Ana Malzemeye Bağlı Faktörler

4.4.1.1. Malzemenin Kristal Yapısı

Malzemelerin kristal yapılarının aşınma direncine etkisinin araştırılmasıyla, sıkı paket yapıya sahip malzemenin aşınma direncinin, diğer kristal yapılara göre daha büyük olduğu gözlenmiştir[99]. Buna örnek olarak kobalt gösterilebilir. Ergime sıcaklığı 1495 °C olan saf kobaltın yüksek sıcaklıklarda yüzey merkezli kübik ( YMK ) ve düşük sıcaklıklarda sıkı paket hegzagonal ( SPH ) olmak üzere iki allotropu mevcuttur. Saf kobaltta YMK-» HSP (α→ε) dönüşümü 417 °C'de olmaktadır ve Co 417°C'de YMK yapıya dönüştüğünde aşınma direnci düşer ve oda sıcaklığında HSP yapıdayken ise aşınma direnci artar.

4.4.1.2. Malzemenin Sertliği

Aşınma direncini etkileyen faktörlerin başında gelen sertlik ile aşınma direnci arasındaki ilişki bir düzeye kadar doğrusal değişim gösterir. Yani sertliğin artmasıyla aşınma direnci de artar. Ancak belli bir değerden sonra sertlik, aşınmaya karşı yeterli direnci sağlamayabilir [100].

Malzemenin sertliği ile ana malzemeye katılan alaşım elementlerinin cins ve miktarı arasında sıkı bir ilişki vardır. Genelde alaşım elementleri malzemelerinin mukavemetini ve sertliğini artırırlar[101].

4.4.1.3. Elastiklik Modülü

Elastiklik modülü veya akma sınırı yüksek olan malzemelerde gerçek temas alanı azalmaktadır. Bu durumda yüzeye etki eden yük, sadece pürüzlerin değdiği noktalardan desteklenir ve yüzey alanının küçük bir kısmı yükü taşır. Uygulanan yükü sabit olarak kabul edersek pürüzlere gelen yük daha fazla olacağından, deformasyonla birlikte kaynak bağları oluşumu artacaktır. İzafi hareketin etkisiyle oluşan kaynak bağlarının kopmasıyla aşınma artacaktır.

Khruchov ve Babichev'in yaptıkları araştırmalarla, saf metaller için aşınma direncinin elastiklik modülüne bağlı olduğunu, fakat bu ilginin ısıl işlem görmüş çelikler için geçerli olmadığını ileri sürmüşlerdir.

Özet olarak malzemelerin elastiklik modülleri ile aşınma dirençleri arasında bir ilişki vardır ve bu ilişki, malzemenin elastiklik özelliğiyle açıklanabilir [102].

Şekil 4.5. Teknik saf malzemeler için Elastisite modülü - bağıl aşınma direnci arasındaki ilişki [102].

4.4.1.4. Deformasyon Davranışı

Soğuk şekil değiştirme işlemi sertliği etkilediği için aşınma direncini değiştirmektedir. Malzemenin mekanik özellikleri soğuk deformasyonla geliştirilebildiği gibi, aşınma direnci de soğuk şekil değiştirme ile sertleştirilmiş malzemelerde hissedilir derece gelişmektedir.

Soğuk şekillendirme sırasında malzeme yapısında meydana gelen pekleşme malzemenin mekanik özelliklerini etkilemektedir.

Aşınma sırasında verilen enerjinin bir kısmı sürekli olarak soğuk deformasyon meydana getirerek malzeme yüzeyinin pekleşmesine sebep olacaktır. Eğer hakiki yüzey basıncı ve şekil değiştirme mukavemeti arasında böyle bir denge söz konusu olursa aşınma azalacak bir müddet sonra sabit olarak devam edecektir [102].

4.4.1.5. Yüzey Pürüzlülüğü

Yüzey pürüzlerinin büyüklüğü veya küçüklüğü yani yüzeyin pürüzlülük derecesi, temas davranışını etkileyeceğinden aşınma ve sürtünme olayını etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Yüzeylerin kaba işlenmiş olması gerçek temas alanını azaltacağından yüzeyde tek bir pürüze gelen yükün artmasına ve dolayısıyla aşınmanın artmasına sebep olur.

Şekil 4.6. Yüzey pürüzlülüğünün aşınma ve sürtünme katsayısına etkisi.

4.4.1.6. Malzemenin Gördüğü Isıl İşlem

Malzemelere belli özellikler kazandırmak amacıyla ısıl işlem uygulanır. Bu özelliklerden biride sertliktir. Sertleştirme, çelikte içyapının değişmesiyle meydana gelir. Artan sertlikle aşınma direncinin de arttığı bilinmektedir, sertliğin artmasıyla tokluk gibi bazı özelliklerde kötüleşme izlenir, bu özelliğin kısmen geri kazanılması ve iç gerilmelerin sebep olduğu kötü neticelerden korunmak için sertleştirilen çelik, özellikle içerdiği karbon yüzdesine göre tavlamaya tabi tutulur.

Öktem, Uzunali ve Çapan, yaptıkları deneysel çalışmada 2024 alüminyum alaşımında ısıl işlemin aşınmaya etkisini incelemişlerdir.

Tablo 4.2. Farklı ısıl işlem görmüş 2024 alüminyum alaşımının aşınma sonuçları

Isıl işlem Sertlik

HV Aşınma Hacmi ınm3xl0"3 Aşınma Hızı mm7mxl0o _Derinliği Aşınma Hm 550°Cîde 2 saat bekletilip tuzlu-buzlu suda soğutuldu

oda sıcaklığında yaşlandırma yapıldı

42.4 37.8 4.01 12.8

550°C'de 2 saat bekletilip tuzlu-buzlu suda soğutuldu silikon yağ içinde ve 190°C'de yapay yaşlandırma

39.4 31.2 3.32 11.3

550°C'de 2 saat bekletilip tuzlu-buzlu suda soğutuldu silikon yağ içinde ve 190°Cde yapay yaşlandırma %20 redüksiyon oranlarında haddelenmiş

70 27.4 2.91 10.5

550°C'de 2 saat bekletilip tuzlu-buzlu suda soğutuldu silikon yağ içinde ve 190°C'de yapay yaşlandırma %40 redüksiyon oranlarında haddelenmiş

73 36.0 3.82 12.2

550°C'de 2 saat bekletilip tuzlu-buzlu suda soğutuldu silikon yağ içinde ve 190°Cde yapay yaşlandırma %60 redüksiyon oranlarında haddelenmiş

103 28.8 3.05 10.7

Görüldüğü gibi yapılan ısıl işlem ve haddelemeden dolayı oluşan yüksek şekil değiştirme bölgelerinden dolayı aşınma direnci artmıştır [103]

Aşınma direncini arttırmak için, soğuk deformasyonla sertleştirme, çeşitli sert metallerle yüzey kaplama, difüzyon yoluyla yüzey setleştirme gibi uygulanan işlemler yanında sadece sertliğe bağlı olmayan aşınma direncinin arttırılması, ısıl işlemlerle daha ucuz ve basit bir işlem haline dönüştürülebilir. Çünkü aşınma direnci sadece sertlik artışıyla sağlanacak bir büyüklük değildir. Aşınma davranışı, malzeme sürtünme bölgesinin mevcut fazlarına, kristallerin büyüklük ve şekil dağılımına, kristal yönlenmelerine, kafes deformasyon derecelerine ve sürtünen malzemeye ait diğer karakteristiklerin bütününe bağlıdır. Bu karakteristik özellikler ise ısıl işlemlerle büyük ölçüde değiştirilebilir.

4.4.1.7.Malzemenin Şekli ve Boyutları

Numune boyutları, temas alanını etkilediğinden aşınmayı da etkiler.Temas yüzeyinin aşınma şekli, eş çalışan elemanların geometrik şekline, hareket tarzına ve basınç uygulamasına bağlıdır ve bu faktörlerde aşınma direncini etkiler.