Triboloji - Prof.Dr Akgün Alsaran

Makine Elemanları II
Prof. Dr. Akgün ALSARAN
Temel bilgiler
Triboloji
İçerik
Tribolojinin Temel Esasları
Sürtünme Çeşitleri
Aşınma Mekanizmaları
Yağlayıcı Çeşitleri ve Özellikleri
Petroff Denklemi
Örnekler
2
Giriş
http://www.powerengineering.com/Services_Tribology.html
http://motosmorales.com/39-aceites-lubricantes
http://www.tint.fs.uni-lj.si/en/education/tribology/leadImage/image_view_fullscreen
3
Triboloji
Sürtünme:
• Temas eden ve izafi harekette bulunan iki makine elamanın temas yüzeyinde
ortaya çıkar
• Buna bağlı olarak sıcaklık yükselişi ve ısınma, aşınma ve enerji kaybı oluşur.
Alınabilecek en yaygın tedbir
Bağıl hareket eden yüzeyler arasına bir yağlayıcı konulmasıdır.
TRİBOLOJİ
Sürtünme, aşınma ve yağlama ve bunlarla ilgili fiziksel olayları
inceleyen bilim dalıdır.
4
Triboloji
 M.Ö
6000
yılında
yağlayıcının
(zift)
kullanıldığına dair deliler vardır.
 100.000 yıl önce ateşin yakılması
 M.Ö 2400 Ti’nin heykelinin taşınması
 Sürtünme üzerine ilk sistematik araştırma.
http://e-katalog.home.pl/cx_bearings/poradnik.php?lang=EN&gr=1&pod=2&sub=1
Leonardo da vinci (1452-1519).
 Akan ortamın iç sürtünmesinin viskosite
olarak tanımlanması. Newton_1687
 Sürtünme
kuvvetinin
normal
kuvvetle
orantılı olduğu. Guillaume Amontons-1699)
 Sürtünmenin
analitik
tanımlanması.
Euler_1750.
5
Triboloji
 Sürtünme kuvvetinin normal kuvvetle orantılı
olduğu. Coulomb_1785.
 Sürtünme ve aşınma ölçümlerinin yapılması
ve farklı malzemeler için sürtünme katsayısı
listesi. George Rennie_1825
 Yağlayıcılara
göre
aşınma.
Charles
Hatchett_1803.
 Viskositenin tanımlanması ve kullanılması.
Navier_1822
 Navier ile birlikte hareket denklemi ve
hidrodinamiğin temelleri. Strokes_1845.
 Kayma
sürtünmesinin
Rudolf Herts_1881.
fiziksel
kanunları.
6
Triboloji
• Kaymalı
yataklarda
hidrodinamik
basıncın tespiti. Tower_1883.
• Kaymalı
yataklar
için
sürtünme
kanunları. Petrow_1883.
• Hidrodinamik
etkide
matematiksel
gelişim. Reynolds_1885.
http://www.lifescienceconferences.net/event/gordon-researchseminar-tribology/
• Sürtünme ölçümleri ve hidrodinamik
etki, Stribeck eğrisi. Stribeck_1902
• Triboloji kavramı_1966
www.iktisat.com.tr
7
Tribolojik sistem
TRİBOLOJİK SİSTEMDE ENERJİ DENGESİ
Giriş
Hareket
Yük
Tribosistem
Çıkış
Sürtünme elemanı
Karşı cisim
Ara madde
Faydalı enerji
(alınan iş)
Çevre
Kayıp enerji
Isı
Ses
Mekanik titreşim
Aşınma, sürtünme
8
Tribolojik sistem
YATAK:
Bir elemanın veya parçanın diğerine göre bağıl hareketine yardımcı olan ve parçaları
bu harekete uygun bir şekilde konumlandıran düzenek veya makine elamanıdır.
www.ozpateknik.com
www.merkeziyaglamasistemleri.com
9
Sürtünme
Sürtünme, birbiriyle izafi hareket yapan iki katı yüzeyin harekete ya da hareketin
ihtimaline göstermiş oldukları dirençtir. Ne kadar hassas işlenmiş ve parlatılmış
olursa olsun iki yüzey birbirine temas ettiğinde, gerçek temas pürüzlerin birbirlerine
dokunduğu noktalarda oluşur. Bu durumda yüzeye etki eden yük sadece yüzeylerin
birbirine temas ettiği noktalardan desteklenir ve yüzey alanın küçük bir kısmı yükü
taşır.
10
Sürtünme
En genel olarak:
 Kuru,
 Sıvı,
 Yarı-sıvı sürtünme
 ve Kayma-Yuvarlanmalı Sürtünme olarak sınıflandırılabilir.
11
Kuru sürtünme
Bağıl hareket yapan iki kuru parça temas
yüzeylerinde meydana gelen sürtünme türü
olup, parçalar birbirleri üzerinde yüzey pürüzleri
üzerinde kayar.
Kuru Sürtünme Modeli:
Coulomb-Amontons kanunu dikkate alınarak
hareket ters doğan sürtünme kuvveti
𝐹𝑠 = 𝜇𝐹𝑛
12
Kuru sürtünme
W ağırlığındaki bir cisme F kuvveti uygulandığında
iki durum ortaya çıkar:
I. Cisimler hareket halinde değildir ancak statik
veya durgun sürtünme olarak tanımlanan direnç
oluşur. Bu durumda 𝐹𝑠 = 𝐹
II. F kuvvetinin etkisinde yüzeyler kayar ve
kinematik sürtünme ortaya çıkar. Bu durumda
𝐹𝑠 < 𝐹
13
Kuru sürtünme
Başlangıçta çok düşük yük seviyelerinde pürüzler temas ettikleri noktalarda elastik
deformasyona uğrarlar. Yük arttıkça plastik deformasyon oluşur.
Her biri pürüzün
yüzey boyunca birleşme bölgeleri oluşturacak şekilde plastik deformasyona
uğraması halinde yüzeye etki eden toplam yük;
𝐹𝑛 = 𝑎𝜎𝑎
a=Gerçek temas alanı
σa=Basma akma gerilmesi
Fn iki kat artarsa, a’da iki kat artar. Yüzeylerden biri diğeri üzerinde kaydırılma
istenirse pürüzlerde buna ters kayma gerilmesi oluşur.
𝐹 = 𝑎𝜏𝑎
14
Kuru sürtünme
Temas bölgelerinde meydana gelen plastik deformasyon sonucu, pürüzlerin uçları
ezilir. Temas alanı boyunca atom-atom teması oluşur. Sonuç olarak birleşme noktaları
ancak τa kadar kayma gerilmesine dayanabilir. Buda malzemenin kayma akma
gerilmesidir. Bu nedenle kaymaya neden olan Fs kuvveti;
𝜎𝑎
𝐹𝑠 = 𝑎𝜏𝑎 = 𝑎
2
𝐹𝑛
𝐹𝑠 =
2
𝐹𝑠 = 𝜇𝐹𝑛
w2.morrisontech.edu
15
Kuru sürtünme
Coulomb-Amontos kanunu düzenlenirse
sürtünme katsayısı:
𝐹𝑠
𝜇=
𝐹𝑛
Dinamik (kinetik) sürtünme katsayısı
𝐹𝑠𝑘
𝜇=
𝐹𝑛
16
Sürtünme kanunları
• Sürtünme kuvveti (veya sürtünme katsayısı) nominal temas alanına bağlı değildir
(Da Vinci 600 yıl önce belirtti!!!).
• Sürtünme kuvveti kayma hızından bağımsızdır.
• Kinetik sürtünme katsayısı statik sürtünme katsayısından daha düşüktür.
• Yüksek hızlarda sürtünmede bir azalma tespit edilmektedir.
17
Kuru sürtünme
İki metal yüzeye yük uyguladıktan sonra yüzeyler arasında temas halindeki
tabakaların bir kısmı kopar ve küçük temas alanlarında metal kaynama (kaynak
bağlantısı) oluşur.
İzafi hareket yapan yüzeylerde sürtünme metal kaynak bağları ile tabii tabakalar
arasındaki bağlantıların oluşturduğu direnç olarak tanımlanır.
Sürtünme kuvveti; hem kaynak bağlarını hem de bağlantıları koparan kuvvettir.
𝐹𝑠 = 𝛼𝐴ℎ 𝜏𝑘𝑚 + (1 − 𝛼)𝐴ℎ 𝜏𝑘𝑜
𝜏𝑘𝑚
𝜇=
𝜎𝑘𝑜
Ancak bu parametreleri belirlemek çok zor olduğundan deneysel yollarla sürtünme
katsayısı belirlenir.
18
Kuru sürtünme
Bu bağıntıdan sürtünme ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkartılabilir:
 Metal kaynak bağı oluşturan temas noktalarının kayma
mukavemeti temas eden malzemelerin cinsine bağlıdır.
 Birbirleriyle kolay alaşım haline gelebilen demir, nikel ve
krom gibi sert malzemeler arasında kuvvetli kaynak
bağları
noktaları
kilitlenir.
oluşmaktadır.
çok güçlü
Bazı
durumlarda
kaynama
aluminium.matter.org.uk
olur ve yüzeyler birbirine
Hareket gerçekleşse bile yüzeyler tamamen
bozulmuş olur. Bu durum yenme (yalama) olarak bilinir.
 Yüzeyde bulunan oksit tabakası sürtünme davranışını
etkiler.
www.cchem.berkeley.edu
19
Kuru sürtünme
Bu bağıntıdan sürtünme ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkartılabilir:
 Birbiri ile ilgili olmayan ve birbirine benzeyen malzemeler arasında daha hafif
ve düzenli bir sürtünme oluşur ve yüzeyler üzerinde çok ince izler görülür.
 Birbiri üzerinde izafi kayan malzemelerin biri sert diğeri yumuşak (kalay,
kurşun ve bunların alaşımları) olduğunda yumuşak malzeme diğer malzemeyi
kendi parçacıklarından oluşan ince bir tabaka ile kaplar ve bu şekilde iki
yumuşak malzeme birbiri üzerinde kaymış gibi olur. Uygulamada kalay
alaşımları bu nedenle yatak malzemesi olarak tercih edilmektedir.
 Küçük bir sürtünme katsayısı elde etmek için malzemeler aynı veya
birbirleriyle
kolayca
alaşım
haline
gelebilen
cinsten
olmamalıdır.
Malzemelerden birinin yumuşak diğerinin sert olması gerekir.
20
Kuru sürtünme
21
Sürtünme katsayısı nasıl ölçülür?
22
Sınır sürtünme
Sürtünmeyi en aza indirmek için yüzeyler arasındaki kayma mümkün
olduğunca kolay hale getirilmelidir. Bunun için;
1. Atom-atom temasını önleyecek şekilde yatak yüzeyine basınç
uygulamak,
2. Kaymayı kolaylaştırmak için yağlama yapmak gerekir.
23
Sınır sürtünme
Yüzeyleri oluşturacak parçaların tamamen ayrılmadığı , yüzeyler arasında bulunan
yağlayıcı yüzeylere ait pürüzlerin sürtünmesini önleyemediği durumda yarı sıvı
sürtünme veya yarı kuru sürtünmesi ortaya çıkar. Kuru sürtünmede olduğu gibi
temas yüzeyleri tamamen metal değildir. Kuru ve sıvı sürtünme arasında bir ara
sürtünme şeklidir. Fs=.Fn bağıntısı geçerlidir. Bu sürtünmede de temas yüzeyleri
çabuk ısınır.
24
Sınır sürtünmesi
Yarı sıvı sürtünme: Hareket halinde, metallerin temas yüzeyleri arasında birbirine
kuru sürtünmesini önleyen yağ maddesi bulunmaktadır. Yağ, metalik yüzeyler
arasında kayma gerilmesi küçük olan bir film tabakası oluşturmaktadır. Film tabakası,
başlangıçta yüzeyi çepeçevre kaplamasa da metalin metale temasını önlemektedir.
Yarı kuru sürtünme: Birbirine göre hareket eden yüzeylerde büyük miktarda metalin
metale teması vardır.Bu sürtünme bir geçiş sürtünmesidir. Çalışma süresi azdır. Hızlı
olmayan hareketlerde çalışma süresi uzundur.
Sınır sürtünme pratikte en fazla rastlanılan sürtünme halidir ve sürtünme katsayısı
0.03-0.1 arasında değişir.
www.merkeziyaglamasistemleri.com
25
Sıvı sürtünmesi
İzafi hareket eden iki katı cismin yüzey pürüzlülüklerin temas etmeyecek
şekilde ince bir yağlayıcı film oluşturulduğunda sıvı sürtünmesi meydana
gelir.
Sürtünme yağlayıcı sıvının tabakaları arasında meydana gelir.
Yüzey pürüzlülüğü dikkate alındığında geometrik bakımdan sıvı sürtünmesi;
h0˃Rt1+ Rt2
26
Sıvı sürtünmesi
Viskoz bir akışkanda kayma gerilmesi Newton kanununa göre:
𝑑𝑢
𝜏=𝜂
𝑑𝑦
𝑑𝑢
: ℎ𝚤𝑧 𝑑𝑒ğ𝑖ş𝑖𝑚𝑖
𝑑𝑦
𝜂: 𝑦𝑎ğ𝚤𝑛 𝑣𝑖𝑠𝑘𝑜𝑧𝑖𝑡𝑒𝑠𝑖
Sürtünme kuvveti:
𝐹𝑆 =
𝑑𝑢
𝜂( )A
𝑑𝑦
𝐹𝑆 =
𝑢
𝜂( )A
ℎ
A: hareketli yüzeyin yağla temas eden alanı
Sıvı sürtünmesinde sürtünme katsayısı:
𝐹𝑠
𝜇=
𝐹
Sürtünmeyi oluşturan ana faktör yağlayıcının viskozitesidir.
27
Sıvı sürtünmesi
 Sıvı sürtünmesinin oluşmasında rol oynayan esas etken yağ
tabakasındaki
basınçtır.
Yağlamada yağ filmindeki basınç iki türlü oluşur:
Hidrodinamik: Hidrodinamik yağlamanın oluşması için yüzeyler arasında izafi hareket,
yüzeylere etki eden kuvvet, yüzeyler arasında eksantriklik ve ortamda yağlama
maddesi olması gerekir. Yağ filmindeki basınç elemanların izafi hareketinden doğar.
hidrodinamik
28
Sıvı sürtünmesi
Hidrostatik: Dışardan bir pompa vasıtasıyla gerekli basınç oluşturulup yüzeyler
birbirinden ayrılır. Hidrostatik yağlamada pompa yağ basıncı yeterli yağ basıncına
ulaşınca film teşekkül eder. Pompa çalışmazsa yataklarda sınır veya kuru sürtünme
oluşur. Sürekli çalışmada yatak sarmasına yol açan bu sürtünmeden kaçınılması
gerekmektedir.
hidrostatik
29
Sıvı sürtünmesi
Sürtünme katsayısının hız ile değişimi (Stribeck Eğrisi)
Stribeck, yağın viskositesi, silindirik temasın açısal hızı ve ortalama temas
basıncını yağlama parametreleri olarak belirlemiştir. ɳN/P
30
Sıvı sürtünmesi
Mil hızının çok düşük olduğu (sıfır ve/veya sıfıra yakın) bölgede, büyük sürtünme katsayısı olup
statik (kuru) sürtünme katsayısı olarak adlandırılmaktadır. Düşük devirlerde, sınır sürtünme
alanı, yüksek sürtünme katsayısı vermekte, karışık sürtünme bölgesi ise bir önceki bölgeye
göre daha küçük sürtünme katsayısı vermektedir. Dönüm noktasında sürtünme katsayısı,
minimum değeri almaktadır. Bu noktadan itibaren sıvı sürtünme bölgesi başlamakta ve
sürtünme katsayısında tedrici bir artış görülmektedir.
Sıvı
sürtünmesinde
yüzeyler
arasında bulunan yağ tabakası
yüzeyleri birbirinden tamamen
ayırdığından, burada en önemli
olan özellik yağın viskozitesidir.
31
Yuvarlanma sürtünmesi
 Yuvarlanma hareketine karşı temas yüzeylerinde oluşan direnç yuvarlanma
sürtünmesi olarak tanımlanır.
 Başka bir ifadeyle yuvarlanma sürtünmesi veya direnci yuvarlanan cismin temas
ettiği yüzeyde oluşturduğu deformasyondan doğar.
Teorik olarak rijit ve yüzeyi pürüzsüz bir silindir veya küre şeklindeki elemanın rijit
pürüzsüz bir düzlem üzerinde serbest yuvarlanmasında hiçbir sürtünme kuvveti
oluşmaz.
32
Yuvarlanma sürtünmesi
W ağırlığındaki cisim veya dış yük altındaki cisim 𝐹𝑡 yatay kuvveti ile B noktası
üzerinden atlatılmak için çekildiği varsayılırsa W kuvvetinin B noktasına göre
dengelenmesi gerekir (𝐹𝑡 ile denge sağlanır).
Kuvvetlerin B noktasına göre moment dengesi
yazılırsa.
Yuvarlanma
sürtünme
katsayısı (yuvarlanma
mukavemeti)
33
Yuvarlanma sürtünmesi
Yuvarlanma sürtünme katsayısı: 𝜇𝑟 =
𝑓
𝑟
Yuvarlanma harekete karşı direnci veren sürtünme kuvveti: 𝑅𝑥 = 𝐹𝑠𝑟
Statik sürtünme kuvveti
Kaymadan yuvarlanma şartı: 𝐹𝑠𝑟 <𝐹𝑠𝑜
Yuvarlanmadan kayma şartı: 𝐹𝑠𝑟 >𝐹𝑠𝑜
34
Aşınma
Sürtünen yüzeylerde malzemenin, mekanik etkilerle istenmeyen bir şekilde kopması
ve ana parçalardan ayrılmasıdır.
Aşınma;
 zamanla gelişen
 ani oluşan olarak ikiye ayrılır.
www.tribolite.com
www.advrider.com
35
Aşınma
Zamanla gelişen:
I: rodaj bölgesi
II: esas çalışma bölgesi
III: şiddetli aşınma bölgesi
rodaj:
 Parçaların birbirine alıştırma safhası
 Yüksüz ve normal hızdan daha düşük
hızlarda yapılır
 Bu safhaya ait özel yağlar kullanılır.
www.trakkulup.net
36
Aşınma mekanizmaları
 Aşınma temas yüzeylerinde dış etkiler altında oluşan fiziksel ve kimyasal
değişmelerin sonucunda ortaya çıkar.
 Pratikte bir aşınma hali değil, birçok aşınma hali vardır.
 Adezyon Aşınması
 Abrazyon Aşınması
 Mekanik Korozyon Aşınması
 Yüzey Yorulması Aşınması
 Erozyon ve kavitasyon
37
Aşınmaya etki eden faktörler
1.
2.
3.
4.
Ana malzemeye bağlı faktörler

Malzemenin kristal yapısı

Malzemenin sertliği

Elastisisite modülü

Deformasyon davranışı

Yüzey pürüzlülüğü

Malzemenin boyu
Çalışma koşulları
•
Sıcaklık
•
Nem
•
Atmosfer
Ortamın etkisi
•
Basınç
•
Hız
•
Kayma yolu
Karşı malzeme bağlı faktörler
38
Adezif aşınma
 Kuru ve sınır sürtünme halinde yüzeylerini birbiri ile temas halinde olduğu pürüzlü
yerlerde özellikle akma sınırı aşıldığında kuvvetli bir adezif veya sıcaklık etkisi ile
kohezif bağ oluşur.
 Hareket halinde bu bağlar birbirinden 4 şekilde ayrılır;
 Ara yüzeydeki kesme direnci her iki malzemeden de düşüktür. Çelik/kalay
 Ara yüzey kesme direnci her iki malzemeden büyük. Çelik/çelik. Aşınma çok
fazla.
 Ara yüzey kesme direnci bir malzemeden küçük diğerine ise yakın.
Çelik/kurşun
 Ara yüzey kesme direnci bir malzemeden küçük, diğerinden çok faklı.
Yumuşak malzemeden sert malzemeye madde geçişi. Çelik/bakır
39
Adezif aşınmanın teorisi
• İlk çalışmaları Hol ve Archard gerçekleştirmiştir.
• K aşınma faktörü tanımlanmıştır. Esas olarak metaller için geliştirilmiştir.
Gerçek temas alanı yüzeye etki eden normal kuvvet ile orantılıdır. Metalsel
malzemelerde birçok halde pürüz tepeciklerinde lokal deformasyon plastiktir.
𝛿𝐹𝑁 = 𝑃𝑝𝑙
𝜋𝑎2
Ppl=Plastik akma basıncı, batma sertliğine
(HV) çok yakın bir değer.
Yukarıdaki bağıntı tekbir pürüz için geçerlidir. Oysa bu durum aynı anda bir çok
pürüzlü bölgede gerçekleşecektir.
40
Adezif aşınmanın teorisi
Aşınma pürüzlerden malzeme ayrılması sonucu oluşur. Aşınma sonucu pürüzlü
tepelerden ayrılan malzeme hacmi pürüz yarıçapının (a) küpü ile orantılıdır. Eğer
ayrılan malzemenin küre şeklinde olduğu düşünülürse ;
2𝜋𝑎3
𝛿𝑉 =
3
Aşınma bütün pürüzlerde meydana gelmeyecektir. Aşınma olan temas yüzeyi
sayısının tüm temas yüzeyine oranı k olsun. Ve 2a mesafesinde aşınan malzeme
hacmi;
𝑘𝛿𝑉 𝑘𝜋𝑎2
𝛿𝜃 =
=
2𝑎
3
41
Adezif aşınmanın teorisi
Toplam aşınma hacmi;
𝜃=
𝑘
𝛿𝜃 =
3
𝜋𝑎2
Toplam normal kuvvet;
𝐹𝑁 =
𝑘𝐹𝑁
𝜃=
3𝑃𝑝𝑙
𝛿𝐹𝑁 = 𝑃𝑝𝑙
𝐾=
𝑘
;
3
𝜋𝑎2
𝑃𝑝𝑙 =H
𝐹𝑁
𝜃=𝐾
𝐻
42
Adezif aşınma
43
Abrazif aşınma
•
Bu aşınma türü bir biri üzerinde kayan yüzeylerin arasında aşındırıcı sert partiküllerin
bulunması sonucu meydana gelmektedir. Sert partiküller ya dışarıdan sisteme girer veya
adezif aşınma mahsulleri olarak sistem içinde meydana gelir.
•
Ayrıca yağlayıcı içinde bulunabilecek sert partiküller, türbin kanatlarından geçen akışkan
içindeki partiküller bu tip aşınma meydana getirir. Bununla birlikte pürüzlü çok sert bir
karşı yüzeyin daha yumuşak yüzey üzerinde meydana getirdiği aşındırma şekli (eğe ile
metalsel yüzey arasındaki durum) abrazif aşınma olarak tanımlanabilir. Türleri;
•
Kaba (makro) abrazyon (gauging abrasion): Çekiçli değirmenler, skrayper dişleri, cevher
öğütme değirmenleri....
•
İnce abrazyon (grinding abrasion): Yağ öğütmeli çimento değirmenleri, kum taşı
değirmenleri....
•
Erozif abrazyon (erosion abrasion): Pompa veya türbin lüle, kanat ve difüzörleri....
44
Abrazif aşınma
45
Genel mekanizma
ABRAZYON
EROZYON
ADEZYON
YÜZEY YORULMASI
Düşük gerilmeli
(Çizme-stratching,
Kayma-sliding, ploughing)
Katı parçacık çarpması
Yeme (Fretting)
Yorulma ile çukurlaşma
(Pitting)
Yüksek gerilmeli
(Öğütme-Grinding)
Akışkan çarpması
(Liquid impengement)
Yapışıp kaldırma (Adezif)
Spalling
Eşme-Oyma
(Goughing-Chipping)
Kavitasyon
Kaynama (Seizure)
Çarpma (Impact)
Parlatma (Polishing)
Slurry erozyon
(çamur erozyonu)
Sıyırma-kaldırma (Galling)
Brinelling
Oksidatif
46
Çukurcuk (pitting) aşınma
• Noktasal veya çizgisel temas hali olan fonksiyon yüzeyleri arasında meydana gelir.
Çok küçük değme noktalarında değişken yük etkisi altında zamanla pul şeklinde
malzeme parçacıkları yüzeyden ayrılarak, geriye çukurcuklar bırakırlar.
• Pitting oluşumu ile ilgili değişik görüşler mevcuttur. Bazı araştırmacılar pitting’ in
mikro değme noktalarındaki değişken zorlanmalar ve bunun sonucunda ortaya
çıkan yorulma neticesinde meydana geldiğini ileri sürmektedirler
47
Yenme (scuffing) aşınma
• Birbirine göre kayma hareketi yapan yüzeyler arasındaki kayma hızı ve yüzey
basıncı belirli bir kritik değeri aşınca ani olarak ortaya çıkmaktadır. Bazı hallerde
daha küçük hız ve yüklerde, ancak yüksek ortam sıcaklıklarında yenme olayı ile
karşılaşılabilir.
• Yenme esas itibarı ile çok şiddetli bir bölgesel kaynama veya adezyon olayıdır.
• Olayın tam niceliksel değerlendirilmesi yapılamamıştır.
• Literatürde Almen, Davis ve özellikle Blok kriterleri diye adlandırılan bazı sınır
değer kombinasyonlarından boyutlandırmada yararlanılmaktadır.
• Almen kriterinde yenme olmaması için pmaks.VK ≤ C0 şartı sağlanmalıdır.
Otomobil diferansiyelindeki hiperboloid dişlilerde C0≈320000 (N.m/cm2.sn) dir.
Bu denklemde pmaks maksimum Hertz basıncını, VK ise bu noktadaki kayma
hızını göstermektedir.
48
Yenme (scuffing) aşınma
49
Sürtünme-oksidasyon aşınma
 Genel olarak sürtünme oksidasyonu, yeteri sıkılıkta monte edilmeyen mil‐göbek
geçme yüzeylerinde, örnek olarak çevre yüküne maruz rulman bileziklerinin
yeteri derecede sıkı takılmadığı zaman temas yüzeylerinde meydana gelmektedir.
 Birbirine değen az pürüzlü yüzeyler arasında bir osilasyon (salınım) hareketinin
bulunması sürtünme oksidasyonunu teşvik etmektedir. Osilasyon genlikleri 0,2
mm ve daha küçüktür. Bu olay kuru ve az yağlı yüzeylerde gözlenmektedir.
 Yüzeylerin kuru olması halinde yeteri sıkılıkta monte edilmemiş yüzey çiftlerinin
küçük genlikli osilasyon hareketleri sonucu yüzeylerde koyu kırmızımtırak bir
tabaka oluşmaktadır. Zamanla bu tabakalar bölge bölge kalınlaşarak yüzeylerde
büyük bozulmalar ve bunlara bağlı olarak çatlama ve kırılmalar meydana
getirmektedir.
50
Sürtünme-oksidasyon aşınma
(iv) a Temas
yüzeyleri
(iv) b
2 boyutlu
aşınma
Oksit Film 2 boyutlu
aşınma
Aşınma sonucu
oksit film
oluşumu
51
Sürtünme-oksidasyon aşınma
52
Yontma (gaughing) aşınma
 Kendisinden
daha
yumuşak
bir
malzemeye, özellikle metale karşı kaya
gibi sert malzemelerin tekrarlı bası
yüküyle etki etmesi sonucu ortaya çıkan
malzeme
kaybıdır.
Üstüste
kazıma
şeklindeki darbeler, yüzeyde malzeme
kopmasına neden olur. Abrazif parçacığın
çapı 50 mm’den büyüktür.
 Öğütme işlevi gören çekiçler, küre öğüten
parçalar,
çene
sıkıştırıcılar,
toprak
işlemede kullanılan zirai makinalar vs.
53
Parlatma aşınma
Malzeme yüzeyinin görülebilir
deformasyona
uğramadan,
diğer
seviyede çizilmeye, kırılmaya ya da plastik
katı
malzemelerle
sürünmesi/sürtünmesi
sonucunda malzeme yüzeyinde istem dışı sürekli olan malzeme kaybıdır. Malzemede
çizme ve chip oluşumu sözkonusu olmayıp, abrazif parçacığın boyutu 3 μm’dan
küçüktür.
54
Erozyon aşınma
• Katı parçacık çarpması, bir yüzey üzerine katı parçacıkların sürekli çarpması
neticesinde meydana gelen bir erozyon şeklidir.
• Uçak üzerine çarpan yağmur damlaları, sıvı damlacıklarını dışarı atan fanlar,
akışkan püskürtme yansıtıcıları, difüzyon pompaları gibi sesten daha hızlı akışkan
taşıyan cihazlar, buhar türbin vanaları vs.
55
Erozyon aşınma
56
Kavitasyon aşınma
 Kavitasyon erozyonu, katı yüzeye yakın bölgelerde,
sıvı ya da akışkan içerisindeki alçak basınçlı bubble
yani kabarcıkların patlaması sonucunda katı yüzeyde
meydana gelen aşınma ya da kayıptır. Katı yüzeye
çarpan bu kabarcıklar, yüzeyde şok dalgaları oluşturur.
 Bu kabarcıklar sıvı içerisinde patladıkları zaman,
kabarcığı çevreleyen sıvı kabarcık içerisindeki boşluğu
doldurmak ister.
 İşte bu olay yüzeylerden malzeme kaybı ve/veya
plastik
deformasyona
neden
olacak
derecede
mekanik bir etki doğurabilen çok küçük akışkan jetleri
oluşturur.
57
Kazımalı (fretting) aşınma
 İki katı yüzey arasında düşük genlikteki titreşim
hareketi olarak adlandırılır. Yapı olarak yüzeye
dik olarak gerçekleşir ve genelde istem dışı
olarak kabul edilir. Çoğu kez izafi hareketin
olmadığı farzedilen parçalar arasında gerçekleşir.
 Kazımalı aşınması, yüzeyler arasında lokal
adezyonla başlar ve bu adezyon mikroseviyede
bir birleşmedir. Bu birleşmede oluşan kontak
bağı
zamanla
büyür
ve
düşük
genlikteki
titreşimler neticesinde malzeme aşınır. Malzeme
aşınma hızı oldukça düşüktür, bu nedenle birçok
sistem için kazımalı aşınması ihmal edilir.
58
Yorulmalı aşınma
 Bu
aşınma
şeklinde,
parçacıklar
tabakalar
şeklinde yüzeyden kopar. Mekanizması çukurcuk
mekanizmasıyla benzerlik gösterir. Çünkü aşınma
yüzey yorulması sonucunda meydana gelir. Fakat
spalling’te
herhangi
bir
işlemle
kaplanmış
yüzeylerin aşınması sözkonusudur.
 Kaplamalar
yüzeye
metalik
bir
bağla
yapışmaktadır ve Hertizan yüklemesiyle kaplama
ile taban malzeme arasında kayma gerilmeleri
oluşur.
Özellikle yumuşak taban malzemeler
üzerine yapılan ince, sert kaplamalar spalling
aşınmasına meyillidirler.
59
Yağlama-yağlayıcı
Yağlayıcılar maddelerin kullanım nedenleri:
 Sürtünmeyi azaltmak
 Aşınmayı kısmen veya tamamen önlemek
 Sıcaklığın yükselişini önlemek
Yağlayıcı çeşitleri:
 Katı Yağlayıcılar
 Gaz Yağlayıcılar
 Yarı katı yağlayıcılar
 Sıvı Yağlayıcılar (Yağlar)
 Organik Yağlayıcılar
 Sentetik Yağlar
 Madensel Sıvı Yağlar
60
Sıvı yağlayıcılar

Sürtünme ve aşınmayı asgariye indirmek, soğutma işlevi yapmak ve yüzeyi koruma
maksatları ile kullanılan doğal ve sentetik sıvı maddelerdir.

Yağlama tekniğinde uygulanan yağlayıcı maddelerin büyük çoğunluğunu hidro‐karbon
bileşikleri oluşturur. Bunlar hampetrolün rafinerizasyonu (fraksiyone distilasyonu) ile veya
sentetik olarak elde edilirler.

Bir sıvı yağlayıcıda en önemli özelliklerden biri, viskozitedir. Yağlanmış bir yatakta
sürtünme kullanılan yağlayıcı akışkanın viskozitesiyle doğrudan ilişkilidir.

Sıvı yağlama, makinelerde genellikle hidrodinamiktir. Birbirlerini ayıran kayan iki yüzey
arasında bir yağ filmi oluşturulur ve düşük sürtünme elde edilir.
61
Katı yağlayıcılar

Sınır sürtünme durumunda sürtünmeyi azaltmak ve aşınmayı önlemek için madensel yüzeylere kuvvetli
olarak yapışan bir tabaka oluşturulması gerekir.

Yalnız başlarına veya sıvı yağlar veya gresler karıştırılarak kullanılmaktadırlar.

Uygulamada en çok kullanılan katı yağlayıcılar grafit, molibden disülfit (MoS2), talk gibi toz şeklindeki
yağlayıcılardır.

Grafit: Gerek yataklama ve gerekse elektroteknikte en geniş kullanım alanı bulunan bir malzemedir. Kayma
halinde grafit lamellerinin kayma yönü ile takriben 5° lik bir açı yapacak şekilde yönlendikleri gözlenir.
Nitekim grafit/grafit, çelik/grafit yüzey çiftleri arasındaki sürtünme katsayısı da μ= 0.1 civarındadır. Ancak
grafit ısıtılarak içindeki hava alınırsa,sürtünme katsayısının ani olarak yükseldiği gözlenmektedir.

Bu yağlayıcı roket ve benzeri makinaların yüksek sıcaklık etkisinde olan mafsal yataklarında grafit yatak
malzemesi olarak kullanılır.

Ayrıca sentetik kolloidal grafit yağlara katılarak sınır sürtünme halinde yüzeylerin sürtünme ve aşınma
durumlarını düzeltir.

Poliamid (PA), Poliasetal (POM) Politetrafloretilen (PTFE) gibi plastik malzemeler de kaygan özelliklerinden
dolayı değişik makina elemanlarının (kılavuz, yatak ve dişliler gibi) yağlanmasında kullanılırlar.
62
Katı yağlayıcılar
Kükürt
(sulfur)
Molibden
Karbon
(a)MoS2
(b)Grafit
(c)Hegzagonal
(a)
(b)
bornitrit
(beyaz grafit)
Oksijen
Bor
(d)Borik asitin tabakalı kristal
Hidrojen
yapıları
(c)
(d)
63
Yağlama-yağlayıcılar
Sıradan yağlayıcıların yeterli olmadığı aşağıdaki gibi durumlarda katı
yağlayıcılar kullanılır:
 Dişli çark veya zincir mekanizmaları gibi, yağların ortamdan
uzaklaşabileceği durumlarda.
 Polimer ve seramik yüzeyler
 Sıvı yağlayıcıların dayanamayacağı kadar yüksek sıcaklıklarda
 Yüksek kontak basıncına sahip, metal şekillendirme işlemleri
gibi.
64
Yağlayıcıların özellikleri
Viskozite
Akışkanların şekil değiştirmeye karşı, yani kendi molekülleri ve tabakaları birbiri
üzerinden kayarken kaymaya karşı gösterdikleri dirençtir.
Sürtünmenin oluşturduğu kayma
gerilmesi Newton kanuna göre:
𝑑𝑢
𝜏 = 𝜂 𝑑𝑦
Temel Kabuller:
65
Viskozite
𝐹
𝐴
A: hareketli düzlemin ıslanan yüzeyi olmak üzere 𝜏 = yazılarak 𝜂
𝜂=
Birimi : 1 𝑑𝑦𝑛
𝑠
𝑐𝑚2
(𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒)
𝜏
𝑑𝑢/𝑑𝑦
=
𝐹/𝐴
𝑈/ℎ
=
1
𝑃
100
𝐹ℎ
𝑈𝐴
= 1𝑐𝑃 (centi-poise) kullanılır.
Viskozite: birim alandaki bir düzlem yüzeyi kendisine paralel ve birim mesafedeki
ikinci bir düzlem yüzeye göre birim hızla hareket ettirmek için gerekli kuvvet.
Metrik sistemde 1 cm2 yüzey alanlı bir plakaya 1 cm mesafeli sabit bir plakaya göre
1 cm/sn hız vermek için gerekli kuvvetin 1 dyn olması halinde aralığın viskozitesi 1
dyn s/cm2 (Poise) olan viskoz bir akışkanla dolu olduğu söylenir.
66
Viskozite
DİNAMİK VİSKOZİTE BİRİMLERİ
67
Viskozite
Bazı Maddelerin Ortam Sıcaklığındaki viskoziteleri
68
Viskozite
 Kayma gerilmesinin kayma oranına (du/dy'ye) göre lineer değişim gösterdiği
akışkanlar Newtoniyen (Newtonumsu) akışkan olarak adlandırılır.
 Ancak gres gibi bazı yan sıvı akışkanlar bu kurala uymaz.
 Bu tür akışkanlar Bingham akışkanları olarak adlandırılır.
69
Kinematik viskozite
Kinematik viskozite:
dinamik viskozitenin yağ yoğunluğa oranıdır.
𝜂
𝜐=
𝜌
Birimi cm2/sn= 1 stokes = 1st
Uygulamada 1/100 st = 1 cst kullanılır.
70
Viskozite-sıcaklık değişimi
 Viskozite sıcaklıkla büyük ölçüde değişmektedir.
 20oC ile 50oC arasında 5 kat fark oluşabilmektedir.
 Deneysel çalışmalar neticesinde viskozite-sıcaklık arasında ilişki kurulmuştur.
Vogel Denklemi:
1 𝑑𝜂
1
=−
𝜂 𝑑𝑡
𝑏+𝑡
2
Bu denklem düzenlendiğinde SAE tarafından önerilen viskozite-sıcaklık ilişkisi:
𝜂 = 9.8𝑎𝑒 𝑏/𝑇𝑐
a,b, ve c: yağın özelliğine göre sabitler
T: sıcaklık (oC)
71
Viskozite-sıcaklık değişimi
 SAE ; yağlama yağlarını viskozitelerine göre sınıflandırmış ve bir numara vermiştir
(5W, 10W, 20W, 20, 30, …)
 SAE numarası büyük olan yağın viskozitesi de büyüktür
 Referans değerler 0 oF (-18 oC) ve 210 oF(99oC) sıcaklık değerlerinde belirlenmiştir.
72
Viskozite-sıcaklık değişimi
 Viskozitesi 0oF tespit edilen yağların numaralarının yanında W işareti vardır
(SAE 5 W, SAE 10 W).
 Özel tipte olan yağlar (multigrade oil) çok dereceli olarak kodlanmıştır.
 SAE 10 W/30: 0 oF 10 W özelliği gösterirken 210 oF 30 özelliği göstermektedir.
73
Viskozite-sıcaklık değişimi
 Motor Yağları: SAE 5 W ile SAE 50 W arası
 Transmisyon (Dişli) Yağları: SAE 75 ve sonrası
SUS: Saybolt Universal Viskometre
Kinematik viskozite ile arasındaki ilişki:
180
𝜐 = (0.222𝑆 −
)
𝑆
74
Viskozite-sıcaklık değişimi
SAE
Viskozite –sıcaklık değişimi farklı
standartlar
için
hazırlanmış
grafikler
75
Viskozite-sıcaklık değişimi
ISO-VG
Viskozite –sıcaklık değişimi farklı
standartlar
için
hazırlanmış
grafikler
76
Viskozite-sıcaklık değişimi
ASTM
Viskozite –sıcaklık değişimi farklı
standartlar
için
hazırlanmış
grafikler
77
Viskozite indeksi
 Viskozitenin sıcaklıkla değişimini gösteren birçok yöntemden pratikte en fazla
kullanılanı Dean ve Davis yöntemidir ve Viskozite İndeksi(VI) olarak adlandırılır.
 Viskozitesi sıcaklıkla en az değişen yağın VI=100
 Viskozitesi sıcaklıkla en fazla değişen yağın VI=0
𝑉𝐼 =
𝐿−𝑈
100
𝐿−𝐻
L: VI=0 olan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
H: VI=100 olan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
U: VI bulunmayan yağın 1000F deki kinematik viskozitesi
78
Viskozite indeksi
SUS cinsinden VI hesabındaki büyüklükler
79
Viskozite indeksi
cst cinsinden VI hesabındaki büyüklükler
80
Petroff denklemi
 İlk tasarım aşamasında sürtünme kayıplarını belirlemek için kullanılır.
 Hafif yüklenmiş bir yatakta sürtünme katsayısını hızlıca belirlemek için
kullanılabilecek basit bir yol içerir.
𝜏=𝜂
𝑑𝑢
𝑑𝑦
=𝜂
𝑈
ℎ
Newton kanunu
ℎ = ∆𝑅 ve milin çevresel hızı: 𝑈 =
Kayma Gerilmesi:
2𝜋𝑛
𝑅
60
2𝜋𝑛
1
𝜂[
𝑅]
60
∆𝑅
𝜏=
Sürtünme Kuvveti 𝐹𝑠 = 𝜏𝐴 olduğundan silindirik yüzey alanı: 𝐴 = 2𝜋𝑅𝐿 yazılırsa
2𝜋𝑛
1
𝑅] (2𝜋𝑅𝐿)
60
∆𝑅
𝐹𝑠 = 𝜂[
81
Petroff denklemi
Viskoz Sürtünme Momenti:
𝜋2
𝑅
2
𝑀𝑠 = 𝐹𝑠 𝑅 =
𝜂𝑛𝑅 𝐿 [ ]
15
Δ𝑅
Sürtünme Katsayısı:
𝐹𝑠
𝜇=
𝑊
W: yatağa etki eden radyal kuvvet
Sürtünme Katsayısı:
𝑊 = 2RL𝑝𝑜
𝜋 𝜂𝑛 𝑅
𝜇=
( )( )
30 𝑝𝑜 Δ𝑅
po: yatak basıncı
Petroff Denklemi
82
Petroff denklemi
Petroff Denklemi aşağıdaki kabullere dayanır:
 Mil ile yatak arasının yağla dolu olduğu ve metal-metal sürtünmesinin
olmadığı
 Tam bir sıvı sürtünmesinin oluştuğu
 Mil ile burç eksenlerinin çakışık olduğu
Viskoz güç kaybı: 𝜔 açısal hızı ile dönen bir milde sürtünme momentinde dolayı
meydana gelen kayıp:
𝑁𝑠 = 𝑀𝑠 𝜔
𝜋 3 𝜂𝑛2 𝑅3 𝐿
𝑁𝑠 =
450 Δ𝑅
83
Örnek
84
Örnekler
85