Kuvvet Dönüştürücülerinde Yay Elemanı Malzemesi Özelliklerinin Performans Üzerindeki Etkisi

Abstract

Kuvvet dönüştürücülerinin kuvvet altında elastik şekil değiştiren ve yay elemanı olarak tanımlanan parçasına uygulanan değişik ısıl ve termo mekanik işlemlerle kuvvet dönüştürücü performansı arasında ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Bu amaçla deney malzemesi olarak AISI 4340 çeliği seçilmiş ve uygulanan ısıl işlemlerle malzemenin yapısı değiştirilmiş ve bu değişimin kuvvet dönüştürücünün performans özellikleri olarak nitelendirilen tekrarlanabilirlik, doğrusallık, histerisiz ve sürünme hataları üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Kolon tipindeki kuvvet dönüştürücü sadece çekme yönünde kuvvet ölçecek ve 100 kN kapasitesinde olacak şekilde tasarlanmıştır. Yay elemanının iç yapısal özelliklerini değiştirmek için uygulanan ısıl işlemler sonucunda 35, 45 ve 55 RSD-C sertlik değerlerine sahip martenzitik yapılı ve 45 RSD-C sertliğine sahip ince ve kaba martenzit ile beynitik yapılı numuneler elde edilmiştir. Bu numunelere çevrimsel zorlanma, ön sürünme zorlanması, ön gerilme uygulanması ve kalıcı şekil değişimi uygulanması gibi mekanik ve termo-mekanik işlemler uygulanarak iç yapıları değiştirilmeye çalışılmıştır. Numunelere uygulanan tüm bu işlemlerden sonra, bu numuneler dirençli uzama ölçer tekniği kullanılarak kuvvet dönüştürücü olarak hazırlanmış ve yüksek doğruluklu ölü ağırlıklı kuvvet standardı makinasında performans ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan işlemlerin amacı hassas ve yüksek doğruluklu kuvvet dönüştürücü imalatı için en optimum ve en iyi sonucu verecek ısıl, mekanik veya termo-mekanik işlemini belirlemektir. Kuvvet dönüştürücü performansı üzerinde ısıl, mekanik ve termo-mekanik işlemlerin farklı etkilere sebep olduğu görülmüştür.

Spring element of a force transducer is a part of which is deformed elastically under the influence of load. The characteristics and performance of spring element can be changed by the application of suitable heat, mechanical and thermomechanical treatments. This study covers the attempts of discovering the relationship between structural properties of spring material and the performance of spring element in force measurements. AISI 4340 steel was selected as test material for spring material and some heat and mechanical treatments were applied in order to produce necessary microstructural changes. The effects of microstructural properties of spring element on the performance characteristics of force transducers, such as repeatability, linearity, hysteresis, and creep errors were investigated. The column type force transducer was designed for the capacity of 100 kN, in tension mode only. In order to obtain microstructural changes in spring matrial, different heat treatments were applied to AISI 4340 steel with 35, 45 and 55 Rc hardness having martensitic structure and having bainitic and coarse martensitic structure with 45 Rc hardness. After completing the all heat treatments, grouped specimens subjected to cycling loading, creep test in primary creep range, overstressing tensile plastic deformations for changing the microstructure of spring material. After application of pre treatments of column type tension specimens, the transducer type strain gages were bonded properly onto the spring elements and Wheatstone bridge was constructed for each transducer. Then all force transducers were tested in a dead-weight force standard machine to determine performance of force transducers. It was observed that all heat and thermo-mechanical treatments influenced the transducer performance. The results were compared with each other and analyzed regarding the structural properties of spring materials and a process path was proposed to obtain the best performance in force transducers.