• Sonuç bulunamadı

Aşındırıcı partikül boyut dağılımının erozif aşınmaya etkisi

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Aşındırıcı partikül boyut dağılımının erozif aşınmaya etkisi"

Copied!
182
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

KOCAELĐ ÜNĐVERSĐTESĐ * FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

AŞINDIRICI PARTĐKÜL BOYUT DAĞILIMININ EROZĐF

AŞINMAYA ETKĐSĐ

YÜKSEK LĐSANS

Makine Müh. Erdem YÜRÜKER

Anabilim Dalı: Makine Mühendisliği

Danışman: Yrd.Doç.Dr. Nejat Y. SARI

(2)
(3)

ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR

Günümüzde, gelişen teknoloji ve getirdikleri sonucu kompozit malzemelerin kullanım alanları her geçen gün artmakta ve bunun sonucu saf malzemelerin kullanım alanlarındaki payı giderek azalmaktadır. Birden fazla malzemenin değişik tekniklerle bir araya getirilmesi ile amaca uygun özellikler taşıyan kompozit malzemeler günümüz ve yakın geleceğimizin en önemli ihtiyaçlarını gidermektedir. Bu çalışma, kompozit malzemelerin erozif aşınmaya uğramasında aşındırıcı partikül boyut dağılımının aşınmaya etkisini Polieterimit kompozit malzemenin Al2O3 aşındırıcı kullanarak erozif aşınmaya uğratılmasını ele alarak araştırmıştır.

Bu çalışmada bana yardımcı olan ve desteklerini esirgemeyen danışman hocam Yrd. Doç.Dr. Nejat Y. SARI’ ya, aileme, arkadaşlarım Beyza ve Esra’ya, deneysel çalışmada yardımlarını esirgemeyen hocam Doç.Dr.Tamer SINMAZÇELĐK ile iş arkadaşlarım Yusuf ve Selami’ye sonsuz teşekkür ederim.

(4)

ĐÇĐNDEKĐLER ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR……….. i ĐÇĐNDEKĐLER……… ii ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ………. iv TABLOLAR DĐZĐNĐ……….. vi ÖZET………... vii

ĐNGĐLĐZCE ÖZET……….. viii

BÖLÜM 1 KOMPOZĐT MALZEMELER……….... 1

1.1. Giriş………... 1

1.2. Kompozit Malzemelerin Tanımı……….………..………... 1

1.3. Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması………... 3

1.3.1. Sürekli elyaf takviyeli kompozit malzemeler………... 3

1.3.2. Kısa elyaf takviyeli kompozitler………... 4

1.3.3. Rastgele düzlemsel yönlendirilmiş kompozitler………... 4

1.3.4 Büyük parçacıklarla dayanımı arttırılmış kompozitler………... 5

1.3.5. Dağınımla mukavemetlendirilmiş kompozit malzemeler………... 5

1.3.6. Tabakalı kompozitler………... 6

1.4. Kompozit Malzemelerin Mekanik Đncelemeleri………... 6

1.5. Matris Malzemeleri………... 7

1.5.1. Metal matrisler ve alaşımları………... 8

1.5.2. Plastik Matrisler………... 10

1.5.3. Elastomerler………... 13

1.5.4. Seramikler……….... 13

1.6. Kompozitlerde Takviye Elemanları………... 14

1.6.1. Doğal fiberler………... 17

1.6.2. Cam fiberler………... 17

1.6.3. Boron fiberler………... 18

1.6.4 Karbom fiberler……….... 18

1.6.5. Sentetik organik fiberler………... 18

1.6.6. Seramik fiberler……….... 19

1.6.7. Metalik fiberler………... 20

1.6.8. Fiberlerin kıyaslabması……….... 21

1.7. Kompozit Malzemelerde Ara Yüzey………... 22

BÖLÜM 2 AŞINMA………... 24

(5)

2.2. Tribolojik Sistem………... 25

2.3. Aşınma Mekanizmaları……….... 27

2.4. Metallerin Erozif Aşınması………... 29

2.5. Erozif Aşınma Mekanizması……….... 31

BÖLÜM 3 LĐTERATÜR ARAŞTIRMALARI………... 34

BÖLÜM 4 DENEYSEL ÇALIŞMALAR……… 37

4.1. Deney Malzemesi………... 37

4.2. Deney Düzeneği………... 38

4.3. Erozif Aşınma Çalışmaları………... 38

BÖLÜM 5……… 49 5.1. Bulgular ve Tartışma……….... 49 5.2. Sonuçlar ve Öneriler………... 64 KAYNAKLAR………. 66 EKLER………... 68 ÖZGEÇMĐŞ………... 172

(6)

ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ

Şekil 1.1: Sürekli fiber dağılımlı bir kompozitin şematik gösterimi……….. 4

Şekil 1.2: Takviye edici elemanların cins ve dağılımına göre kompozit malzemeler……….. 15

Şekil 1.3: Fiber dağılımına göre kompozit malzeme çeşitleri………. 16

Şekil 2.1: Bir tribolojik sistemin elemanları……….. 26

Şekil 2.2: Yüzey mikro yapısı……….. 27

Şekil 2.3: Aşındırma türleri ile aşınma işlemlerinin sınıflandırılması……… 29

Şekil 2.4: Erozif aşınma şekilleri……….. 30

Şekil 2.5: Parçacıkların tekli ve çoklu çarpmaları nedeniyle oluşan aşınma kaybından kaynaklanan süreçler……… 33

Şekil 3.1: (a) cam küre, (b) silis kumu, (c) lal taşı, (d) kuvars kumu (e) silikon karbit………. 35

Şekil 4.1: F24 (600-850 µm) tane boyutlu aşındırıcının mikroskop fotoğrafı…... 37

Şekil 4.2: F46 (300-425 µm) tane boyutlu aşındırıcının mikroskop fotoğrafı…….. 37

Şekil 4.3: F100 (106-150 µm) tane boyutlu aşındırıcının mikroskop fotoğrafı….... 38

Şekil 4.4: Deney düzeneğinin şematik gösterimi………... 39

Şekil 5.1: F24 aşındırıcının kümülatif aşındırma miktarı-süre grafiği……….. 49

Şekil 5.2: F46 aşındırıcının kümülatif aşındırma miktarı-süre grafiği……….. 50

Şekil 5.3: F100 aşındırıcının kümülatif aşındırma miktarı-süre grafiği………….... 50

Şekil 5.4: 1 saatlik F24 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 51

Şekil 5.5: 3 saatlik F24 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 52

Şekil 5.6: 5 saatlik F24 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 52

Şekil 5.7: 7 saatlik F24 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 53

Şekil 5.8: 1 saatlik F46 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 53

Şekil 5.9: 3 saatlik F46 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 54

Şekil 5.10: 5 saatlik F46 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 54

Şekil 5.11: 7 saatlik F46 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 55

(7)

Şekil 5.12: 1 saatlik F100 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı

diyagramı……… 55

Şekil 5.13: 3 saatlik F100 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 56

Şekil 5.14: 5 saatlik F100 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 56

Şekil 5.15: 7 saatlik F100 aşındırıcıyla ölçülen aşınma miktarı – temas açısı diyagramı……… 57

Şekil 5.16: F24-F46 1 saatlik aşınma grafiği………... 58

Şekil 5.17: F24-F46 3 saatlik aşınma grafiği………... 58

Şekil 5.18: F24-F46 5 saatlik aşınma grafiği………... 59

Şekil 5.19: F24-F46 7 saatlik aşınma grafiği………... 59

Şekil 5.20: F46-F100 1 saatlik aşınma grafiği………... 60

Şekil 5.21: F46-F100 3 saatlik aşınma grafiği……….. 60

Şekil 5.22: F46-F100 3 saatlik aşınma grafiği……….. 61

Şekil 5.23: F46-F100 3 saatlik aşınma grafiği………... 61

Şekil 5.24: F24 tanecik boyutlu aşındırıcı ile aşındırılmış numune………... 62

Şekil 5.25: F46 tanecik boyutlu aşındırıcı ile aşındırılmış numune………... 63

Şekil 5.26: F100 tanecik boyutlu aşındırıcı ile aşındırılmış numune………... 63

Şekil 5.27: %75 F24-%25 F46 tanecik boyutlu aşındırıcı ile aşındırılmış numune………... 64

(8)

TABLOLAR DĐZĐNĐ

Tablo 4.1: %100 F24 içinde erozif aşınma……….40

Tablo 4.2: %100 F46 içinde erozif aşınma……….41

Tablo 4.3: %100 F100 içinde erozif aşınma………...42

Tablo 4.4: %50 f24 - %50 f46 karşımı 30°’ de erozif aşınma………43

Tablo 4.5: %75 f24 - %25 f46 karşımı 30°’ de erozif aşınma………44

Tablo 4.6: %25 f24 - %75 f46 karşımı 30°’ de erozif aşınma………45

Tablo 4.7: %50 f46 - %50 f100 karşımı 30°’ de erozif aşınma………..46

Tablo 4.8: %75 f46 - %25 f100 karşımı 30°’ de erozif aşınma………..47

(9)

AŞINDIRICI PARTĐKÜL BOYUT DAĞILIMININ EROZĐF AŞINMAYA ETKĐSĐ

Erdem YÜRÜKER

Anahtar Kelimeler: Kompozit, Matrisler, Karbon fiber, Alüminyum oksit, Erozif Aşınma, Polieterimit.

Özet: Đleri malzemeler olarak da adlandırılan kompozit malzemeler günümüzde havacılık endüstrisi, denizcilik ve otomotiv sanayi hatta uzay endüstrisinde dahi önemli yer almaktadır. Polimer kompozit malzemeler boru hattı ile yapılan transferler, helikopter rotor kanatları, pompa pervane kanatları, yüksek hızlı araçlar ve çöl ortamında uçan uçaklar gibi uygulamalarda katı tanecik erezyonuna maruz kalabilirler. Bu nedenle polimer kompozit malzemeler bu tür aşınma şartlarında artan uygulama alanı bulurlar. Dolayısı ile polimer kompozit malzemelerin erozif aşınmasının incelenmesi önemlidir. Konuyla ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde sadece tek bir çeşit aşındırıcı tanecik kullanılarak deneylerin gerçekleştirildiği görülmüştür. Bu tezde 6 katlı karbon fiber takviyeli Polieterimit (PEI) malzeme hem 3 farklı boyuttaki Alüminyum oksit aşındırıcılar ile hem de bunların belirli oranlarındaki karışımları ile aşındırılarak tanecik boyut dağılımının etkisi incelenmiştir. Deneyler sonucunda aşındırıcı boyut dağılımdaki değişimin kompozitin erozif aşınması üzerinde etkili olduğu belirlenmiştir.

(10)

THE EFFECT OF ERODENT PARTICLE SIZE DISTRIBUTION TO THE EROSIVE WEAR

Erdem YÜRÜKER

Keywords : Composite, matrix, carbon fiber, aluminum oxide, erosive wear, polyeterimit.

Abstract : Advanced materials called composite materials used in today's aviation industry, marine and aerospace industry, automotive industry and even genius are very important. Polymer composite metarials can be exposed with the tarnsfer pipelines, helicopter rotor blades, pumps, propeller blades, high speed tools and applications such as aircraft flying in the desert environment of solid particles. Therefore, this type of polymer composite materials have a growing field of application of wear conditions. So, investigation of polymer composite materials erozif wear is important. The studies on the subject was examined and carried out only one type of abrasive particles used in the experiments. In this thesis, 6-ply reinforced carbon fiber Polieterimit (PEI) materials eroded by 3 different sizes with Alumina oxide abrasives and mixtures of them with specific rates erode the influence of the particle size distribution have investigated. As a result of experiments, the change in size distribution of abrasive wear on the composite erozif was determined to be effective.

(11)

BÖLÜM 1

KOMPOZİT MALZEMELER 1.1. Giriş

Kompozit malzemeler nispeten yeni bir alan olup II. Dünya savaşı esnasında mevcut konvansiyonel malzemeler tek başlarına teknoloji karşısında belli ihtiyaçlara cevap veremez hale gelmesiyle başlamış ve o zamandan beri de bu malzemelerin üretimi ve mekanik özellikleri üzerine araştırma ve geliştirme faaliyetleri genişleyerek devam etmiştir. Bu gelişmeler için tahrik edici güç malzemelerde yüksek dayanım/yoğunluk ve yüksek elastik modülü/yoğunluk oranı elde etmek olmuştur. Bu nedenle de spesifik uygulama alanlarında kullanımları hızla artmaktadır. Bu malzemeler, belirli uygulama alanları için mekanik ve fiziksel özellikler elde etmek amacıyla belli spesifik konfigürasyonda değişik fazdaki malzemelerin bir araya getirilmesi ile oluşan malzemeler olduklarından çok fazlı malzeme olarak da adlandırılırlar. [1] 1.2. Kompozit Malzemelerin Tanımı

Kompozit malzeme, iki ya da daha fazla sayıdaki, aynı veya farklı gruptaki malzemelerin en iyi özelliklerini, yeni ve tek bir malzemede toplamak amacıyla, makro düzeyde birleştirilmesiyle oluşturulan malzemeler olarak adlandırılır. Bir kompozit malzeme genelde düşük modül ve dayanıma sahip reçine veya metalik matris ana fazı ile bunun içinde dağılmış az oranda kullanılan tali fazı olan takviye elemanından oluşmaktadır. Ancak molekülsel ve atomsal düzeyde birleştirilen malzemeler, alaşımlar mikroskobik olarak homojen olduklarından kompozit malzeme olarak sınıflandırılmaz.

Kompozit malzemeler genellikle kendi başlarına elde edilemeyen, bileşenlerinin en iyi özelliklerinin bir malzemede toplanması önemli avantaj meydana getirir.

(12)

Kompozit malzeme üretilmesi ile aşağıdaki bazı özellikler sağlanabilmektedir. Bunlar genel olarak şöyle sıralanabilir:

a) Yüksek dayanım b) Yüksek rijitlik

c) Yüksek yorulma dayanımı d) Mükemmel aşınma direnci e) Yüksek sıcaklık kapasitesi f) İyi korozyon direnci g) İyi termal ve ısı iletkenliği h) Düşük ağırlık

i) Çekicilik ve estetik görünüm

Bütün bu özellikler aynı zamanda oluşmaz ve herhangi bir uygulama için böyle bir gereksinime ihtiyaç da yoktur. Özellikleri bilinen bileşenlerden yararlanılarak bir kompozit malzemenin bazı özellikleri, örneğin, yoğunluk, elastik modülleri ve çekme dayanımları vb. hesaplanabilir. [2]

Kompozit malzemelerin üstünlükleri arasında;

- Kompozit malzemeler çok özel kullanım yerleri için o bölgede kullanılmak

üzere en uygun iki veya daha fazla sayıdaki spesifik malzemeyi istenilen şekil, miktar ve üretim teknolojisi ile bir araya getirebilme,

- Klasik malzemeler veya alaşımlar ile elde edilemeyen mekanik, kimyasal,

elektriksel, biouyumluluk, ısıl direnç vb. özellikleri yerine getirebilme,

- Kullanım yeri ve amaçlarına uygun tasarımlar yapabilme,

- Makine elemanlarının istenilen bölgelerinin homojen, diğer kısımlarının

heterojen, izotropik (doğrultu boyunca aynı özellikler gösteren) veya anizotropik gerilmelere, termal zorlanmalara, kimyasal ortam gibi dış etkilerin etkileyiş yön ve özelliklerine uygun tasarım yapabilme,

(13)

imkanı belirtilebilir. Bu avantajlar yanında bazı dezavantajları da mevcut olup bunlarda;

a) Üretim güçlüğü b) Pahalı olması

c) İşlemin güç olması yanında maliyetin yüksek oluşu ve gerekli yüzey kalitesinin elde edilemeyişi

d) Diğer malzemeler gibi geri dönüşümün olmayışı e) Kırılma uzamasının az oluşu gibi faktörler sayılabilir. 1.3. Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit malzemeler kendi aralarında takviye elemanlarına göre 3 ana gruba ayrılırlar. Bunlar;

1. Elyaf takviyeli kompozit malzemeler

a) Sürekli elyaf takviyeli kompozit malzemeler b) Kısa elyaf takviyeli kompozit malzemeler

c) Rastgele düzlemsel olarak yönlendirilmiş kompozitler 2. Parçacık takviyeli kompozit malzemeler

a) Büyük parçacılarla dayanımı arttırılmış kompozitler b) Dağınımla mukavemetlendirilmiş kompozit malzemeler 3. Tabakalı kompozit malzemeler‘ dir.[2]

1.3.1. Sürekli elyaf takviyeli kompozit malzemeler

Çökeltme ile sertliği arttırılmış kompozitlerin aksine kompozitin dayanımı hem oda hem de yüksek sıcaklıklarda arttırılır. Elyaflar, örme veya şerit fitil şeklinde olabilmekle beraber tabakalar halinde yönlü elyaflar da kullanılır. Gelişmiş elyaf takviyeli kompozit malzemeler, her biri farklı doğrultuda takviye edilmiş tabakadan

(14)

oluşur (Şekil 1.1). Böyle bir malzemenin özelliği homojen ve izotrop malzemelerden çok farklıdır.[1]

Şekil 1.1: Sürekli fiber dağılımlı bir kompozitin şematik gösterimi

1.3.2. Kısa elyaf takviyeli kompozitler

Kısa elyaf olarak adlandırılan elyaflar yaklaşık 3-5 µm çapında ve 0.5-6 mm uzunluğunda üretilirler. Bu elyafla takviyelendirilen kompozitler, takviye elemanının ergiyik içinde malzeme ile birleştirilmesi için sıkıştırmalı döküm yöntemiyle preformlara basınçlı olarak eriyik emdirilir. Eriyik içinde takviye elemanının hacim oranı, aslında sıvının viskozitesinin yükselmesi ile sınırlı kalmaktadır. Preform halindeki elyaflara sıvı metal emdirilirken hacim oranları önem arz ettiğinden elyaf oranı yaklaşık %33 civarında olup bu değerin üzerine çıkıldığında istenilen özellikleri elde etmek zorlaşmaktadır. Bu tip kısa elyafla takviyeli kompozit örneği, şekil 1.1b’de gösterildiği gibi, genellikle rastgele yönlendirilir.

1.3.3. Rastgele düzlemsel yönlendirilmiş kompozitler

Bu kompozitler de kısa elyaflardan oluşur. Fakat elyaflar matris içinde rastgele iki boyutlu olarak yönlendirilmektedir. Bu tip yönlendirilmiş bazı kompozitler sodyum silis’ten oluşan orta sululukta bir bağlayıcı ile tutularak katı halde ön biçim verilmiş şekil (preform) haline getirilir. Bu işlemden sonra preslenir veya santrifüj sistemi ile iyice sıkıştırılarak fırınlanır. Ön biçimlenmiş elyaflar genellikle gelişigüzel ve iki

(15)

boyutlu yerleştirilerek yönlendirilir. Bu tür üretim yöntemlerinde preformların dar alanlar ve küçük oyuklar gibi belli kısımlara yerleştirilip emdirilmesine müsaade etmesi ile üretim maliyetini düşürür. Bundan dolayı bu sıvı metal emdirilme tekniği diğer tekniklerle karşılaştırıldığında daha cazip görülmektedir.

1.3.4. Büyük parçacılarla dayanımı arttırılmış kompozitler

Bu tip kompozitler tek veya iki boyutlu makroskobik partiküllerin veya sıfır boyutlu olarak kabul edilen mikroskobik partiküllerin matris ile oluşturdukları malzemeler olup ortalama gömülen parçacık boyutu 1 µm’den büyük ve elyaf hacim oranı

%25’ten fazla kullanılmamaktadır. En çok kullanılan parçacıklar ise Al2O3 ve

SiC’den oluşan seramiklerdir. Burada yük, elyaf ve matris tarafından birlikte taşınır ve özellikler yine izotropiktir. Bu kompozitler dayanımı iyileştirmekten ziyade beklenilmeyen alışılmışın dışında birleştirilmiş özellikler elde etmek için tasarlanmaktadır. Şekil 1.2’de gösterildiği gibi, bunlar büyük parçacık içerdiklerinden kaymayı etkili olarak yapamazlar. Bu kompozitler; metal, seramik ve polimerlerin birleşiminden oluşabilirler. Sert metal uçlar ve beton da örnek olarak verilebilir.

1.3.5. Dağınımla mukavemetlendirilmiş kompozit malzemeler

Bu tür kompozitlerde yüksek ısıl kararlılığa sahip mikrondan daha küçük çökeltiler veya parçacıkların metalik matris içinde homojen dağılmasıyla elde edilir. Bu parçacıkların çapı 0.01 ile 01 µm ve uzunluğu 50-200 µm arasında kullanılan parçacıkların hacim oranı %1-15 arasında değişir. Bu küçük parçacıklar metal malzemede dislokasyon hareketini engellediği için dayanımı arttırır ve matris kuvvetleri taşır. Parçacık boyutu parçacıklar arası mesafeyi belirlediğinden aynı hacim oranında parçacık boyutu küçük olursa parçacıklar dislokasyon hareketlerini daha etkili olarak kontrol edeceğinden kompozitin dayanımını arttırır.

(16)

1.3.6. Tabakalı kompozitler

Tabakalı kompozitler, temel malzeme eksenleri doğrultusunda değişik yönlerdeki tabaka ve katmanların üst üste konularak bir araya getirilmesi ile tabakalı kompozitlerin elde edilmesi mümkün olmaktadır. Tabakalar, matris içerisinde rastgele yönlenmiş elyaflar, tek yönlü elyaflar veya farklı elyaf takviyeli tabakadan oluşabilir. Örneğin, silindirik bir halka ilk önce halka eksenine paralel şekilde mil üzerine reçineye batırılmış elyaflarla helisel sarma metodu ile sonra belli bir açıda diğer bir elyaf demeti onu takip ederek gerekli kalınlık elde edilinceye kadar bu işlem sürdürülür. Tabakalı kompozit için esas sebep bu kompozitin maruz kalacağı yüklere uyum sağlaması için dayanım ve rijitliğin doğrusal bağımlılığından avantaj sağlamaktadır. Bu nedenle tabakalar sadece bu amaç için uygundur. Çünkü her tabakanın esas malzeme yönleri istenilen doğrultuda yapılabilir. [2]

1.4. Kompozit Malzemelerin Mekanik İncelemeleri

Kompozitlerin pek çoğunun heterojen ve anizotropik karakterde olması mekaniksel analizlerini güçleştirir. Kompozitlerin mekaniksel davranışları mikromekaniksel ve makromekaniksel analizlerle belirlenebilir.

Mikro mekaniksel analizlerde yapı bileşenlerinin kendi özelliklerinden hareket ederek ve aralarındaki karşılıklı etkileşimleri göz önünde tutarak kompozit malzeme özelliklerinin hangi sınırlar içerisinde değişeceği hesaplanmaya çalışılır. Bu tür analizler kompozit malzeme tasarımı açısından oldukça yararlıdır.

Makro mekaniksel analizlerde ise kompozit malzemenin uygulama şartlarındaki mekanik özelliklerinin değişimi ve davranışı incelenir. Örneğin dışarıdan uygulanan çekme gerilimlerinin oluşturacağı deformasyonlar, yapı bileşenlerinin ayrı ayrı deformasyonları yerine kompozitin deformasyonu cinsinden ifade edilmektedir. Gerek mikromekanik analizler gerekse makromekanik analizlerle oluşturulan formülasyonlar sonucu hesaplanan değerler, birçok kabullerin ileri sürülmesi ile elde

(17)

edilmiş değerlerdir. Bu yüzden aşağıda belirtilen durumlarda, deneysel olarak ölçülen değerlerle, hesaplanan değerler arasında oldukça farklılıklar olabilmektedir. Bu duruma neden olarak;

- Kompozit malzemede kullanılan takviyelerin tümünün homojen yapı ve boyutta olmayışı

- Kompozit üretimi sırasında takviyelerde meydana gelen mekaniksel hatalar - Takviye matris ara yüzey bağının zayıf olması

- Takviyelerin matris içerisinde düzgün homojen bir şekilde dağıtılmalarındaki güçlükler

- Bütün bunların yanı sıra mekaniksel analizlerin basitleştirmek amacıyla yapılan bazı varsayımlarının gerçek durumla olan uyumsuzlukları.

Kompozit malzemenin mekanik, kimyasal vb. özelliklerine etki eden üç temel bileşeni vardır.

1-Matris malzemesi (ana malzeme) 2-Takviye edici malzeme

3-Ara yüzey

1.5. Matris Malzemeleri

Yüksek performanslı kompozit malzeme üretimi için matris malzemesi; elyaflar arasına emdirilmek, elyafları ıslatabilmek, kimyasal veya belli şartlarda yapışma için bağ oluşturmalı, mümkün olan düşük basınç ve sıcaklıkta hızlı şekilde katılaşma yapabilmelidir. Bağdan ayrı olarak da üretim esnasında veya bundan sonraki işlemler sırasında matris ve elyaf arasında diğer kimyasal etkileşimler olmamalı ve matris zamanla kararlı kalmalıdır. Üretim sırasında matrisin kimyası nedeniyle elyaflar da herhangi bir fiziksel hasara maruz kalmamalıdır. Kompozitin sıcaklığa, kimyasal etkileşime ve neme karşı direnci öncelikle matris tarafından belirlenir, ardından takviye elemanı da sıcaklığa karşı kararlı olmalıdır. [1]

(18)

1.5.1. Metal matrisler ve alaşımları

Hafif metaller, kompozitler için matris malzemesi olarak çok cazip olmamaktadır. Bunlar plastiklerden daha yüksek elastik modül, dayanım ve tokluğa sahip olup yüksek sıcaklıklarda özellikleri de daha iyidir. Ancak metal matrisli kompozit üretimi daha zordur. Bunlar her elyafla iyi ara yüzey bağı oluşturmazlar. Metallerde en kolay bağ oluşturan silisyum karbür ile kaplanmış boron elyaftır. Metal matrisli kompozitlerde çok yaygın olarak kullanılan matris malzemesi, düşük yoğunluklu, iyi tokluk ve mekanik özelliklere sahip olan hafif metaller ve alaşımlarıdır. Bu hafif metal alaşımları dayanım ve özgül ağırlık oranlarının iyi olması nedeniyle hafif yapı konstrüksiyonlarda tercih edilirler. Atmosfere karşı korozyon dayanımının da çok yüksek olması diğer karakteristik özelliklerden biridir. Genellikle Al, Ti, Mg, Ni, Cu ve Zn matris malzemesi olarak kullanılır.

a) Alüminyum ve alüminyum alaşımları

Demir içerikli malzemeler dışında Al ve alaşımları, gerek saf gerekse alaşım olarak en sık ve yaygın olarak kullanılan malzeme grubunu teşkil etmektedir. Bunların kullanılma sebebi;

- Dayanım/özgül ağırlık oranının yüksek olması, - Elektrik iletkenliği/özgül ağırlığının yüksek olması,

- Atmosfere ve diğer ortamlara karşı yüksek korozyon direncine sahip bulunmasından kaynaklanmaktadır.

Bunlara ek olarak, şekillendirme ve ince levha haline getirilmesi diğer bir özelliğidir. Ancak saf Al’nin oksijene olan yüksek afinitesinden dolayı döküm kabiliyetinin kötü oluşu, daha düşük mekanik özellikler göstermesi ve talaşlı imalatta işlenebilirliğin iyi olmaması ve kaynakla birleştirmenin güçlüğü gibi problemler oluşturmaktadır. Ancak alaşımlama yapılarak bu özelliklerde gelişmeler sağlanabilmektedir. [2]

(19)

b) Döküm alaşımları

Genel olarak kullanılan Al döküm alaşımları iyi akıcılık ve dökülebilirlik, düşük ergime noktası sağlayan ötektik reaksiyona sebep olan kafi miktarda Si içerir. Akıcılık, kalıp içerisinde katılaşma sırasında büzülme veya kısalma olmadan sıvı metalin kolayca akma yeteneği gösterilmesi önemli bir özelliktir. Bunlar; kum döküm, kokil döküm ve basınçlı döküm yöntemleriyle yapılır. Al-Si alaşımın özellikleri;

a) α-Al matrisinin ergiyik sertleşmesi

b) β fazı ile çökelme sertleşmesi

c) katılaşma ile ötektik kimya yapısı ile birlikte tane boyutu ve şeklinin kontrol

edilmesine bağlıdır. c) Magnezyum alaşımları

Magnezyum metali alüminyumdan daha düşük özgül ağırlığa sahip iken Al kadar mukavemetli değil fakat özgül dayanımı, yani dayanım/ağırlık oranı daha iyidir. Bu nedenle uzay araçlarında, yüksek hızlı makine ve nakliye araçlarında kullanılır. Ancak döküm ve talaşlı imalatta oksijene karşı ilgisinin fazla olması, düşük yorulma direncine sahip olması ve yüksek sıcaklıkta sünme ve aşınma özelliklerinin düşük olması gibi nedenlerle daha az tercih edilirler.

d) Çinko alaşımları

Çinko ve alaşımlarının düşük ergime derecesine sahip olması (419 οC) döküm

malzemesi olarak bunu cazip hale getirmektedir. Döküm ve çelik üzerine kaplandığı zaman çok iyi korozyon direnci sağlar. Galvanize edilmiş çelik demek çeliğin çinko ile kaplanmış hali demektir. Bu işlemlerde Zn anodu, çelik ise katodu oluşturur.

(20)

e) Titanyum alaşımları

Kompozitlerde, titanyum ve alaşımları da yaygın olarak kullanılmaktadır. Metaller arasında titanyumun ısıl genleşme katsayısı oldukça düşüktür. Titanyum metali Al’den daha rijit ve dayanıklıdır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için titanyum alaşımları, özellikle kompresör pervanesi ve diskler için çok güven vericidir. Saf titanyum reaktiftir, özellikle ergimiş durumda işlem esnasında problemler oluşturabilir.

1.5.2. Plastik matrisler

Plastiklerin yapıları ve özellikleri metaller kadar tanınmadığından kısaca ele alınacaktır. Plastikler, monomer denilen kimyasal ünitelerden meydana gelen zincir şeklinde bir yapıya sahip sentetik malzemelerdir. Bir monomer polimerizasyon yoluyla başka monomer molekülleri ile birleşerek tekrarlanan ünitelerden oluşan çok uzun zincir şeklinde bir makromolekül meydana getirilir ve bunların en basit şekli polietilendir. Karbon atomları ile başka elementlerin atomlarından başka elementlerin atomlarından oluşmaktadır. Plastik yapısı amorf şeklinde olup uzun ve karışık yapılı zincirlerin komşuları ile uyum sağlayıp düzenli yapı oluşturmaları çok zordur. Bir lineer polimerin yapısı pişmiş makarnayı andırır. Zincirleri birbiriyle dolaşmış halde bulunur. Bazı basit yapılı plastiklerde lokal düzen oluşabilir. Amorf ana yapı içinde küçük kristal yapılı bölgeler kristalitler olarak adlandırılır, oluşan kristaller rastgele yönlenirler. Kristalleşme imkanı soğuma hızı yavaş olursa artar. Mekanik özellikler kristalleşme derecesiyle artar. Plastik hafif olması ve kolay işlenebilmelerinden dolayı geniş bir uygulama alanına sahiptir. Karışık geometriye sahip şekiller bile kolaylıkla bir kalıba enjekte etmek suretiyle üretilebilmekte bu nedenle de reçine de denilmektedir. [2]

Hacimsel bazda yıllık polimer kullanımı metalleri aşmaktadır. Polimerlerin ticari ve teknik bakımdan önemli olmasının sebepleri şöyle özetlenebilir:

- Plastiklerle genellikle ekstra işleme gerek kalmadan karmaşık parça

(21)

- Metal ve seramiklere göre düşük yoğunluğa sahip olması ve dayanım/yoğunluk oranının iyi olması

- Yüksek korozyon direnci ve düşük ısıl ve elektrik iletkenliğine sahip olması

- Maliyet yönüyle metallerle rekabet halinde olması

- Hacimsel bazda genellikle polimerleri üretmek için daha az enerjiye gerek

duyulması

- Bazı plastiklerin ışığı yansıtması ve saydam olması bazı uygulamalarda camla

bunları rekabet eder hale getirmesi

- Polimerlerin yaygın şekilde kompozit malzemelerde kullanılmasıdır.

Polimerlerin bu avantajlarına rağmen aşağıda belirtilen dezavantajları vardır. Bunlar da şöyle özetlenebilir:

- Metaller ve seramiklerden daha düşük dayanıma sahip olmaları, - Düşük elastik modüle sahip olmaları,

- Servis sıcaklığının düşük olması,

- Plastiklerin visko-elastik özellikler göstermesi ve dolayısıyla da sınırlı yüklemem şartlarına sahip olmasıdır.

Polimerizasyon derecesi, polimerizasyonla üretilen bir makromolekül n adet tekrarlanan ünitelerden oluşur. Verilen bir polimerleşmiş malzeme serisi içinde moleküler uzunlukça değişik olduğundan dolayı demet için n ortalama olup bunun istatistiksel dağılımı normaldir ve n ortalama değeri, serinin polimerizasyon derecesi olarak adlandırılır. Polimerizasyon derecesi polimerin özelliklerine etki eder. Daha yüksek polimerizasyon derecesi mekanik dayanımı arttırır. Fakat katı durumda viskoziteyi arttırır ve işlemin yapılmasını daha zorlaştırır. Bir polimerin molekül ağırlığı, molekül içindeki ünitelerin molekül ağırlıklarının toplamıdır. Dolayısıyla her bir tekrarlanan birimin molekül ağırlığının n katıdır. Bir seride farklı moleküller için n değişir, molekül ağırlığı ortalama olarak değerlendirilmelidir.

Kompozit malzemelerde plastik matris olarak kullanılan genelde üç tip plastik mevcut olup bunlar; termosetler, termoplastikler ve elastomerlerdir. [2]

(22)

a) Termoplastikler

Termoplastikler, oda sıcaklığında katı malzeme olarak adlandırılır. Bunlarda çizgisel molekül zincirleri birbirine zayıf metaller arasında van der waals bağları ile bağlanır. Rijit bir yapıya sahip değildirler. Isıtılırsa yumuşar, sıcaklık arttıkça viskoziteleri düşer. Bu özellik bunlardan yapılan ürünleri daha ekonomik yapar ve kolaylıkla şekillenmesini sağlar. Bu tekrar soğutulduğunda yeniden sertleşir. Sıvı halde bulunduğu sıcaklıklarda viskozite hali yüksektir. Bu nedenle ara yüzey bağı termosete göre daha zordur. Ancak şekillendirme kapasitesi iyi olduğundan bunların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Kristal şekilli olanlarda moleküller büyük uzaklıklarda oldukça düzenli şekil oluştururlar. Amorf polimerlerde ise uzun zincirler birçok noktada birbirine dolaşmıştır. Bunlar polimere daha büyük sıcaklıklarda rijit yapar. Kısa elyafla küçük hacim ortamında hamur veya levha kalıplama yöntemiyle kullanılmaktadır. Kimyasal etkilere karşı hassastırlar. Ancak poliamid veya karbon

elyaflı kompozit 95 οC’de suya karşı koyma dayanımında azalma olmamaktadır.

Tutuşma direnci keza daha iyidir. b) Termosetler

Termosetler polimerizasyonla iki kademede elde edilir. Birincisi malzemeyi ihtiva eden monomerler lineer zincirlerin bir araya getirdiği reaktörde başlarken ikinci polimerizasyon işlemi kalıplama işlemi esnasında sıcaklık ve basınçla reaksiyona girmeyen kısımlar sıvılaşarak molekül zincirleri üç boyutlu yapıya sahip olurlar ve rijittirler. Bunlar tekrar ısıtılarak yumuşatılmaz. Epoksi ve polyesterler elyaf takviyeli kompozitlerde yaygın olarak kullanılan matris malzemeleridir. Bunların fiziksel ve mekaniksel özellikleri moleküllerin büyüklüğüne, yoğunluğuna ve çapraz bağın uzunluğuna bağlıdır. Ancak polyesterler cam elyafı iyi ısıtırlar ve dolgu maddesi kullanılabilir. Bunların sakıncası ise sertleşme sırasında %10 kadar kendini çekme göstermesidir. Büzülme ise liflerin basma gerilmeleri altında burkulması neden olur. Suyu emebilir fakat sürtünme direnci daha iyidir. Termosetlerin dayanımları termoplastiklere göre yüksektir. Termoplastiklerin özelliklerinde farklar, termal olarak oluşan yapı, çapraz bağ, moleküller içindeki yapının kovalent bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. Çapraz bağda üç yolla elde edilir. Bunlar; sıcaklıkla

(23)

aktive edilmiş sistem, katalitik aktive edilmiş sistem ve karıştırma ile aktive edilmiş sistemden sağlanmış olabilir. Ancak bunların dezavantajları ise yüksek sıcaklıklarda nispeten düşük dirence sahip olması, kısa ömür ve düşük mekanik özellikler göstermesi, düşük ısıl genleşme ve elektrik iletkenliğe sahip olmasıdır. [2]

1.5.3. Elastomerler

Elastomerler, termoset polimerler gibi çapraz bağlı olan uzun zincir moleküllerinden oluşur. Bunlar, çok düşük gerilmelere maruz kaldığı zaman büyük elastik deformasyon yapma yeteneği olan polimerlerdir. Bazı polimerler %500 ve daha fazla uzama yaparlar ve tekrar orijinal şekline dönerler. Çok meşhur olan polimerler ise kauçuktur. Kauçuk iki kategoriye ayrılabilir.

- Doğal kauçuk: Belli biyolojik bitkilerden çıkartılan kauçuktur.

- Sentetik polimerler: Termoset ve termoplastik polimerler için kullanılır.

Polimerizasyon işlemleri ile üretilir. 1.5.4. Seramikler

Seramikler, metal ve metal olmayan elemanlardan meydana gelen inorganik bileşikler olup doğada kayaların dış etkilere karşı parçalanması sonucu oluşan kaloen, kil vb. maddelerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi ile elde edilen malzemelerdir. Bunlar farklı şekilde silikatlar, alüminatlar ile birlikte metal oksitlerden oluşurlar. Genelde bunlar ya iyonik ve iyonik+kovalent bağ karışımına sahip oldukları için çok kararlıdır. Bu nedenle de çok sert, gevrek ve yüksek sıcaklığa dayanıklıdırlar. Son seramik grubu ince seramik malzemeler olarak adlandırılır. Bunların şu andaki pazarları az fakat hayli artacağı görülmektedir. Camlar kimyasal olarak çok taraflı fakat cam geçiş sıcaklığından geçerken dayanımını kaybederler. Ancak bunlar da kırılgandır. Bunun anlamı küçük yüzey hataları varlığı kopma gerilimini hızlı şekilde azaltırlar. Keza termal direnci de düşük ve iyi bir yalıtkandırlar. Seramikler, gevrek olduklarından mikro yapısal kusurları, çentikler ve mikro çatlaklar gerilme yığılmasına yol açtığından çekme dayanımı düşüktür. Basma dayanımları ise çok yüksektir. Ancak mikro yapısal kusurları azaltacak şekilde çok ince çaplı elyaflar

(24)

üretilerek daha dayanıklı kompozit üretmek mümkün olmaktadır. Bu malzemelerde kayma direnci çok yüksek olduğundan plastik şekil verme olmaksızın gevrek tarzda

kırılırlar. Bununla beraber çok sert olduğundan dolayı bazıları Al2O3 ve SiC gibi

aşındırıcı malzeme olarak kullanılır. [2] 1.6. Kompozitlerde Takviye Elemanları

Kompozit malzemelerde takviye elemanı olarak seramik elyaflar veya parçacıklar kullanılmakta olup, bunlar plastik veya metal esaslı malzemelerle elde edilemeyen yüksek özgül dayanımlı malzemelere olan talep nedeniyle son yıllarda yaygın olarak tercih edilmeye başlanmıştır. Birkaç yıl önce elyaf terimi tekstil malzemelerle sınırlandırılmıştı ve kompozitler için cam elyaf kullanılırdı. Bugün özellikle, mühendislik kullanımı için çok değişik elyaflar bulunmaktadır. Organik sentetik elyaflardan çok farklı türde olan bu takviye elemanı seramiklerin başlıcaları; cam, karbon, boron, alüminyum oksit ve silisyum karbür olup değişik morfolojik şekilde olabilmektedir. Ancak kompozitlerde takviye elemanı olarak elyaf veya kılcal kristalli formu kullanıldığı zaman optimum özellikleri elde edilebilmektedir. Fakat bunlar ekonomik olarak diğer türlerinden daha pahalıdır.

Kompozit malzemedeki ikinci bileşen takviye edici faz olarak tanımlanır. Matris malzemesinin özelliklerini yükseltir ve iyileştirir. Genellikle takviye malzemeleri matris malzemesinden daha sert, mukavemetli ve rijittir. Fakat bu her zaman geçerli değildir. Örneğin sünek metal takviyesiyle seramik matris, ya da kauçuk elastomer takviyesi ile kırılgan polimer matris sünek hale getirilebilir.

Takviye edici malzemelerin boyutları 500 µm ile birkaç mikron arasında değişebilmektedir. Takviye edici bileşenlerin geometrileri takviye edilmede efektiflik göz önüne alınarak seçilir. Kompozitlerin mekanik özellikleri, takviye edici malzemelerin şekilleri ve boyutlarının bir fonksiyonudur. Fiberler ve partiküller olmak üzere iki temel takviye elemanı grubu bulunmaktadır. [1]

(25)

Şekil 1.2: Takviye edici elemanların cins ve dağılımına göre kompozit malzemeler

Partikül takviye ediciler malzeme içinde her yönde yaklaşık olarak eşit boyutlara sahiptirler. Takviye edici partiküller küresel, kübik, düzlemsel, tek tip veya farklı tip geometrilerde olabilir. Partiküllerin malzeme içerisindeki dizilişleri rastgele veya yönlendirilmiş olabilmektedir. Yönlendirilmiş partikül takviyesi ile belirli yönlerde güçlendirme, özel zorlanmalara karşı özel tasarımlar yapılabilirken, çok özellikli olmayan uygulamalar için rastgele dağılım söz konusu olabilmektedir. Fiber adı verilen takviye elemanlarında malzemenin boyu kesit boyutlarından çok daha fazladır. Buna boy/çap (aspectratio) oranı adı verilmektedir. Sürekli fiberler (iplikçikler) ile takviye edilen kompozit malzemeler olduğu gibi süreksiz fiber takviyeli kompozit malzemelerde söz konusudur. Kısa fiber takviyeli veya düşük boy/çap oranlı fiberlerle takviye edilebilir. Süreksiz fiberlerin oryantasyonları rastgele veya yönlendirilmiş olabilir. En fazla karşılaşılan yönlendirilmiş fiber takviyesi sürekli fiber takviyeli kompozitlerdedir. Bunlara tek yönlü kompozit malzemeler adı verilir. Bunların yanı sıra fiberlerin kumaş şeklinde örtülmesi ise örgü yapı veya relatif açılarla yerleştirilmeleri ile çok yönlü kompozit malzemeler üretilmektedir. Şekil 1.2 ve 1.3’ de takviye edici elemanların cins ve dağılımına göre kompozit malzemeler görülmektedir. [1]

Çok tabakalı kompozitler takviyeli kompozitlerin bir başka çeşididir. Bu kompozitlerde bir polimer kumaş üzerinde tek yönlü olarak yerleştirilmişlerdir. Bizler ne kadar yükün geleceği hangi doğrultulardan geleceğini göz önüne alarak bu

(26)

kumaşları istediğimiz sayıda (4/40 kat arası) ve istediğimiz açılarla yerleştirerek çok katlı kompozit malzeme üretimini sağlamış oluruz. Örneğin 0 ve 90 derecelik tabaka yerleştirmek suretiyle çapraz katılı kompozit malzemeler (cross ply) oluşturulur.

Şekil 1.3: A – Rastgele dağılımlı partikül takviyeli kompozit B – Yönlendirilmiş kısa fiber takviyeli kompozit C – Rastgele dağılımlı kısa fiber takviyeli kompozit D – Sürekli fiber takviyeli kompozit

Hibritler de bir çeşit fiber takviyeli kompozitlerdir ve tek bir tabaka içerisinde veya her bir tabaka farklı fiberlerden oluşacak şekilde tasarlanmışlardır. Bu farklı tip fiberlerin bir araya getirilerek farklı özelliklerinin aynı anda malzemeye kazandırılması ile gerçekleşmektedir. Örneğin cam ve karbon fiberler bir araya getirilerek daha ekonomik cam ile yüksek mukavemetli karbondan faydalanılarak optimum bir malzeme üretilebilir. Malzemeye grafit fiberlerle kendi kendine yağlama özelliği verilirken karbon fiberler ile yapı daha mukavemetli bir hale getirilebilir.

Mukavemet ve rijitlik değerlerine bakılacak olursa fiber takviyeli polimer kompozit malzemeler diğer malzemelere oranla açık bir üstünlük sağlayamamaktadır. Özellikle uzama/kırılma dayanımı değerleri çok düşüktür. Fakat polimer kompozitlerin en önemli özellikleri yoğunluklarının son derece düşük olmalarıdır. Daha az bir ağırlıkla istenilen dayanım değerlerine sahip araçların, makinelerin yapılması ile enerji ve maliyet değerlerinde önemli kazançlar sağlanmaktadır. Kısacası uzay ve havacılık sektörlerinde öncelikle ihtiyaç duyulan gerekli mukavemete ve rijitliğe sahip fakat aynı zamanda hafif, spesifik özellikleri yüksek malzemeler olmaları onları rakipsiz hale getirmektedir. [1]

(27)

1.6.1. Doğal fiberler

Bu fiberler bizim iplik dediğimiz pamuk, ipek, kenevir, yün, jüt, sisal türünde ipliklerdir ve tekstil sektöründe çok fazla kullanılmaktadır. Tablo 18’de görüldüğü gibi hayvansal ve bitkisel ürünlerin mekanik özellikleri sentetik fiberlere kıyasla çok düşüktür. Fakat ekonomiktirler ve ağır olmayan yükleme şartlarında polimer matrislerle birlikte yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Yanmaları, nem tutmaları, bozulmaları dezavantajlarıdır.

1.6.2. Cam fiberler

Sentetik inorganik malzemelerdir. Çeşitli kimyasal yapıda olan fiberler

bulunmaktadır. Bunlar Silika bazlı (≈ 50-60 %SiO2 ) ve diğer malzemelerin

oksitlerini (kalsiyum, boron, sodyum, alüminyum, demir) içeren malzemelerdir. Tablo 19’da kimyasal bileşimleri görülmektedir. E camı elektrik uygulamalarında tercih edilir (tablo 20). İyi elektrik yalıtkanıdır ve iyi dayanım ve yüksek young modülüne sahiptir, G camı korozyona dayanımda tercih edilir. Bu malzeme kimsayal korozyona son derece mukavemetlidir. S camı yüksek silika miktarına sahiptir ve yüksek sıcaklıklara dayanımı söz konusudur. E camına kıyasla rijit ve dayanımı fazladır. E camındaki “E” harfi İngilizce electrical kelimesinin baş harfinden

gelmektedir. Bu cam CaO-Al2O3SiO2 ‘nin üçlü ötektik bölgesinde biraz B2O3’ün

SiO2 ve biraz MgO’nun CaO ile yer değiştirmesi temeline dayanır. B2O3 sıvı doyma

sıcaklığını düşürür ve sürekli fiber imalatı için geniş çalışma aralığı sağlar. Eriyik haldeki cam yerçekimi etkisiyle ergitme kabı ağzından dışarı sızarken hızlıca çekilerek 10 µm çaplı fiber elde edilir. Normalde ergitme kabında 204 çıkış ağzı bulunur.

Bu fiberleri bir ipliğin telcikleri gibi bir araya getirir. Nişasta kullanılarak yüzey hasarları en aza indirilmeye çalışılır. Fiber iplikleri 2.5-5 cm uzunluğunda kesilip küçük ipçikler oluşturulur. Aktif kaplamalar fiber ve matris arasında bir bağ kurmak için sıkça kullanılırlar, bu kaplamalar birleştirme elemanları olarak bilinir ve kompleks organosilanlardır. Bu şekilde ara yüzey mukavemeti önemli ölçüde arttırılır. [1]

(28)

1.6.3. Boron fiberler

Sentetik inorganik malzemelerdir. Oldukça kırılgan bir malzemedir. Üretim sonrası temperleme ile kalıntı gerilmeler azaltılır. Çok yüksek young modülü değerlerine sahiptir. Fakat maliyetleri yüksektir.

1.6.4. Karbon fiberler

Sentetik inorganik malzemelerdir. Yoğunlukları son derece düşüktür (2,268g/cm3).

Çok büyük kapasitede üretimi vardır (yılda yaklaşık 12.000 ton). Aynı dayanım değerlerine sahip organik fiberlerden daha pahalıdır. Ultra yüksek modüllü (UYM), yüksek modüllü (YM), orta modüllü (OM) ve yüksek dayanımlı (YD) çeşitleri söz konusudur. Spesifik dayanımı ve modül değerleri çok yüksektir.

Grafit ve elmas kristal haldeki karbon malzemenin diğer isimleridir. Grafit formundaki karbon yüksek modüllüdür. [1]

1.6.5. Sentetik organik fiberler

Organik moleküllerden olan bu tip kevlar gibi aramid elyaflar takviye elemanı olarak pazara şok etkisi yapmıştır. Aramidler Co-NH grupları ile aromatik karbon halkaları zincirlerinden oluşur. Polimeri elyaf haline dönüştürmek için kuvvetli mineral asit, oleum yağı veya klor sülfonik gibi konsantre olmuş eriyik hazırlanır. Bunlar süzgeçten geçirilir ve nötralize edilmiş banyo içinden iplik olarak çıkar. Çekildikten sonra elyaflar yıkanır, durulanır ve çekme altında 550°C sıcaklıklarda azot içinde ısıtılır. Son mamul kahverengi renkte olup yaklaşık 12 µm çapında olup bunlar yaklaşık 3.1GPa çekme dayanımına 50 – 130 GPa arasında elastik modülüne sahiptir. Daha düşük modül versiyonu lastik ve halat üretiminde kullanılır. [2]

a) Aramit

Aromatik poliyemid fiberlerdir. Kevlar (DuPont) en fazla bilinen ticari markadır. Kevlar 29 daha basit, daha kusurlu ve az nokta oryante olmuş moleküler yapıdadır,

(29)

düşük modüllüdür. Kevlar 49 ise daha düzgün ve ısıl işlemlerle kuvvetlendirilmiş yapıdadır. Aramit fiberler yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik özelliklere sahiptir.

360οC’de (yüksek) camsı geçiş sıcaklığı vardır, zor yanar ve naylon gibi erimez.

Güneş ışığında bozunabilir, termal genleşme katsayısı düşük, alçak elektrik ve ısıl iletkenlik ile yüksek ısıl kapasiteye sahiptir. Çekme dayanımı yüksek, basma dayanımı düşüktür. Hibrit kompozitlerde karbon bası zorlanmaları için kullanılırken, aramit çekme zorlanmaları için yaygın olarak tercih edilir.

b) Polietilen

Düşük yoğunluk değerine sahiptir. Kevlar’dan daha yüksek spesifik mukavemet ve

modül değerlerine sahiptir. 135 οC gibi düşük erime sıcaklıklarına sahiptir. Yüksek

sıcaklıklarda sünme davranışı hızlanır. Dolayısıyla 100 οC gibi bir limit kullanım

sıcaklığı vardır.

1.6.6. Seramik fiberler

Üç temel yöntem ile üretilirler. CVD, polimer proliz ve sol-gel teknikleri. Yüksek dayanım ve elastik modülüne sahip, çok yüksek sıcaklıklara dayanıklı, çevresel zararlara karşı son derece dirençlidir. Bu nedenle yüksek sıcaklıklarda kullanılacak malzemeler için ideal olmaktadır.

a) Alümina (Al2O3)

% 100 oranında Al2O3 içermez. %70-100 aralığında Al2O3 ve %30-0 aralığında oksit

katkısı ve yaygın olarak da SiO2 içerir. Alumina çok yüksek; 2000 οC’nin üzerinde,

erime sıcaklığına sahiptir.

Yüksek sıcaklık endüstriyel fırınların izolasyonunda ve özellikle metal matrisli malzemelerde kullanılır. Alüminyum alaşımları ile kullanımı yaygındır. [1]

(30)

b) Silisyum Karbür (SiC)

SiC malzemedeki bağlar kovalent bağdır ve bu nedenle kuvvetli bağ sonuç olarak kırılgan fibere Tablo 27’de görüldüğü gibi yüksek modül değeri vermektedir. Fakat SiC’nin yoğunluğu fazladır ve bu yüzden spesifik özellikleri karbon ve polietilendeki

kadar çok yüksek değildir. Yaklaşık 1400 οC civarında maksimum kullanım

sıcaklıklarına sahiptir. 1.6.7. Metalik fiberler

Bazı malzemeler tel (fiber) formunda kullanılmaları halinde oldukça iyi mekanik özellikler sergilemektedir. Berilyum (düşük yoğunluk ve yüksek modül), çelik (yüksek dayanım ve düşük maliyet) ve tungsten (yüksek modül ve yüksek sıcaklıklara dayanım) aralarında en önemli olanlarıdır. Metalik fiberlerin mekanik özellikleri son derece iyidir.

Berilyum, en yüksek modül değeri ile ( 300 Gpa) ve oldukça düşük yoğunluğu ile

(1.8 g cm-3) ideal bir takviye malzemesidir. Fakat toksit özellikleri ve yüksek maliyet

dezavantajıdır. Tungsten teller aslında ilk olarak lambalarda kullanım için

geliştirilmiştir. Yüksek bir yoğunluğa sahiptir (19.3 g cm-3) refrakter özellikleri

nedeniyle nikel ve kobalt bazlı süper alaşımlarda takviye elemanı olarak kullanılmaktadırlar. Tungsten fiber-bakır matris çok kullanılan kompozit bir malzemedir. Tungstenin en önemli dezavantajı oksitlenmesi ve bu oksitin yüksek servis sıcaklıklarında buharlaşmasıdır.

Çelik teller en yaygın ticari takviye malzemesidir. Betondan, metallere, seramik ve polimerlere kadar tüm matris malzemelerinde kullanım alanlarına sahiptirler. Çelik teller en fazla araba lastiklerinde kullanılmaktadır. 0.1 mm çapındaki ince teller %0.9 oranında yüksek karbonlu çeliklerden ve yüksek dayanım değerlerinde (5 Gpa) kullanılır.

(31)

1.6.8. Fiberlerin kıyaslanmaları

Özellikle kompozit malzemesinin doğal avantajlarından biri olan spesifik mukavemet değeri yüksek malzemeler elde etmek için düşük yoğunluklu fiberler tercih edilirler.

İkinci olarak malzeme içerisindeki bağlar (malzeme ister element ister bileşik halde bulunsun) kovalent bağlı malzemeler en kuvvetli bağlardır.

Hafif, kuvvetli ve rijit malzemeler özellikle de havacılık, kara taşımacılığı, enerji ile ilgili endüstriler vb. pek çok uygulamada tercih edilen malzemelerdir.

Fiberin esnekliği, young modülü ile ve çapı ile ilişkilidir. Genellikle yüksek modüllü fiberlerde çap önemli ve esnekliği çok yakından etkileyen bir parametre haline gelmektedir. Verilen E değerinde daha küçük çaplı fiber daha fazla esnektir. Fiberin elastikiyeti onların örülebilmelerine, katlanabilmelerine ve boru şeklinde sarılabilmelerine imkan vermektedirler. Bu nedenle CVD teknikler ile üretilen boron ve SiC malzemeler çok rijit olduklarından örülme ve diğer davranışları sergilemekte uygun değillerdir.

Bazı fiberler oldukça anizotropik (her doğrultuda farklı özellikler sergileme) karakteristiklidirler. Özellikle Kevlar bası zorlanmalarında düşük mukavemet değerleri gösterirler. Çekme zorlanmalarında ise iyi özelliklere sahiptirler. Kovalent bağlar çekme gerilmesinde iyi yük taşırlarken düşük hidrojen bağlar ön plana gelir ve lokal kaymalara, burkulmalara sebep olurlar.

Kullanım sıcaklıklarına bakıldığında Kevlar ve polietilen fiberler polimerik matrislerle ve yaklaşık oda sıcaklıklarında kullanıma everişlidirler. Seramik, karbon ve boron fiberler ise metalik ve seramik matrisler içerisinde kullanılabilirler. Seramik matrisli kompozitler yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmektedirler (Porsche 911 model

fren diskleri) 1500 οC civarında fiber ve matris malzemesinin oksitlenmesi söz

(32)

gösterememektedir. Fakat SiC ve Si3N4 tipi seramik fiberler 1200-1300 οC

sıcaklıklarındaki uygulamalarda uygun malzemelerdir. [1] 1.7. Kompozit Malzemelerde Ara Yüzey

İki yüzey arasında ara yüzey bağı oluşturması, genellikle, ara yüzeyin uyumluluğuna, takviye elemanı-matris elemanlarının uygun seçimi ve özelliklerine bağlıdır. Dolayısıyla da ara yüzey dayanımının, kompozit malzemelerin fiziksel ve mekaniksel özellikleri üzerine rolünün büyük olduğu bilinmektedir. Takviye elemanı ve matris türü, üretim metodu ve konsolidasyon şartlarının optimize edilmesi gerekmektedir. Diğer bir ifadeyle, matris üzerine etkiyen kuvvetler ara yüzey aracılığı ile takviye elemanına nakledilir.

Ara yüzey fiber ve matris arasındaki (2 faz) birleşme düzlemi ya da kesitidir. Fiber ve matrisin özellikleri kompozitin mekanik özelliklerini belirleyen en önemli parametredir. Fakat her ikisinin temas halinde bulunduğu ara yüzey boyunca sağlanan mekanik ve kimyasal özellikler son derece önemlidir.

Rijitlikleri, modülleri, kırılma toklukları birbirinden farklı 2 malzemenin temas ettiği yüzey sonuç olarak bir süresizlik ve geçiş bölgesidir. Bu bölge çatlak oluşumu ve ilerlemesinde malzemenin deformasyonunda orijin teşkil etmektedir.

Yarı kristalli bir polimerde yoğun kristal yapılı (transkristalin) tabaka teşkili ve bu tabakanın kalınlığının artması düşük özelliklerdeki matrise gelen gerilme miktarını önemli ölçüde azaltmakta ve bu geçiş bölgesinde çok yüksek özelliklerdeki fiberden düşük mekanik özelliklerdeki matrise ani ve sakıncalı bir geçişi önlemektedir. Ara yüzeye örneğin metal matrisli metal fiber takviyeli kompozitlerde mikro ölçekli ve iki uç değerdeki malzemenin özelliklerinin ortasında bir ara malzeme oluşturan lokal alaşımlama ile ara yüzey teşkili de örnek verilebilir.

Ara yüzey partikül takviyesinde de çok önemlidir. Zira partikülün etrafının tamamen matris ile kaplı olmaması iki bileşenin yapışmasındaki süreksizlik bağlantı yapılan

(33)

alanın azalmasına, arada kalan hava boşluğu ve delaminasyon bölgesi ise malzemede çentik etkisi, çatlak başlangıç etkisi aratacak risk içermektedir.

Fiberin ne derece kuvvetli bir bağ ile matrise bağlandığı mekanik özellikler açısından çok önemlidir. Matris içerisindeki fiberin boyu ne kadar uzunsa o kadar büyük sürtünme sonucu büyük dirençle karşılaşır. Yeterince uzunsa fiberin çekme dayanımına kadar ulaşılır.

Ara yüzey ne kadar kuvvetli ise çekme dayanımına kadar ulaşmak için gerekli fiber boyu 1 cm kısalır. Aynı şekilde fiber bir disk şeklindeki malzeme içerisinden çekilerek ara yüzey boyunca oluşan mukavemet değerleri ölçülebilir. Öncelikle debonding (bağın kopması veya soyulma) ile karşılaşılır, soyulma değeri direkt olarak ara yüzey mukavemetini göstermektedir.[1]

(34)

BÖLÜM 2 AŞINMA 2.1. Giriş

Aşınmanın çok karmaşık olmasından dolayı birçok tanımı yapılmıştır. Teknik anlamda aşınma, mekanik etkileşimlerin sonucunda katı bir yüzeyden malzeme kaldırılmasıdır.

Standartlara göre Alman DIN 50320' de aşınma; "malzeme yüzeylerinden, mekanik nedenlerle ufak parçacıkların ayrılması sonucu, arzu edilmeyen şekilde meydana gelen değişiklik" olarak tanımlamaktadır. Yüzeylerin talaş kaldırılarak işlenmesi, taşlanması, parlatılması ile yeni motorun alıştırılması gibi işlemler aşınma olayı olarak kabul edilmemektedir. Bunun nedeni, istenilerek ve kontrollü olarak meydana getirilmiş olmasıdır. Kimyasal, termik, elektriki veya fiziki nedenlerle eskime veya yüzeyden büyük parçaların kırılarak ayrılması da aşınma olayı olarak düşünülmemelidir.

Ramesh, Seshadri, lyer tarafından aşınma; "mekanik etkileşimlerin sonucunda yüzeyden taneciklerin kademeli kaldırılması" sekinde tanımlanmış ancak korozyonun, diğer malzeme kaldırma işlemlerinin ve mekanik etkileşimin olmadığı kademeli hasarların bu tanıma dahil edilmeyeceğini de ayrıca belirtmişlerdir.

Misra ve Finnieise; aşınmayı, mekanik etkileşimlerin sonucunda katı bir yüzeyden malzeme kaldırılması şeklinde ifade ederek malzeme kaldırılmasının kimyasal etkenlerle de olabileceğini belirtmişlerdir. [3]

Mühendislik malzemelerinin aşınması konusunda OECD araştırma grubu da aşınmayı, "yüzeydeki izafi hareketin sonucunda meydana gelen cismin çalışan yüzeyinden malzemenin ileri kaybı" şeklinde tanımlamıştır.

(35)

1976 yılında DIN 50320' ye göre yapılan aşınmanın yeni tanımı ise; "katı, sıvı veya gaz karşı cisme göre izafi hareket ve temas şeklinde mekanik bir etkiden dolayı katı bir cismin yüzeyinden malzemenin ileri kaybı" olarak tanımlanmıştır.

Aşınmayı bir tanım olarak vermek yerine, aşınma olayını belirleyen bazı şartların veya kriterlerin belirtilmesi yerinde olacaktır. Mühendislik malzemelerinde meydana gelen yıpranma olayının aşınma sayılabilmesi için aşağıdaki şartları sağlaması gerekmektedir.

• Mekanik bir etkinin olması,

• Sürtünmenin olması (izafi hareket), • Yavaş ancak devamlı olması,

• Malzeme yüzeyinde değişiklik meydana getirmesi, • İstenmediği halde meydana gelmesi.

Korozyon, yukarıdaki bütün şartları sağlamasına karşın sürtünme ve mekanik hareket olmaksızın sadece kimyasal veya elektrokimyasal etki ile meydana geldiğinden aşınma olayı olarak düşünülmemelidir. Ancak mekanik bir etki ile birlikte kimyasal veya elektrokimyasal etki ile de malzeme yüzeyinden mikro tanecikler kopar veya yüzey bölgesi değişikliğe uğrar ise bu durumda korozyon aşınma kapsamına alınmalıdır. [3]

2.2. Tribolojik Sistem

Triboloji, "bir izafi hareket içinde bulunarak birbirlerine etki eden yüzeylerin ve bunlarla ilgili olayların bilimi veya tekniği" olarak tanımlanmaktadır. Yunanca sürtünme anlamına gelen "tribos" kelimesinden türetilen triboloji; sürtünme, aşınma ve yağlamanın bilimsel incelenmesini ve tribolojik bilgilerin teknik uygulanmasını içermektedir. Ayrıca triboloji, "aşınma problemlerinin çözümü ile ilgilenen ve malzeme bilimi kimya, fizik ve mühendislik bilimleri gibi çeşitli bilim dallarını içeren bilimdir" şeklinde de tanımlanmaktadır.

İçinde aşınma ve sürtünme olaylarının gerçekleştiği teknik sistemle tribolojik sistem denilmektedir. Mühendislik malzemelerinin sürtünme \ aşınma davranışlarının

(36)

araştırılmasında mekanik sistemleri bir tribolojik sistem olarak dikkate almak gerekir. Yani aşınma olayı bir sistem bütünlüğü içinde ele alınmalıdır. Şekil 2.1' de bir tribolojik sistemin elemanla görülmektedir.

Şekil 2.1: Bir tribolojik sistemin elemanları

Aşınma olayında 5 parametre gözlenir. Bunlar: (1) Ana malzeme(aşınan), (2) Aşındıran, (3) Ara malzeme, (4) Hareket, (5) Yük. Aşınma çiftini oluşturan ana cisim ve karşı cisim aralarında belirli bir ara malzeme varken az veya çok yük altında hareket ettiklerinde aşınma başlar. Ana malzeme; metal, mineral, plastik, kauçuk, ağaç, deri v.s. gibi aşınma karakteristiğine önem verilen katı cisimdir. Aşındıran malzeme ise metal, mineral, plastik, ağaç v.s. şeklinde katı olabileceği gibi sıvı veya gazlarla karışım durumunda da olabilir. Ara malzeme ise katı, sıvı, gaz fazlarından birinde veya bunların karışımı şeklinde olabilir. Hareket kayma, yuvarlanma, kaymalı yuvarlanma, darbe gibi özeliklerde olabilir. Yük ise gerilmenin az veya çok olmasının yanı sıra sabit, değişken, artan, azalan ve darbeli olabilir. [3]

2.3. Aşınma Mekanizmaları

Sürtünme ve aşınma, hareketli parçaların yüzeylerinde meydana gelmektedir. Dolayısı ile yüzeyler bütün etkileşimlerin ana bölgesi şeklinde önemli bir rol

(37)

oynamaktadır. Bütün katı yüzeyler mikrometre ölçeğinde incelendiğinde ideal olarak süreksiz biçimde değildir (Şekil 2.2).

Şekil 2.2: Yüzey mikro yapısı

Yüzeyin boyuna kesiti incelendiğinde; talaş kaldırma işlemlerinden dolayı yapısal değişimlerin oluştuğu tabakalar ortaya çıkmaktadır. Bu değişim tabakaları malzemenin yapısına ve işlenmesine bağlıdır. Özellikle, ısıl işlem veya yüksek çalışma sıcaklıklarından sonra elementlerin içeriye ve dışarıya doğru yayıldığı difüzyon tabakası, reaksiyon tabakası ile aralarında bağlantısı olan tabakalardır. Örneğin, belirli elementlerin oksidasyonu, oksit tabakası altında oksit oluşturan elementlerin azalmasına yol açabil' Birbirleri ile etkileşim durumundaki parçaların sürtünmesini ve aşınmasın azaltmak için yapılan ilaveler de teknik açıdan bir hayli önemli etkiye sebep olan adsorbe tabakasını oluşturur. Yüzeyin enine kesitinde ise, farklı fazlar ve/veya farklı tane yönleri şeklinde heterojen bir yapı ve pürüzlü veya dalgalı biçimde yüzey topografya görülmektedir.

(38)

iki yüzey birbirine yaklaştırıldığında temas, başlangıçta sadece birkaç noktada meydana gelmektedir. Normal yük arttırıldığında daha çok sayıda pürüzler birbirleri ile temasa geçerek birbirlerine daha da yaklaşır. Pürüzler, yüzeye gelen normal yükü ve yüzeyler arasındaki etkili olan sürtünme kuvvetini karşılamaktadır.

Tribosistemdeki elemanların birbirleri ile olan etkileşimleri veya elemanlar üzerinde olan etkiler çok değişik olabilir. Esas sürtünme elemanı üzerine olan etkiler; kayma, yuvarlanma, titreşim ve akma şeklinde olabilir (Şekil 2.3). Dolayısı ile aşınma işlemleri de kayma aşınması, yuvarlanma aşınması, titreşim aşınması ve erozif aşınma şeklinde sınıflandırılabilir. Aşınma işlemlerinin bir diğer sınıflandırılması da karşı elemanın fiziksel durumunu içermektedir. Karşı eleman, esas sürtünme elemanına katı, sıvı veya değişik açılarda etki edebilir.

DIN 50320 aşınma işlemlerini; adhezyon, abrazyon, yüzey yorulması ve tribokimyasal reaksiyon şeklinde dört temel aşınma mekanizması şeklinde sınıflandırırken bazı araştırmacılar ise yenme, erozyon, korozyon, yüzey yorulması, kavitasyon, oksidasyon gibi daha fazla sayıda aşınma mekanizmalarını içerecek şekilde farklı gruplandırma yapmışlardır.

Ayrıca aşınma işlemleri, aşınma izinin görünüşüne göre, malzeme kaldırılmasının veya hasarın meydana geldiği fiziksel mekanizmaya göre ve aşınmanın gerçekleştiği koşullara göre üç ayrı grupta da sınıflandırılırlar Aşınma izi görünüşü çukurlanma, pullanma, çizilme, parlama, oyulma kemirilme ve kazıma şeklinde olabilir. Aşınmanın gerçekleştiği fiziksel mekanizma adhezyon, abrazyon ve oksitlenme şeklinde olabilir. Aşınma ortamı da yağlı aşınma, yağsız aşınma, metal-metal kayma aşınması, yuvarlanma aşınması, yüksek gerilmeli kayma aşınması ve yüksek sıcaklık metalik aşınma şeklinde sınıflandırılabilir. [3]

(39)

Şekil 2.3: Aşındırma türleri ile aşınma işlemlerinin sınıflandırılması

Aşınma olayına etki eden bir yada aynı anda birkaç faktör değişik aşınma mekanizmalarını ortaya çıkarır. Bu aşınma mekanizmalarına endüstride %50 abrazif aşınma, %15 adhezif aşınma, %8 erozif aşınma, %8 yenme aşınması, %5 kimyasal aşınma ve %14 diğerleri şeklinde değişen oranlarda karşılaşılır. [3]

2.4. Metallerin Erozif Aşınması

Erozyonlu aşınımdan etkilenen tribosistemler karşı maddenin sürekli olarak yer değiştirmesiyle ortaya çıkan açık sistem özelliklerine sahiptirler. İkinci bir özelliği ise, elektrik temasları bir istisna olsa bile, karşı madde üzerindeki aşınmanın büyük önem taşımayışıdır. Erozyonlu aşınma Şekil 2.4’ de görüldüğü üzere çeşitli biçimlerde oluşur: [4]

(40)

Şekil 2.4: Erozif aşınma şekilleri

Genel olarak söylenildiğinde, erozyonlu aşınma katı, sıvı, gaz maddelerin veya bunların karışımının kayma veya çarpma sonucu katı maddeler üzerinde yarattıklar etkilerdir. Patlama sonucu oluşan erozyon bir gaz akışıyla taşınan veya belirli güçlerce hızlandırılan katı parçacıklar tarafından meydana getirilen bir erozyon biçimidir. Parçacıkların devinim açıları aşınımı ciddi surette etkiledikleri gibi aşınım mekanizmasını da değiştirebilirler. Patlama sonucu oluşan erozyon kömür tozlarının veya aerogaz türbinlerinin pnömatik yolla taşınmalarında birtakım sorunlar yaratabilir. Akış sonucu oluşan erozyon katı parçacık taşıyan sıvı akışlarının devinimleri tarafından meydana getirilir. Örneğin, çamurumsu maddelerin naklinde kullanılan boru hatlarında bu tür aşınıma rastlanır. Sert bir yüzeye çarpan sıvı damlalar ise yağmur erozyonu adı verilen bir oluşuma neden olurlar. Örneğin, yağmur bulutları arasından geçen bir uçağın gövdesi veya buhar türbini pervaneleri böyle bir aşınmaya maruz kalabilirler. Sıvılarda görülen içeriye doğru çekilen boşluklar boşluk erozyonu yaratarak yüzeylere ciddi boyutta hasarlar verebilir. Su türbinlerinde veya pompalarda görülen aşınımlar bu çeşitten erozyonlardır. Erozyon ve korozyon etkilerinin eşzamanlı olarak etkide bulundukları durumlara kimyasal

(41)

olarak agresif yapıdaki sıvıların taşınması sırasında rastlanır. Termal erozyon olayında elektrokimyasal süreçler mekanik, termal, elektrik veya manyetik güçlerin etkisiyle erime ve buharlaşmaya neden olarak madde kaybına yol açarlar. Bu duruma elektrik kontaklarında meydana gelen kıvılcım çakımında rastlanır.

2.5 Aşınma Mekanizması

Patlama sonucu oluşan aşınımlar konusundaki bilgiler tek parçacık çarpmasına ilişkin bilgileri temel almaktadır. Çok parçacıklı çarpmalar eşzamanlı olay açılarının geniş aralığı, parçacık etkileşimleri, yüzeye derinliğine yerleşmiş parçacıklar vb. gibi karmaşık yapıda olgulara dayanmaktadır. Metallerin erozyonuyla ilgili olarak birden çok mekanizma açıklamaları yapılmıştır.

Wellinger, erozyonlu aşınıma neden olan etkileri teğetsel ve normal yük bileşenleri olarak ikiye ayırmıştır. Finnie ise biçim verilebilir malzemeler üzerindeki kesme mekanizmasına ve kırılgan malzemeler üzerindeki çatlama mekanizmalarına dikkati çekmiştir. Öte yandan Bitter erozyona dayalı aşınımı tekrarlanan deformasyon ve kesme süreçlerinin bir bütünü olarak ele almıştır. Kesme işlemi katı yüzeye dar bir açıyla çarpan ve yüzeyden bir kısım malzemenin ayrılmasına neden olan parçacıklara yüklenmektedir. Tilly, yanardağ ağzı kenarlarındaki dudak oluşumuna dikkati çekmiş bunların diğer parçacıklar tarafından nasıl ayrıldıklarını betimlemiştir. Hutchings, Winter ve Field yanardağ ağızlarındaki dudak biçimli oluşumların ayrılmalarını ayrıntılarıyla betimlemişlerdir. Dudakların ısı geçirmez bantlar boyunca ayrıldıklarını bulgulamışlardır. Plastik akış sonucunda yerel ısıda bir artış gözlenir ve bunun sonucunda da gerilen maddelerin mikro yapılarında bir değişim meydana gelir. Hutchings ve Winter, çarpan parçacıkla hedef yüzey arasındaki birleştirici güçler yanardağ ağzından sarkan dudakların oluşumunda önemli rol oynarlar. Dudaklar oluşmakla birlikte tek bir çarpma sonucu birbirinden ayrılmazlar. Ayrılma çoklu çarpmalar sonucunda meydana gelir. [4]

Çarpan parçacıların dağılması dudakların ayrılmalarına neden olur. Sundararajan ve Shewmon bu durumu ele alan çalışmalar yapmışlardır. Açıkladıkları modeli Hutchings’in yorgun tip modeliyle karşılaştırmışlardır. Bellman ve Levy erozyonlu

(42)

aşınmayla ilgili levhacık mekanizması (platelet mechanism) açıklamasını yapmışlardır. Bu açıklamaya göre, hedef maddenin etkilenmemiş kısmından geçen pekleşik bir alt yüzey zonu tarafından desteklenen yumuşak yüzey katmanının meydana gelmesiyle erozyonlu aşınımda kararlı denge durumu gözlenir. Çarpan parçacıklar çekiç işlevi görürler ve pekleşik zor ısınan metali ve yumuşayan yüzey arasında bir örs görevi görür. Bu suretle levhacılar meydana gelir. Cousens ve Hutcings normal çarpma altında geri ihraç işlemi geliştirmişlerdir. Bu modelde dökme malzeme yanardağ ağzının hemen altındaki pekleşik katmanda yer alan çatlaklarda yüzeye doğru hareket ettirilir. İhraç edilen yumuşak madde levhacıklar haline getirilir ve sonunda yerinden ayrılırlar.

Tekli ve çoklu parçacık aracılığıyla oluşan aşınmalar Şekil 2.5 ’de gösterilmektedir. (a) mikro kesme ve mikro yarma,

(b) yüzey çatlaması (mikro çatlama) (c) Madde taşması

(d) Tekrarlanan çarpmalar sonucu yüzey ve yüzey altında görülen yorgun çatlaklar,

(e) Tekrarlanan çarpmalar sonucu meydana gelen ihraçların ve şekillendirmelerin oluşturdukları ince levhacıklar

(f) Geri ihraç mekanizması sonucu oluşan levhacıklar.

Köşeli parçacıklar dar açılarla ve 40 derecen az bir sıcaklıkta hedef yüzeye çarparak mikro yarma ve/veya mikro kesme işlemleri aracılığıyla malzemeyi yerinden çıkarır. Isı etkileri, parçacıklarla hedef veya yüzey arasında oluşan yüksek çarpma enerjisi nedeniyle artar. Artan çarpma açısıyla, parçacık boyutuyla, parçacık hızıyla ve/veya hedef maddenin kırılganlığının artışıyla yüzeydeki çatlama de büyük önem kazanmaya başlar. [4]

Referanslar

Benzer Belgeler

Bu malzemeler yüksek dayanım (çekme ve basma dayanımı), yüksek elastik modülü ve yüksek tokluğa sahiptir. Yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerin, yani makro

Oda sıcaklığında ve ısıl işlem sonrasında 30 o , 45 o ve 90 o çarpma açılarında 10 sn süre ile katı partikül erozif aşınma testi sonrası spinel, alumina

Kelime mutlu hediye cins cevap soru öğretmen doktor dilek doğa ilave kolay biçim kafa yabancı elbise eser rüzgar siyah beyaz öykü problem sağlık sınav sebep ulu tören

- Efendim, eski İstanbul’da, erkeklerin ka­ dınlara yaklaşımı nasıl olurdu.. “ ESKİDEN MAHREMİYET VARDI” “ Bir defa erkekler hanımlara y a k ış a

The Particularly elucidation of those mechanisms by which DOCK8 and STAT3 deficiency converge to give overlapping clinical and immunological phenotypes, including the eczema,

0,25, 0,28 ve 0,30 µm aerodinamik çapında partikül madde ortalama konsantrasyonu A tipi sigara olarak adlandırdığımız ince sigara tüketiminde, B tipi olarak

1) Doğal mineral katkı malzemesinin tane boyut dağılımının değiĢtirilmesi su ihtiyacı ve dayanım aktivite indeksi değerlerinde farklılıkları ortaya

İsrail’de yapılan çalışmada ise geliştiri- len yapay elektronik beyincik dokusu, be- yin sapından gelen duyusal girdileri aldık- tan sonra, bu girdilerin doğru bir şekilde