METALİK MALZEMELERDE AŞINMA

7/23/2019 METALK MALZEMELERDE AINMA

1/12

METALK MALZEMELERDE AINMA

Temas eden yzeylerde, srtnme kuvvetleri g kaybna, anma ise ileme toleranslarnnktlemesine sebep olmaktadr. Dier taraftan, debriyaj ve fren balatas ve de ayakkab

tabanlar gibi baz malzemelerde srtnme salanabilecek zellik istenmesine ramen, anmaistenmeyen bir olaydr. Buna karlk frezeleme ve talama gibi talal imalat ilemlerinde isesrtnme iin minimum enerji harcayarak maksimum anmann yaplmas istenir.

SRTNME

Bilindii gibi, iki malzeme birbirlerine temas edecek ekilde yerletirilirse, bu malzemelerdenbirini dieri zerinde kaydrmak iin uygulanan kuvvete srtnme kuvveti diren gsterir.Kaymay balatan kuvvet (Fs) ile, temas yzeyine etki eden normal kuvvet (Fn) arasnda;

Fs = s. Fn (1)

bants mevcuttur. Burada sstatik srtnme katsaysdr.

Kayma baladktan sonra, srtnme kuvvetinde bir azalma olur ve bu durumda;

Fk = k. Fn (2)

bants yazlabilir. Burada k (


2/12

Ne kadar hassas ilenmi veya parlatlmolursa olsun, iki yzey birbiriyle temas ettiinde,gerek temas bir takm przlerin birbirlerine dokunduu noktalarda olur. Bu durumda,yzeye etki eden yk, sadece przlerin birbirlerine temas ettii noktalardan desteklenir veyzey alannn kk bir ksm yk tar.

Srtnme Katsays Deerleri

Vakumda, ok iyi temizlenmi metal yzeylerini birbirleri zerinde kaydrmak mmkndeildir. Kayma kuvveti, birleme noktalarnda yksek plastisiteye ve tamamen yapmayasebep olur. Bu olay metalden yzey filmini kaldran ortamlarda (rnein H2) ve atmosferdnda nemli bir problemdir. ok miktardaki oksijen veya H20, metalik birlemenoktalarnda oksit filmi oluturarak deerini byk lde azaltr.

Altn haricindeki btn metaller, yzeylerinde belirli bir kalnlkta oksit filmi olutururlar.Prz ularnda oluan oksit filmleri arasndaki birleme noktalarnn, kayma esnasnda ana

metalden daha gevrek ve dk mukavemetli olduklar saptanmtr. Bu durumda yzeylerince oksit tabakas zerinde, metalin kendisinden daha dk gerilme deerlerinde kayacak vebuna bal olarak deeri 0,5 - 1,5 arasnda azalacaktr.

Yumuak metallerin birbirleri zerinde kaymalar durumunda (rnein kurun-kurunzerinde) birleme noktalar daha zayftr, fakat alann daha geniolmas nedeniyle deeridaha byk olur (0.5-1.5). Sert metallerin kaymas durumunda ise (elik-elik zerinde)birleme noktalar az fakat mukavemetin fazla olmas nedeniyle srtnme yine byktr.

AINMA

Birbirine temas eden mhendislik malzemelerinin, birbirlerine srtnmesi neticesindemeydana gelen anma, eitli makine ve tehizatn kullanm srasnda ok byk ekonomikkayplara sebep olmaktadr. Anma, bir yzeyden dier bir yzeye malzeme transferi veyaanma paralarnn oluumu neticesinde ortaya kan malzeme kaybdr. DIN 50320'deanma; "kullanlan malzeme yzeylerinden mekanik sebeplerle ufak paralarn ayrlmassuretiyle meydana gelen deiiklik" olarak tanmlanmaktadr.

Temas halinde bulunan kat yzeylerde, malzeme kayb ekilde gerekleebilir. Bunlarblgesel erimeler, kimyasal znme ve yzeyden fiziksel anlamda oluan ayrlmadr.

Uygulamada anma kapsamnda, daha ok yzeyden fiziksel anlamda ayrlan malzemeninsebep olduu hasarlar dahil edilmektedir.

Bir anma sisteminde; ana malzeme (anan), kar malzeme (andran), ara malzeme, yk vehareket anmann temel unsurunu oluturur. Btn bu unsurlarn oluturduu sistem teknikte"Tribolojik Sistem" olarak isimlendirilir.

Bir anma sistemindeki nemli etkenlerden biri de evre artlardr. Sistem elemanlarnnnem ve korozif etkiler ile kar karya kalmas anmay hzlandrr.


3/12

Anma, genellikle nceden bilinen bir hasar tipidir. Birbirleri ile temasta olan malzemeyzeyleri oksit filmleri veya yalayclar ile korunsalar bile, mekanik yklemeler altnda oksittabakasnn veya yalamann bozulmas, iki yzeyin birbiriyle dorudan temasna sebepolabilir. Bu temas sonucu oluan srtnme malzemenin alma koullarndaki mrn veperformansn snrlayan anmaya sebep olur. Bu hasar uygun yalama, filtreleme, uygun

malzeme seimi ve uygun tasarm gibi faktrlerle en aza indirilebilir, fakat kesinliklenlenemez.

Anmay etkileyen faktrleri drt ana grup halinde toplayabiliriz.

I-Ana Malzemeye Bal Faktrler

Malzemenin kristal yaps Malzemenin sertlii Elastisite modl Deformasyon davran

Yzey przll Malzemenin boyutu

II- Kar Malzemeye Bal Faktrler ve Andrcnn Etkisi

III- Ortam artlar

Scaklk Nem Atmosfer

IV-Servis artlar

Basn Hz

Kayma yolu

Anma Mekanizmalar

Pek ok anma mekanizmas vardr. Bunlar aadaki ana balklar altnda aklamakmmkndr.

1) OluMekanizmalar Asndan Snflandrma

1.1. Adhesiv Anma

zellikle birbiriyle kayma srtnmesi yapan, metal-metal anma iftinde meydana gelenkaynaklama olaynn bir sonucudur. Birbiri zerinde kayan yzeylerdeki gerilmeler kkyklemelerle dahi akma gerilmesi snrna, eriirler veya geerler. Bylece temas edenmetaller arasnda yapma kuvvetleri kendini gsterir. Bu nedenle bir paradan dierinemalzeme geii, souk kaynaklama ve kk paralarn kopmas olaylar meydana gelir.

Adhesiv anma, en sk rastlanan anma tr olmasna ramen genellikle hasar hzlandrcetkide bulunmaz. Adhesiv anma bir metal yzeyinin baka bir metal yzeyindeki bal

hareketi srasnda birbirlerine kaynamveya yapmyzeydeki przlerin krlmas sonucuortaya kar.


4/12

Eer iki metal ayn sertlikte ise anma her iki yzeyde de oluur. Metaller arasndakiyalamann mkemmel olmas, yzeye etki eden ykn azaltlmas ve malzemenin sertliininarttrlmas adhesiv anmay azaltr. Sonu olarak adhesiv anma; yzeye etkiyen normalykle, kayma yolu ile ve anan malzemenin yzey sertlii ile orantldr.

1.2. Abrasif Anma

Yrtlma veya izilme anmas olarak da isimlendirilen abrasif anma, sistemde hzl hasaraneden olan nemli bir anma trdr. Abrasif anma; biri dierinden daha sert ve przlolan metal yzeylerinin birbiriyle temas halindeyken kayma srasnda meydana gelir.

Sert paracklarn yumuak metale batmas abrasif anmaya sebep olabilmektedir. Bumekanizmaya rnek olarak, sisteme dardan giren toz paracklarnn veya bir motordaoluan yanma rnlerinin sebep olduu anma tarz verilebilir.

Abrasif anma hz, malzeme yzeyine etki eden yk azaltlarak drlebilir. Byleceparacklarn yzeye daha az batmas ve apak kaldrlmas srasnda daha az iz brakmas

salanr.

Malzeme asndan abrasif anmay azaltmak iin; Daha sert alam kullanmak, Sertlik arttrmak amacyla sl ilem uygulamak, Malzeme yzeyini sert birtabaka ile kaplamak,

tavsiye edilir. Bu nlemlerle abrasif anma hzn azaltmak mmkndr.

Abrasif anma endstriyel cihazlarda malzeme kayplarnn balca sebebidir. Andranmalzeme serbest halde iki metal arasnda bulunuyorsa veya yalnz bir metali andran sabitveya serbest taneler mevcut ise bu durumda;

ki elemanl abrasif anma,

elemanl abrasif anma,

eklinde gruplandrma mmkndr.


5/12

ekil 2.ki elemanl ve elemanl abrasif anma oluum ekilleri.

Metal-metal srtnmelerinde anma iki elemanl abrasif veya adhesiv olarak balayp elemanl abrasif olarak devam eder. Bu durumda araya giren toz, mineral taneleri, izilmesonucu serbest hale geen mikro talalar ve paralanm oksit paracklar nc eleman(ara malzemeyi) oluturabilir. Serbest hale geen mikro tala paracklar genellikle anamalzemeden daha sert olduklarndan ( elemanl) abrasif anma, anmayhzlandrmaktadr. Endstriyel makinelerdeki en nemli anma tr olan abrasif anmayagenel olarak aada verilen yerlerde rastlanmaktadr.

Traktr, greyder gibi tarm ve imakinelerinin bak ve trnaklarnda Cevher ileme ve tme tesislerinde Eleklerde Deirmenlerde Nakil makinelerinde

Bu gibi makine ve makine paralarnda yalnzca abrasif anmadan sz edilebilecei gibi,

bunlardan baka anma trlerinin de birlikte grlmesi mmkndr.

1.3. Tabaka Anmas

Abrasiv anma yzeyine yakn yerlerinin (snr yzeyinin) zelliinin pek nemi yok iken,tabaka anmasnn nemi byktr. evredeki gazlarn ve ara malzemenin etkisiyle meydanagelen anma yzeyi snr tabakas, izilmeyle syrldndan daima yeniden meydana gelir.1.4. Titreim Anmas

Titreim (yorulma) anmas, titreim zorlamalarnda yorulma krlmas hasar olarak ortayakar. Bu anmada, iyap tahribat, atlamalar, lokal ayrlmalar meydana gelir. Genellikle

periyodik yklemeler dolaysyla, yzeyden veya yzeye yakn yerlerde iyapnnparalanarak yrtlmalar oluturmas sebebiyle yzeyden ksmi zlmelerin olmasyla


6/12

meydana gelir.

2) Hasarn Fiziksel Grnne Gre Snflandrma

2.1. Kayma Anmas

2.1.1. Taneli Mineraller Tarafndan Oluturulanlar

Taneli minerallerin meydana getirdii kayma anmas, mineral sert1iine bal olarakbelirlenir. Metal olmayan sert malzemelerde anma, metal malzemelerde olduu gibi mineraltanelerinin sertliiyle artar, fakat sert malzemenin anma yzeyinde gevrek krlmalarmeydana gelir. Anma esnasnda malzeme sertlii, anma direncinin bykln etkileyennemli bir faktrdr.

2.1.2. Metal-Metal Anmas

Metal-metal srtnme tiplerinden hidrodinamik srtnmede genellikle hibir anma olmaz ve

malzeme iftinin nemi yoktur. nk malzemeler bu anda birbirine temas etmemektedir.Fakat tam yalama iin minimum bir hz gereklidir.

Kark yalamada kuvvet ksmen hidrolik, ksmen kat cisimlerin temas ile salanr. Butemas noktalarnda malzemelerin zellikleri ve kayma yapan malzeme iftleri ile yalaycmaddenin etkisi vardr.

zellikle yasz yzeylerin srtnmesinde anma durumu malzeme iftinin yzeyinebaldr. Ayrca kayma yzeylerin ilenii (yzey przll, ilemi dorultusu) deanmaya byk lde etki etmektedir.

2.2. Korozif AnmaAnan yzeyler, ayn zamanda korozif etkilere de urarsa buna korozif anma denir.Kimyasal korozyon kendi bana oluabildii gibi dier anma trleriyle birlikte meydanagelebilir. Yzeye skca yapan filmler oluturan kimyasal reaksiyonlar yzey anmasnnler. Fakat film krlgan ve yzeye gevek ise anma byk miktarda hzlanr. nksrtnme hareketi srasnda filmler atlar ve yerinden kopar.

2.3. Erozyon AnmasErozyon (hidro-abrasif) anmas, akc maddelerin meydana getirdii anmadr. Svlar,gazlar ak srasnda parann snr yzeylerinde patlama veya arpma etkisi yaparak

yzeyden paracklar koparrlar ve girdaplar etkisiyle dalgal yzey meydana getirirler.Bylece anma daha da hzlanr.

ekil 3.Erozif anma


7/12

2.4. Yuvarlanma Anmas

Bu tr anma birbiri zerinde yuvarlanarak hareket eden malzemelerde oluan anmadr. Buanma da phesiz malzemelerin zelliklerine sk skya baldr. Yuvarlanma esnasndaanma tek bir malzemede oluabilecei gibi her iki malzemede de deien miktarlardaoluabilir. Yuvarlanma anmasnda yzeylerin yalanp, yalanmamasnn ok byk nemivardr.

3) Anmann Ald zel Adlar Vastasyla Snflandrma

3.1. tmeli Anma

tmeli anma, yksek basnlar altndaki partikllerin metal yzeyleri ile dk hzlardakarlamalar sonucunda, metal yzeyinden paracklarn kesilerek veya ok sayda ufakizikler alarak kopartlmas ile meydana gelir. Bu yksek basn ve dk hzkombinasyonu genellikle hafriyat almalarnda kullanlan buldozer ve kepe gibi ar imakinelerinin alma koullarnda meydana geldii iin, bu aralarn kesici u yzeylerinde

bu hasar tr meydana gelir. Kepelerde kullanlan kesici ve batc ularn, tmeli anmasonucunda ekil deiimi meydana gelerek krlenme oluur.

3.2. Oymal AnmaOymal anma, malzeme yzeyinin ok yksek gerilmelerdeki arpma durumlarnda,yzeyden bir parann kesilerek veya oyularak kopmasyla meydana gelir. Bu tip anmayagenellikle hafriyat, madencilik, petrol kuyularn delme ilemi ve benzeri koullarda alanmalzemelerin kesme ve delme grevi yapan ksmlarnda grlr. Bu ilemler srasnda sertabrasif paracklarn ok yksek gerilmeler altnda malzeme yzeyine arpmalar ileyzeylerde hzl bir ekilde hasar oluumu meydana gelir.

Oymal anma dier anma trlerine gre ok daha hzl olarak gelitiinden, bu anmayaurayan paralarn yenileriyle deitirilerek kullanlmas daha ekonomik olmaktadr.

3.3. Kazmal Anma

Kazmal anma, karlaan yzeylerde mikro kaynamann meydana geldii adhesivanmaya bir miktar benzemektedir. Aralarndaki fark ise; adhesiv anma, birbirleri zerindekayan yzeylerde meydana gelirken, kazmal anma birbirlerine gre hareket etmeyenyzeylerde meydana gelir. Ancak kazmal anma, ok dk genlikteki hareketlerin(vibrasyon) meydana geldii sistemlerde, mikro kaynamann olumasyla meydana gelir.

Kazmal anma, vibrasyonlu ortamlarda alan somun, perin gibi balant elemanlarylabirletirilmisistemlerde otomobil aftlarnn birleme noktalarnda ve yataklarda en yaygnolarak rastlanlan hasar oluum mekanizmasdr.

Anma testleri deiik deney dzeneklerinde yaplmaktadr. Anma deneylerinde en yaygndeney donanmlarndan birisi, bir disk (Silindir veya dikdrtgen) zerine bastrlan pimdir."Disk zerinde pim" metodunun baka ekilleri de vardr. Ancak ana fikir hep ayndr. Bu tipasimetrik dzenlemelerde, pim ya da blok ou zaman numunedir ve bu parann anma hzllr. Dier para olan disk ise, "dyzey" olarak isimlendirilir. Anma deney dzenekleriuluslararas standartlara uygun olarak standartlatrlmtr.


8/12


9/12


10/12

10

5) Anmann sistematik incelenmesi (Akademik yaklam)

Anmay tanmlayan pek ok terim vardr ve bu terimler her zaman birbirinden ok ayrkavramlar da deildirler. Bu durum bazen anma mekanizmalarnn anlalmasn kafakartrc ve zor hale getirebilmektedir.

Anma bazen kat madde yzeylerinin temas ile etkileim trleri asndan incelenir.Uygulamada birok farkl temas biimi vardr. Dik veya eimli basma ve ayrlma, tek ynlkayma, tek ynl yuvarlanma, git-gel eklinde kayma, git-gel eklinde yuvarlanma, kayma ilebirlikte yuvarlanma gibi durumlar temas eden paralarn hareketi bakmndan snflandrlanfarkl temas biimleridir. stelik bazen serbest kat partikller de etkileimde olan yzeylerearparak veya temas ederek baka bir temas biimi meydana getirmektedirler.

Bu anlan temas trlerindeki anma kayma anmas, yuvarlanma anmas, darbeanmas, titreimli (fretting) anma, amurlu (slurry) anma olarak tanmlanmaktadr. Buanma tanmlamalarnn hepsi teknik yaklama ve temas trnn grnm esasna

dayaldr. Bilimsel olarak anma mekanizmalarn temsil etmemektedir /2/.

Temas biimleri bakmndan anma mekanizmalarna odaklanmak iin temas ara-yzeyindeki grnen ve gerek temas durumlarn (bu biimleri ayrmadan vedetaylandrmadan) deerlendirmek gerekir. Temasn iddeti, rnein elastik temas veyaplastik temas durumu, anma mekanizmalarn ele almak iin en basit ve direkt yoldur.Temastaki iddet ayn zamanda dinamik parametreler, malzeme parametreleri ve atmosferikparametrelerce belirlenen bir tribo-sistem yantdr.

Aadaki drt anma mekanizmas genelde temel ve ana mekanizmalar olarak tannrlar/4/:

1. Adhezif anma2. Abrazif anma3. Yorulma anmas4. Korozif anma

Adhezif ve abrazif anma plastik temas altnda oluan anma mekanizmalardr. Benzermalzemelerin plastik temas durumunda, temas ara-yzeyi adhezif ba mukavemetinesahiptir. ayet krlma/ayrlma esasen temas ara-yzeyindeki gl adhezyon (tutunma)sonucu meydana gelmise, buradaki anma, (krlma modu hakknda herhangi bir ayrmagitmeksizin) adhezif anma olarak adlandrlr.

Sert ve keskin bir malzemeyle grece yumuak bir malzeme arasndaki plastik bir temasdurumunda sert olan, yumuak olana penetre olur (=yzeyine girer). Eer krlma/ayrlmasert olan malzemenin mikro-kesme (micro-cutting) ilemi nedeniyle meydana gelmise,buradaki anma, (kesme ilemine yol aan kilitlenmi temas biimi eklinde tanmlanan veyine adhezif kuvvetler ve krlma modunun ayrntsna girmeksizin) abrazif anma olarakadlandrlr.

Birbirine yeni temas etmeye balayan tribo-sistemlerde, yorulma krlmas tekrarlanansrtnme evrimlerinden sonra oluur. Yzey hasar yorulma nedeniyle olumusa, buanma yorulma anmas olarak adlandrlr.


11/12

11

Korozif bir ortamdaki temas durumunda temas ara-yzeyinde tribo-kimyasal reaksiyonmeydana gelebilir. Korozif ortamdaki tribo-kimyasal reaksiyon bir malzeme kaybna yolamsa, bu anma korozif anma olarak adlandrlr. Havada en baskn korozif ortamoksijendir ve metallerin havadaki tribo-kimyasal anmas genellikle oksidatif anma olarakadlandrlr.

Yorulma ve korozif anma hem plastik hem elastik temaslarda meydana gelebilir.

Adhezif, abrazif veya yorulma anmasndaki malzeme kayb, temas blgesindekideformasyon ve krlma ile belirlenir. Buradaki krlma modlar (trleri) yorulma, gevrek veyasnek krlmadr. Bu tr deformasyon ve krlmalar mekanik nedenli gerilme ve gerinmelertarafndan oluturulur. Bu nedenle bu tr anmalar genellikle mekanik anma olaraktanmlanr.

Korozif anmadaki malzeme kayb, anma yzeyindeki kimyasal reaksiyon filmininbymesi ile belirlenmektedir. Anma yzeyinde kimyasal reaksiyonlar kolaylkla aktive

edilmektedir ve srtnme deformasyonu, srtnme ss, mikro-krlmalar ve reaksiyonrnlerinin ardk olarak kopmas ile de hzlandrlmaktadr. Bu tr bir anma genelliklekimyasal anma veya tribo-kimyasal anma olarak adlandrlr.

Baz durumlarda da srtnme ss nedenli yzeysel ergime veya sl gerilmelerin nedenolduu yzey atlaklar tarafndan malzeme kayb meydana gelir. Bu anma trleri,srtnme ss ve ksmi yksek scakln belirleyici olduu, termal (sl) anma olaraktanmlanr.

Mekanik, kimyasal ve sl anma bakmndan yaplan makroskopik snflandrma, anmannkapsaml bir ekilde anlalmas ve irdelenmesi iin olduka yararldr. Keza hemen hemen

tm anma modelleri bu trde bulunmaktadr. ekil 4 anma mekanizmalarn vebirbirleri arasndaki ilikileri zetlemektedir.

ekil 4. Anma mekanizmalar ve birbirleriyle olan ilikileri /2/


12/12

12

6) Anma Hacminin Hesaplanmas (ASTM G99a gre)

Bilye iin;

() 6 3

4 + ;

4

d: anma izi ap, r: bilye yarap; 1 mm = 1000 m

Numune iin;

() 2 2 4 (4 )R: anma izi yarap, w: anma izi genilii, r: bilye yarap, 1 mm = 1000 m

Not: sins fonksiyonu iin derece deil radyan birimi kullanlacaktr!!

zgl anma oran (specific wear rate);

, () () ()

7) Kaynaka

1. .. Mh. Fak., Metalurji ve Malz. Mh. Bl. Lab 2 Ders Notlar, stanbul.

2. K. Kato and K. Adachi, Wear mechanisms, in Modern Tribology Handbook, ed.: B.Bhushan, CRC Press, Florida, 2001.

3. J. Stokes, Theory and Application of the High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) Thermal SprayProcess, Dublin City University (2008), ISBN 1-87232-753-2 (ISSN 1649-8232).

4. J.T. Burwell, Survey of possible wear mechanisms, Wear, 1, 119-141, 1957-58.

5. ASTM G99, Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus, 2005.

Documents

METALİK MALZEMELERDE AŞINMA