucunda farkl yarapl virajlarda kullanlmas zorunlu ve

kullanlmas nerilen raylarn kalitesi belirlenmi ve aadaki tabloda verilmitir.

Ton

[M

t/yl

]

Yarap [m]

34

Tablo 9.1 : Kullanlmas zorunlu ve kullanlmas nerilen ray kalite eitleri [27].

retilen ray eliklerinin kullanm sreleri maliyet asndan ok nemlidir. nk

bakm, onarm ve yenileme almalar arttka, bu faaliyetlere harcanan paralar da

artmaktadr. Ayrca bakm, onarm ve yenileme almalar srasnda yolcu ve yk

tamacl sekteye urayarak ulamda byk zararlara yol aacaktr. Aadaki

tabloda R260 kalitedeki ray ile R350HT kalitedeki rayn farkl parametrelere gre

karlatrlmas gsterilmitir. Ayn yarapa sahip virajdaki verilere gre R350HT

kalitedeki rayn servis mr R260 kalitedeki rayn servis mrnn iki katdr.

Tablo 9.2 : R260 kalitedeki ray ile R350HT kalitedeki rayn karlatrlmas [27].

Parametre R260 R350 HT

Servis mr

(r 700-1500 m) 20 yl / 30Mt 40 yl / 30 Mt

Anma Oran 0.7 mm/100 Mt 0.4 mm/100 Mt

kme Oran 0.75 mm/100 Mt 0.3mm / 100Mt

Ray Yenilenmesi Yke bal olarak en

azndan 40 ylda bir Yke bal

Ray kalitesine gre farkl viraj yaraplarnda grnen ke anmalar, rayn mr

sresini belirleyen en nemli parametredir. Fakat virajlarda ke anmalar

mevcutken rayn st blgesindeki anmalar da gz ard edilemez. st blgelerde de

Referans nerilen

Viraj

Yarap

[m]

< 300

R350HT

R400HT

(R370CrHT)

300-700

R260

(R400HT)

R370CrHT

(350HT)

700-1500 R260 R350HT

1500-5000

R260

R350HT

(R260)

> 5000 R260 R260

35

uygulanan yk sonucunda kmeler meydana gelmektedir. Aadaki ekilde farkl

kalitedeki raylarn gnde 42000 ton (toplam 105 milyon ton) yk altnda 791 metre

yarapl virajdaki ke anmalar ve st blgedeki kme miktarlar gsterilmitir.

R350 HT kalitedeki rayn ke anma miktar 1 mmye, st ksmndaki kme

miktar 0.1 mmye yaklamaktadr. R260 kalitedeki ray incelendii zaman ise ke

anma miktar 1.5 mmye yaklarken st ksmdaki kme miktar ise 0.3 mmye

yaklamaktadr.

ekil 9.4 : Farkl kalitedeki ray eitlerinin anma davranlar [28].

Ke

a

nm

as

ve

st

ks

md

ak

i

km

e [m

m]

Ray eitleri

36

10. DENEYSEL ALIMA

Bu tez kapsamnda R260 kalite demiryolu tren rayna mantar sertletirme sl ilemi

uygulanarak sl ilem parametrelerinin belirlenmesi ve sonuta R350 HT kalite ray

zelliklerine ulamas amalanmtr. Yurt iinde faaliyet gsteren bir demir elik

reticisi firmadan deneysel almalarda kullanlmak zere 50 mm kalnlnda 7

adet R260 kalite demiryolu ray temin edilmitir.

Deneysel olarak gerekletirilen almalar:

Su Verme Isl lemi ve Mantar Sertletirme

Numune Hazrlama

Sertlik lm Deneyi

Mikroyap almalar

SEM Analizi

olmak zere 5 balk altnda toplanmtr.

10.1. Su Verme Isl lemi Ve Mantar Sertletirme

R260 kalite tren rayndan mantar sertletirme ilemi neticesinde R350 HT tren ray

elde etmek iin uygulanacak olan su verme sl ilemi Karabk niversitesinde hali

hazrda olan hzlandrlm su verme sistemi ile yaplmtr. Sistem, soutucunun

(su+hava karmnn) ray mantarnn istenen blgesine belirli bir basn ve debide

verilmesini salamakta ve soutma sisteminde, soutucunun rayn web (sac) ve ayak

ksmna temas etmeyecek ekilde tasarlanmtr. Nozul k kanal ap 2.5 mmdir.

Su ve hava ayr ayr hortumlardan gelmekte ve birlikte verildiklerinde geri besleme

meydana gelmemesi iin birleme noktalar ncesinde hem su hem de hava

hortumlarna ek valf balanmtr.

37

ekil 10.1 : Mantar sertletirme ileminde kullanlan soutma sistemi.

Mantar ksmnn sertletirilmesi ncesi numunelerin ray retiminde hadde k

scakl olan 885C dereceye kartlmas iin Proterm (ekil 10.2.) marka sl ilem

frn kullanlmtr.

ekil 10.2 : Proterm marka sl ilem frn.

885C derece scakla kartlan raylar ekil x.de verilen sisteme yerletirilip su ve

hava kullanlarak rayn mantar ksmnn sertletirilmeye ilemi yaplmtr. Bu ilem

4 bar ve 5 bar hava basnc kullanlarak 10, 20 ve 30 sn srelerle gerekletirilmitir.

10.2. Numune Hazrlama

Temin edilen 50 mm uzunluundaki ray dilimleri yaplacak olan almalar iin

kullanlmak zere mantarn cihazda rahat kullanlabilmek zere nce gvde

ksmndan kesilmitir. Daha sonra sertletirilmi olan rayn mantar ksm orta

ksmndan Mecatome T 255/300 kesme cihazyla 40A25 kalite disk kullanlarak

38

(ekil 10.3 ve ekil 10.4 ) s artn nlemek iin su soutmal olarak yaplmtr.

ekil 10.3 : Mecatome T 255/300 kesme cihaz.

ekil 10.4 : Kesme diski.

Kesme ilemi gerekletirilen numuneler daha sonra ekil 10.5de gsterilen

Mecapol P 220S cihazyla 240 2500 numara aralndaki silisyum karbr

zmparalardan geirilmitir. Mikro yap ve SEM analizi iin ayrca keede parlatlan

(ekil 10.6.) numuneler daha sonra %2lik Nital ile yzey dalama ilemine tabi

tutulmutur.

39

ekil 10.5. Mecapol P 220S zmpara cihaz.

ekil 10.6. Mecapol P 230 parlatma cihaz.

10.3. Sertlik lm Deneyi

Numune hazrlama ilemiyle orta noktasndan kesilen mantar sertletirilmi ray

numunesi EN 13674-1:2011 standardna gre sertlik lm noktalar, deneysel

alma iin srasyla ekil 10.7.te gsterilmitir. Sertlik lmleri, mantarn st

orta ksmndan, mantarn sa ve sol yan tarafnda mastar kelerinden ie doru

belirlenen aralklarla yaplmtr.

40

ekil 10.7 : Ray kesiti zerinde n almalarda sertlik lm yaplan noktalarn gsterimi [29]

Sertlik deerleri, Zwick/Roell marka niversal sertlik lm cihaz ile 187,5 kg yk

altnda 2,5 mmlik bilye ile Brinell cinsinden llmtr.

ekil 10.8 : Zwick/Roell marka sertlik lme cihaz.

10.4. Mikroyap almalar

10.4.1.Optik mikroskop

Metalografik olarak hazr hale getirilen numunelerin mikroyap almas ekil

10.9da gsterilen Leica DM 750M marka metal mikroskobunda yaplmtr. Scak

haddeden km ve mantar sertletirilmi tren ray numune yzeyinden, EN 13674-

1:2011 standardnda belirtilen noktalara gre ke noktalarnn 10 mm altndan 500

bytmede mikroyap fotoraflar ekilmitir.

41

ekil 10.9 : Leica DM 750M Metal mikroskobu.

10.4.2 SEM analizi

Su verme ilemi sonucunda optimum deerler elde edilen numunelerin mikro

yaplarn daha ayrntl incelemek amac ile SEM analizi yaplmtr. Bu deney ile

sl ilem uygulanm numune ile uygulanmam numunelerin perlitik yaplar

arasndaki farklar llmtr. Bu analiz srasnda ekil 10.10da gsterilen Hitachi

TM-1000 marka cihaz kullanlm ve 10000 bytmede mikro yap fotoraflar

ekilmitir.

ekil 10.10 : Hitachi TM-1000 SEM cihaz.

42

11. DENEY SONULARI

Deneysel sonular;

Sertlik deneyi sonular

Mikroyap sonular

SEM analizi sonular

olmak zere 3 ana balk altnda toplanmtr.

11.1. Sertlik Deneyi Sonular

EN 13674-1:2011 standardna gre lm iin belirlenen noktalar ve olmas gereken

Brinell sertlik deerleri ekil 11.1deki gibi belirtilmitir.

ekil 11.1 : EN 13674-1:2011 standardna gre HB lm noktalar ve

minimum deerleri.

885Cdeki R260 kalite ray numunelerine 4 bar ve 5 bar basnl hava ve su kullanlarak,

10,20 ve 30sn srelerle yaplan mantar sertletirme ileminin Brinell sertlik sonular

Tablo 11.1 ve Tablo 11.2 de grld gibidir.

43

Tablo 11.1 : 4 Bar hava kullanlarak yaplan su verme ilemin HB sonular.

HB

Noktalar

1

2

4

3

5

6

7

9

8

4 bar basn

10s

345

HB

339

HB

360

HB

349

HB

332

HB

340

HB

322

HB

355

HB

343

HB

4 bar basn

20s

435

HB

380

HB

392

HB

370

HB

409

HB

405

HB

409

HB

362

HB

380

HB

4 bar basn

30s

470

HB

391

HB

417

HB

405

HB

418

HB

425

HB

422

HB

457

HB

407

HB

Tablo 11.2 : 5 Bar hava kullanlarak yaplan su verme ileminin HB sonular.

HB

Noktalar

1

2

4

3

5

6

7

9

8

5bar basn

10s

333

HB

332

HB

334

HB

341

HB

330

HB

349

HB

312

HB

327

HB

339

HB

5 bar basn

20s

352

HB

350

HB

357

HB

340

HB

361

HB

354

HB

355

HB

364

HB

330

HB

5 bar bas

30s

437

HB

367

HB

387

HB

370

HB

399

HB

399

HB

401

HB

379

HB

390

HB

Tablo 11.1 ve Tablo 11.2deki llen Brinell sertlik deerlerine gre su + hava

karm olan 4 bar basnl hava kullanlarak 10sn yaplan su verme ilemi ile 5 bar

basnl hava kullanlarak 20sn yaplan su verme ileminin sonular standartta

olmas gereken deerleri hemen hemen salamaktadr.

11.2 Mikroyap Sonular

Deneysel alma kapsamnda 885Cde su verme ilemi yaplm ray

numunelerinden sertlik deeri sonular EN 13674-1:2011 standard ile rten 4 bar

basn 10sn ve 5 bar basn 20sndeki numuneler zerinden yaplmtr. Bu

numuneler mikro yap almalar iin %2 Nital ieren zeltide dalamtr.

Dalanm olan numuneler sras ile optik mikroskop ve SEM cihazlarnda

44

incelenmitir. su + hava karm ile pskrt me sl ilemi uygulanan sertletirilen

ray numunelerin mikroyap fotoraflarn vermektedir. Mikroyap fotoraflar, rayn

yzeyinden, yzeyin 10 mm ve yzeyin 20 mm altndan ekilmitir.

ekil 11.2 : 8850Cden 10 saniye 4 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn yzeyinin 20 mm altndaki blgenin optik k

mikroskop grnmleri.

45

ekil 11.3 : 8850Cden 20 saniye 5 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn yzeyinin 20 mm altndaki blgenin optik k

mikroskop grnmleri.

Uygulanan sl ilem sonucunda sertlik deerleri istenilen snrlarda olan

numunelerin mikroyaplarnn perlit olduu grlmtr. Bu perlit yaplarn ilem

grmemi ray elii ile kyaslanmas ve nicel deerler elde edilmesi amac ile SEM

analizi yaplmtr.

ekil 11.4 : Isl ilem grmemi ray eliinin SEM analizi sonucunda ekilmi

grnmleri.

46

ekil 11.5 : 8850Cden 20 saniye 5 bar hava ve 5 bar su pskrtme sl ilemi sonras

elde edilen rayn SEM analiz grnmleri.

Bu analiz 10000 kat bytme altnda yaplmtr. Sonu olarak sl ilem sonrasnda

ray eliinin perlit yaps nemli derecede inceltilmitir. lem grmemi kaba perlit

yapya sahip ray eliinin perlit lamelleri aras uzakl ortalama olarak 0,8 mdir.

Isl ilem sonras oluan ince perlit yapsnn lamelleri aras ortalama uzakl ise 0,2

mdir. Bu deerlerden de anlalaca gibi 5 bar hava ve 5 bar su koullar altnda

sl ilem uygulanm ray eliinde ince perlit yapnn elde edilmesi mmkndr.

47

12. SU VERME SSTEM TASARIMI

Yaplan deneysel almalar sonucunda su verme ilemi ile R260 kalite raydan

R350HT kalite standardndaki ray retiminin gerekletirilebilecei ispatlanmtr.

Aadaki resim (ekil 12.1) bir hadde knn resmi olup bu hadde knn

sonuna deneylerde elde edilen bulgular nda bir su verme sisteminin konulmasna

karar verilmitir ve bu sistemin tasarm yaplmtr.

ekil 12.1 : Rayn hadde k.

Bu sistemin tasarm yaplrken baz tasarm kriterleri belirlenmi olup bu kriterler

unlardr;

1. Sistemin hadde kna konulmas,

2. Seri retimdeki ray ak srasnda tm yzlere homojen miktarda su

verilmesi,

48

3. Rayn hareketini salanacak olmas ve

4. Su verme hattnn uzunluu belirlenmesidir.

Bu tasarm kriterleri gz nne alnarak yaplan tasarmda ilk olarak yaplacak olan

sistemin hadde kna uygun olacak ekilde tasarlanmas gereklilii zerinde

durulmutur. Daha sonraki aamalar ise u ekilde snflandrabiliriz;

1. Nozul sisteminin belirlenmesi

2. Tama sisteminin oluturulmas

3. Su verme hattnn uzunluu belirlenmesi

12.1. Nozul Sisteminin Belirlenmesi

Deneylerde prototipi kullanlan nozul sistemi gelitirilerek 3l ve 4l olarak

modler bir ekilde sisteme yerletirilmitir. Kullanlan nozullar, tipi bakmndan

ekil ii dolu konik pskrtme karakterlidir (ekil 12.2).

ekil 12.2 : i dolu konik pskrtmeli nozul.

3l nozul sistemi soutmay salayan ana nozullar olup 50 mm apndaki dairesel

bir alanda etkilidir (ekil 12.3).

49

ekil 12.3 : 3l nozul sistemi.

4l nozul sistemi ise 3l nozul sistemleri arasndaki l blgeleri ortadan kaldrmak

amacyla sisteme eklenmi olup 25 mm apndaki dairesel bir alanda etkili

olmaktadr (ekil 12.4).

ekil 12.4 : 4l nozul sistemi.

Nozul sistemlerinin etkili olduu slatma alanlarnn gsterimi ekil 12.5de

verilmitir.

50

ekil 12.5 : Islatma alanlar.

Su verme ileminde rayn sadece mantar ksmnn slanmas istendiinden dolay

gvde ve taban ksmn nozullerden kan sudan koruyacak su tahliye oluklar ekil

12.6da grld gibi sisteme eklenmitir.

ekil 12.6 : Su tahliye oluklar.

Mantar ksmnn soutulmasna ilikin nozul sisteminin montaj hali ekil 12.7de

gsterilmektedir.

51

ekil 12.7 : Soutma sisteminin montajl grn.

12.2. Tama Sisteminin Oluturulmas

Yaplacak olan tasarmn seri retimi aksatmayacak nitelikte olup rayn sistemden

akn normalde olduu gibi salamas gerekmektedir. Bu tasarmda genelde

kullanlan rulolu (silindirik) konveyr sisteminin yerine paletli bir konveyr

sistemi kullanlmtr. Konveyr sisteminin grn ekil 12.8de verilmitir.

ekil 12.8 : Paletli bir konveyr sistemi.

52

Konveyr sistemde kullanlan paletler zel olarak tasarlanm olup, sadece

mantar ksmnn soutulmas sonucu rayda oluacak distorsiyonlar nlemek

amacyla palet sisteminin alttan nozullar ile soutulmutur. Bu sayede rayn

gvde ve taban ksmndaki fazla snn paletler sayesinde suya alnmas

salanmtr. Bu soutma ilemine ait grnm ekil 12.9da verilmitir.

ekil 12.9 : Palet soutma sistemi.

Mantar soutma ve palet soutma sistemlerinin montajn kesiti ekil 12.10da

verilmitir.

ekil 12.10 : Tm soutma sistemlerinin montaj grn.

53

12.3. Su Verme Hattnn Uzunluu Belirlenmesi

Tasarm neticesinde elde edilen sistemin almasn u ekilde zetleyebiliriz.

Haddeden kan ray soutma sistemine girerek nozullar tarafndan verilen su ile

soutmaya tabi tutulmaktadr. Bu ilemi gerekletirecek olan hattnn

uzunluunun belirlenmesinde ncelikli olarak seri retimi gerekletirilen rayn

son haddeden k hz ve scakl bilinmelidir. Yaplan aratrmalar sonucunda

hadde k hznn 3 m/s ve scaklnn ise 885 oC olduu renilmitir. Bu

durumda deneysel almalarmz sonucunda elde ettiimiz verilerden seilen

parametreler (5 bar hava ve 5 bar su basnc altnda 20 saniye sreli soutma) ile

su verme hattnn uzunluu yaplan hesaplamalar 60 m olarak bulunmutur. ekil

12.11de bu sistemin ilerleyiini gsteren bir izim verilmitir.

ekil 12.11 : Sistemin almas ve Uzunluu

Yaplan tasarm faaliyetleri sonucunda elde edilen soutma sistemi tasarmn

yandan, nden ve genel grn ekil 12.12, ekil 12.13 ve ekil 12.14te

verilmitir.

54

ekil 12.12 : Tasarmn yandan grn.

ekil 12.13 : Tasarmn nden grn.

55

ekil 12.14 : Tasarmn genel grn.

56

13. MALYET DEERLENDRMELER

Mantar sertletirilmi ray elii projemiz kapsamnda eitli kaynaklardan elde

edilen veriler ile deerlendirmelerde bulunduk. Elde edilen veriler;

Tablo13.1. Aralk 2012 tarihinde piyasada satlmakta olan R260 ve R350HT kalite

raylarn fiyatlar

Kalitesi Fiyat (Ton)

R260 800

R350HT 900

Bu verilerin yannda yaklak olarak 1m rayn 50kg olduunu retici firmadan

renilerek hesaplamalarda bulunuldu. Bu hesaplamalar u ekildedir.

1 km R260 kalite ray hattnda maliyet yaklak 118.000TLdir.

1 km R360HT kalite ray hattnda maliyet yaklak 211.500TLdir.

Sonu olarak 1 kmde 23.500TL kar edilecektir.

Bu hesaplamada da grld gibi eer R260 kalite raydan R350HT ray retimi

gerekletirilmemesi sonucunda ithalata fazladan denmesi gereken fiyat 1km

asndan deerlendirilmitir. Bu hesaplamadan da anlald gibi R260 eliine sl

ilem uygulanarak R350HT elik retildiinde lkemize nemli katma deerler

salayacaktr. Bu projenin lkemiz asndan nemini dana nicel olarak inceleyecek

olursak; TCDD 2012 verilerine gre Trkiye de mevcut toplam demir yolu uzunluu

12.000kmdir. Bu demir yollarnn yalnzca 900kmsi yksek hzl trenler aittir.

Gelecek 10 yl ierisinde lkemizde 15.000km daha hzl tren hatt yaplmas

hedeflenmektedir. Projemizin hayata geirilmesi durumunda salanacak olan katma

deer yaklak olarak 140.500.000 dur. Bu miktardaki parann i piyasada kalmas

salanabilecektir.

57

14. DEERLENDRME

Bu proje kapsamnda yaplan su verme, sertlik testi, mikroyap analizi ve SEM

analizi deneyleri sonucunda R260 kalite rayn R350HT kalite raya evrilebilmesi iin

gereken parametreler belirlenmitir. Bu parametreler, 4 bar hava 5 bar su karm ve

5 bar hava 5 bar su karmnn ayr ayr 10, 20 ve 30 saniye boyunca nozul

sisteminden verilerek rayn kontroll soutulmasyla elde edilmitir. R350HT kalite

rayn standartlarna 5 bar hava 5 bar su ve 20 saniye deerleriyle ulalmtr. Yaplan

sertlik deneylerinde standartta belirtilen Brinell sertliklerine ulalm, mikroyap ve

SEM analizi sonularna gre de standartlar tarafndan istenilen ince perlitik yap

elde edilmitir. Belirlenen parametrelerin seri retime uygunluunu gsterebilmek

amacyla su verme sistemi tasarm yaplmtr. Tasarm yaplan su verme sisteminin

ray retimindeki haddehane kna konulmasnn gerektii anlalmtr. Bunun

nedeni ise haddeden kan rayn scaklnn su verme scaklnda olup, bu scakl

kaybetmeden sistemine girmesi gerekliliidir. Bu nedenle rayn son haddeden k

hz hesaplanm, scakl llm ve tasarladmz su verme sisteminin olmas

gereken boyu 60 metre olarak ngrlmtr. Ayrca bu tasarmn hayata geirilmesi

halinde lkemiz ekonomisine salayaca katma deerin nemi vurgulanarak gerekli

hesaplamalar yaplmtr.

58

KAYNAKLAR

[1] Zerbest, U., Madler, K., Hintze, H., 2005, Fracture mechanics in railway

applications- an overview, Engineering Fracture Mechanics, 72, 163194

[2] Lichtberger Dr. B., 2005, Track Compendium Hamburg Printed in Germany,

17: 200-250 .

[3] Kalousek, J., Fegredo, D. and Laufer E., 1985 Proc. nt. conf. on wear of

materials Vancouver, B.C, 2: 212-231 .

[4] Martens, J. H. and Wirick, D.P., 1994, Premium Rail Steels For The 21st.

Century Pennslyvania Steel Technologies, Pennslyvania, 7: 50-60

[5] Inchnose, H., Takahara, J., 1978, An Investigation on Contact Fatigue

and Wear Resistance Behaviour in Rail Steel, Proc 1st. Int. Heavy Haul Conf., Perth

Australia, Session 307, Paper 1.3, pp 1-10.

[6] Torun, A., 2003, Ray Haddeleri Geliim Sreci ve Teknolojisi Aratrma

RaporuKardemir, 5-12.

[7] Boer, H. (1), Masumoto, H. (2), 2002, Niobium in Rail Steel (1) Dinslaken,

Germany, (2) Wajiro, Higas Gafan, Japan.

[8] Perlman, A. B., Gordon. J. E., 2001, Effect of Grinding Strategy on Rasidual

Stressin the Rail Head International conference on Rail Quality and Maintance for

Modern Railway Operation Ed. J.j. Kalker D.f. Cannon , Kluver Academic Publisher.

[9] Tvasa, 1989, T, TBTAK, RAYTA 89, Ulamda Rayl Tat

Sempozyumu, Sakarya.

[10] Le, H., and Clayton, P., , 1994 A Statistical Analysis of the Oxide Content of

Rail stell Oregon Graduate Institu of Science Technology Rail Steels Symposium

Proceedings, 67-75.

[11] Olofsonn, U., Tellskv, T, 2004., Wear and Plastic Deformation of Two Rail

Steels Full Scale Test and Laboratory Study Department of Machine Design, kth,

S-100 44 Stockholm, SWEDEN.

[12] Berber, Y., ztuyak, ., rs, F., Kalaycolu, O., 2005, Kardemirde Ray

retimi, 3. Demir elik Sempozyumu Bildiriler Kitab, S: 15-18.

[13] Hodson, W. H., 1989, Metallurgical Aspect of Rail Selection, Track Sector

59

Course, Paper 3-5.

[14] Bhadeshia, H. K. D. H, Steels for Rails, 2002, Encyclopedia of Materials

Science and Technology, pp. 1- 7, Elsevier Science.

[15] mer, C. S., 2001, Kardemir rneinde elik retim Metodlar Aras bir

Karlatrma 1. Demir elik Sempozyumu Bildiriler Kitab s: 973-985.

[16] Steels for Rails, Encyclopedia of Materials Science and Technology, pp.

[17] Bramtftt, B. L., 1994,Advanced In Line Head hardening of Rail Research

Department, Bethlehem Steel Corporation. R.L Cross and D. P.Wirick Pennslyvania

Steel Technologies, Inc.

[18] Tulumta, H., n.d., Ray retim Teknolojisindeki Gelimeler Ve Trkiyede

retim Miktarlar, TCDD Genel Mdrl

[19] Brooks, C.R., 1998, Metallography and Microstructures, ASM Handbook, 88:

30-39 .

[20] United States Patent, 1994, Cyclic heat treatment for controlling grain size of

superalloy castings Patent no: 5,302,217, Date of patent: Apr 12

[21] Boyer, H.E., 2000, Casting and Properties of Steels, Metals Handbook, 120: 25-

38.

[22] Brooks , C.R., 1991, Heat Treatment of Steels, ASM Handbooks, 140: 3-19 .

[23]Koymatck, H., 2012, R260 Kalite Raylarn Optimum Mantar Sertletirme

Parametrelerinin Belirlenmesi Ve Mekanik zelliklerinin ncelenmesi, Karabk

niversitesi Fen Bilimleri Enstits Metalurji ve Malzeme Mhendislii Anabilim

DalYksek Lisans Tezi

[24] Baydur, G.,1979, Malzeme Bilgisi Milli Eitim Bakanl Yaynlar, Ankara,

18: 55-66 .

[25] United States Patent, Method fort he production of improved railway rails by

accelerated cooling in line with the production Rolling mill Patent no:

4,486,248, United States Patent, Date of patent: Dec 4, (1984).

[26] Bakonu, M., Tekin, E., Yksek Hzl Tren Olgusu,Mantar Sertletirilmi Ve

Beynitli Ray elikleri, 2012, International Iron & Steel Symposium, Trkiye

[27]Innotrack, n.d., Definitive Guidelines On The Use Of Different Rail Grades.

[28]Mdler, K., Zoll, A., Heyder, R., Brehmer, M., 2007, Rail Materials -

Alternatives and Limits Deutsche Bahn AG, DB Systemtechnik, Brandenburg-

Kirchmser, Almanya

[29] EN 13674-1:2011, Railway applications Track Rail, British Standard,UK

nsz.pdfNDEKLER.pdfksaltmalar.pdfzet summary 2.pdfRAY BTRME kacak2.pdf