Aşınma dayanımı

Aşınma, malzemeye özgü bir özellik değil, bir sistemin parçası konumundadır. Bu sisteme tribolojik sistem denilmektedir. Triboloji sürtünme, yağlama ve aşınma olaylarını kapsarken, tribolojik sistem ise karşılıklı etkileşen elemanlarda hız, termal şartlar ve yükün bileşimiyle meydana gelen aşınma olayını incelemektedir (Erdem, 2006). Tribolojik sistemin elemanları, esas malzeme (aşınan), karşı malzeme (aşındıran), ara malzeme, aşındırıcı yük, izafi hareket (kayma, yuvarlanma gibi) ve sisteme etki eden ortam şeklinde sıralanabilmektedir.

Yapı malzemelerinin aşınma davranışlarının bilinmesi, yapıdaki kullanım koşullarından kaynaklanabilecek deformasyonların büyüklüğünün tahmin edilebilmesi konusunda yardımcı olacaktır.

Her malzeme türü, farklı aşınma davranışları göstermektedir. Seramiklerde aşınma mekanizması; büyük çoğunlukla seramik bünyedeki tek tanelerin mekanik ve/veya kimyasal zorlamaların etkisiyle bünyeden ayrılması şeklindedir. Diğer bazı seramiklerde ise aşınma;

bir taneden veya yüzeyden mikropartiküllerin kopması sonucu olmaktadır (Başman ve diğerleri, 2001). Polimer esaslı malzemelerde, kayma hızı, uygulanan kuvvet ve sıcaklık ile aşınma miktarı önemli oranda değişmektedir (Glease, 1995). Polimer malzeme ile temas halinde bulunan rijit karşı yüzeyin pürüzlülüğü arttırılırsa pürüzlülüğün belli bir sınır değerden büyük olması durumunda abraziv aşınma etkili olmaya başlamaktadır. Bu sınır değer farklı polimer malzemeler için birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir.

Polioksimetilen, poliamid 6, poliamid 66, politetrafloetilen ve yüksek yoğunluklu polietilen gibi malzemelerde yapılan çalışmalar sonucu 0,8…1 μm maksimum pürüz yüksekliği değerinden sonra abraziv aşınmanın etken olduğu gözlenmektedir (Chichos, 1993; Clarke ve Allen, 1991). Bu nedenle kompozit disk numuneler, aşınma deneyine başlamadan önce, aşınan malzemenin düz ve pürüzsüz bir yüzeye sahip olmasını sağlamak amacıyla, zımparalama/patlatma cihazı ile sırasıyla 0, 100, 240, 400, 600, 1000, 1200 numara SiC zımpara kâğıdına karşı sulu zımparalanarak yüzey pürüzlülüğü giderilmeye çalışılmıştır.

Zımparalama işleminin her bir numune için tekrarlanmasının ardından, zımparalanan numunelerin yüzey pürüzlülüğü, pürüzlülük ölçüm cihazı ile ölçülmüştür. Her bir numune yüzeyine karşılık gelen pürüzlülük değeri, cihaz ekranından okunarak kaydedilmiştir.

Çizelge 4.11’de görülebileceği gibi, numunelere aynı süre zımparalama/parlatma işlemi uygulanmasına rağmen, toz oranı yüksek numunelerde, pürüzlülüğün arttığı gözlenmektedir.

Bunun nedeni zımparala işlemiyle tozun numune yüzeyine çıkması şeklinde yorumlanabilmektedir. Şekil 4.19’da Baca tozu katkı oranı, pürüzlülük arasındaki ilişki doğrusal olarak değişmekte olup, R² 0,90 ile oldukça yüksek hassaslıktadır.

%0, %10, %15, %22,5, %33,75 ve %50,625 katkı oranlarına bağlı olarak yüzey pürüzlülüğü değerlerinin sırasıyla (Ra) 0,185; 0,212; 0,222; 0,229; 0,297; 0,314 µm olduğu tespit edilmiştir. Değerler incelendiğinde, 0,8’den düşük olduğu görülebilmektedir. Değerlerin düşük olması, yüzey pürüzlülüğünün aşınma faktörünü etkileyecek büyüklükte olmadığına karar verilmesini sağlamıştır.

Çizelge 4.11. Yüzey pürüzlülüğü sonuç değerleri

Tip Baca tozu katkı oranı

Şekil 4.19. Baca tozu katkı oranı yüzey pürüzlülüğü ilişkisi

Yüzey pürüzlülük değeri aşınma deneyi için uugun olan disk numuneler, ASTM G 99 Pin on Disk metoduna göre çalışan pim disk aşınma cihazına yerleştirilmiştir. Belirlenen kuvvet,

0 10 15 22,5 33,75 50,625

Yüzey Pürüzlülüğü (Ra) 0,185 0,212 0,222 0,229 0,297 0,314 R² = 0,9097

Yüzey Pürüzlülüğü (Ra) Doğrusal (Yüzey Pürüzlülüğü (Ra))

hız ve yol parametrelerine göre aşındırılan numunelerin aşınma sırasındaki sürtünme kuvvetleri bilgisayar yazılımı ile tespit edilmiştir.

Malzemelerde aşınma davranışlarını ölçmek amacıyla, birçok deney düzenekleri ve aşınma direncini belirleme yöntemleri geliştirilmiştir. Kalınlık farkı, hacim kaybı, ağırlık kaybı radyoizotop ve iz değişim yöntemleri gibi farklı çalışma esaslarına dayalı yöntemlerle yapılmış çalışmalar bulunmaktadır (Koç, 2011; Panin ve diğerleri, 2014; Sugözü ve Mutlu, 2008; Suresha ve diğerleri, 2009; Rajesh ve Bijwe, 2006; Tiwari ve Bijve, 2014). Tez çalışmasında ise hacim kaybı yöntemi kullanılmıştır.

Aşınma testinin ardından, aşınan numunelerin profilometre ile yüzey analizleri yapılmış hacimsel kayıpları Bölüm 3’teki Eş 3.3 yardımıyla belirlenmiştir. Numunelerin aşınma deneyi sırasında 450 ve 900 m olmak üzere iki farklı yol parametresi denenmiştir. Bu parametreler incelendiğinde, beklenildiği gibi yolun artmasına bağlı olarak aşınmaya bağlı hacim kaybının yaklaşık iki kat arttığı gözlenmiştir. Çizelge 4.12’de ve Ek 4’te görüldüğü gibi, 450 m yol için, %0, %10, %15, %22,5, %33,75 ve %50,625 katkı oranlarına bağlı olarak hacim kaybı değerlerinin sırasıyla 1,357;1,255; 1,180; 0,905; 0,773; 0,492 µm³ olduğu tespit edilmiştir. Bu durum 900 m yol için, sırasıyla 2,962; 2,488; 2,418; 2,116; 1,6;

1,076 µm³ şeklindedir. Hacimsel kayıp, baca tozu katkı oranı artmasına bağlı olarak azalmaktadır. Bunun nedeni, numunede bulunan baca tozu katkı oranı arttıkça, sertliğin artması ve buna bağlı olarak da aşınma değerinin azalması olarak yorumlanabilmektedir.

Ayrıca, numunede baca tozu miktarının artmasına bağlı olarak, baca tozunun aşındırılan yüzeyde kayma etkisi yapabilmesi de diğer nedenlerden biri olarak söylenebilmektedir. Şekil 4.20’de görülebileceği üzere baca tozu katkı oranı- aşınma miktarı arasındaki ilişki doğrusal olarak değişmekte, R² 0,95 olup oldukça yüksek hassaslıktadır.

Çizelge 4.12. Aşınma deneyi sonuçları Kompozit

Şekil 4.20. Baca tozu katkı oranı hacim kaybı ilişkisi

Çizelge 4.12’de görülebileceği gibi, numunelerin aşınma işlemi esnasında hesaplanan sürtünme katsayıları, 450 m mesafede 0,037 µ ile 0,055 µ arasında değişmektedir. Bu durum 950 m mesafede ise 0,027-0,059 µ arasındadır. Çalışmada, sürtünme katsayısının baca tozu katkı oranından hemen hemen bağımsız olduğu görülmüştür.

Baca tozunun artması malzemenin sertliğini artmasına, yolun artması da aşınan malzemenin aşındıran ile daha fazla temasına neden olmaktadır. Bu nedenle, kompozit malzemenin hacim kaybının, baca tozu katkı oranı arttıkça azaldığı, yol miktarı arttıkça arttığı tespit edilmiştir.

Sonuç değerler, en yüksek aşınma dayanımının %50,625 baca tozu katkılı numunede olduğunu göstermektedir. Sonuçlar genel olarak ele alındığında, aşınma kayıplarının çok düşük değerlerde olması nedeniyle, üretilen kompozit malzemenin yapıda kullanıma uygun olduğu belirlenmiştir.