Abrasiv Aşınma

İki yüzeyin arasında bulunan dışardan girmiş veya sürtünen malzemelerden kopmuş küçük irilikte sert parçacıklardan dolayı çalışma esnasında oluşan aşınma tipine abrasiv aşınma denir. Bu sert parçacıklar yumuşak olan yüzeye gömülür ve karşı malzemeyi aşındırır (Özmen ve diğ., 1991).

Yırtılma ve çizilme aşınması olarak da isimlendirilen abrasiv aşınma, sistemde hızlı hasara neden olan önemli bir aşınma türüdür. Çeşitli tip abrasiv aşınmalar Şekil 3.1’ de gösterilmiştir.

Şekil 3.1. Abrasiv aşınma tipleri.

3.1.3. Yorulma Aşınması

Titreşim (yorulma) aşınması, titreşim zorlamalarında yorulma kırılması hasarı olarak ortaya çıkar. Değişken, tekrarlı yüklemeler sonucu meydana gelir. Tribolojik zorlamalar genel olarak yüzeyde görülen, büyüklüğü zamana ve konuma göre değişen mekanik gerilmeler sonucu meydana geldiklerinden, yorulma aşınması birçok aşınma prosesinde görülür. Neticede malzeme yüzeyinde çatlaklar oluşur; bu da, yüzeyden parçacıkların ayrılması, çukur ve oyukların meydana gelmesine neden olur (Kayalı ve diğ., 1997).

yüzeyle temas eden her bir partikül tarafından uzun bir periyotsonunda metal yüzeyinden çok sayıda parça koparılması ile erozif aşınma hasarı meydana gelir.

3.1.5. Öğütmeli Aşınma

Öğütmeli aşınma, yüksek basınçlar altındaki partiküllerin metal yüzeyleri ile düşük hızlarda karşılaşmaları sonucunda, metal yüzeyinden parçacıkların kesilerek veya çok sayıda ufak çizikler açılarak koparılmasıyla meydana gelir.

3.1.6. Oymalı Aşınma

Oymalı aşınma, malzeme yüzeyinin çok yüksek gerilmelerdeki çarpılma durumlarında, yüzeyden bir parçanın kesilerek veya kopmasıyla meydana gelir.

3.1.7. Kazımalı Aşınma

Kazımalı aşınma, karşılaşan yüzeylerde mikro kaynaşmanın meydana geldiği adhezif aşınmaya bir miktar benzemektedir. Aralarındaki fark ise, şu şekilde açıklanabilir. Adhezif aşınma birbiri üzerinde kayan yüzeylerde meydana gelirken, kazımalı aşınma ise birbirlerine göre hareket etmeyen yüzeylerde meydana gelir. Ancak kazımalı aşınma, çok düşük genlikteki hareketlerin (vibrasyon) meydana getirdiği sistemlerde, mikro kaynaşmanın oluşmasıyla meydana gelir.

3.1.8. Korozif Aşınma

Abrasiv aşınma ile kimyasal maddelerin birlikte meydana getirdiği aşınma şeklidir. Tribooksidasyon aşınması adı da verilen korozif aşınma durumunda, ana malzeme ile karşı malzeme arasında tribolojik zorlamalardan meydana gelen kimyasal reaksiyon etkindir. Malzeme yüzeylerinin hava ile reaksiyona girerek oluşturduğu yüzey tabakaları (oksit tabakası) aşınmayı azaltmasına rağmen, bu yüzey tabakalarının tribooksidasyon sonucu özelliklerin değişmesi, aşınmayı hızlandırmaktadır. Yağ gibi kimyasal maddeler, bulundukları ortamda çalışan makine parçalarının yüzeylerinde oluşan yüzey tabakalarının bir kısmının tribolojik zorlanmalarla kırılması ve aşındırıcı parçacıklar oluşturması, aşınmayı artırır. Tribooksidasyon aşınması, özellikle metalik malzeme yüzeyinde görülür. Neticede malzeme yüzeyinde çatlaklar

oluşur. Bu ise, yüzeyden parçacıkların ayrılması, çukur ve oyukların meydana gelmesine sebep olur.

3.2. Abrasiv Aşınma

Abrasiv aşınma, biri diğerinden daha sert ve pürüzlü olan metal yüzeylerinin birbirleriyle temas halindeyken kayması sırasında meydana gelir. Metal şekillendirmede yaygın olarak kullanılan talaşlı imalat yöntemleri esasen bu tür aşınmaya dayanmaktadır. Sert parçacıkların yumuşak metale batması da abrasiv aşınmaya neden olabilmektedir. Buna örnek olarak, bir sisteme dışardan giren kum vb. gibi parçacıkların veya bir motordaki yanma ürünlerine sebep olan aşınma gösterilebilir (Çimenoğlu ve diğ., 1991).

Bu tip aşınmada sert ve keskin partiküller, malzeme yüzeyinden mikron boyutlu talaşı kaldırma etkileri gösterirler. Bu aşınma, iki elemanlı ve üç elemanlı olmak üzere ikiye ayrılır.

Şekil 3.2. İki elemanlı abrasiv aşınma.

İki elemanlı abrasiv aşınma sürtünme elemanlarının doğrudan birbirleriyle etkileşimleri sonucuyla meydana gelir (Şekil 3.2).

Üç elemanlı abrasiv aşınmada ise, ana ve karşı malzeme arasında serbest ara malzeme olması söz konusu olabileceği gibi, aşınma sonucu yüzeylerden ayrılan parçacıkların birer ara malzeme gibi davranmaları da üçüncü eleman olarak görev yapabilir (Şekil 3.3).

Şekil 3.3. üç elemanlı abrasiv aşınma.

Abrasiv aşınmayı etkileyen iki temel faktör, aşındırıcı partikül ile metal yüzeyi arasındaki sertlik farklılığı ve teması meydana getiren basınç büyüklüğüdür. Abrasiv aşınma hızı, malzeme yüzeyine etki eden normal yük azaltılarak düşürülebilir. Böylece parçacıkların yüzeye daha az batması ve çapak kaldırması açısından daha az iz bırakması sağlanır. Şekil 3.4’de ise abrasiv aşınma mekanizması, şematik olarak gösterilmiştir (Çimenoğlu ve diğ., 1991).

Şekil 3.4. Abrasiv aşınma mekanizması(Çimenoğlu ve diğ., 1991).

Genel olarak abrasiv aşınma türleri üç ana grupta toplanmaktadır. Bunlar, oymalı sürtünme aşınması, öğütmeli sürtünme aşınması ve erozyondur. Bir çok karakteristik açıdan bu aşınma türleri birbirlerine benzemelerine rağmen, tek tek incelendikleri zaman birbirlerinden önemli farklılıklar sergiledikleri görülür (Kayalı, 1993).

Oymalı sürtünme aşınması, kütlesel bir şekilde yüzeyin bir deformasyonu sonucunda oluşan bir aşınma türüdür. Aşırı yüklemeler etkisi ile meydana gelen oymalı sürtünme aşınmasına örnek olarak, ağır koşullar altında çalışan kazıcı, kırıcı gibi maden araçlarında görülen aşınmalar verilebilir.

Öğütmeli sürtünme aşınmasında, iki yüzeyin bir biri üzerinde hareket etmesi sonucunda ortaya çıkan ve ara yüzeyde abrasive dayalı parçacıklar bulunmaktadır. Bu ara yüzeyde yer alan taneler, ya bir yüzeyden aşınarak gelir ya da her iki yüzeyin birlikte aşınması sonucu ortaya çıkar. Abrasiv aşınma, keskin köşelere sahip olan abrasiv tanelerin yüzeye yük uygulaması durumunda parçanın yüzeyini kazıyarak veya kaldırarak parçalar koparmasıyla hasara neden olmaktadır. Örnek olarak bilyalı değirmenler gösterilebilir.

Malzemelerin abrasiv direnci, (Şekil 3.5’de) görüldüğü gibi, kütlesel sertlikten önemli derecede etkilenmektedir. Artan sertlikle abrasiv direncinin artmasına rağmensünek ve gevrek malzemeler farklı aşınma özelliklerine sahiptirler. Tek fazlı sünek malzemelerde (Şekil 3.5’deki a eğrisi) aşınma yüzeyinin yüksek plastik deformasyona uğraması, aşınma direncinin kütlesel sertlikten ziyade yüzeysel sertliğe bağlı olmasına sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, sünek malzemelerin deformasyon sertleşmesi özellikleri önemli olup, yüksek abrasiv aşınma direnci açısından deformasyon sertleşmesi üssü (n) değerinin yüksek olması arzu edilir. Malzeme sertliğinin, tane boyutunu küçülterek, soğuk işlem uygulayarak, çökelme sertleşmesi veya dağılım sertleşmesi yaparak arttırılması halinde ise, aşınma direncinde bariz bir artış olmamaktadır (Şekil 3.5’deki b eğrisi). Hatta bu işlemlerde malzemenin gevrekleşmesi, aşınma direncinin bir miktar azalmasına da neden olabilir. Su verilmiş ve temperlenmiş çelikler gibi, martenzitik ve küresel mikroyapıya sahip malzemeler, aynı sertlikteki sünek malzemelerden daha düşük aşınma direncine sahiptirler (Şekil 3.5’deki c eğrisi). Bunun nedenleri aşınma ve kırılma mekanizmaları arasındaki farklılığın yanı sıra, martenzitik ve küresel mikro yapıya sahip malzemelerin sünek malzemelere kıyasla daha düşük deformasyon sertleşmesi üssü (n) değerine sahip olmalarıdır. Ayrıca, bu malzemelerde sünekliğin azalmasıyla, aşınma direncinde azalma da görülebilir. Ostenitik çeliklerde ise, yüzeyin deformasyonla martenzite dönüşmesi, şekil 3.5’deki d eğrisinden de anlaşılacağı gibi aşınma direncinin artmasına sebep olmaktadır (Çimenoğlu ve diğ., 1991).

Şekil 3.5. Çeşitli malzemelerde kütlesel sertliğin abrasiv aşınma direncine etkisi.