ABRASİF AŞINMA

Sert, keskin bir parçanın daha yumuşak bir parçadan talaş kaldırmasına abrasif aşınma denir. Abrasif Aşınma, yırtılma veya çizilme aşınması olarak adlandırılır. Sert partikül veya sert yüzey kabarıklarının katı yüzeylerde hareket etmesi ile oluşur.

Yırtılma veya çizilme aşınması olarak da isimlendirilen abrasif aşınma, sistemde hızlı hasara neden olan önemli bir aşınma türüdür. Abrasif aşınma; biri diğerinden daha sert ve pürüzlü olan metal yüzeylerinin birbiriyle temas halindeyken kayma sırasında meydana gelir.

Sert parçacıkların yumuşak metale batması abrasif aşınmaya sebep olabilmektedir. Bu mekanizmaya örnek olarak, sisteme dışarıdan giren toz parçacıklarının veya bir motorda oluşan yanma ürünlerinin sebep olduğu aşınma tarzı verilebilir.

Abrasif aşınma hızı, malzeme yüzeyine etki eden yük azaltılarak düşürülebilir. Böylece parçacıkların yüzeye daha az batması ve çapak kaldırılması sırasında daha az iz bırakması sağlanır. Abrasif aşınma endüstriyel cihazlarda malzeme kayıplarının baslıca sebebidir.

Genel olarak malzeme yüzeylerinin kendisinden daha sert olan partiküllerle basınç altında etkileşip sert partikülün malzeme yüzeyinden parça koparmasına abrazif aşınma denir.

Aşındıran malzeme serbest halde iki metal arasında bulunuyorsa veya yalnız bir metali aşındıran sabit veya serbest taneler mevcut ise bu durumda; İki elemanlı ve üç elemanlı olmak üzere ikiye ayrılır.

İki elemanlı aşınma, aşındırıcı veya abrasif bir yüzey boyunca kaydığında oluşur. Üç elemanlı aşınma ise, abrasif iki yüzey arasında hapsolduğunda meydana gelir.

Metal-metal sürtünmelerinde aşınma iki elemanlı abrasif veya adhesif olarak başlayıp üç elemanlı abrasif olarak devam eder.

Bu durumda araya giren toz, mineral taneleri, çizilme sonucu serbest hale geçen mikro talaşlar ve parçalanmış oksit parçacıkları üçüncü elemanı (ara malzemeyi) oluşturabilir.

Serbest hale geçen mikro talaş parçacıkları genellikle ana malzemeden daha sert olduklarından (üç elemanlı) abrasif aşınma, aşınmayı hızlandırmaktadır.

Endüstriyel makinelerdeki en önemli aşınma türü olan abrasif aşınmaya genel olarak aşağıda verilen yerlerde rastlanmaktadır.

 Traktör, greyder gibi tarım ve iş makinelerinin bıçak ve tırnaklarında

 Cevher işleme ve öğütme tesislerinde

 Eleklerde aşınmadan söz edilebileceği gibi, bunlardan başka aşınma türlerinin de birlikte görülmesi mümkündür

Abrasif Aşınmada Yüzeyden Malzeme Kaybı

Abrasif aşınma proseslerinde yüzeyden malzeme kayb, kırılma, yorulma ve ergime ile olur. Ancak abrasif aşınma mekanizması komplekstir. Bazen başka bir mekanizma veya birçok mekanizma birlikte oluşabilir.

1. Pulluklama 2. Mikroyorulma 3. Takozlama

4. Mikro çatlak 5. Kesme

Pulluklama: Bir yivden malzemenin kenarına doğru transfer edilmesidir, hafif yüklerde oluşur.

Mikroyorulma: Malzeme yüzeyinde oluşan hasarlar dislokasyonları üretir. İlave hasar (aşınmanın devam ettirilmesi) malzemenin mikro çatlak yorulmasına yol açar.

Takozlama: Aşındırıcının kesme mukavemeti/aşınan kütlenin kesme mukavemeti=0.5-1.0 arasındadır. Abrasif ucun önünde takoz şeklinde malzeme transferi oluşur.

Mikro çatlak: Yüzeye çarpan sert partikül veya iki yüzey arasında yüksek gerilme konsantrasyonlu bölgelerin çatlak oluşarak kopması sonucu oluşur.

Kesme: Şiddetli aşınmadır. Abrasif uç talaşlar halinde malzemeyi yüzeyden transfer eder.

Abrasif Aşınma Hacminin Hesaplanması

L kayma mesafesinden sonra sert partiküller ile aşınan hacim miktarı:

V= d² . tanθ . L

Aşınan malzemenin plastik temas altında normal temas basıncı sertliğe (Hv) eşit alındığından,

Gerçek temas alanı π(d.tanθ)2/2 aşağıdaki gibi verilir.

(1/2) π (d.tanθ)² = W/Hv

İki eşitliğin birleştirilmesi ile L mesafe kaymadan sonra W normal yükü altında olası aşınan hacim:

V= (2/π.tanθ).(WL/ Hv)

Abrasif aşınmada oluşan yivin yapısına göre adhesif aşınmaya benzer bir parametre eklenmesi ile:

V= Kab.(WL/Hv) olur. Kab= Abrasif aşınma katsayısı

Abrasif Aşınmayı Etkileyen Faktörler

Abrasif aşınma direnci aşağıdaki faktörlerin artması ile artar:

 Artan sertlik

 Azalan deformasyon sertleşmesi hızı (Deformasyon kabiliyetinin düşmesi)

Alaşımlama aşınma direncini arttırmak için uygulanabilir.

Yabancı partiküller aşınma direncini arttırabilir. Ana fazdan daha sert, tok, elastik modülü yüksek ve iri boyutlu partiküller aşınma direncini arttırır. Örneğin, SiC–Alüminyum

Abrasif Aşınmada Malzeme Özelliklerinin Etkisi

 Sertlik,

 Akma mukavemeti,

 Elastik modül,

 Ergime sıcaklığı,

 Kristal yapısı,

 Mikroyapı ve kompozisyon

 Tokluk

Kübik malzemeler hegzagonal metallerden yaklaşık iki kat daha fazla aşınır. Bu durum, hegzagonal metallerde deformasyon sertleşmesi hızının daha düşük olmasından kaynaklanır.

Metalik malzemelerde kırılma tokluğu belirli noktaya kadar abrasif aşınmayı azaltır. Kırılma tokluğunun çok yüksek olması sertliği düşürür.

Malzeme tokluğunun abrasif aşınma direncine etkisi

Yüksek abrasif aşınma dayanımı için sertlik ve tokluk arasında uygun bir oranın olması gerekir.

Bazı uygulamalarda kullanılan çelik parçaların hem aşınma dirençlerinin, hem de darbe dayanımlarının yüksek olması istenir. Bunun için parçaların yüzeylerinin sert, iç veya merkez bölgelerinin nispeten yumuşak olması gerekir.

Bu durumu sağlamak için parçalara yüzey serleştirme işlemi uygulanır. Çelik parçaların yüzeyleri;

 sermantasyon (karbürleme),

 nitrürasyon (nitrürleme),

 alevle ve endüksiyonla sertleştirme

olmak üzere dört ana yöntemle sertleştirilir. En uygun yöntem, parçanın kimyasal bileşimine ve boyutlarına göre seçilir.

Arayer ve yeralan katı eriyik alaşımı oluşturmak aşınmaya direnci arttırır. (Fe içine C ilavesi). Katı eriyikler sertlik ve aynı zamanda yüksek tokluk özelliklerini birleştirirler.

Alaşımlar içine ilave edilen veya oluşturulan ikinci fazlar sertlik ve akma mukavemetini arttırır. Sertlik ve akma mukavemetinin artmasıyla, aşınma direncinin de artması beklenen bir durumdur. Ancak ikinci fazların geometri, ana faz uyumu ve boyutuna göre aşınma direnci değişebilir.

Ortamın Abrasif Aşınmaya Etkisi

Aşınma ortamında abrasif aşınmaya etki eden parametreler aşağıdaki gibidir:

Abrasif Cinsi

Aşındırıcının sertliği, tokluğu ve boyutu önemlidir. Abrasif aşındırıcının sertliği aşınan malzeme sertliğini aşarsa şiddetli aşınma meydana gelir.

Abrasif aşındırıcının şekli oluşacak yiv geometrisi açısından önemlidir. Aşındırıcı şekli ve temas yükü, elastik temastan plastik temasa geçişi etkiler.

Aşındırıcılar küresel şekle yakın ise daha az aşınma oluşmaktadır. Abrasif aşındırıcının tokluğu yüksek ise malzeme daha fazla aşınır.

Aşındırıcının sertlik ve geometrisi yanında ara yüzeyde aşınan ve aşındırıcı arasında kalan veya aşınan yüzeye çarpan partiküller de abrasif aşınmayı etkiler.

Eşit gerilmede yüzeye serbest çarpan partiküller daha fazla abrasif aşınmaya yol açar. Kırılmaya yol açtığı için.

Sıcaklık

Sıcaklık artınca abrasif aşınma hızlanır. Bunun nedeni artan sıcaklıkla, sertlik ve akma gerilmesinin düşmesidir. Al ve Cu alaşımlarında artan sıcaklıkla abrasif aşınma çok az artış

Yük

Abrasif aşınma uygulanan yükle orantılıdır. Ancak