Sürtünme deneyleri, segman numunelerinin üzerine literatürde belirlenen yüklerin uygulanması ve segman numunelerinin gömlek numuneleri yüzeyine teması ile gerçekleştirilmiştir. Deneylerde Bolander ve arkadaşlarının (Bolander,2004) segman ve gömlek numunelerinin sürtünme davranışlarını inceledikleri aşınma cihazının benzeri kullanılmıştır. Bu cihazda, segman numunesi sabit, gömlek numunesi ise hareketli ve ısıtmalı bir tabla üzerine bağlanmış durumdadır. Sürtünme kuvveti ölçümünde, segman taşıyıcıyı ve deneylerde uygulanan normal kuvveti gömlek numunesine ileten kol üzerine yerleştirilen üç eksenli kuvvet sensörü ve veri aktarma sistemi kullanılmıştır.
Labview programında yazılan program sayesinde açı ve ölçülen kuvve eşleştirilebilmektedir. Tezgâhın bir turunda veri aktarma sistemi 1000 veri işlemektedir. Sürtünme kuvvetlerinin ölçülmesinde tezgâh 100 tur döndürülmüş ve ölçülen 100000 verinin ortalaması alınarak değerler işlenmiştir. Yani tezgahın her 0,3o ‘lik turunda bir veri alınmış ve bu veri sayısı 100’e ulaşınca ortalaması alınarak her 0,3o’deki sürtünme kuvveti hesaplanmıştır. Labview programında yazılan program ile devir başına alınacak ölçüm sayısı, tezgâhın kaç devir yapacağı ve ne kadar miktarda verinin işleme alınmayacağı gibi seçenekler sunulmaktadır. Aşağıda sürtünme deneylerinde deney parametresi olarak seçilen, strok, sıcaklık, yük, devir ve yağ özelliklerinin seçilme kriterleri verilmiştir.
Sürtünme deneylerinde seçilen sıcaklık değerleri Truhan ve arkadaşlarının (Truhan, 2005), Selçuk ve arkadaşlarının (Selçuk, 2002), Cho ve arkadaşlarının (Cho, 2000) yapmış oldukları çalışmalarda içten yanmalı motorların gerçek çalışma şartlarında gömlek çevresindeki sıcaklığın, deney ortamında sağlanması için tercih ettikleri 30, 50, 70, 90oC sıcaklık değerleridir (Mc Queen, 2005-Tung, 2003).
Sürtünme deneylerinde seçilen yağın özellikleri Truhan ve arkadaşlarının (Truhan, 2005) yapmış olduğu çalışmada kullandıkları yağ ile benzer özelliktedir. Deneyler de günümüzde içten yanmalı motorlarda en yaygın olarak kullanılmakta olan 10W40 yarı sentetik yağ tercih edilmiştir. Deneylerde kullanılan yağ miktarı Bolender ve
arkadaşlarının (Bolender, 2004; 2005), Tung ve arkadaşlarının (Tung, 2003), çalışmalarında kullandıkları 0,5 ml/h miktarındadır.
Sürtünme deneylerinde yük seçimi için, Ryk ve arkadaşlarının (Ryk, 2002; 2005), Bolender ve arkadaşlarının (Bolender, 2004; 2005), Ma ve arkadaşlarının (Ma, 2004), Tung ve arkadaşlarının (Tung, 2003; 2004), yapmış oldukları çalışmada kullandıkları 60, 80, 100 N’ luk yükler tercih edilmiştir (Truhan, 2005).
Sürtünme deneylerinde devir seçimi için, Bolender ve arkadaşlarının (Bolender, 2004; 2005) yapmış oldukları çalışmada kullandıkları 30, 60, 90, 120, 150 d/d’ lar tercih edilmiştir.
Sürtünme deneylerinde strok seçimi için, tercih edilen 100 mm strok Ryk ve arkadaşlarının (Ryk, 2002; 2005; 2006) da kullandığı strok değeri ile aynıdır. Ayrıca deneylerde tercih edilen gömlek numunelerinin boylarının efektif şekilde kullanılmasına da seçilen strok uygundur. Strok boyunun uzaması ile elde edilmek istenen piston hareketindeki sürtünme katsayısı karakteristiği daha iyi belirlenebilmektedir.
Literatüre uygun şekilde sürtünme katsayısının belirlenmesi için bir dakikalık periyotlarda ölçümler yapılmıştır. Ayrıca deneylerde yeni segman ve gömlek numuneleri kullanılmıştır. Her deney için kullanılan yağda yenilenmiştir (Truhan, 2005).
Deneyler yapılırken literatürde segman gömlek sürtünmesinin karakterize edildiği (Cho,2000;Bolender,2004-2005;Noorman,2000;Andersson,2002), Şekil 5.21’de görülen sürtünme katsayısı eğrisi yakalanmış ve farklı koşullardaki grafikler çizilmiştir. Segman ve silindir gömleğinin üst ölü nokta ve alt ölü nokta bölgelerinde sürtünme katsayılarının değişimi grafikte gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi ölü bölgelerdeki sürtünme katsayısı diğer bölgelerle karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Bu grafikler yaygın olarak U veya ∩ şeklini alırlar. Bu tür grafikler birçok çalışmada çizilerek sürtünme katsayısı gösterilmiştir. (Akalin,1998-Glidewell,1998-Dearlove,1995-Durga,1998).
Şekil 5.21. U şekilli krank açısına göre sürtünme katsayısı (Andersson,2002)
Sürtünme katsayısı ölçümleri, aşınma cihazında farklı yük, sıcaklık ve devirlerde krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların dökme demir gömlek üzerinde gerçekleştirilmiştir. Segman numunelerinin, dökme demir gömlek numuneleri üzerindeki sürtünme performansı aşağıdaki grafiklerde verilmiştir. Deney koşullarında sıcaklıklar 30, 50, 70 ve 90o C, uygulanan yükler 60,80 ve 100N, devir aralıkları ise 30, 60, 90, 120 ve 150 d/d’ dır. Grafikler, sıcaklık ve yük değişimine göre sıra ile verilmiştir.
Şekil 5.22-26’da Krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların 30oC ve 60 N yük altında tüm devirlerdeki sürtünme katsayısı değişimleri verilmiştir. Tüm devirlerde, NiB (NiCrBSi) ve WC (%60WC-%40NiCrBSi) kaplamaların sürtünme katsayıları Cr kaplamanın sürtünme katsayısından daha düşüktür.
Şekil 5.22’de 30d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,07 iken WC kaplamada %15 azalarak 0,06’ ya, NiB kaplamada ise %30 azalarak 0,05’e düşmektedir.
Şekil 5.22. 30oC, 60N ve 30 d/d’ daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.23’da 60d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,05 iken WC takviyeli kaplamada %5 azalarak 0,0475’e, NiB kaplamada ise bu değerden %30 azalarak 0,03’e düşmektedir.
Şekil 5.23. 30oC, 60N ve 60 d/d’ daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.24’de 90d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,045 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri de bu değere çok yakındır. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,03’e düşmektedir.
Şekil 5.24. 30oC, 60N ve 90 d/d’ daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.25’de 120d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,05 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %10 daha düşük olarak 0,045’tir. NiB kaplamada ise bu değerden %40 azalarak 0,03’e düşmektedir.
Şekil 5.25. 30oC, 60N ve 120 d/d’ daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.26’da 150d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,045 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %10 daha düşük olarak 0,04’tür. NiB kaplamada ise bu değerden %20 azalarak 0,035’e düşmektedir.
Şekil 5.26. 30oC, 60N ve 150d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.27-31’de Krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların 30oC ve 80 N yük altında tüm devirlerdeki sürtünme katsayısı değişimleri verilmiştir. Tüm devirlerde, NiB (NiCrBSi) ve WC (%60WC-%40NiCrBSi) kaplamaların sürtünme katsayıları Cr kaplamanın sürtünme katsayısından daha düşüktür.
Şekil 5.27’de 30 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,06 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %50 daha düşük olarak 0,03’tür. NiB kaplamada ise bu değerden %30 azalarak 0,04’e düşmektedir.
Şekil 5.27. 30oC, 80N ve 30d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.28’de 60 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,04 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden
%25 daha düşük olarak 0,03’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %25 azalarak 0,03’e düşmektedir.
Şekil 5.28. 30oC, 80N ve 60d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.29’da 90 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,04 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %50 daha düşük olarak 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,03’e düşmektedir.
Şekil 5.29. 30oC, 80N ve 90 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.30’da 120 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,04 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %50 daha düşük olarak 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %50 azalarak 0,02’e düşmektedir.
Şekil 5.30. 30oC, 80N ve 120 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.31’de 150 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,03 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %33 daha düşük olarak 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %25 azalarak 0,025’e düşmektedir.
Şekil 5.31. 30oC, 80N ve 150 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.32-36’da Krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların 30oC ve 100 N yük altında tüm devirlerdeki sürtünme katsayısı değişimleri verilmiştir. Tüm devirlerde, NiB (NiCrBSi) ve WC (%60WC-%40NiCrBSi) kaplamaların sürtünme katsayıları Cr kaplamanın sürtünme katsayısından daha düşüktür.
Şekil 5.32’de 100N ve 30 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,035 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu
değere yakın değerlerdedir. NiB kaplamada ise bu değerden %25 azalarak 0,025’e düşmektedir.
Şekil 5.32. 30oC, 100N ve 30 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.33’de 60 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,02 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %35 daha yüksek 0,025’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %10 azalarak 0,018’e düşmektedir.
Şekil 5.33. 30oC, 100N ve 60 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.34’de 90 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,025 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %15 daha yüksek 0,028’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %20 azalarak 0,02’e düşmektedir.
Şekil 5.34. 30oC, 100N ve 90 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.35’de 120 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,02 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %15 daha yüksek 0,025’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %30 azalarak 0,015’e düşmektedir.
Şekil 5.35. 30oC, 100N ve 120 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.36’da 150 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,015 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %25 daha yüksek 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,01’e düşmektedir.
Şekil 5.36. 30oC, 100N ve 150 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.37-41’de Krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların 50oC ve 60 N yük altında tüm devirlerdeki sürtünme katsayısı değişimleri verilmiştir. Tüm devirlerde, NiB (NiCrBSi) ve WC (%60WC-%40NiCrBSi) kaplamaların sürtünme katsayıları Cr kaplamanın sürtünme katsayısından daha düşüktür.
Şekil 5.37’de 60N ve 50oC’de, 30 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,04 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %7 daha yüksek 0,038’dır. NiB kaplamada ise bu değerden %10 azalarak 0,036’a düşmektedir.
Şekil 5.37. 50oC, 60N ve 30 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.38’de 60 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,03 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden
%8 daha yüksek 0,033’dür. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,02’e düşmektedir.
Şekil 5.38. 50oC, 60N ve 60 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.39’da 90 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,03 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %33 daha düşük 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %66 azalarak 0,01’e düşmektedir.
Şekil 5.39. 50oC, 60N ve 90 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.40’da 120 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,025 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %20 daha düşük 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %40 azalarak 0,015’e düşmektedir.
Şekil 5.40. 50oC, 60N ve 120 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.41’de 150 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,02 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %25 daha düşük 0,015’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %50 azalarak 0,01’e düşmektedir.
Şekil 5.41. 50oC, 60N ve 150 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.42-46’da Krom, NiCrBSi ve %60WC-%40NiCrBSi kaplı segmanların 50oC ve 80 N yük altında tüm devirlerdeki sürtünme katsayısı değişimleri verilmiştir. Tüm devirlerde, NiB (NiCrBSi) ve WC (%60WC-%40NiCrBSi) kaplamaların sürtünme katsayıları Cr kaplamanın sürtünme katsayısından daha düşüktür.
Şekil 5.42’de 30 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,025 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden
%20 daha düşük 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %40 azalarak 0,015’e düşmektedir.
Şekil 5.42. 50oC, 80N ve 30 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.43’de 60 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,023 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %10 daha düşük 0,02’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %54 azalarak 0,01’e düşmektedir.
Şekil 5.43. 50oC, 80N ve 60 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.44’de 90 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,015 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %15 daha yüksek 0,018’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,01’e düşmektedir.
Şekil 5.44. 50oC, 80N ve 90 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.45’de 120 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,015 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %15 daha düşük 0,013’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %33 azalarak 0,005’e düşmektedir.
Şekil 5.45. 50oC, 80N ve 120 d/d’daki sürtünme katsayıları
Şekil 5.46’da 150 d/d’ daki sürtünme katsayıları verilmiştir. Cr kaplamanın sürtünme katsayısı 0,012 iken WC takviyeli kaplamanın sürtünme katsayısı değeri bu değerden %15 daha düşük 0,01’dir. NiB kaplamada ise bu değerden %40 azalarak 0,004’e düşmektedir.
Şekil 5.46. 50oC, 80N ve 150 d/d’daki sürtünme katsayıları