bildiri başlığı - Kocaeli Üniversitesi Ar

bildiri başlığı - Kocaeli Üniversitesi Ar

15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
AġINDIRICI PARTĠKÜL ÖZELLĠKLERĠNĠN Ti6Al4V
ALAġIMININ EROZĠF AġINMA DAVRANIġINA ETKĠLERĠ
Harun Arda BALYALI1, Hürol KOÇOĞLU2, Eser HARBELĠOĞLU3, Yasemin YILDIRAN4,
Egemen AVCU5, Tamer SINMAZÇELĠK6
1
Ġstanbul Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Ġstanbul, TÜRKĠYE,
[email protected]
2
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, TÜRKĠYE,
[email protected]
3
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, TÜRKĠYE,
[email protected]
4
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, TÜRKĠYE,
[email protected]
5
Kocaeli Üniversitesi, Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv Meslek Yüksekokulu, Kocaeli, TÜRKĠYE,
[email protected]
6
Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, TÜRKĠYE,
[email protected]
ABSTRACT / ÖZET
AĢındırıcı partiküllerin özellikleri malzemelerin erozif aĢınma davranıĢları üzerinde önemli bir rol oynamaktadır.
AĢındırıcı partiküllerin sertliği, boyutu, Ģekil faktörü, dairesellik ve yuvarlaklık faktörü gibi özellikleri
malzemelerin erozif aĢınma davranıĢlarını etkileyen önemli partikül özellikleridir. Bu çalıĢmada Ti6Al4V
alaĢımının erozif aĢınma davranıĢına aĢındırıcı partikül özelliklerinin etkilerinin incelenmesi amaçlanmıĢtır.
Ti6Al4V alaĢımı garnet ve alumina aĢındırıcı partikülleri kullanılarak erozif aĢınma test düzeneğinde
aĢındırılmıĢtır. AĢınan numunelerin erozyon oranları hesaplanmıĢ ve yüzey morfolojileri taramalı elektron
mikroskobu ile incelenmiĢtir. Deneysel çalıĢmalarla Ģekil parametreleri gibi partikül özelliklerinin erozyon
oranının değiĢimine etkisi irdelenmiĢtir. Diğer yandan aĢındırılan yüzeylerin SEM analizleri ile aĢındırıcı
partikül morfolojisinin etkisi incelenmiĢtir. ÇalıĢmalar sonucunda aĢındırıcı partikül özelliklerinin Ti6Al4V
alaĢımının erozyon oranı üzerinde etkin olduğu belirlenmiĢtir. SEM çalıĢmaları ile erozyon oranı değiĢimine
partikül özelliklerinin etkili olduğu sonucuna varılmıĢtır.
Key Words: Katı Partikül Erozyonu, Ti6Al4V AlaĢımı, AĢındırıcı Partikül Özellikleri, Garnet, Alumina
1. INTRODUCTION / GĠRĠġ
Katı partikül erozyonu, bir gaz ya da sıvı akımı içerisinde dağılmıĢ parçacıkların malzeme yüzeyine yüksek
hızlarda ve tekrarlı bir Ģekilde çarpması ile oluĢan, malzeme yüzeyindeki mekanik bozulma olarak tanımlanır.
Kumlama ve yüksek hızlı aĢındırıcı su jeti kesiminde olduğu gibi, bazı durumlarda katı partikül erozyonu yararlı
bir prosestir. Fakat, bu süreç birçok mühendislik sisteminde ciddi bir problemdir. Katı partikül erozyonu
endüstriyel uygulamalarda kullanılan bileĢenlerin ömrünü azaltmaktadır (Wahl, 1946. Mishra, 2009. Acharya,
2008). Katı partikül erozyonu mekanik ve metalurjik faktörlerden etkilenen karmaĢık bir aĢınma sürecidir (Chen,
2003).
Malzemelerin erozif aĢınma davranıĢları aĢındırıcı partikül özellikleri (partikül sertliği, boyutu, tokluğu vb.),
hedef malzeme özellikleri (sertlik, mikroyapı, kırılma davranıĢı vb.), operasyon parametreleri (partikül çarpma
açısı, püskürtme basıncı, nozul-numune arası mesafe vb) ve ortam Ģartları (sıcaklık, nem vb.) gibi birçok farklı
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
parametreye bağlı olarak değiĢim göstermektedir (Drensky, 2011). Operasyon parametrelerinin katı partikül
erozyonuna etkileri pek çok araĢtırmacı tarafından incelenmiĢtir. Özellikle partikül çarpma açısının etkisi
oldukça önemli olduğu ve malzemelerin aĢınma davranıĢı hakkında bilgi verdiği tespit edilmiĢtir. Püskürtme
basıncının artıĢı ile aĢınma oranının arttığı ve nozul-numune arası mesafenin aĢınma oranı ile ters orantılı olduğu
gözlemlenmiĢtir (Balyalı, 2013. Sınmazcelik, 2007. Tilly, 1978. Patnaik, 2008. Patnaik, 2009).
Hedef malzeme özellikleri ve operasyon parametreleri üzerine yapılmıĢ bir çok çalıĢmanın yanında literatürde
aĢındırıcı partikül özelliklerinin incelenmiĢ olduğu çalıĢmalar bulunmaktadır. Partiküllerin Ģekilsel yapılarının
aĢınma mekanizmasında önemli rol oynadığı, partikül çapı ve boyutlarının dağılımı erozyon oranını etkilediği,
partikül cinsi ve sertliğinin etkileri araĢtırmalar sonucunda elde edilmiĢtir. Malzeme yüzeyine çarpan
partiküllerin boyutları katı partikül erozyonunda önemli bir rol oynamaktadır (Sundararajan, 1997. Heuer, 1999.
Mondal, 1998. Mondal, 2006). Son yıllarda aĢındırıcı partikül boyutunun erozyon oranına etkilerinin
anlaĢılabilmesi amacıyla çok sayıda çalıĢma yapılmıĢtır. Yapılan bu çalıĢmalar sonucunda iki farklı görüĢ ileri
sürülmüĢtür. G. Sundararajan, D.P. Mondal, M. Dündar ve diğerleri aĢındırıcı partikül boyutunun erozyon
miktarı üzerinde güçlü bir etkisi olduğunu, ancak erozyon miktarının kritik bir değer üzerinde partikül
büyüklüğünden bağımsız olduğunu ifade etmiĢlerdir. Deneyler sonucunda, bu kritik değere kadar partikül
boyutunun arttırılması ile erozyon miktarının arttığını raporlamıĢlardır (Sundararajan, 1997. Mondal, 1998.
Dundar, 1999. Amirthan, 2010). Q. Chen ve D.Y. Li katı partikül erozyonunda aĢındırıcı partikül boyutunun
etkisini Newton‘un hareket kanunlarına dayandırılmıĢ dinamik bilgisayar modellemesi ile incelemiĢlerdir.
ÇalıĢmalar sırasında üç farklı aĢındırıcı partikül boyutunun etkisi aĢındırıcı partikül debisi eĢit tutularak
incelenmiĢtir. Böylece aĢınan malzeme yüzeyine gönderilen toplam aĢındırıcı partikül miktarı eĢit tutularak,
sadece partikül boyutları değiĢtirilmiĢtir. Deneyler sonucunda partikül boyutunun artıĢı ile aĢınma oranının artıĢ
gösterdiği tespit edilmiĢtir. Bu artıĢın partikül boyutunun ve partiküllerin taĢıdığı kinetik enerjinin artıĢ
göstermesi nedeniyle gerçekleĢtiği anlatılmıĢtır (Chen, 2003).Tabakoff, Vittal, Heuer ve diğerleri ise aĢındırıcı
partikül boyutunun erozyon miktarını çok düĢük oranda etkilediğini ifade etmiĢlerdir. Ancak yapılan deneysel
çalıĢmalar sonucunda partikül boyutunun arttırılması ile belirli bir partikül boyut aralığında aĢınma
mekanizmasının değiĢim gösterdiği ve bu aralıkta aĢınma miktarının önemli ölçüde artıĢ gösterdiğini tespit
etmiĢlerdir. AĢınma mekanizmasının değiĢim gösterdiği partikül boyut aralığının altında ve üstünde ise partikül
boyutunun arttırılmasının erozyon miktarını çok az miktarda arttırdığını belirlemiĢlerdir (Heuer, 1999. Mondal,
2006. Tabakoff 1983). AĢınma mekanizmasının aĢındırıcı partikül boyutlarına bağlı olarak gösterdiği değiĢim
incelendiğinde; küçük partikül boyutlarında malzemede hasarın mikro kesme mekanizması ile gerçekleĢtiği,
büyük partikül boyutlarında ise hasarın mikro çatlama ve mikro kırılma mekanizmaları ile gerçekleĢtiği
belirlenmiĢtir. Küçük boyutlu partiküllerin kinetik enerjilerinin düĢük olması sebebiyle aĢınma oranının düĢük
olduğu görülmüĢtür. Büyük boyutlu partiküllerin yüksek kinetik ve darbe enerjileri ile malzemede çatlak
oluĢumuna yol açarak malzeme yüzeyinden büyük parçalar kopardığı ve yüksek aĢınma oranlarına neden olduğu
tespit edilmiĢtir (Mondal, 2006. Sinmazcelik, 2010). AĢındırıcı partikül boyutlarının arttırılması ile malzemede
daha derin radyal çatlakların oluĢtuğu ve aĢınma oranının arttığı gözlemlenmiĢtir (Amirthan, 2010).
Partikül özellikleri malzemenin aĢınma davranıĢını etkilediği bilinmekle beraber, partikül özelliklerinin
belirlenmesinde bir çok ölçüm yöntemi kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın olarak kullanılan yöntem Ģekil
faktörüdür. Partikül Ģekillerinin köĢeli ve küresel yapılı olması erozyon miktarını değiĢtirecektir. ġekilsel
özelliklerinden dolayı küresel partiküller köĢeli partiküllere nazaran en az aĢındırma özelliğine sahip olması
beklenir. G. Fowler, I.R. Pashby ve P.H. Shipway yüzey karakteristiklerine aĢındırıcı parametrelerinin (abrasif
partiküllerin dönüĢ hızı, Ģekli, sertlik) etkisini Ti6Al4V alaĢımının farklı aĢındırıcılarla aĢındırılması ile
incelemiĢlerdir. Deneylerinde farklı türde abrasif partiküller (cam boncuklar, garnet, beyaz alüminyum oksit,
kahverengi alüminyum oksit, çelik bilya) için dönüĢ hızının malzeme kaldırma oranına, yüzey pürüzlülüğüne ve
yüzey dalgalanmasına etkilerini incelemiĢlerdir. G. Fowler ve arkadaĢları partikül sertliğinin artması ile malzeme
kaldırma oranının ve yüzey pürüzlülüğünün arttığını belirtmiĢlerdir. Sert partiküller yumuĢak partiküller ile
karĢılaĢtırıldığında, iĢ parçası ile abrazif parçacık arasındaki sertlik oranının önemli olduğu sonucuna
varmıĢlardır. Fakat Ģekil faktörünün ve partikül sertliğinin yüzey dalgalanması üzerine önemli etkisinin
bulunmadığını saptamıĢlardır. Ayrıca kaldırılan malzemenin artan Ģekil faktörü ile azaldığını vurgulamıĢlardır.
Aynı çalıĢmada Fowler ve ekibi, Ģekil faktörünün ve partikül sertliğinin yüzey pürüzlülüğüne etkilerini
incelemiĢ, Ģekil faktörünün artması ile yüzey pürüzlülüğünün azaldığını belirtmiĢlerdir (Fowler, 2008).
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
Tablo 1‘ de literatürde aĢındırıcı partikül özelliklerinin etkileri ile ilgili gerçekleĢtirilen çalıĢmaların sonuçları
sunulmuĢtur.
Tablo 1. Literatürde katı partikül erozyonu konusunda partikül özelliklerinin etkisi ile ilgili yapılan çalıĢmalar
Referans
Ġncelenen Malzeme
Bulgular-Sonuçlar
Shipway,
2007
Cam, Alumina,
Zirkonyum,
Silisyum Karbür,
Boron Karbür
AISI 1020 Karbon
Çeliği
Alumina, SiC ve Elmas aĢındırıcılar kullanılan çalıĢmada, maksimum
aĢınmanın SiC ile elde edildiğini bulmakla birlikte aĢındırıcı özellikleri,
aĢınma oranına önemli etki yapmıĢtır. Ayrıca farklı hedef malzemeler
ve aĢındırıcılar, farklı erozyon oranı sergilemiĢtir.
KöĢeli partiküllerin, yuvarlak ve küresel Ģekilli aĢındırıcılara nazaran
daha fazla erozif etki göstermiĢtir. Diğer yandan partikül sertliği ile
erozyon oranının arttığını görülmüĢtür.
Küresel aĢındırıcılar ile yapmıĢ olduğu çalıĢmalarında aĢınma
sonucunda ağırlık kaybı gerçekleĢirken, köĢeli partiküllerin kullanıldığı
deneysel çalıĢmalarında ağırlık artıĢı görüdüğünü ifade etmiĢtir. Keskin
kenarlara sahip köĢeli partiküller küresel partiküllere nazaran kesme
eylemi ile pürüzlülük tepelerini daha hızlı kaldırdığı gözlemlenmiĢtir.
Küresel partiküllerin erozyonu partikül boyutu ile arttığı, yüksek
hızlarda köĢeli partiküller de aynı sonucu göstermiĢtir. KöĢeli
partiküller daha fazla erozif davranıĢ sergilemiĢtir.
AĢınma oranı SiC ve Al2O3 partiküllerin boyutları ile doğru orantılı iken
SiO2 partiküllerinin boyutları ile ters orantılıdır. Erozyon oranı partikül
Ģekli ile yakından iliĢkili olduğu, geniĢlik-uzunluk oranın azalması ve
çevre uzunluğunun karesi-alanı oranının artmasıyla artmıĢtır.
Alan, 1983
Brown,
1991
Aluminyum
AlaĢımı 1100
Liebhard,
1991
1018 Çeliği
Bahadur,
1990
18Ni(250)
maraging Çeliği
Bu çalıĢmada, Ti6Al4V titanyum alaĢımının erozif aĢınma davranıĢı farklı partikül özellikleri göz önüne alınarak
incelenmiĢtir. Literatür araĢtıması ile partikül Ģekil etkisi önemi anlaĢılmıĢ, daha fazla Ģekil özellikleri incelemesi
gerektiği düĢünülerek, iki farklı morfolojik özellikli alumina ve garnet aĢındırıcıların, farklı çarpma açılarında ve
püskürtme basınçlarında erozif aĢınma davranıĢı incelenmiĢtir.
2. MATERIAL AND METHOD / MALZEME VE METOT
2.1. Malzeme
2.1.1.
Hedef Malzeme
Deneysel çalıĢmalarda kullanılan hedef malzeme Ti6Al4V olup, Tablo 2‘ de malzemenin X-IĢını Floresan
Spektrometresi ile alınan elementsel analizi verilmiĢtir.
Tablo 2. ÇalıĢmalarda kullanılan titanyum alaĢımının (Ti6Al4V) elementsel analizi
Element
Al
Fe
S
Si
Ti
5,629
0,089
0,006
0,052
91,455
% Ağırlık Oranı
V
2,769
Giyotin makas ile 40x40x3 mm boyutlarında kesilen levha Ti6Al4V hedef malzemeden kare plakalar halinde
numunele elde edilmiĢtir.
2.1.2.
AĢındırıcı Malzemeler
Deneysel çalıĢmalarda aĢındırıcı partikül olarak 120 mesh boyutlarında alumina (Al2O3) ve garnet kullanılmıĢtır.
AĢındırıcıların boyutları Tablo 3‘te, taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ise ġekil 1‘ de verilmiĢtir.
Garnet ve alumina aĢındırıcıları Saykar Metalurji ve Yüzey ĠĢlem Ürünleri San. Tic. Ltd. ġti‘ nden temin
edilmiĢtir.
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
ġekil 1. AĢındırıcı partiküllerin SEM fotoğrafları (a) Alumina 120 mesh, (b) Garnet 120 mesh,
Tablo 3. Deneysel çalıĢmalarda kullanılan alumina aĢındırıcı partiküllerin kodları ve boyutları
AĢındırıcı Partikül Adı
AĢındırıcı Tane Büyüklüğü
Beyaz Aluminyum Oksit F 120
90 -125 μm
Garnet 120 Mesh
90-125 μm
2.2. Metot
2.2.1.
Erozif AĢınma Test Düzeneği
Numuneler özel olarak tasarlanmıĢ kumlama düzeneğinde 1.5, 3 ve 4 bar püskürtme basınçlarında, 30o ve 90o
çarpma açısı altında aĢındırılmıĢtır. Nozul-numune arası mesafe 20 mm‘dir. 5 mm çapında, 50 mm uzunluğunda
nozul kullanıĢmıĢtır. ġekil 2‘de özel olarak tasarlanmıĢ düzenek Ģematik olarak verilmiĢtir.
ġekil 2. Katı partikül aĢınması deneyinin test düzeneği
2.2.2.
Partikül ġekil Parametrelerinin Hesabı
AĢındırıcı partiküllerin geometrik boyut faktörlerinin hesabı Tablo 4‘teki matemetiksel denklemler ile
yapılmıĢtır. Partiküllerin ortalama Ģekil faktörleri (shape factor), dairesellik faktörleri (circularity factor) ve
yuvarlaklıkları (roundness) bulunmuĢtur (Momber, 2008)
Tablo 4. Partikül geometrik boyut faktörlerinin hesabı için kullanılan matemetiksel ifadeler
ġekil Faktörü
Dairesellik Faktörü
Yuvarlaklık Faktörü
∑(
)
SEM görüntüleri Solidworks programına aktarılıp, Ģekil, dairesellik ve yuvarlaklık faktörleri için gerekli
boyutlar elde edilmiĢtir. AxioVision LE programına aktarılan SEM görüntüleri ile partikül (Ap) taralı alanı
hesaplanmıĢtır. Çevre tanımı ise Ģekil faktörü hesabında çizilen iki dairenin ortalama çevre uzunluğudur.
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
3. RESULTS AND DISCUSSION / SONUÇLAR VE TARTIġMA
Bu bölümde Ti6Al4V alaĢımının erozif aĢınma davranıĢının partikül Ģekil parametrelerine göre değiĢimleri ayrı
bölümler içerisinde irdelenmiĢtir.
3.1. AĢındırıcı Partiküllerin Geometrik Boyutlarının Analizi
AĢındırıcı paritküllerin geometrik boyutlarının değerleri 0.0 - 1.0 arasında değiĢmektedir. Geometrik boyutu 1
olan bir partikül ideal bir küre olarak tanımlanırken, 0 değerine yaklaĢan geometrik boyutlar ise partikülün köĢeli
bir geometriye sahip olduğunu ifade eder. Bu bölümde garnet ve alumina aĢındırıcıların SEM fotoğrafları
kullanılarak geometrik boyut değerleri hesaplanmıĢtır. ġekil 3‘te garnet ve alumina aĢındırıcılarının Ģekil,
dairesellik, ve yuvarlaklık faktörleri verilmiĢtir. Aluminanın Ģekil faktörünün garnetten daha düĢük bir
değerdedir. Diğer yandan aluminanın dairesellik ve yuvarlaklık faktörü değerlerinin de garnetten daha düĢük
olduğu ġekil 3‘ te net bir Ģekilde görülmektedir. Bu sonuçlar alumina partiküllerinin garnet partiküllerine göre
daha fazla köĢeye sahip olduğunu ve daha az yuvarlak bir geometride olduğunu ifade etmektedir.
ġekil 3. Deneysel çalıĢmalarda kullanılan aĢındırıcı partiküllerin Ģekil parametrelerinin hesaplanan değerleri
3.2. AĢındırıcı Partikül ġekil Özelliklerinin Erozyon Oranına Etkileri
ġekil 4‘te deneysel çalıĢmalar sonucu elde edilen katı partikül erozyonu sonuçları grafiksel olarak verilmiĢtir.
Alumina ile aĢındırılan hedef malzemede erozyon oranının, 30o ve 90o çarpma açısında garnet ile yapılan
deneylere göre daha fazla olduğunu gözlemlenmiĢtir..
(a)
(b)
ġekil 4. Katı partikül erozyonu deneysel sonuçları ; (a) 30 o çarpma açılı, (b) 90o çarpma açılı
AĢındırıcı partikül özelliklerinin değiĢimi sonucu oluĢan erozyon oranı farkı ġekil 4-a‘da daha fazladır.
Titanyum malzemenin, 30o çarpma açısında aĢınma oranının fazla olduğu literatürde bilinmektedir ve bu oran
aĢındırıcı özelliği yüksek olan aĢındırıcı partikül ile daha fazla artmıĢtır. ġekil 4-b‘de titanyum alaĢımının 90o
çarpma açısında erozyon direncinin daha yüksek olması sonucunda, partikül özelliklerinin değiĢimi ile değiĢen
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
erozyon oranı farkı ġekil 4-a‘ya göre daha azdır. Aluminanın çok daha fazla, keskin kenar ve ince köĢelere sahip
oluĢunun, malzemenin yüzeyindeki pürüz ve tepeleri daha kolay aĢındırdığı belirlenmiĢtir. Alumina partiküllerin
keskin köĢelerinin 30o çarpma açısında daha fazla etki gösterdiği, partikül özelliklerine göre erozyon oranın
değiĢtiği tespit edilmiĢtir. Literatürdeki çalıĢmalarda da erozyon oranının köĢeli partiküllerin kesme etkisi ile
arttığı bunun yanında köĢeli partiküllerin, yuvarlak ve küresel partiküllerden daha fazla aĢındırıcı olduğu
belirtilmiĢtir (Alan, 1983. Brown, 1991. Liebhard, 1991). ġekil faktörünün etkisi incelendiğinde ġekil 3 ve ġekil
4‘ten, aluminanın Ģekil faktörü 0,4 olup, deneysel çalıĢmanın alumina yerine Ģekil faktörü 0,6 olan garnet ile
yapılması sonucunda erozyon oranı ortalama %35 azalmaktadır. Benzer sonuçlar Fowler ve arkadaĢlarının
çalıĢmasında da gözlemlenmiĢtir. Artan Ģekil faktörü ile malzeme kaldırma oranın azaldığını, Ģekil faktörünün
0,4-0,7 aralığından 0,7-1,0 aralığına yükselmesiyle aynı hızdaki kaldırmanın 35% oranında azaldığını
belirtmiĢlerdir. Ayrıca Ģekil faktörünün 0,7‘den 1,0‘a yükselmesi ile yüzey pürüzlülüğünün 30% azaldığını tespit
etmiĢlerdir (Fowler, 2008).
Dairesellik faktörünün 0,5‘ten 0,7 değerine çıkması ile erozyon oranının azaldığı ġekil 3 ve ġekil 4‘te
görülebilmektedir. S. Bahadur ve R. Badruddin, SiO2 aĢındırıcılarının SiC ve Al2O3 aĢındırıcılarına oranla daha
dairesel olduğunu ve SiO2 boyutlarının artması ile erozyon oranın arttığını gözlemlemiĢlerdir. Bunun yanında
erozyon oranının, partikül Ģekil parametrelerinden
ifadesinin artması ve
oranının azalması ile
arttığını ifade etmiĢlerdir (Bahadur, 1990). Literatürdeki bu çalıĢmalar ile Ģekil parametrelerinin önemi ve etkisi
anlaĢılmakta ve gerçekleĢtirilen çalıĢmalar ile tutarlı olduğu görülmektedir.
3.3. AĢındırıcı Partikül ġekil Özelliklerinin AĢınmıĢ Yüzeylerin Morfolojilerine Etkileri
Bu bölümde Ģekil özelliklerinin değiĢimine bağlı olarak aĢınmıĢ yüzeylerin morfolojilerindeki değiĢim
incelenmiĢtir. Numune yüzeylerindeki siyah fazların enerji dağılım spektroskopisi (EDS) analizi ile garnet ve
alumina partikülleri oldukları belirlenmiĢtir. Bu noktada yüzeye saplanan partiküllerin daha rahat gözlenebilmesi
amacıyla SEM görüntüleri Geri Saçılma Elektron (BSE) modunda incelenmiĢtir. ġekil 5 ve ġekil 6‘da aĢındırılan
numune yüzeylerinin SEM görüntüleri verilmiĢtir. 30o çarpma açısında aĢındırılan numunelerin yüzeylerinde
keskin köĢe ve kenarların kesme izleri görülebilmektedir. Özellikle yüzeyi bir miktar aĢındırıp gömülen
partiküllerin aĢındırma izlerinde bu çok net görülebilmektedir. Alumina ile aĢındırılımıĢ olan numunelerde bu
etki garnete oranla çok daha fazla belirgindir. Ayrıca alumina aĢındırıcılar 30 o çarpma açısında, yüzeye daha
fazla gömülmüĢlerdir. SEM görüntülerinde garnet partikülünün yüzeyi sıvayarak ve kazıyarak bir aĢınma
sergilediği görülmektedir.
ġekil 5. Yüzeylerin SEM görüntüleri ; (a) 30o çarpma açılı, 1,5 bar Garnet, (b) 30o çarpma açılı, 1,5 bar Alumina
Alumina için tüm açılarda keskin köĢelerin etkileri görülebilmektedir. 90o çarpma açısında aĢındırılan
yüzeylerde gömülmüĢ olan alumina miktarı garnet miktarına göre daha fazla olduğu tespit edilmiĢtir.
Aluminanın keskin köĢeleri malzeme yüzeyine ok gibi gömülmüĢtür. Yüzeyde, 30o çarpma açısındaki gibi
kesme izleri rastlanamamaktadır. ġekil 4b‘de verilen grafikteki erozyon oranı farkında bunun da bir etkisi vardır.
Bu çalıĢmada, 120 mesh boyutlarında alumina ve garnet partikülleri kullanılarak, Ti6Al4V alaĢımının erozyon
davranıĢı, partikül geometrik özellikleri göz önüne alınarak incelenmiĢtir. Erozif aĢınma mekanizmalarının
partiküllerin geometrik parametreleri ile değiĢmediği tespit edilmiĢ, düĢük çarpma açılarında mikro kesme ve
sürme, normale yakın çarpma açılarında ise plastik deformasyon mekanizmaları gözlemlenmiĢtir. Ancak partikül
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
Ģekil özelliklerinin Ti6Al4V alaĢımının erozif aĢınma hasarının Ģiddeti üzerinde önemli bir etken olduğu SEM
çalıĢmaları ile belirlenmiĢtir.
ġekil 6. Yüzeylerin SEM görüntüleri ; (a) 90o çarpma açılı, 4 bar Garnet, (b) 90o çarpma açılı, 4 bar Alumina
4. REFERENCES / REFERANSLAR
Acharya, S. K., Dikshit, V., Mishra, P., ―Erosive Wear Behaviour of Redmud Filled Metal Matrix Composite‖,
Journal of Reinforced Plastics and Composites, 27(2), 145–152, 2008
Alan V. L., Chik P, ―The Effects of Erodent Composition and Shape on The Erosion of Steel‖, Wear , 89, 151162, 1983
Amirthan G., Udayakumar A., Prasad B., Balasubramanian M., ―Solid particle erosion studies on biomorphic
Si/SiC ceramic composites‖, Wear, 268, 145–152, 2010
Bahadur S., Badruddin R., ―Erodent Particle Characterization and The Effect of Particle Size and Shape on
Erosion‖, Wear, 138, 189-208, 1990
Balyalı, H. A., Koçoğlu H., Öztürk, A., Yıldıran, Y., Avcu, E., Fidan, S., ġahin, A. E., Sınmazçelik, T., ―Cam
Fiber Takviyeli Polyester Matrisli Kompozitlerin Erozif AĢınma DavranıĢlarının Taguchi Deney Tasarımı
Ġle Ġncelenmesi‖, II. Ulusal Ege Kompozit Malzemeler Sempozyumu, 664-685, 2013,
Brown R., Kosco S., Jun J., ―Particle Characteristics Erosion of Metals‖, Wear, 151, 381-390, 1991
Chen Q., Li D.Y., ―Computer simulation of solid-particle erosion of composite materials‖, Wear, 255 ,78–84,
2003,
Drensky, G., Hamed, A., Tabakoff, W., Abot, J., ―Experimental Investigation of Polymer Matrix Reinforced
Composite Erosion Characteristics‖, Wear, 270, 146–151, 2011
Dundar M., Inal O.T., ―Solid particle erosion of a-brass with 5 and 25 mm particles at normal Incidence‖, Wear,
224, 226–235, 1999
Fowler G., Pashby I. R., Shipway P. H., ―The effect of particle hardness and shape when abrasive water jet
milling titanium alloy Ti6Al4V‖, Wear , 266, 613-620, 2008
Heuer V., Walter G., Hutchings I.M., ―A study of the erosive wear of fibrous ceramic components by solid
particle impact‖, Wear, 225–229, 493–501, 1999,
Liebhard, M., Levy, A., The Effect of Erodent Particle Characteristics Erosion of Metals, Wear, 151, 381-390,
1991
Mishra, S. C., Das, S., Satapathy, A., Ananthapadmanabhan, P. V., and Sreekumar, K. P., ―Erosion Wear
Analysis of Plasma Sprayed Ceramic Coating Using the Taguchi Technique‖, Tribology Transactions, 52,
401–404, 2009
Mondal D.P., Das S., Jha A.K., Yegneswaran A.H., ―Abrasive wear of Al alloy–Al2O3 particle composite: a
study on the 2 3 combined effect of load and size of abrasive‖, Wear, 223, 131–138, 1998
Mondal D.P., Das S., ―High stress abrasive wear behaviour of aluminium hard particle composites: Effect of
experimental parameters, particle size and volume fraction‖, Tribology International, 39 , 470–478, 2006
Momber A., Blast Cleaning Technology, Springer, 2008, Hamburg, 18- 24 Page.
Patnaik, A., Satapathy, A., Mahapatra, S. S., and Dash, R. R., ―A Modeling Approach for Prediction of Erosion
Behavior of Glass Fiber-Polyester Composites‖, Journal of Polymer Research, 15, 147–160, 2008
Patnaik, A., Satapathy, A., Mahapatra, S. S., and Dash, R. R., ―Tribo-Performance of Polyester Hybrid
Composites: Damage Assessment and Parameter Optimization Using Taguchi Design‖, Materials and
Design, 30, 57–67, 2009
15th International Materials Symposium (IMSP’2014)
15-17 October 2014 – Pamukkale University – Denizli - Turkey
Scattergood R.O., Routbort J.L., Turner A.P.L., ―Velocity and size dependence of the erosion rates in silicon‖,
Wear, 67, 227-232, 1981
Shipway, P.H., Hogg, J.J., ―Wear of bulk ceramics in micro-scale abrasion—The role of abrasive shape and
hardness and its relevance to testing of ceramic coatings‖, Wear, 263, 887–895, 2007
Sinmazcelik, T, Taskıran, I., ―Erosive wear behaviour of polyphenylenesulphide (PPS) composites‖, Materials
and Design, 28, 2471–2477, 2007
Sinmazcelik T., Sari N.Y., ―Erodent Size Effect on the Erosion of Polyphenylene Sulfide Composite, Polymer
Composites‖, 31, 985-994, 2010
Sundararajan G., Roy M., ―Solid particle erosion behaviour of metallic materials at room and elevated
temperatures‖, Tribology International, 30, 339-359, 1997
Tabakoff W., Vittal B.V.R., ―High Temperature Erosion Study of INCO 600 Metal‖, Wear, 86, 89-99, 1983
Tilly, G. P., ―A Two Stage Mechanisms of Ductile Erosion‖, Wear, 23, 87–96, 1973
Wahl, H. and Hartenstein, F., Strahlverschleiss, Frankhsche Verlagshandlung, 1946, Stuttgart
BIOGRAPHIES / BĠYOGRAFĠLER
HARUN ARDA BALYALI – Bandırma‘da, Ocak 1989 yılında doğdu. Bandırma Anadolu Lisesi‘nden mezun
olduktan sonra 2008 yılında KOCAELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği
Bölümü‘ne yerleĢti. 2010-2011 akademik yılında, aynı üniversite ve fakültenin Endüstri Mühendisliği Bölümüne
Çift Anadal Programı‘ na baĢladı. 2013 yılı Haziran ayında her iki bölümü baĢarıyla bitirip, ikincilik derecesi ile
mezun oldu. 2013-2014 akademik yılınında ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ, Fen Bilimleri Enstitüsü,
Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği, Konstrüksiyon Anabilim Dalında Yüksek Lisans Programına baĢladı.
HÜROL KOÇOĞLU – Ekim 1989‘da Gönen‘de doğdu. 2008 yılında Gönen Anadolu Lisesinden mezun olarak
Kocaeli Üniversitesi Makine Mühendisliğide öğrenimine devam etmiĢtir. 2013 yılında bu bölümden mezun
olarak aynı sene içerisinde Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendislği Anabilim Dalınnda
Yüksek Lisans Programına baĢlamıĢtır. ġu anda Yüksek Lisans programı ile beraber lisans öğreniminde hak
kazandığı Endüstri Mühendisliği Çift Anadal programına devam etmektedir.
ESER HARBELĠOĞLU - 1989 Yılında Hatay ‗da doğdu. Lisans Eğitimini 2012 Yılında Kocaeli Üniversitesi
Makina Mühendisliği Bölümünde tamamladı. Lisansüstü öğretimine 2013 yılı güz döneminde Kocaeli
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliğinde baĢladı. 2012 yılından beri KAREL KALIP A.ġ.
‗de Tasarım, ÜR-GE, Proses Mühendisliği görevini sürdürmektedir.
YASEMĠN YILDIRAN -2011 yılında Kocaeli Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde lisans eğitimini
tamamladı. Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı‘nda 2013 yılı
bahar döneminde yüksek lisans eğitimini tamamladı. 2013 yılında aynı üniversite ve bölümde doktora eğitimine
baĢladı. 2012 yılı ġubat ayından itibaren Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği
Bölümü‘nde araĢtırma görevlisi olarak görev yapmaktadır.
EGEMEN AVCU –Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
lisans eğitimini 2007 yılında, Makine Mühendisliği Bölümü lisans eğitimini 2010 yılında tamamladı. Kocaeli
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı‘nda Yüksek Lisans öğrenimini 2010
yılında, aynı üniversite ve bölümde Doktora eğitimini 2013 yılında tamamladı. 2007–2009 yılları arasında
Daechang Seat Co. Ltd. (D.S.C.) Otomotiv‘de Üretim Mühendisi ve Üretim Planlama Takım ġefi olarak çalıĢtı.
2010 yılında TÜBĠTAK MAM, Malzeme Enstitüsü‘nde iç bursiyer olarak görev aldı. 2011-2013 yılları arasında
Makine Mühendisliği Bölümünde araĢtırma görevlisi olarak çalıĢtı. 2013 yılında itibaren Kocaeli Üniversitesi
Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv Meslek Yüksek Okulun‘da Yardımcı Doçent olarak görev yapmaktadır.
TAMER SINMAZÇELĠK – 1971 yılında EskiĢehir‘ de doğdu. Lisans eğitimini 1992, yüksek lisans
eğitimini 1994 ve doktora eğitimini 1997 yılında Kocaeli Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde
tamamladı. Polimer kompozitler ve triboloji üzerine çalıĢmalarına devam etmekte ve 1995 yılından beri Kocaeli
Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Öğretim Üyesi olarak çalıĢmaktadır. Prof. Dr. Tamer Sınmazçelik
ayrıca Ġleri Disiplinlerarası AraĢtırma Laboratuarı Yöneticiliğini yapmaktadır. ÇalıĢmalarının büyük bir kısmını
polimer kompozitler, erozif aĢınma ve biyomekanik konuları üzerine gerçekleĢtirmektedir.