TOZALTI SERT DOLGU KAYNAINA BOR TOZU LAVESNN AINMA ÖZELLKLER ÜZERNE ETKS. Serkan APAY YÜKSEK LSANS TEZ METAL ETM GAZ ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ

Transkript

1 TOZALTI SERT DOLGU KAYNAINA BOR TOZU LAVESNN AINMA ÖZELLKLER ÜZERNE ETKS Serkan APAY YÜKSEK LSANS TEZ METAL ETM GAZ ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ EKM 2007 ANKARA

2 Serkan APAY tarafndan hazrlanan TOZALTI SERT DOLGU KAYNAINA BOR TOZU LAVES N N A"INMA ÖZELL KLER ÜZER NE ETK S adl bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun oldu.unu onaylarm. Yrd. Doç. Dr. Behçet GÜLENÇ Tez Dan4man, Metal E.itimi Anabilim Dal. Bu çal4ma, jürimiz tarafndan oy birli.i ile Metal E.itim Anabilim Dalnda Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmi4tir. Prof. Dr. Adem KURT. Metal E.itim Anabilim Dal, Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. Behçet GÜLENÇ. Metal E.itim Anabilim Dal, Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Cemil ÇET NKAYA. Metal E.itim Anabilim Dal, Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. Hakan ATE". Metal E.itim Anabilim Dal, Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. brahim ERTÜRK. Endüstriyel Teknoloji E.itimi Anabilim Dal, Gazi Üniversitesi Tarih: 19/10/2007 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onam4tr. Prof. Dr. Nermin ERTAN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BLDRM Tez içindeki bütün bilgilerin etik davran4 ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunuldu.unu, ayrca tez yazm kurallarna uygun olarak hazrlanan bu çal4mada orijinal olmayan her türlü kayna.a eksiksiz atf yapld.n bildiririm. Serkan APAY

4 iv TOZALTI SERT DOLGU KAYNAINA BOR TOZU LAVESNN AINMA ÖZELLKLER ÜZERNE ETKS (Yüksek Lisans Tezi) Serkan APAY GAZ ÜNVERSTES FENBLMLER ENSTTÜSÜ Ekim 2007 ÖZET A*+nan veya a*+nmas+ muhtemel yüzeyler sert dolgu ile kapland+6+nda kullan+m ömürlerinde art+* olmaktad+r. A*+nan yüzeylerin bak+m+ ve tamirat+ için uygulanan yöntemlerden biriside tozalt+ ile sert dolgu kayna6+ uygulamalar+d+r. Bu çal+*mada tozalt+ sert dolgu i*lemlerinde yayg+n olarak kullan+lan OP 1250 A kaynak tozu ve bu toza ilave edilen BOR ve Grafit tozlar+ kullan+lm+*t+r. lave tel olarak SG 2 kaynak teli kullan+lm+*t+r. Deney numunelerine azot gaz+ ortam+nda ve gaz ortam+ olmadan kaynak diki*leri çekilmi*tir. Elde edilen kaynak diki*lerinden a*+nma, sertlik ve mikro yap+ numuneleri ç+kart+lm+*t+r. Bu numuneler üzerinde sertlik ölçümü, a*+nma deneyi ve metalografik incelemeler yap+lm+*t+r. Yap+lan incelemeler sonucunda a*+nma de6erlerinin ve sertlik de6erlerinin ilave edilen Bor, Grafit tozu ve azot gaz+ ilavesi ile artt+6+ görülmü*tür. Bu numunelere uygulanan deneyler neticesinde, % 40 Bor + % 10 Grafit ve % 50 OP 1250 A toz kar+*+m+ kullan+larak, azot gaz+ ilaveli, numunede en iyi sertlik ve en iyi a*+nma direncine ula*+lm+*t+r. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Tozalt+ kayna6+, sert dolgu, bor, a*+nma, sürtünme Sayfa Adedi : 120 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç. Dr. Behçet GÜLENÇ

5 v THE EFFECT OF BORON POWDER ADDITION ON WEAR PROPERTIES OF SUBMERGED HARD FACING WELDING (M. Sc. Thesis) Serkan APAY GAZ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE & TECHNOLOGY October 2007 ABSTARACT When worn and likely to worn surfaces are coated with hard facing, their service life increase. One of the maintance method for the worn surfaces is the application of Submerged hard facing welding. In this study, OP 1250 A welding powder, which is used commanly, with additions of Boron and Graphite are used. SG 2 was used as welding wire. Samples were welded under N and in the air. Samples were cut out for hardness, and microstructural investigations. Hardness measurements and microstructural investigations were carried out on these samples. It is pointed out from the examinations that hardness of weld increased with the addition of Boron and Graphite and the usage of N. The highest hardness value was obtainted with the powder combination of 40 % Boron, 10 % Graphite and 50 % OP 1250 A under N. Science Code : Key Words : Submerged arc welding, hard facing, boron, wear, tribology Page Number : 120 Advisers : Assist. Prof. Dr. Behçet GÜLENÇ

6 vi TEEKKÜR Çalmalarm boyunca deerli yardm ve katklaryla beni yönlendiren hocam Yrd. Doç. Dr. Behçet GÜLENÇ hocama yine kymetli tecrübelerinden faydalandm Yrd. Doç. Dr. Ahmet DURGUTLU hocama, ayrca Kütahya Dumlupnar Üniversitesi Teknik Eitim Fakültesi Öretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Nurullah KIRATLI ya, 0zmir Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Metalürji Malzeme Bölümü Öretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. 0smail Özdemir ve Ar. Gör. Il Kayatekin e, yapm olduum deneysel çalmalarmda emei geçen bütün arkadalarma ve maddi, manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnz brakmayan çok deerli aileme sonsuz teekkürlerimi bir borç bilirim.

7 vii ÇNDEKLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... v TE8EKKÜR... vi 0Ç0NDEK0LER... vii Ç0ZELGELER0N L0STES0... xi 8EK0LLER0N L0STES0... xii RES0MLER0N L0STES0... xiv S0MGELER VE KISALTMALAR... xvi 1. G0R TOZALTI KAYNA>I VE SERT DOLGU KAYNA>I Tozalt Kayna Tozalt kaynann genel özellikleri Tozalt kayna prensibi ve kaynak donanm Tozalt kaynann avantajlar ve dezavantajlar Tozalt kaynann uygulama alanlar Tozalt kaynak yönteminde kullanlan kaynak tozlar Tozalt kaynak yönteminde kullanlan kaynak telleri Sert Dolgu Kayna Sert dolgu kayna için kaynak yöntemi seçimi Sert dolgu alamlarnn snflandrlmas Sert dolgu kaynann uygulama alanlar Sert dolgu kaynann uygulanmas...22

8 viii Sayfa 3. SÜRTÜNME VE A8INMA Sürtünme Genel tarif ve snflandrma Sürtünme kanunlar Sürtünme katsays Anma Anma hasarlar Anma türleri Anma deneyleri ve ölçüm yöntemleri BOR M0NERAL0 VE BOR B0LE80KLER Bor Mineralleri Kalsiyum boratlar Sodyum kalsiyum boratlar Sodyum boratlar Magnezyum kalsiyum boratlar Magnezyum boratlar Stronsiyum boratlar Silisyum kalsiyum boratlar Kompleks boratlar Bor Minerallerinin Kullanm Alanlar Bor Yataklarnn Dünyadaki Dalm Türkiye Borat Yataklarnn Dalm Ve Jeolojik Konumu DENEYSEL ÇALI8MALAR...74

9 ix Sayfa 5.1. Deneyde Kullanlan Materyaller Ana malzeme Kaynak teli Kaynak tozu Deneylerde Kullanlan Cihazlar Kaynak makinesi Anma cihaz Metot Deneylerde kullanlacak tozlarn hazrlanmas Kaynak numunelerinin hazrlan ve kaynan yapl Metalografik deneyler için numune hazrlama ve metalografik inceleme EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) analizi ve kimyasal ya analiz Numune sertlik ölçümleri Anma deneyi DENEY SONUÇLARI VE TARTI8MA Metalografik 0nceleme Sonuçlar Ana metal görüntüleri Is tesiri altndaki bölge (ITAB) görüntüleri Kaynak metali görüntüleri Ana metal, ITAB ve kaynak dikii birleik görüntüler EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) Analizi ve Kimyasal Ya Analiz Sonuçlar...98

10 x Sayfa EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) analizi sonuçlar Kimyasal ya analiz sonuçlar Sertlik Ölçümü Deney Sonuçlar Anma Deneyi Sonuçlar SONUÇLAR VE ÖNER0LER KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇM

11 xi ÇZELGELERN LSTES Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Tozalt kaynanda kullanlan kaynak tellerinde bulunan elementlerin % snrlar ve etkileri...13 Çizelge 2.2. TS 5387 EN 756 ya göre tozalt kaynanda kullanlan tellerin kimyasal bileimleri (arlkça %)...14 Çizelge 2.3. Tozalt kaynak tellerindeki manganez miktar...14 Çizelge 3.1. Metallerin adhesyonunu etkileyen faktörler...46 Çizelge 3.2. Abrasiv anma proseslerinin içerdii tipik anma hzlar...49 Çizelge 4.1. Ticari öneme sahip bor mineralleri...61 Çizelge 5.1. Ana malzemenin kimyasal bileimi (arlkça %)...74 Çizelge 5.2. Deneylerde kullanlan SG 2 kaynak telinin kimyasal bileimi (arlkça %)...74 Çizelge 5.3. Toz karm oranlar ve kaynak ortamlar...78 Çizelge 6.1. Deney numuneleri EDS analizi sonuçlar Çizelge 6.2. Kimyasal ya analiz sonuçlar Çizelge 6.3. Sertlik ölçüm deneyi sonuçlar Çizelge 6.4. Anma deneyi sonucu numunelerdeki anma miktarlar

12 xii EKLLERN LSTES ekil Sayfa 8ekil 2.1. Tozalt kaynak yönteminin prensip gösterimi ekil 2.2. Tozalt kaynak yönteminin donanm gösterimi ekil 2.3. Sert dolgu kaynaklar ekil 2.4. Saç kesme zmba matris takm ekil 2.5. Fe bazl sert dolgu alamlarnn mikro yaplarna göre uygulama alanlar (Kotecki diyagram) ekil 3.1. Sürtünme çeitleri ekil 3.2. Kuru sürtünme modeli ekil 3.3. Kuru sürtünme halinde yüzeylerin durumu ekil 3.4. Mikro kaynaklarn olumas ekil 3.5. Snr sürtünmesi ekil 3.6. Sv sürtünme ekil 3.7. Hidrodinamik sv sürtünmesi ekil 3.8. Sürtünme katsaysnn deiimi ekil 3.9. Hidrostatik sv sürtünme ekil Yuvarlanma sürtünmesi ekil Elastohidrodinamik sürtünmesi ekil Statik ve dinamik sürtünme katsaylar ekil Tribolojik bir sistemin ematik olarak gösterimi ekil Adhesiv anmada oluan kaynak ba ekil Kaynak balarnn kopmas ve malzeme transferi ekil Üç cisimli abrasiv anma mekanizmas ekil Abrasiv tane boyutunun fonksiyonu olarak iki metalin anma oran ekil Kazmadan kaynaklanan toplam arlk kaybnda toplam yer deitirme miktarnn etkisi...53

13 xiii ekil Sayfa 8ekil Yalamal ve yalamasz adhesiv anma deney yöntemleri ekil Abrasiv anma deneylerinde kullanlan yöntemler ekil 5.1. Pin on Disk tipi anma cihaz ekil 5.2. Numune ölçülerinin gösterimi ekil 5.3. Numune hazrlama ksmlar ekil 5.4. Deney numunesi ekil 5.5. Sertlik ölçüm noktalar ekil 6.1. Deney numuneleri anma deneyi sonuçlar ekil 7.1. Fe-B ikili faz diyagram ekil 7.2. B-C ikili faz diyagram

14 xiv RESMLERN LSTES Resim Sayfa Resim 4.1. Bor mineralinin görünümü...59 Resim 4.2. Kolemanit mineralinin görünümü...62 Resim 4.3. Pandermit mineralinin görünümü...63 Resim 4.4. Üleksit mineralinin görünümü...64 Resim 4.5. Boraks mineralinin görünümü...65 Resim 4.6. Kernit mineralinin görünümü...66 Resim 6.1. Deney numunesi ana metal görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune ITAB görünüü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x

15 xv Resim Sayfa Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x Resim Nolu numune SEM görüntüsü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x

16 xvi SMGELER VE KISALTMALAR Bu çalmada kullanlm baz simge ve ksaltmalar, açklamalar ile birlikte aada sunulmutur. Simgeler a A A g B C Ca Co cm d dev dk F Fe F n F S gr h Ha Hm HRc kg km M Aç+klama Metalik ba yüzdesi Amper Temas alan Bor Karbon Kalsiyum Kobalt Santimetre Younluk Devir Dakika Kuvvet Demir Normal kuvvet Sürtünme kuvveti Gram Yükseklik Andrc sertlii Anan malzeme sertlii Rockwell C sertlik deeri Kilogram Kilometre Yükleme arl

17 xvii Simgeler Aç+klama m Metre mg Miligram mm Milimetre Mn Mangan M sr N Na Ni O R t1 - R t2 S s SG 2 Si t km t ko U Yuvarlanma sürtünme momenti Newton Sodyum Nikel Oksijen Her iki yüzeyin maksimum pürüzlülüü Kükürt Saat Gazalt kaynak teli çeidi Silisyum Kesme mukavemeti Kayma mukavemeti Tabaka hz µ Sürtünme katsays µ s Statik sürtünme katsays V Volt V s W a W r G ko kf Bir km anma yoluna tekabül eden yükseklik kayb Anma oran Ters anma oran Arlk kayb Kopma mukavemeti Ya tabakas kopma mukavemeti

18 xviii K+saltmalar ABD AISI ASTM AWS DIN EDS EN EPMA GB GD ITAB KB KD MG MAG OE-S1 OP 1250 A PPM SEM TIG TS XRD Aç+klama Amerika Birleik Devletleri Amerikan çelik standard Amerika standard Amerika kaynak standard Alman normu Enerji Dispersif Spektrometresi Avrupa normlar Elektron Inl Mikro Analiz Güney bat Güney dou Is tesiri altndaki bölge Kuzey bat Kuzey dou Gazalt kaynak yöntemi Oerlikon tozalt kaynak teli Oerlikon sert dolgu tozu Part(s) Per million/milyonda bir Scanning Electron Microscope Tungsten Inert Gas Türk standartlar X - Inlar Difraksiyon

19 1 1. GR Hzl geliim süreci içersinde olan metal imalat sektöründe sökülemeyen birletirmelerde kaynakl birletirme uygulamalar oldukça fazla yeralmaktadr. Mevcut kaynakl birletirme uygulamalar genelde sökülemeyen birletirmeler için kullanlsa da birbirleri ile temas halinde olan ve birbirleri üzerinde izafi hareketi sonucu birbirine temas eden iki yüzeyde oluan anmay gidermek ve yüzeyi tekrar kullanlabilir hale getirmek için tercih edilir. Bu amaçla en fazla kullanlan kaynakl birletirme teknikleri olarak toz alt kayna!, gazalt kayna! ve elektrik ark kayna! uygulamalar gelmektedir. Gelien teknolojiler vastasyla her üç kaynak uygulamalarnn otomasyonu ile kaynakl birletirme uygulamalarnda insanlardan kaynaklanan kaynak hatalarnn en aza indirilmesi sa!lanmtr. Mali de!eri yüksek olan baz makine parçalar, dozer çeneleri ve ta krc silindirler gibi sürekli anmaya maruz kalan i parçalarnn anma nedeniyle kullanlamayacak hale gelmeleri sonucu yerine yenilerinin taklmas her zaman kurtarc bir çözüm olmamaktadr. Maddi imkânlar sonuna kadar kullanlarak hazrlanan konstrüksiyonlar da herhangi bir parçann krlmas veya anmas, iletmenin günlerce veya haftalarca atl kalmasna neden olabilir. Bu durumu engellemek amacyla çeitli anma türleri ve zorlanma artlaryla karlaan, parçalar kullanlamaz hale gelmeden önce anan ksmn uygun kaynak yöntemiyle doldurulmas sonucu hem ilk fonksiyonunu yerine getirecek hem de anmalara kar daha dirençli bir hal alacaktr. Bu gibi durumlarda i parçasn yenilemek yerine tamir ederek tekrar kullanma hazr hale getirmek hem maliyeti azaltacak hem de i parçasna istenilen anma özellikleri kazandrlarak i parçasnn çalma ömrü uzatlacaktr. Böylece mali yönden ve çok de!erli olan zamandan kazanç sa!lanacaktr. Hatta baz makine parçalarnn

20 2 yenisinin veya yede!inin ülke dndan getirtilmesi durumlarndan kurtularak iletme büyük ölçüde i ve zaman kaybndan korunacaktr. Makine parçasnn anan ksmlarnn tamirat esnasnda uygulanacak kaynak yönteminin özenle seçilmesinin de önemi büyüktür. Seçilen kaynak yönteminin önemini maliyet ve zaman açsndan de!erlendirmek en do!ru yaklamdr. Dikkatsiz, plansz ve programsz seçilen kaynak yöntemi maliyet ve zaman kaybna neden olabilir. Seçilen kaynak yönteminin yan sra, kaynakl birletirme veya dolgu kayna! için seçilecek elektrot da di!er büyük önem arz eden bir maddedir. Anma de!eri yüksek olan bir bölgenin doldurulmas için anma mukavemeti yok denecek kadar az olan elektrot kullanlmas yine maliyeti ve zaman büyük ölçüde etkileyecektir. Anan bölge belirli bir süre kullanldktan sonra tekrar anacak ve yeniden parça sökülerek yeniden dolgu kayna! uygulanacaktr. Toz alt kayna! ile dolgu kayna! yaplaca! zaman, kullanlacak elektrot ve toz cinsi de büyük önem arz etmektedir. Anmaya dayankl elektrot bileimi yerine düük alaml bir elektrot kullanmak ço!u zaman iyi sonuç vermemektedir. Kullanlacak elektrotun yan sra toz bileimi de özenle seçilmelidir. Bu konuda kaynak elektrotlar, koruyucu tozlar ve araç gereçleri satan, ço!u firmann kendi bünyelerinde gelitirdikleri, elektrot ve koruyucu toz bileimi bulunmaktadr. Kaynak esnasnda kullanlacak toz alt kaynak tozuna kendi bileimi ile kullanmann yan sra dardan anmaya dayanm arttrc toz veya kat durumdaki minerallerde eklenebilir. Kaynak bölgesinde anma dayanmn arttraca! düünülen ayn zamanda bu çalmann da temelini oluturan bor minerali gelmektedir. Bor minerali (B), periyodik tabloda, atom numaras 5, atom a!rl! 10,81, yo!unlu!u 2,84 gr/cm 3, ergime noktas 2200 o C ve kaynama noktas 2250 o C olan, metalle ametal aras yar iletken özelli!e sahip, 3A grubunun ilk ve en hafif elementidir. Bor minerali tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmad!

21 3 bilinmektedir. Do!ada yaklak olarak 230 de!iik bor minerali oldu!u bilinmektedir [1]. Çeitli metal veya ametal elementlerle yapt! bileiklerin gösterdi!i farkl özellikler endüstride birçok bor bilei!inin kullanlmasna imkan sa!lamaktadr. Bor bileikleri metal d bileikler gibi davranr, ancak farkl olarak saf bor minerali, karbon gibi elektrik iletkenidir. Kristalize bor görünüm ve optik özellikleri açsndan elmasa benzer ve neredeyse elmas kadar serttir. Bor bileiklerinin yaygn kullanmlar ve borun element olarak erken tanmlanm olmasna karn, bor kimyas çalmalar nispeten kstl bir alanda sürdürülmütür. Bunun nedenleri; temel olarak bor bileiklerinin hidroliz veya oksidasyona yönelik sabit olmayan nitelikleri ve malzemelerin birço!unun kullanmndaki yapsal zorluklardr. Bugün bor ürünleri birçok endüstri dalnn ana ham maddesidir. Kullanlan alanlarnda tüketimin hzla art kadar, yeni kullanm alanlarnn da günden güne art ve borun yakn gelecekte enerji üretim kayna! olarak kullanlabilme olasl! bu hammaddeye di!erleri arasnda bir ayrcalk kazandrr. Bilinen dünya bor rezervlerinin %65 inden daha fazlasnn Türkiye de bulunuu, bu hammaddenin Türkiye ekonomisi ve gelimesi için önemini daha da arttrr [2]. Bu çalmada, toz alt sert dolgu kayna!na bor ilavesinin anma özellikleri üzerine etkisi incelenmitir. Bu amaçla bor tozu kullanlarak, malzemeye sertlik art ve anma dayanm kazandrlmtr.

22 4 2. TOZALTI KAYNAI VE SERT DOLGU KAYNAI 2.1. Tozalt Kayna Tozalt kaynak metodu, arkn ve erimi metalin korunmasnda, ince bir tabaka halinde olan, taneli bir yapya sahip ve genellikle toz diye adlandrlan bir malzemenin kullanlmas açsndan di!er ark kayna! metotlarndan ayrlr. Ark, i parças ile çplak tel elektrot arasnda oluur. Ark toz ile tamamen kaplanr yani tozun altnda yanar, gözle görülmez. Sçrama ve kvlcm oluumu meydana gelmez. Arkn devaml olarak toz y!n altnda yanmas bu yönteme tozalt kayna! isminin verilmesine sebep olmutur. Tozalt kaynak yöntemi ilk defa 1933 ylnda Amerika Birleik Devletlerinde uygulanmaya balamtr. Yöntem daha sonralar 1937 ylnda Avrupa da kullanlmaya balam ve bugünkü eklini ise 1946 ylnda Rusya'da almtr. Yöntemin Türkiye ye girii 196O l yllara rastlamaktadr. Türkiye de kaynakl imalat yapan büyük kurulularn tümünde toz alt kayna! uygulanmaktadr [3] Tozalt kayna nn genel özellikleri Tozalt kayna! otomatik bir kaynak yöntemi olmann yannda, yüksek güçlüdür. Bir paso ile 85 mm, iki paso ile 180 mm ve çok paso ile 300 mm kalnl!a kadar parçalarn kayna!n yapmak mümkün olmaktadr. Kaynak yaplabilecek en ince sac ise 1,2 mm dir. Bu yöntemde normal elektrik ark kayna!na nazaran elektrot teli daha yüksek bir akm iddeti ile yüklenebilir. Bu nedenle, derin girili ve geni banyolu dikiler elde edilir. Örne!in, 4 mm çapndaki bir elektrot ile elektrik ark kayna!nda amper arasnda akmla kaynak yaplrken, tozalt ark kayna!nda amper arasnda bir akm ile kaynak yaplabilir [4]. Tozalt kaynak yönteminde kaynak parametreleri; kaynak akm, ark voltaj, tel ilerleme hz, kaynak hz iyi seçildi!i takdirde hatasz ve çok güzel görünümlü

23 5 dikiler elde edilir. Normal örtülü elektrotla yaplan kayna!a göre bu yöntemde kullanlan ayn çapl elektrot daha yüksek kaynak akm ile yüklendi!inden, daha büyük kaynak banyosu ve daha derin nüfuziyet elde edilir. Yöntem, yar otomatik ve tam otomatik kaynak uygulamalarna da müsait oldu!u için, modern kaynak uygulamas olarak sanayilemi ülkelerde yaygn kullanm sahas bulmutur. Basnçl kap, kazan ve depolama tank imalatnda, boru imalatnda gemi ve makine imalatnda anan mil ve parçalarn dolgu ilemlerinde korozyona ve oksidasyona dayankl kaplama ilemlerinde kullanlr [5,6]. Netice olarak toz alt kaynak yöntemi, göreceli olarak özetlenirse; i. Sürekli kaynakta sürat ii. Malzeme ve içilikten ekonomi iii. Güvenilir ve güzel görünümlü kaynak dikii, elde edilen bir kaynak yöntemidir, denilebilir Tozalt kayna prensibi ve kaynak donanm Tozalt kaynak yönetiminde ark, otomatik olarak kaynak yerine sürülen çplak elektrot ile i parças arasnda meydana gelir ve ayr bir kanaldan kaynak yerine dökülen toz y!n altnda ilevine devam eder [8]. Kaynak donanmnn prensip emas Fekil 2.1 de görüldü!ü gibidir.

24 6 Fekil 2.1. Tozalt kaynak yönteminin prensip gösterimi [3] Elektrik ark metalin ergimesi için gerekli sy sa!lar. Böylelikle arkn üretti!i yüksek miktardaki s birletirilecek parçalarn kenarlarn ergitirken, sürekli olarak kaynak bölgesine itilen elektrot ergiyerek gerekli ilave metali sa!lar. Elektrot eridi!inden, servo kontrolü motor tarafndan arka do!ru beslenir. Elektrodun besleme hz erime hzna eit tutulur. Böylece ark uzunlu!u daima sabit kalr. Elektrot ve elektrodu besleyen sistem bir otomatik sistem tarafndan ba!lant çizgisi boyunca hareket ettirilir. Kaynak edilen i parças sabit olup bir araba düzenine monte edilen ve kaynak kafas denilen toz hunisi, tel bobini, kontrol ünitesi birlikte hareket ederler. Kaynak süresince kaynak ilerleme hz sabit tutulur. Silindirik parçalarda ise kaynak kafas sabit olup, i parças döner. Toz, ark oluumu balad! anda dökülmeye balar. Ark bu toz altnda olutu!undan dardan görülmez. Toz denen tanecikli madde ergiyerek bir cüruf örtüsü oluturarak elektrik arkn tamamen çevreleyerek ark ve eriyik kaynak metalini havann etkilerinden korur. Kaynak tozu kaynak kafasnn

25 7 üzerinde bulunan bir toz kabndan aa!ya dökülerek elektrodun etrafndan bir lüle vastasyla yaylr. Ergimemi toz baz makinelerde yeniden kullanlmak amacyla bir vakum sistemi ile çekilerek depolanr ve basnçl hava ile fazla toz tekrar gönderilir [7]. Tozalt kayna! donanmnn ematik olarak gösterilii Fekil 2.2 de verilmektedir. Fekil 2.2. Tozalt kaynak yönteminin donanm gösterimi [20]

26 Tozalt kayna nn avantajlar ve dezavantajlar Tozalt kayna!nn avantajlar aa!daki gibi verilebilir [9]; i. Kaynak ark, kaynak tozu tarafndan korundu!undan ark nlarndan korunmak için maske kullanmaya gerek yoktur. ii. Kaynak esnasnda zararl metal tozlar ve duman çkarmaz. iii. Sçrama kayb yoktur. iv. Penste kalan elektrot parçasn kullanmamaktan ileri gelen kaynak malzemesi kayb yoktur. v. Derine nüfuziyet kabiliyeti iyi oldu!u için daha dar ve daha derin kaynak a!zlarnda kaynak ilemi uygulanabilir. Bu özelli!i, daha az içilik ve daha az kaynak malzemesi kullanm demektir. vi. Gerekli toz tutma önlemleri alnd!nda tek tarafl kaynakta kaynak a!z açmadan 16 mm kalnl!a kadar, iki tarafl kaynakta ise 30 mm. kalnl!a kadar kaynak yapabilme imkân sa!lar. vii. Kaynak tozu, kaynak dikiinin özelliklerini etkileyecek ekilde alamlandrlabilir. Böylece ucuz ve alamsz bir elektrotla alaml bir toz kullanarak istenen özellikte daha ekonomik kaynak dikileri elde edilebilir. viii. Yar otomatik, tam otomatik uygulamalara uygun oldu!u gibi istenirse manüel olarak elle uygulama imkân da vardr. ix. Küçük bir de!iiklikle gaz alt kayna!na dönütürülebilir. x. Yüksek kaynak hz, kaynak parametreleri uygun seçildi!inde hatasz ve düzgün görünümlü kaynak dikileri elde edilir Dezavantajlarndan bazlar ise unlardr [9]; i. Pahal makine ve teçhizata ihtiyaç gösterir, dolaysyla ilk yatrm masraflar yüksektir. ii. Jnce saçlarn kayna! için ekonomik olmad!ndan uygun bir usul de!ildir. iii. Jnce saclar için gaz alt kayna! gibi daha uygun yöntemler vardr.

27 9 iv. Her pozisyonda, örne!in tavan ve düey pozisyonda kaynak yaplamaz. v. Ksa boylu ve kark ekilli dikiler için otomatik tozalt makineleri gelitirilmi ise de bunlar tozalt kaynak yönteminin bütün avantajlarn bünyelerinde toplayamamaktadr. Dolaysyla ekonomik bir kaynak yaplamamaktadr. vi. Kaynak tozu iyi korunmad! takdirde nem kapaca!ndan kaynak dikiinde hataya yol açma olasl! vardr. vii. Kaynak tozu, kaynak ileminden sonra tekrar kullanld! için nemlenmekte ve kalitesi dümektedir Tozalt kayna nn uygulama alanlar Tozalt kaynak yöntemi birletirme kaynaklarnda oldu!u kadar dolgu ve kaplama kaynak ilemlerinde de baaryla kullanlan bir yöntemdir [9]. Birletirme yöntemi olarak kullanld! alanlar; i. Basnçl kazan ve tank imalatnda ii. Çelik konstrüksiyon imalatnda iii. I, H, T gibi profil üretiminde iv. Otomotiv ve lokomotif sanayisinde v. Gemi ina sanayisinde Dolgu ilemlerine örnek olarak; i. Anan mil ve makine parçalarnn dolgusunda ii. Darbe ve anmaya dayankl sert dolgu ilemlerinde Kaplama yöntemi olarak; i. Korozyona ve oksidasyona dayankl kaplama ilemlerinde kullanlr.

28 Tozalt kaynak yönteminde kullanlan kaynak tozlar Tozalt kaynak tozlar istenen özelliklere ba!l olarak çeitli ekillerde ve oranlarda kartrlm taneli mineral bileiklerdir. Tozalt kayna!ndaki kaynak tozlar, ark kayna!ndaki elektrot örtüsünün görevini yerine getirir. Bu görevler [10]; i. Kaynak banyosunu havann zararl etkisinden koruma ii. Kaynak dikiine uygun bir form verme iii. Kaynak dikiinin yava so!umasn sa!lama, olarak sralanr. Tozalt kayna!nda kullanlan tozlar aa!daki gibi sralamak mümkündür [10]; Kayna!n amacna göre; i. Hzl kaynak tozlar ii. Derin nüfuziyet kaynak tozlar iii. Jnce saç kayna! tozlar iv. Aralk doldurma kabiliyetine sahip kaynak tozlar Üretim ekline göre; i. Erimi kaynak tozlar ii. Sinterlenmi kaynak tozlar iii. Aglomere kaynak tozlar Kimyasal karakterine göre; i. Asit karakterli tozlar ii. Bazik karakterli tozlar iii. Nötr karakterli tozlar iv. Rutil karakterli tozlar

29 11 Manganez miktarna göre; i. Yüksek manganezli tozlar ii. Orta manganezli tozlar iii. Düük manganezli tozlar Erimi tozlar, suni olarak üretilmi silikatlardr ve kat hallerinde kristal karakterli amorf kütlelerdir. Bu tozlarn imalatnda kuvars, manganez cevheri veya dolomit, kalkspat ve kil gibi maddeler uygun miktarlarda kartrlarak eritilir. Eritme ileminde ark frnlar kullanlr [10]. Sinterlenmi tozlarn imalinde uygun bileimdeki malzeme karm ö!ütülür. Daha sonra ö!ütülmü tozlar belirli büyüklükte taneler halinde sktrlr ve alevli frnlarda sinterleme ilemine tabi tutulurlar. Sinterlenen tozlar daha sonra kullanma uygun olarak boyutlar küçültülür. Küçültme ilemi sonras tozlar elekten geçirilerek kullanma uygun olanlar ayrlr. Aglomere tozlar, ince ö!ütülmü toz halindeki hammadde bir yaptrc ile aglomere edilmesiyle elde edilirler. Aglomere olmu bu karmn yaptrma esnasnda bünyesine giren nemi ortamdan uzaklatrmak için tavlama ilemine tabi tutulur. Aglomere tozlar son zamanlarda geniçe kullanm alan bulmaktadr [10]. Aglomere tozlarn erimi tozlara göre çeitli üstünlükleri bulunmaktadr. Aglomere tozlarla kaynak metali daha iyi alamlandrlmakta ve toz sarfiyat daha düük olmaktadr. Kaynak tozlarndan istenen özellikler Jyi bir tozalt kaynak tozu aa!daki özelliklere sahip olmaldr [10]; i. Kararl bir ark sa!lamaldr. ii. Kaynak dikii istenen mekanik özellikleri ve kimyasal bileimi vermelidir. iii. Jçyap düzgün ve temiz olmaldr. iv. Kaynak dikiinde, çatlama ve gözenek oluumunu tevik etmemelidir.

30 12 v. Kaynak sonras, kaynak dikii üzerindeki cüruf kolayca kalkmal ve kolayca temizlenebilir olmaldr. vi. Kaynak dikiinde gözenek oluturabilecek harici maddeler içermemelidir. vii. Nem alma özelli!i çok az olmaldr. Kaynak tozlarnn kimyasal bile2imleri ve kaynak metaline etkileri Kaynak tozlarnn büyük ço!unlu!u, bileimlerinde SiO 2 ihtiva ederler. SiO 2 çok iyi deoksidandr ve cürufu daha akc hale getirir. Ayn zamanda kaynak tozunun yüksek akm iddetiyle yüklenmesini sa!lar. Kaynak tozlar içersinde bulunma oran fazlal!na göre ikinci srada MnO bulunmaktadr. MnO kaynak dikii için önemlidir, fakat toz içersindeki oran arttkça kaynak tozunun yüksek akm iddetiyle yüklenme özelli!ini azaltr. Kaynak tozunda bulunan SiO 2 kaynak dikiine Si geçiini sa!lar. SiO 2 oran arttkça kaynak dikiine geçen Si oran da artar. Silisyum kaynak dikiini deokside ederek, dikiin gözeneksiz olmasn sa!lar ve kükürt ve fosfor segregasyonunu azaltr. Kaynak dikii içersindeki Si ve Mn oran, kaynak dikiinin mekanik özelliklerini do!rudan etkiler [10,11]. Kaynak tozlarnn kaynak diki2i üzerine fiziksel etkileri Tozalt kaynak tozunu özgül a!rl!, erime noktas, akcl!, tane büyüklü!ü ve y!lma yüksekli!i gibi fiziksel özellikleri, kaynak dikii üzerine önemli etkileri vardr. En önemlisi, ark bölgesini atmosferin zararl etkilerinden korumaktr. Kaynak dikiinin yava so!umasn sa!lar. Ana metal ile kaynak metali arasndaki geçi bölgesinde, çentik oluumunu önler ve diki formunun belirlenmesinde önemli rol oynar [10,11] Tozalt kaynak yönteminde kullanlan kaynak telleri Tozalt kaynak yönteminde kullanlan çplak elektrotlar, kaynak teli diye adlandrlr. Tozalt kaynak telleri, elektrik ark ocaklarnda üretilen, kimyasal yaps ile kaynak yerinin metalürjik güvenli!i bakmndan yüksek manganez (Mn) içeren özel

31 13 çeliklerden imal edilirler. Çeitli amaçlar için genellikle dairesel kesitli olarak 1,2 ile 12 mm çaplarnda imal edilirler. Baz istisnai durumlarda, örne!in kaplama kaynaklarnda, dikdörtgen kesitli lama eklinde imal edildi!i görülür. Dairesel kesitli olanlar bakrla kaplanm olarak kangal halinde piyasada bulunmaktadr [11,12]. Çplak telin bakrla kaplanmasnn üç nedeni vardr. So!uk çekme esnasnda passz ve temiz hale gelen teli, kullanm anna kadar oluabilecek her türlü zararl d etkilerden korumak. Bakrn iyi bir elektrik ileticisi olmasndan dolay, telin kontakt elemanlarna temasnda iyi iletkenlik sa!layarak, temas yüzeylerinin snmasn ve enerji kaybn önlemek. Bakrn yumuak olmasndan dolay, kaynak esnasnda devaml ilerleyen tel, kontakt elemanlarnn temas yüzeylerinde oluacak anmay önlemek veya azaltmaktr [12]. Yüksek manganezli toz alt kaynak tellerinde, Fosfor ve Kükürt miktarlarnn her birinin % 0.03 ten fazla olmamas gerekir. Birleimde bulunan di!er elemanlarn % snrlar ve kaynak dikiindeki etkileri Çizelge 2.1 de verilmektedir. Çizelge 2.1. Tozalt kayna!nda kullanlan kaynak tellerinde bulunan elementlerin % snrlar ve etkileri [12] Alam Eleman % Snrlar Etkisi Karbon (C) 0,05 0,25 Sertli!i arttrr. Çekme dayanmn yükseltir. Silisyum (Si) 0,05 0,45 Deokside eder. Jlenebilme özelli!ini ve kaynak kabiliyetini arttrr. Manganez (Mn) 0,5 3,0 Sertli!i arttrr. Çekme ve çentik-darbe dayanmn yükseltir. Uzamay arttrr. Molibden (Mo) 0,5 1,0 Isya dayanmn arttrr. Krom (Cr) 1,0 2,9 Sertli!i arttrr. Isya dayanmn arttrr. Nikel (Ni) 1,0 2,0 Düük çalma scaklklarnda dayanm arttrr.

32 14 Çizelge 2.2. TS 5387 EN 756 ya göre tozalt kayna!nda kullanlan tellerin kimyasal bileimleri (a!rlkça %)[12] Kimyasal Bileim (%) Sembol C Mn Si Mo S1 0,06 0,15 0,35 0,60 0,15 0,15 S1 Si 0,07 0,15 0,35 0,60 0, ,15 S2 0,07 0,15 0,80 1,30 0,15 0,15 S2 Si 0,07 0,15 0,80 1,30 0,15 0,40 0,15 S3 0,07 0,15 1,30 1,75 0,15 0,15 S4 0,07 0,15 1,75 2,25 0,15 0,15 S5 0,08 0,16 2,30 2, ,15 S6 0,07 0,15 2,80 3, ,15 S1 Mo 0,05 0,15 0,35 0,60 0,05 0, S2 Mo 0,07 0,15 0,80 1,30 0,05 0, S3 Mo 0,07 0,15 1,30 1,75 0,05 0, S4 Mo 0,07 0,15 1,75 2,25 0,05 0, S5 Mo 0,07 0,15 2,80 3,20 0,05 0, Tozalt kaynak telleri Amerikan standardnda (AWS A5 17) bileimlerindeki Manganez (Mn) miktarlarna göre snflandrlrlar. Bu snflandrma Çizelge 2.3 te görülmektedir [13]. Çizelge 2.3. Tozalt kaynak tellerindeki manganez miktar [13] Düük Manganezli Kaynak Telleri Orta Manganezli Kaynak Telleri Yüksek Manganezli Kaynak Telleri % 0,30 0,60 Mn % 0,90 1,25 Mn % 1,75 2,25 Mn Tozalt kaynak yöntemi ile ister birletirme kayna!, isterse sert dolgu kayna! yaplsn, kaynak dikiinden beklenen mekanik mukavemetler ve metalürjik yap ile istenen sertlik sadece kaynak telini uygun seçmekle sa!lanamaz. Bunun nedeni toz alt kayna!nda kullanlan çplak tellerin, imalat esnasnda so!uk haddeleme

33 15 ileminde, sorunsuz çekilebilmesi için düük alaml ve düük karbonlu çeliklerden olmas gerekmektedir. Kaynak dikiinden istenen mukavemetler, mekanik yap ve sertlik derecesi, tel+toz seçiminin uygun yaplmas ile sa!lanr. Bu seçime tel+toz kombinezonu denir [9,10] Sert Dolgu Kayna Sert dolgu, anmaya kar daha nitelikli yüzeyler oluturmak veya parçalar orijinal boyutlarna getirilebilmek için metal parçalarn yüzeylerinin de!iik kaynak yöntemleri kullanarak özel alaml malzemelerle doldurulmasdr [14]. Metalik malzemeler çaltklar ortam ve denge artlar gibi birçok nedenden dolay anrlar. Sert dolgu, metal parçalarn çalma ömürlerini uzatmak için anma direnci yüksek yüzey oluturan düük maliyetli bir kaynak uygulamasdr [15]. Fekil 2.3. Sert dolgu kaynaklar [15] Anan parçalarn onarm genellikle aa!daki üç aamay içerir (Fekil 2.3) [15] i. Dolgu, çok fazla anan parçalarn veya bölgelerin tok, çatlama direnci yüksek ve üst üste çok sayda paso yaplabilecek kaynak malzemeleri ile çalma boyutlarna yakn veya üzerinde doldurulmasdr.

34 16 ii. Tampon paso, ana metalin veya kaynak metalinin bileiminde bulunan karbon veya di!er alamlarn içeri!ini seyreltmek için uygulanr. iii. Sert dolgu, ana metal ve dolgu kaynaklar üzerine ark kayna! ile oluturulan anma direnci yüksek olan yüzeyler elde etmek için uygulanr. Sert dolgu, ço!unlukla bir, iki veya üç paso ile snrldr. Fekil 2.4 de kesme zmbasnn sert dolgu yöntemi ile doldurulmas gösterilmitir. Bu takmn yenisini almak yerine, mevcut imkânlar do!rultusunda anan yüzeylerinin tamiratnn yaplmas hem maliyet yönünden hem de boa geçen zaman açsndan önemli bir kazanç sa!layacaktr [16]. Fekil 2.4. Saç kesme zmba matris takm [16]

35 Sert dolgu kayna için kaynak yöntemi seçimi Sert dolgu alamlar herhangi bir kaynak yöntemiyle uygulanabilir. Bu yöntemler içinden seçilen kaynak yöntemi uygulanabilirlik açsndan kolay ve maliyeti düük olmaldr. Ayn zamanda ihtiyaçlara en iyi ekilde cevap verebilmelidir [17]. Kaynak yönteminin göz önünde tutulmas gereken noktalar aa!da sralanmtr. i. Mevcut kaynak ekipmanlar, ii. Kaynak operatörünün tecrübesi, iii. Doldurulacak parçalarn ekli ve ebatlar, iv. Doldurulacak parçalarn bulundu!u ortam, v. Mevcut sert dolgu kaynak malzemeleri. Sert dolgu kayna! uygulamasnda genel olarak kullanlan yöntemler unlardr [18]. i. Örtülü elektrot kayna!, ii. Gaz alt kayna!, iii. Özlü tel kayna!, iv. Tozalt kayna!, v. Oksi-Asetilen kayna!, vi. TIG kayna! Oksi - Asetilen ve TIG kayna! sert dolguda kullanlmakla beraber düük metal y!ma oranlar nedeniyle uygulama alanlar kstldr. Sert dolgu için istisnai durumlar haricinde yüksek y!lma oran gereklidir. Buna en uygun kaynak yöntemlerini uygulayarak istenilen oranda kaynak metalinin y!lmas sa!lanabilir. Uygulanacak her türlü kaynak yöntemlerinin kendilerine has avantajlar ve dezavantajlar bulunmaktadr. Bu nedenle sert dolgu yaplacak parçaya ve uygulamaya en uygun yöntem seçilerek istenilen özellikler ve dolgu miktar elde edilebilir [18].

36 Sert dolgu ala2mlarnn snflandrlmas Demir bazl sert dolgu alamlar metalürjik fazlarna veya mikro yaplarna göre alt gruplara bölünebilir ve her biri belli bir anma türüne, di!erlerine göre daha fazla direnç gösterir [15]. Bu alamlar üç ana grupta toplanrlar [19]. i. Östenitik alamlar, ii. Martensitik alamlar, iii. Karbürlü alamlar. Elektrotlardaki gelimeler, karlalan spesifik anma türüne göre, en yüksek direnç gösterecek malzemenin seçimine olanak sa!lamaktadr. Baz uygulamalarda anma türlerinin kombinasyonu etkilidir. Örnek olarak tek bir örtülü elektroda, birincil östenit ile ötektik karbürleri birletirerek, darbe ve anma direnci özelli!i kazandrlabilir. Alternatif olarak, manganl çelik üzerine veya manganl dolgu kayna! üzerine bir paso krom-karbür kaynak metali y!larak darbe ve anma direnci birletirilebilir. Bileik elektrot darbe direncinin daha önemli oldu!u yerde tercih edilebilirken, östenitik manganl çelik üzerine krom-karbür malzemede anmann daha önemli oldu!u yerde tercih edilebilir. Çeitli elektrotlarn mikro yaplarna göre uygulama alanlar Fekil 2.5 de Kotecki diyagramnda verilmitir [19]. Diyagramda karbon miktar dikey eksende ve alam miktar da yatay eksende gösterilmi ve diyagram mikro yap ve alam türüne göre bölünmütür. Sert dolgu ürünün, mikro yapsal özelli!i ve direnç gösterece!i anma türü diyagramdan bulunabilir. Birçok ürün burada birbiri ile kyaslanabilir ve uygulama için en iyi ürün seçilebilir.

37 19 Fekil 2.5. Fe bazl sert dolgu alamlarnn mikro yaplarna göre uygulama alanlar (Kotecki diyagram) [19] Östenitik sert dolgu ala2mlar Bu alamlar mikro yaplarnn oda scakl!nda dahi östenit olmas sebebiyle böyle adlandrlrlar. % karbon ve % alaml çelikler manganl östenitik çelikler veya Hadfield Çelikler olarak adlandrlrlar [17]. Bu alamlar genellikle temiz bir yüzey elde edilmesi istenen dolgularda ve karbürlü alamlarla doldurulacak manganl östenitik çeliklerde tampon tabaka olarak kullanlrlar. Östenitik alamlarn % 0.7 karbon ve % alam elementi içerenleri, düük alaml ve karbonlu çelikler üzerine yaplan ve ana metalden fazla karma olan durumlarda dahi tam östenitiklerdir. Bu durum bu tip sert dolgu alamlar karbonlu ya da düük alaml çeliklerin manganl çeliklerle birletirmelerinde ya da karbonlu çeliklerin sert dolgusunda manganl östenitik çeliklerden daha avantajl klar [17].

38 20 Östenitik sert dolgu alamlar oldukça tokturlar ve so!uk sertleme gösterirler. Ayn zamanda mükemmel darbe, orta abrazyon dayanm ve gerilim çatlaklar oluturmama özellikleri vardr. Bu tip alamlar 50 HRc ye kadar darbe ile sertleirler, bu durum onlara darbe dayanm yannda iyi bir abrazyon dayanm da sa!lar. Östenitik sert dolgu alamlar ayn manganl östenitik manganl ana malzeme gibi 250ºC nin üzerine çkmamaldr aksi halde gevrekleir ve krlr [17]. Martensitik sert dolgu ala2mlar Martensit, çeliklerin hzl so!umas sonucu oluan bir fazdr. Martensitik alamlar havada sertleebildiklerinden so!uma hz sonuçta oluacak sertli!i etkiler. Çatlaksz bir kaynak metali için ºC arasnda bir ön tav uygulanmal ve bu ilem yaplrken ana malzemede göz önüne alnmaldr [17,19]. Düük karbonlu ve düük alaml martensitik alamlar çeliklerin sert dolgu kaynaklarnda kullanlr. Bu tür alamlarn tokluk, skabilme dayanm ve metalmetale sürtünme dayanmlar iyi oldu!undan sert dolgu kaynaklarnda ve daha sert malzemelerde tampon tabaka olarak kullanlrlar. Biraz daha yüksek karbonlu ve daha yüksek alaml martensitik alamlar, oldukça yüksek kaynak sonras sertli!e sahiptirler. Bu sertlik, bunlara daha iyi metal-metale sürtünme ile abrazyon dayanm sa!lar, fakat tokluk düer. Bunlarn tokluklar temperleme ile yükseltilebilir. Sert dolguda daha çok tampon olarak kullanlrlar. Di!er bir grup martensitik alamlar da martensitik paslanmaz çeliklerdir. % 0.25 e kadar karbon, % 18 alam elementi ihtiva ederler. Bu grup alamlar sl oklara kar çok iyi dayanm gösterirler. Bu alamlar iyi metal-metale sürtünme ve orta seviyede korozyon direncine sahiptirler. Do!ru kaynak prosedürü ile merdanelerin sert dolgu kaynaklarnda baaryla kullanlrlar. Martensitik sert dolgu alamlar darbe ve adhezyon dirençleri yannda, uygun karbon ve krom miktar seçimi ile iyi abrazyon, darbe ve adhezyon direncine de

39 21 sahip olabilirler. Bu daha iyi çalma koullar sa!lar. Bu alam grubu birletirme kaynaklarnda ve östenitik ana metallerde kullanlamaz. Karbürlü sert dolgu ala2mlar Anma faktörünün yalnzca abrazyon oldu!u hallerde balca krom ve di!er karbürleri en az % 12 orannda içeren dolgu alamlar kullanlr. Karbürler kendilerini çevreleyen matristen daha serttir ve mükemmel abrazyon dayanm sa!lar. Abrazyon ve darbenin birlikte oldu!u hallerde karbon oran düük seviyelerde (% 3 ten az) olmaldr, karbürler matris içinde az miktarda da!lmtr ve bunlar iyi tokluk de!erinin yannda iyi bir abrasif direnç de sa!larlar [17,19]. Abrazyon ve yüksek scakl!n birlikte oldu!u hallerde karbür alam içinde karbon oran (%7 gibi) artt!nda abrazyon direnci yükselir, fakat tokluk düer. Bütün yüksek karbürlü sert dolgu alamlar gerilim nedeniyle oluan çatlaklar ihtiva ederler. Bu tür alamlar birletirme kaynaklarnda kullanlmamaldrlar. Karbonlu düük alaml, manganl östenitik çeliklerle ve dökme demirlerde özel kaynak prosedürleri ile uygulanabilir. Ana metal hatasz ve tok olmaldr. Kaynak dikiinin pullanp dökülmesini önlemek için karbürlü sert dolgu alamlar 2 4 paso ile snrlandrlmaldr. Çatlaklar ince malzemeye sirayet edebilir. Önce malzemeler üzerine sert dolgu yaparken gerilim çatlaklarnn olumamas için özel dikkat sarf edilmelidir. Bu tür alamlar 650 ºC ye kadar yüksek scaklklarda da abrazyon direncine sahiptirler ve mekanik yöntemlerle ilenemezler. Demir d2 sert dolgu ala2mlar Östenitik, martensitik ve karbürlü sert dolgu alamlar demir d sert dolgu alamlarna göre çok daha fazla kullanlrlar. Demir d sert dolgu alamlar genel olarak servis scakl!nn karbürlü alamlarn kullanm snrlarnn üzerine çkt! durumlarda kullanlrlar. Ni ve Co bazl olan bu alamlar tüm anma türlerine iyi direnç gösterirler, ancak yüksek maliyetleri nedeniyle çok özel durumlarda kullanlrlar.

40 22 Kobalt (Co) bazl sert dolgu alamlar Kobalt bazl alamlar yüksek scaklklarda kullanlrlar. Düük gerilimli kazc abrazyon kombinasyonlarnda, yüksek dayanma, ihtiyaç duyulan tokluk ve darbe direncine sahiptirler. Alamlara ba!l olarak metal metale sürtünme, korozyon ve oksidasyona dayankldrlar [17]. Nikel (Ni) bazl sert dolgu alamlar Nikel bazl sert dolgu alamlar baz, kobalt bazl sert dolgu alamlarnn maliyetini düürmek için kobalt yerine kullanlr. Nikel, demire göre, yüksek scaklklarda daha mukavemetli matrise sahiptir. Nikel bazl alamlar yüksek scaklk uygulamalar için kobalt bazl alamlarn ucuz alternatifleridir [17] Sert dolgu kayna nn uygulama alanlar Temel olarak sert dolgu kayna!nn uyguland! iki alan vardr. i. Anan parçalar orijinal boyutlarna getirmek için uygulanr. Bu ilemde sert dolgu kayna! veya sert dolgu + tampon pasolar olarak yaplabilir. Do!ru kaynak prosedürü uyguland! takdirde anm parçalar defalarca doldurularak kullanlabilir. ii. Yeni ve anmaya hassas metal parçalarn hzl anmasn önlemek için uygulanr. Bu yöntemde ise parçalarn servis ömrü en az iki kat artar. Her ne kadar kaynak malzemesi parçalarn maliyetini arttracak yönde etki etse de ana malzemenin ucuz malzemelerden seçilmesi ile bu maliyet düürülebilir Sert dolgu kayna nn uygulanmas Sert dolgu kayna!nda, gerçek dolgu kalnl! uygulamann ihtiyaçlarna göre de!iir. Genelde malzeme ne kadar sert ise o kadar ince uygulanr. Çok sert malzemeler için,

41 23 mesela krom karbür, pek çok uygulamada çok fazla çatlak oluumunu engellemek için iki pasodan fazla uygulanmamaldr. Krom-karbür malzemeler gerilim giderme srasnda çatlak olumas için tasarlanmtr. Jlk paso büyük birkaç çatlak yerine ince fakat çok sayda çatlaklarn oluumunu kontrol etmek için yüksek kaynak hz ile yaplmaldr. Baz sert dolgu kaynak uygulamalar özel kaynak prosedürleri gerektirir. Büyük andrc ve sert bir malzemeyle çalan bir de!irmen veya çene, malzemenin hareket yönünde kaynak yaplmas, svl karmn akt! bir tayc da hareket yönüne dik olarak kaynak yaplmas anmay azaltmakta etkili olabilir. Merdane üzerinde kaynak yaparken, spiral ekilde kaynak yapmak, uzunlama kaynak yaparken olabilecek çarplmay azaltmakta etkilidir.

42 24 3. SÜRTÜNME VE AINMA 3.1.Sürtünme Genel tarif ve snflandrma Genel anlamda sürtünme temasta olan ve izafi hareket yapan bir cismin temas yüzeylerinin harekete veya hareket ihtimaline kar gösterdikleri dirençtir. Fekil 3.1. Sürtünme çeitleri [21, 22] (a) kuru (b) snr (c) sv Jzafi hareket yapan yüzeyler arasnda bir ya!layc madde konulmas veya konulmamas bakmndan sürtünme olay kuru, snr ve sv olmak üzere üç halde incelenir. Genel anlamda kuru sürtünme birbirine göre izafi harekette bulunan ve do!aldan do!ruya temasta bulunan iki yüzey arasnda oluan sürtünmedir (Fekil 3.1.a). Yüzeyler arasnda bir ya!layc madde konulmas halinde iki durum ortaya çkabilir ve esas sürtünme ya!layc maddenin tabakalar arsnda oluur; bu hale sv sürtünmesi denir (Fekil 3.1.c). Jkinci durumda yani yüzeyler tamamyla ayrlmad! takdirde, snr sürtünmesi hali vardr (Fekil 3. l.b). Birbirlerine temas eden hareketli parçalar arsnda kayma, yuvarlanma veya kayma yuvarlanma mevcut olabilir. Böylece sürtünme kinematik bakmdan kayma yuvarlanma veya kayma-yuvarlanma sürtünmesi eklinde olur [21].

43 25 Kuru sürtünme Teorik olarak kuru sürtünmeyi ifade etmek için ekli 3.2.a da gösterilen model kullanlmaktadr. Buna göre izafi hareket yapan ve normal bir kuvvetin (F n ) etkisi altnda bulunan iki cismin temas yüzeyleri arasnda harekete kar F,= µf n de!erinde bir sürtünme kuvveti oluur. Burada µ-sürtünme katsaysdr [26]. Genel ifadeye göre sürtünme izafî hareket yapabilme olana!na sahip olan yüzeylerde oluur. Fekil 3.2.a da cisimlerin herhangi birine te!etsel bir F kuvveti tatbik edilirse, durum ortaya çkabilir. Birinci durumda F S >F yani sürtünme kuvveti kuvvetinden daha büyük olabilir. Bu halde F kuvvetine ra!men cisimler birbirleri üzerinde kaymazlar. Ancak hareket olana! oldu!undan, yüzeyler aras statik sürtünme denilen bir direnç meydana gelir. Kavrama, fren gibi sürtünme esasna göre çalan elemanlarda bu sürtünme hali vardr ve bu elemanlarn hesab bu denkleme dayanr. Jkinci durumda F S <F yani sürtünme kuvveti F kuvvetinden daha küçük olabilir. Kinematik sürtünme denilen bu halde, F kuvvetin etkisi altnda yüzeyler birbirleri üzerinde kayarlar [22]. Teknikte sürtünme hem istenilen hem de istenilmeyen bir olay olarak çkar. Fren, kavrama, sürtünmeli çarklar gibi makine elemanlarnda sürtünme istenilen bir olaydr. Bu gibi yerlerde sürtünme arttrlr. Bunlarn dnda, bütün izafi hareket yapan yüzeylerde istenilmeyen bir olay olarak ortaya çkan sürtünmenin azaltlmas gerekilir [21, 22]. Genellikle statik sürtünme katsays, kinematik sürtünme katsaysndan daha büyüktür. Kayma hz arttkça kinematik sürtünme katsays azda olsa azalr (Fekil 3.2.b). Fekil 3.2.b de görüldü!ü gibi sürtünme katsaysnn en büyük de!eri hareketin balangcndadr. Buna karlk normal kayma hzlarnda hza göre sürtünme katsaysnn de!iimi çok az oldu!undan sürtünme katsays sabit

44 26 saylabilir. Sürtünme olay incelenirken temas yüzeylerinin pürüzlü olduklar ve tam madensel temiz olmadklar gibi hususlar göz önünde tutulmaldr. Fekil 3.2. Kuru sürtünme modeli [22] Yüzeylerin durumu, yaplan inceleme ve deneylere göre kuru olarak tarif edilen madenlerin yüzeyleri aslnda atmosferi tekil eden elemanlarn etkisi altnda oksit, ya!, su buhar, pislik vs. gibi yüzey tabakalar ile kapldr (Fekil 3.3). Adsorpsiyon yolu ile oluan ve ancak elektronik mikroskoplarla varl! kantlanabildi!i bu tabakalar madensel yüzeylere kuvvetle ba!lanabilmekte ve yalnz çok etkin fiziksel ve kimyasal yöntemlerle temizlenebilmektedir. Ayrca yüzeylerdeki oksit tabakas, tala kaldrma veya temizlenmi yüzeylerin atmosferle etkileimi sonucu ani olarak meydana gelebilmektedir [26]. Fekil 3.3. Kuru sürtünme halinde yüzeylerin durumu [21] 1. pislik tabakas; 2. adsorpsiyon tabakas; 3. oksit tabakas 4. (so!uk) ekillendirilmi tabaka

45 27 Teknikte kullanlan elemanlarn yüzeyleri çeitli kimyasal bileikleri ihtiva eden tabi bir adsorpsiyon tabakas ile kapldr. Bunun sonucu olarak do!rudan do!ruya temas eden yüzeyler arasnda daima bu tabakalar bulunur. Sürtünme olayn açklamaya çalan birçok teoriler vardr. Bunlardan gerçe!e en yakn olan Bowden ve Tabor' un kaynak ba!lar teorisidir. Yukardaki olaylara dayanarak bu teori u ekilde açklanabilir. Yüksüz durumda yüzeyler belirli pürüzlük noktalarnda temasta bulunur (Fekil 3.4.a) Bu noktalarda tabi tabakalar arsnda ba!lar oluur. Yük tatbik edildikten sonra çok küçük olan temas yüzeylerinde çok büyük basnçlar meydana gelir. Bu basnçlarn altnda baz temas noktalarndaki tabi tabaka kopar, metalik temas meydana gelir ve yüksek basncn etkisi altnda bu noktalarda moleküler ba! eklinde mikroskobik kaynak ba!lan oluur. Bu ba!lar, tabii tabaka ba!lantsndan çok daha kuvvetlidir. Temasta bulunan elemanlarn izafi hareketi ancak bu ba!larn kopmas ile mümkündür. O halde sürtünme gerek metalik, gerekse tabi tabaka ba!larnn oluturdu!u dirençtir. Sürtünme kuvveti ise bu ba!larn kopmas için gereken kuvvettir (Fekil 3.4.b). Fekil 3.4. Mikro kaynaklarn olumas, a) pürüzlü yüzey temaslar, b) kaynak oluumu [21]

46 28 Yukardaki teoriye göre sürtünme katsaysn analitik olarak ifade etmek mümkündür. Buna göre yükü tayan A g temas alannda oluan metalik ba!larn yüzdesi a, bunlarn kesme mukavemeti t km, tabii tabakalar arasndaki ba!larn kayma mukavemeti t ko ve tabakann kopma mukavemeti ko ifade edilirse, sürtünme katsays; t Fs km = = + ( 1 ) F ko n t ko ko (3.1) olarak bulunur. Gerçek temas alan tamamen metalik temas noktalarndan meydana geldi!i durumda a = 1 olur ve böylece µ = t km/ ko (3.2) yazlr. Di!er taraftan sadece tabii tabaka ba!lar oldu!u halde a=0 olur ve sürtünme katsays için µ = t ko / ko (3.3) olarak elde edilir, a, t km ve ko de!erlerinin tayini çok güç oldu!undan pratikte yukardaki ba!lantlarn kullanlmas olanaksz gibi görünür. Buna ra!men bu ba!ntlardan u sonuçlan çkarmak mümkündür. Sürtünme katsays, metal kaynak ba! tekil etmi olan temas noktalarnn kesme mukavemetine (t km ), tabakann kopma mukavemetine ( ko ) ve tabii tabaka ba!larnn kayma mukavemetine (t ko ) ba!ldr, ko m ve t ko 'n ise büyük olmas halinde, sürtünme katsays da küçük olur. Metal kaynak ba! tekil eden olan temas noktalarnn kesme mukavemeti, temas halindeki malzemelerin cinsine ba!ldr. Bu bakmdan; i. Birbirleriyle kolayca alam haline gelebilen demir, krom ve nikel gibi sert malzemeler arsnda kuvvetli kaynak ba!lan olumaktadr. Sürtünme katsays düzensiz olarak de!imekte, yüzeyler üzerinde izler ve bir yüzeyden di!erine

47 29 malzeme transferi görülmektedir. Baz hallerde kaynama noktalar o kadar iddetli olur ki, yüzeyler birbirine kilitlenir, hareket sa!lansa bile yüzeyler tamamen bozulmu olur. Buna yenme denir. Bu olay yukardaki malzemelerin alamlar için de geçerlidir. ii. Benzemeyen ve birbirleriyle ilgili olmayan malzemeler daha hafif ve düzenli bir sürtünme olumakta ve yüzeyler üzerinde çok ince izler görülmektedir. iii. Birbiri üzerinde kayan malzemelerin biri sert, di!eri yumuak (örne!in, kalay, kurun, indiyum ve bunlarn alamlar) oldu!u takdirde, yumuak malzeme di!er malzemeyi kendi parçacklarndan oluan ince bir tabaka ile derhal kaplar ve bu ekilde iki yumuak malzeme birbiri üzerinde kaym gibi rol oynar. Bunun sonucunda sürtünme katsays azalr ve bu yüzeyler arasnda yenme olay meydana gelmez. Pratikte kalay alamlarnn çok iyi yatak malzemeleri olmalarnn nedeni bu olaya ba!ldr. Küçük bir sürtünme katsays elde etmek ve ar anmay önlemek için malzemeler ayn veya birbiriyle kolayca alam haline gelebilen cinsten olmamaldr. Ayrca malzemelerden birinin yumuak, di!erinin sert olmas gerekir. Snr sürtünmesi Yüzeyler arasnda bulunan herhangi bir ya!layc maddeye ra!men sv sürtünmesi hali oluturulamad! durumda snr sürtünmesi hali ortaya çkar. Pratikte en çok rastlanan bu sürtünme halinde sürtünme katsays genel olarak 0,02 ile 0,1 arasnda de!iir [23]. Yüzeyler arasna bir ya!layc madde konulmas haline ya!layc maddenin molekülleri, adsorpsiyon olaynn sonucu olarak madensel yüzeylere düzgün ve muntazam bir ekilde yaprlar. Yaplan deneyler göstermitir ki, polar karbonlu hidrojenlerin molekülleri aktif karboksil gruplar ile madensel yüzeylere ba!lanmaktadr (Fekil 3.5). Böylece yüzeyler üzerinde birkaç molekül tabakas kalnl!nda adsorpsiyon tabakalar olumaktadr [23].

48 30 Fekil 3.5. Snr sürtünmesi [23] Ya!n bu özelli!ine yapma kabiliyeti denir. Bu özellik ya! ve madensel yüzeylerin karlkl etkilerine ba!ldr. Oluan bu tabaka, tabii tabakada oldu!u gibi, metalik yüzeylerin do!rudan do!ruya temasa geçmesini önler. Ancak ya! tabakas ile tabii tabaka arasnda önemli bir farkdr. Havann etkisi ile oluan tabii tabakann esas oksit tabakasdr; burada tesadüfen bulunan ya! molekülleri çok azdr. Ya! tabakas ise tamamen ya! moleküllerinden oluur ve özelli!ini buraya ya!lamak amacyla konulan ya! maddesinden alr. Ya! tabakasnn tabii tabakaya göre kopma mukavemeti çok daha büyüktür ve bunun sonucu olarak do!rudan do!ruya madensel temasta olan yüzeyler daha azdr. Yapm ya! tabakasnn kopma mukavemeti kf ve kayma mukavemeti Tkf ile ifade edilirse, eitlik (3.2) denklemi burada da geçerlidir. Jyi bir ya!lama sisteminde a çok küçük oldu!undan sürtünme katsays; µ T kf / kf (3.4) olarak bulunur. Burada önemli olan ya! tabakasnn kopma ve kayma mukavemetleridir. Adi ya!larn oluturdu!u ya! tabakasnn kopma mukavemetinin büyütmek veya kayma mukavemetini azaltmak için ya!lara katk denilen bir takm ek maddeler konulur. Genellikle organik ya!lardan oluan katk maddeleri ya! içerisine çok az miktarda konulur. Bu maddeler metalsel yüzeylerle kimyasal reaksiyona girerler ve yüzeyler

49 31 arasnda, kopma mukavemeti yüksek olan yar sv halinde madeni sabunlar meydana getirirler. Böylece snr sürtünme; srf adsorpsiyon tabakalarndan oluan fiziksel veya kimyasal reaksiyonu sonucu meydana gelen tabakalarndan oluan kimyasal esasna dayanabilir. Pratikte kuru sürtünmede oldu!u gibi snr sürtünmesi bölgesinde çalan sistemlerin sürtünme katsaylar deney ile tayin edilir [23]. Sv sürtünme Sv sürtünmesi, madeni yüzeylerin bir ya! tabakas tarafndan tamamen ayrlm oldu!u sürtünme haildir (Fekil 3.6). Yüzeylerin pürüzlü!ü göz önüne alnrsa, analitik bakmndan sv sürtünmesi [23]. Fekil 3.6. Sv sürtünme [23] Ho > R t1 + R t2 (3.5) ba!nts ile ifade edilebilir. Burada R t1 ve R t2 her iki yüzeyin maksimum pürüzlülü!üdür. Madensel yüzeylerle do!rudan do!ruya temasta bulunan ya! tabakalar, adsorpsiyon yolu ile bu malzemelere tamamen yapm oldu!u görülür; öyle ki U hzyla hareket eden yüzeye yapm olan tabakann hz U; sabit yüzey üzerindeki tabakann hz ise sfrdr. Ara tabakalarnn hz y mesafesine ba!l olarak U ile sfr arasnda de!iir. Böylece sv sürtünmesi halinde sürtünme esas itibariyle birbiri

50 32 üzerinde kayan ya! tabakalar arasnda olumaktadr. Viskoz bir akkanda meydana gelen kayma gerilmeleri Newton kanununa göre du = dy (3.6) eklinde, belirtilebilir. Burada -ya!n viskozitesi, du/dy-y mesafesine göre hz de!iimi (gradyan) veya kayma orandr. Kayma gerilmelerine ba!l olan sürtünme kuvveti ve sürtünme katsays du Fs = A ; = F s / F (3.7) dy olarak yazlr. Burada; (µ/h)a (3.8) eklinde ifade edilir, burada h-ya! tabakasnn kalnl!dr. Sv sürtünmenin oluumunda rol oynayan esas etken ya! tabakasnda meydana gelen basnçtr. Basnç oluumu Hidrodinamik ve Hidrostatik olmak üzere iki olaya ba!ldr. Hidrodinamik sv sürtünmesinde, yüzeylerin kinematik ve geometrik artlarna ba!l olarak ya! tabakasnda kendi kendine bir basnç alan oluur. Basnçl bir ya! filminin oluabilmesi için kinematik ve geometrik artlar, yüzeylerin birbirine göre belirli bir izafi hza sahip olmas ve ya! tabakasnn hareket yönünde daralmasdr. Pratikte bu iki art, e!ik düzlemsel yüzeylerde (eksenel yataklarda, Fekil 3.7.a) ve birbirine göre eksantrik bir durumda olan silindirik yüzeylerde (radyal yataklarda, Fekil 3.7.b) gerçekleir.

51 33 Fekil 3.7. Hidrodinamik sv sürtünmesi [24] a) eksenel yataklarda sürtünme, b) radyal yataklarda sürtünme Hidrodinamik sv sürtünmesi kinematik ve dinamik artlara ba!l oldu!undan uygulama alan snrldr. Genellikle bu sürtünme hali, izafi hareketin sürekli oldu!u ve ya! tabakasnn hareket yönünde darald! sistemlerde oluur. Öteleme hareketi srasnda hareket yönünde daralan bir ya! tabakas olutu!u taktirde, çok ksa süreli bir sv sürtünmesi hali gerçekleebilir; ancak bu sürtünme hali hiçbir zaman sürekli olmaz. Fekil 3.8.a da hidrodinamik sv sürtünmesinde sürtünme katsaysnn hz ile de!iimi görülmektedir. Görüldü!ü gibi hidrodinamik sv sürtünmesi bölgesinde çalan sistemlerde hareketin balangcnda ve durma srasnda kuru ve snr sürtünmesi halleri ve bunlara ba!l olarak anmalar meydana gelir. Bu nedenle hidrodinamik sv sürtünmesi halinde sitemlerin anmas tamamen önlemez. Hidrodinamik sv sürtünmede ya!layc maddeler olarak sv, gaz veya gres kullanlabilir. Buna göre sv sürtünmesi halleri Hidrodinamik, Gazodinamik veya Reodinamik olarak isimlendirilir. Hidrostatik sv sürtünmesi halinde, d kuvvetin dengelenmesi ve yüzeylerin birbirinden ayrlmas için gereken basnç, bir yüksek basnçl pompa vastas ile dardan sa!lanr ve ya! basnç ile yüzeyler arasna gönderilir (Fekil 3.9). Bu durumda bütün sistemlerde, yüzeylerin kinematik ve geometrik artlarna ba!l

52 34 olmakszn sv sürtünmesi sa!lanabilir; yani hidrostatik sv sürtünmesi hareketsiz yüzeylerde de oluturulabilir. Böylece bu gibi sistemlerde hareketin balangcnda ve durma srasnda sv sürtünmesi hali vardr (Fekil 3.8.b), kuru veya snr sürtünmesinin bulunmad! bu ya!lama durumunda anma da yoktur [22, 23]. Fekil 3.8. Sürtünme katsaysnn de!iimi [23] (a)hidrodinamik, (b)hidrostatik, (c)rulmanlar Fekil 3.9. Hidrostatik sv sürtünme [23] Bu üstünlüklerine ra!men hidrostatik sv sürtünmesi ile çalan sistemlerin mahzurlar u ekilde özetlenebilir. Tesisat bakmndan (motor, pompa, süzgeç, dirençler) oldukça kark ve pahal bir sistemdir; bu tesisatta bir arza oldu!u ve yata!a ya! gönderilmedi!i durumda, yüksek hzda çalan elemanlar direkt temasa

53 35 geçerler ve iddetli bozulmalar meydana gelir. Ancak modern sistemlerde, bu durumu önlemek için uyarc cihazlar konulur. Ya!layc maddeler sv, gaz veya gres olabilir. Buna göre sistemler Hidrostatik, Gazostatik veya Reostaitik olarak isimlendirilir. Teknolojinin gelimesi ile ya!lama alannda da yeni yöntemler uygulanmaya balanmtr. Örne!in sv sürtünmesi bölgesinde çalan sistemlerdeki ya!layc elektromanyetik alan içerisinde bulunursa, bu sitemlere, sv sürtünmesinin cinsine göre Magnetohidrodinamik, Magnetogazodinamik, Magnetohidrastatik denilmektedir [23]. Yuvarlama sürtünmesi Yuvarlanma sürtünmesi, yuvarlanma hareketine kar temas yüzeylerinde oluan dirençtir. Teorik bakmdan tam rijit ve yüzeyi pürüzsüz olan tam silindirik veya küre eklinde bilye elemann, rijit pürüzsüz bir düzlem üzerinde serbest yuvarlanmasnda (Fekil 3.10.a), hiçbir sürtünme kuvveti meydana gelmez. Aslnda bu tür elemanlarn temas yüzeylerinde Hertz tipi elastik ve daha az olarak da plastik deformasyonlar oluur (Fekil 3.10.b). Ayrca hareket yönüne do!ru temas alannda bir dalga meydana gelir (Fekil 3.10.c) [21, 23].

54 36 Fekil Yuvarlanma sürtünmesi [21] a) pürüzsüz yüzeyde yuvarlanma, b) plastik deformasyon oluumu, c) deformasyonla dalga oluumu, d) kayma oluumu, e) sürtünme momenti Dolaysyla F n kuvvetine kar basnçlarn tepkisi f de!eri ile ileri kayar (Fekil 3.10.d). Bu durumda, elemann yuvarlanmasnda meydana gelen yuvarlanma sürtünme momenti (Fekil 3.10.e), M sr = F n. f (3.9) ve yuvarlanmay gerçekletiren kuvvet F h =F n. f ba!ntsndan h R de!eri ile; F = (f/h)f n (f/r)f n = µ r F n (3.10) olarak bulunur. Burada: f-mm veya cm ile ifade edilen yuvarlanma sürtünmesinin kolu ve u r = f/r-yuvarlanma sürtünme katsaysdr (3.10) ba!ntsna göre yuvarlanmada harekete kar direnci simgelemeyen sürtünme kuvveti F sr = µ r F n (3.11) eklinde ifade edilebilir. Bu kuvvet F so = µ r F n statik sürtünme kuvveti ile karlatrlra F sr <F so yani µ r = f/r< µ o oldu!u durumda eleman kaymakszn sadece yuvarlanr; F sr >F so yani µ r = f/r> µ o oldu!u halde eleman yuvarlanmaz, sadece kayar. Yuvarlanma hareketi ve buna ba!l olan yuvarlanma sürtünmesi, yukarda

55 37 gösterilen olaylardan çok daha karktr. Harekete kar direnç, temas yüzeylerinde oluan kayma, histerezis, yüzey enerji kayplar, geometrik düzgünsüzlükler gibi olaylara ba!ldr. Fekil Elastohidrodinamik sürtünmesi [24] a) hidrodinamik sv sürtünmesi, b) elastohidrodinamik sürtünmesi Yuvarlanan yüzeyler arasnda yeterli ya! bulundu!u durumda, bir hidrodinamik sv sürtünmesi oluabilir (Fekil 3.11.a). Fakat Hertz basnc ve ekil de!itirmeler de dikkate alnrsa burada esasen Elastohidrodinamik denilen bir sv sürtünmesi meydana gelir (Fekil 3.11.b). Pratikte yuvarlanma hareketi dili, kam mekanizmalarnda ve rulmanlarda rastlanr. Bu nedenle yukarda gösterilen olaylar bu sistemlerde önemlidir [23, 24] Sürtünme kanunlar Sürtünme kanunlarnn belirlenmesinde iki temel esas vardr ve bunlar büyük oranda uyumluluk gösterirler. Birinci kanun; temas eden yüzeyler arasnda oluan sürtünme kuvveti, görünür temas alanndan ba!mszdr. Jkinci kanun; sürtünme kuvveti, cisimler arasndaki normal yükle do!ru orantldr. Böylece bir cisim di!eri üzerinde kayarken e!er normal yük iki katna çkartlrsa, sürtünme kuvveti de iki katna çkar. Bu kural daha çok Amontos kural olarak bilinir ve ilk kez 1699 ylnda Fransz bilim adam Amontos tarafndan açklanmtr. Üçüncü bir kural olarak da; kinetik sürtünme kayma hzndan yaklak olarak ba!mszdr. Bu kuraln ilk ikisine göre uygulanabilirli!i daha düük de!erlerlerdir. Üçüncü kural Coulomb tarafndan 1785 ylnda açklanmtr [25].

56 Sürtünme katsays Bilindi!i gibi iki malzeme birbirine temas edecek ekilde yerletirilirse, malzemelerin birbiri üzerinde kaymasn sa!lamak için uygulanan kuvvete dik yönde olacak ekilde, bir sürtünme kuvveti oluur. Kaymay balatan kuvvet (F s ) ile temas yüzeyine etki eden kuvvet (F n )arasnda, F s = µ s. F n ba!nts mevcuttur. Burada µ s, statik sürtünme katsaysdr. Birinci durumda, te!etsel kuvvete ra!men cisimler birbiri üzerinde kayamaz, yani hareket edemezler. Bu durumda hareket olana! olmad!ndan yüzeyler arasnda "statik sürtünme" denilen bir direnç oluur ve Newton kanununa göre F s sürtünme kuvveti te!etsel sürtünme kuvvetine eit ve ters yöndedir. Böylece; F s = F t yazlabilir. Kavrama ve fren gibi sürtünme ile çalan sistemlerde gerçekte bu sürtünme hali mevcuttur. Di!er durumda ise, F k te!etsel kuvvetin etkisi altndaki yüzeyler birbiri üzerinde kayarlar. Fekil 3.12 de görüldü!ü gibi, kinetik veya dinamik sürtünme kuvveti denilen bu halde, F s sürtünme kuvveti F k te!etsel kuvvetinden daha küçüktür ve harekete ters yöndedir. Kaymann balamasyla birlikte sürtünme kuvvetinde bir azalma görülür ve bu durumda, F s = µ k F n ba!nts yazlabilir [27]. Fekil Statik ve dinamik sürtünme katsaylar [25] Kinetik sürtünme katsays µ k, statik sürtünme katsays µ s ' den daha küçük de!erdedir. Bunun sebebi, dinamik haldeki yüzeylerde bulunan küçük çkntlar

57 39 statik haldeki gibi yapmak, ç, n gerekli zaman bulamazlar. Bu nedenle geçilmesi gereken temas alan azalr, l numaral eitlik göz önüne alnacak olursa, µ k de!eri µ s ' ye göre daha küçük de!er alacaktr. Kayma durur durmaz, sürtünme temas yüzeylerinin çok az büyümesine müsaade eder ve burada, yaynma mekanizmas ba!larn kuvvetlenmesini sa!lar. Böylece sürtünme katsays yeniden µ s de!erine ular [25] A2nma Anma kat cisimlerin yüzeylerinden çeitli etkenlerle sürekli malzeme kayplarnn ortaya çkmasdr. DIN ve ASTM G40 93 standartlarna göre anma; "kullanlan malzemelerinin baka malzemelerle (kat, sv veya gaz) temas neticesinde mekanik etkenlerle yüzeyden küçük parçacklarn ayrlmas sonucu meydana gelen ve istenmeyen yüzey bozulmas" eklinde tanmlanmaktadr. Kat cisimlerin yüzeyleri oksitlerle ya da ya!layclarla kaplansalar bile oksit filminin mekanik yük altnda parçaland! ve ya!laycnn adsorbsiyonunun zayf oldu!u yerlerde, yer yer kat-kat temas olur. Bu temaslar ise anmaya neden olmaktadr. Bu ekilde, yüzeyler ilk ekillerini kaybederler. Parçalar arasndaki boluklar büyür,güü1tü ve titreimler meydana gelir, verim azalr. Ksaca makine amaçlanan fonksiyonunu normal bir ekilde yerine getiremez [28]. Bir anma sisteminde; i. Ana malzeme (anan), ii. Kar malzeme (andran), iii. Ara malzeme, iv. Yük ve v. Hareket temel unsurlar olarak saylabilir. Bütün bu unsurlarn oluturdu!u sistem, teknikte tribolojik sistem olarak adlandrlr ve Fekil 3.13 de böyle bir sistemin ematik gösterimi verilmitir.

58 40 Fekil Tribolojik bir sistemin ematik olarak gösterimi [28] A2nma hasarlar Anma makine ve konstrüksiyon tasarmnda çok önemlidir. Temas eden yüzeylerde sürtünme kuvvetleri güç kaybna, anma ise ileme toleranslarnn azalmasna neden olmaktadr. Anma sorunlarnn yaand! tesislerde, meydana gelen anma maliyetini be grupta toplamak mümkündür. i. Anm ve dolaysyla kullanlamaz dununa gelmi parçann ve yenisinin maliyeti, ii. Anma yüzünden tesisteki proses parametrelerinin meydana getirdi!i maliyet. Örne!in, ka!t fabrikasnda anma yüzünde silindirlerin dönme hznn ve dolaysyla üretimin artrlmas gibi, iii. Bakm ve onarm için tesisin durdurulmas sebebiyle oluan üretim kayb ve dolaysyla üretimin durdurulmas ve yeniden balatlmasyla (ön stma gibi) maliyeti, iv. Anmann önceden tahmin edilememesi yüzünden meydana gelecek kazalarn sebep oldu!u kayplar, v. Yukardaki sorunlarn daha az yaand! rakip firmalarla rekabet edememenin meydana getirdi!i maliyet.

59 A2nma türleri Anma, hareketli makine parçalarnn ömürlerini, performanslarn azaltan ve bu parçalarn bozulmasna neden olan çok önemli bir faktördür. Bu sebeple, ekonomik açdan anmasnn neden oldu!u kayplar ve hasarlar çok büyük olmaktadr. Rabinowicz anmay dört temel grupta toplamtr [30]. Bunlar; adhesiv anma, abrasiv anma, kalkma veya oyuklanma ve kimyasal veya korozif etkidir. Problemin do!ru olarak çözülmesi için anma mekanizmasnn çok iyi anlalmas gerekmektedir. Anma; ya!layc tipi, scaklk, yük, hz, malzeme, ürünün yüzey bitirme ilemi ve sertlik gibi özelliklerinin de!itirilmesinden etkilenmektedir. Anmann gözlenmesinde ortaya çkan izler mekanizmann belirlenmesinde oldukça önemlidir. Ancak Dorrison oluan izlerden mekanizmann belirlenmesinin oldukça zor oldu!unu göstermi, ço!u zaman bir mekanizmann etkili oldu!unu belirtmitir [30]. Genel olarak anma, d etkiler altnda, temas yüzeylerinde oluan fiziksel ve kimyasal de!iimlerin sonucudur. D etkileri, fiziksel ve kimyasal de!iikliklerin çoklu!u nedeniyle pratikte, bir anma hali de!il, birçok anma halleri vardr. Adhesiv, abrasiv, oyuklanma ve kalkma, kazma olmak üzere dört grupta toplanr. Adhesiv a2nma Özellikle kayma sürtünmesi yapan, metalografik yaplar birbirine benzeyen iki metalin yüzeyleri arasnda adhesiv çekim kuvveti oluur [30]. Adhesiv anma en çok rastlanan anma türüdür. Bu anma, birbiriyle temas halinde bulunan iki metalin yüzeylerinin, yüksek basnç ve meydana gelen scaklk yükselmesi ile birlikte, metallerin yüzey ksmlarnda bir kaynama meydana gelir. Çalma esnasnda bu kaynaklar birbirlerinden ayrlrken yüzeylerinden ufak parçacklar kopar. Bu ekilde meydana gelen anma Adhesiv anmadr [31].

60 42 Adhesiv anma en kolay alam yapan benzer malzemelerde görülür. Bu anma ba!l hza, normal kuvvete, yüzeylerin sertli!ine ba!ldr. Yüksek hz ve yüklerde görülen bu anma yüzeydeki oksit ve nem tabakasnn etkisindedir. Adhesiv anma en çok benzer kristal kafes yapl malzemelerde görülür. Benzer kristal yapsna sahip metallerin, hareket ve sürtünme nedeniyle scakl!n artmasyla birlikte yüzeylerinde kaynama daha kolaydr. Buradaki kaynama terimi bazen yanl anlalmalara neden olur. Föyle ki kaynak yüksek scaklklarda meydana gelen bir birlemedir. Adhesiv anma durumunda ise temas bölgelerindeki scaklklar düük olabilir. Burada meydana gelen kaynak so!uk kaynak olarak tarif edilebilir. Fekil 3.14 de adhesiv anmada kaynak ba!nn oluumu görülmektedir [30]. Birbiriyle temas halinde bulunan metaller, yüzeylerindeki pürüzler vastasyla etkileirler. Çok düzgün yüzeylerde bile bu durum söz konusudur. Metalin a!rl!nda veya herhangi bir yükleme durumunda, pürüz tepelerinde meydana gelen gerilme sonucu plastik deformasyon oluur. Malzemenin deforme edilebilirli!i kolay ise temas alan artarak bütün yüzeye da!lr. Bu durumda yüzeylerde bulunan absorbe olmu sv veya gaz molekülleri ve oksit tabakalar parçalanarak, malzeme moleküllerinin direkt temas etmelerine olanak verir. Böylece temas noktalarnda so!uk kaynak bölgeleri oluur. Bu bölgeler izafi hareket durumunda, sürtünme kuvvetinin etkisiyle krlarak yüzeyler arasna tanr. Bu ekilde meydana gelen malzeme kaybna Adhesiv anma denir. Fekil Adhesiv anmada oluan kaynak ba! [32]

61 43 Sürtünme esnasnda malzemenin yüzeylerinde meydana gelen kaynak ba!larnn krlmas tam temas yüzeylerinde meydana gelmesi durumunda malzemenin kayb olmaz [31]. Fakat krlmann malzemenin temas yüzeyinin uza!nda veya herhangi birinin içinde olmas durumunda, krlan parçalar bir yüzeyden di!er yüzeye geçerek malzeme transferi meydana gelir. Fekil 3.15 de adhesiv anmada oluan kaynak ba!larnn kopmas ve malzeme transferi ematik olarak gösterilmitir [33]. Metallerin birinin di!erine göre yumuak olmas durumunda, meydana gelen kaynak ba! vastasyla krlma yumuak malzemede olur ve malzeme transferi sert olan malzemeye do!ru oluur. Fakat yüzeyde bulunan nitrürler ve oksitler koparak yumuak malzemeye gömülerek sert olan malzemeyi andrabilir [34]. Ortam ss, yüzey pürüzlülü!ü, hareket hz ve ortam basnc anmann iddetini arttran temel faktörlerdir. Adhesiv anma miktar uygulanan yük ile ve alnan yol ile do!ru orantl olup andrlm yüzeyin sertli!i ile orantldr [14]. Fekil Kaynak ba!larnn kopmas ve malzeme transferi [33] a) yüzeyde kaynak ba!lar, b) malzeme transferi, c) anma taneciklerinin teekkülü Metaller arasndaki ya!lamann adhesiv anmaya çok büyük etkisi vardr. Metal - metal anmasnda metal yüzeylerin sürtünmesi ve birbiri üzerinde kaymas srasnda yüzeylerden parçacklar kopar. Ya!lama olmad!nda sk sk kopan parçalar di!er metale yaparak anmay artrr [20]. Adhesiv anmann söz konusu oldu!u durumlarda, sökülüp taklmas ve tamir olmas kolay olan parçann di!erine göre

62 44 yumuak olmas tercih edilir. Örnek olarak ana diliye göre küçük olan pinyon dilisinin yumuak olmas istenir. Adhesiv anma genellikle yataklarda, dililerde, kam mekanizmalarda ve demiryollarnda çalan teker - ray sistemlerinde görülür. Yüksek yükleme ve hz durumlarnda, ya!lama anmann azaltlmasn sa!lar. Yaplan çalmalarda azotlu ortamdaki anmann, karbondioksitli ortamda meydana gelen anmadan daha fazla oldu!u ispat edilmitir. Yüzeyler arasnda bulunan oksit, CO 2, nem ve N gibi maddeler adhesiv anma miktarnn azalmasn sa!lar [26]. Yüzeyler hareket ettirildi!inde balangçta yüzeylerin temas sivri tepeciklerde oldu!undan yüksek gerilmeler meydana gelir ve anma hzla artar. Sivri noktalarn düzlemesi ve kopan partiküllerin ya!lar tarafndan uzaklatrlmas ile yüzey temas çok geni bir alana yaylr. Dolaysyla gerilme düer ve anma miktar azalr. Anmann balangcndaki alma anmasna (rodaj) denmektedir. Bu anmada yüklerin yüksek olmas tehlikelidir. Tüm ya!lamal sistemlerde alma anmas uygun artlarda, ar yüklenmeden gerçekleirse faydal olur. Alma anmas ile anma miktar atlarak yüzeyler düzgünleir. Dolaysyla temas alan artarak yük düer. Jkinci bölgedeki anmaya durgun anma denir ve uzun süre önemli bir anma meydana gelmez. Tezgâh ve makinelerin ömrünü bu anma tayin eder. Durgun anma sonunda ar anma meydana gelir. Bu anma durumunda malzeme çiftleri birbirine tamamen yapabilir [20]. Rabinowicz ve Tabor anma ve ya!layclar üzerine baz çalmalar yapmlar ve yüzeylerde ya!layc olmazsa yüzeye dik olan yükün artna ba!l olarak, anmann da lineer olarak artt!n bulmulardr. Yüzeye ya!layc uygulanmas durumunda ise, malzeme transferinin azalmas kadar, sürtünme kat saysnn da düürüldü!ünü gözlemlemilerdir. Skorski ço!u metaller için yapma sabitinin sürtünme katsays ile ilikili oldu!unu göstermitir ve malzeme transferindeki azalmann üphesiz olarak, yapmann boyut ve saysndaki azalmann bir sonucu oldu!unu göstermitir. Bu çalmalar adhesiv anmann baz genel özelliklerinin çkartlmasnda faydal olmutur [33].

63 45 Bunlar; i. Anma miktar normal yükle orantldr ii. Anma miktar kayma mesafesiyle orantldr iii. Anma miktar anan yüzeyin sertli!i ile orantldr. Bu çalmalar, gösterilen parametrelerin de!itirilmesine ba!l olarak, birçok anma probleminin çözülebilece!ini göstermektedir. Metalografik çalmalar sonucunda belirlenen balca özelliklerden biri de, malzeme tanmnn yumuak metal yüzeyinden sert olan metal yüzeyine do!ru olmasdr. Adhesiv anmann etkisini azaltmak için düünülen birçok faktör vardr [29]. Bunlar içerisinde ya!layc uygulamas tatmin edicidir ve malzeme seçiminde en çok çallan konular arasndadr. Aratrmalar ve deneyler sonucunda adhesiv anmann azaltlmasnda baz uygulamalarn faydal oldu!u görülmütür [26]. Bunlar; i. Malzeme çiftleri düük kat çözünürlü!e sahip olmaldr. Roach, Goadzeit ve Hunnicut adhesiv yapmada alamlamann çok etkili bir parametre oldu!unu belirtmilerdir. ii. Malzemenin di!er mühendislik özelliklerini bozmayacak ekilde mümkün oldu!unca sert olmas gerekmektedir. Genellikle sert metaller çok zor plastik davran gösterirler ve daha düük sürtünme katsaysna sahiptirler. Rabinowicz silisyumun çok iyi bir ekilde kayma sistemine sahip olarak yüzey sarma etkisinin oldu!unu iaret etmitir. Skorski, metallerin yapmasn etkileyen faktörleri özetlemitir. Bu faktörler Çizelge 3.2 de görülmektedir. iii. Adhesiv anmas, benzer veya kolay alam yapabilen malzemeler arasnda meydana gelmektedir. Bu bakmdan malzeme çiftinin birisi sert (örne!in çelik) di!eri yumuak, (örne!in bronz) veya kalaya dayanan yatak malzemesi olmas eklinde seçilmelidir. iv. Ya!lanmann etkisi çok büyüktür. Snr sürtünmesi bölgesinde dahi, yüzeylere

64 46 yapm ya! tabakas büyük ölçüde adezyon anmasn önlemektedir. Yüksek hz ve basnç altndaki yüzeyler arasna katkl (aditifli) bir ya! konulursa, anma ve bilhassa yenme önlenebilir. Buna göre adezyon kuvvet anmasn önlemek için iyi bir ya!lama yöntemi sa!lanmal ve uygun ya!layc maddeler ile katklar kullanlmaldr. Yenmeyi önleyen ya!lara, yüksek basnçl ya!lar denilmektedir. Çizelge 3.1. Metallerin adhesyonunu etkileyen faktörler [33] Özellik Büyüklük Adhesyon Katsays 1. Yüzeye yardmc bir madde süre Yüksek Düük 2. Kristal sistemi Kübik Hegzagonal Düük 3. Deformasyon sertlemesi katsays Yüksek Yüksek 4. Saflk Yüksek Düük 5. Sertlik Yüksek Düük 6. Elastik modül Yüksek Düük 7. Ergime scakl! Yüksek Düük 8. Yeniden kristalleme scakl! Yüksek Düük 9. Atomik yarçap Düük Düük 10. Yüzey enerjisi Yüksek Yüksek Hegzagonal sk paket yapda olan çinko metali üzerinde çallmtr. Büyük oranlarda bir de!iimin olmad! görülmütür. Aksine yüzey merkezli kübik yapda olan bakr üzerindeki çalmalar büyük ölçüde etkinin var oldu!unu göstermitir. Abrasiv a2nma Bu anma ekli kaba sert bir yüzeyin veya içinde sert tanecikler ihtiva eden bir yumuak yüzeyin, daha yumuak bir yüzeyin üzerinde kaymas ve yumuak yüzeyde bir takm oluklar açlmas halidir. Oluklardan çkan malzeme genellikle gevek andrma parçacklar eklinde kalr [34]. Sürtünen iki yüzey arasna dardan giren yada iki yüzey arasnda oksitlenmeden dolay meydana gelen daha sert bir maddenin yüzeylerde yapt! hasar olarak tanmlanr. Bu sert maddeler, yüzeylerde talama ileminde oldu!u gibi bir malzemeden parça kopartlmas olay ile benzer ilem

65 47 gösterirler [35]. Abrasiv anma, anma türlerinin arasnda en önemlisidir. Çünkü toplam anmann %63 ünü içerir [36]. Yüzeylere bask kuvveti uyguland! zaman sert yüzey üzerindeki asperiteler (kaba parçalar) yumuak yüzeye gömülür. Dolaysyla yüzeyleri hareket ettirmek için bir kuvvet uyguland! zaman asperiteler yumuak yüzeyi kazrlar. Anma yumuak ve sert iki yüzey arasnda oldu!u gibi sert taneciklerin yüzey üzerinde akmas ile de gerçekleir. Üç cisimli anmada yüzeyler arasndaki sert tanecikler tam bir kayma hareketi yapmaz, bazen de yuvarlanrlar. Bu nedenle anma daha yava olur. Metalin (anan malzeme) sertli!i (Hm) ve andrcnn sertli!i (Ha) olmak üzere Hm/Ha bir kstas olarak kullanlr. Hm/Ha <0.8 ise metalde çok ar kazma anmas meydana gelir. Talal imalatta istenen durum budur. Hm/Ha >0.8 ise kazma anmas düüktür. Hm/Ha [ 1 ise metalde kazma anmas meydana gelmedi!i belirtilir [24]. Günümüzdeki otomobil motorlar, motor blo!unun ilenmesi srasnda olumu sert dökme demir tozlar içerir. E!er bu parçacklarn kalnl! en ince ya! filminin kalnl!ndan daha fazla ise abrasiv anma meydana gelir. Bu problemin çözümü için iki yol mevcuttur. Bunlardan biri komu yüzeyleri yabanc parçacklardan daha sert yapmaktr. Bu nedenle krank millerinin yüzeyleri sertletirilir [37]. Abrasiv anma iki cisimli ve üç cisimli abrasiv anma olmak üzere iki ekilde meydana gelir. Jki cisimli abrasiv anma, sert ve pürüzlü bir yüzeyin kendinden daha yumuak bir malzeme ile temas etti!i durumda, kuvvet ve basncn etkisiyle yumuak malzeme yüzeyinde oluan çizikler ve küçük parçacklar kaldrarak meydana gelen anma, iki cisimli abrasiv anma olarak tarif edilebilir. Jki cisimli abrasiv anmaya kaz makineleri, toprak ileme aletleri, e!eleme ve zmparalama ilemi örnek olarak verilebilir [26, 33]. Üç cisimli abrasiv anma, metal-metal sürtünmesi durumunda adhesiv veya iki cisimli abrasiv anma olarak balayp üç cisimli abrasiv anma olarak devam eder. Bu anmada iki metal arasna sert tanecikler girer ve malzeme üzerinde çizikler oluturarak anmay meydana getirir [38]. Araya giren tanecikler toz, kum, mikro talalar ve parçalanm oksit tabakalar vb. taneler olabilir [26]. Kum gibi bir

66 48 parçac!n ara yüzeye girmesi sonucunda abrasiv anma artar ve her iki yüzeyde de de!iiklikler meydana getirir [39]. Üç cisimli abrasiv anmann anmay hzlandrd! tespit edilmitir. Bu nedenle sert taneciklerin araya girmesine engel olunmaldr [26]. Malzemelerin yüzeylerinin durumlar de!itirilerek korozyona, çarpmaya ya da abrasiv anmaya kar direnci artabilir [20]. Fekil 3.16 da üç cisimli abrasiv anma mekanizmas ematik olarak görülmektedir [33]. Abrasiv anmadaki sürtünme katsays metal malzemenin mekanik davranna ve abrasiv parçann karakteristikleri, özellikle abrazyon durumunda geometrisine göre de!iir. Goddart ve Wilmon a göre abrazyon oluumundaki ilikide (metal-abrasiv, metal-metal, abrasive-metal) sürtünme katsays de!iik ekilde olabilir [40]. Fekil Üç cisimli abrasiv anma mekanizmas [33] Fekil Abrasiv tane boyutunun fonksiyonu olarak iki metalin anma oran [34]

67 49 Çizelge 3.2 de tipik abrasiv anma uygulamalar ve anma miktarlar verilmektedir. Burada görülmekte olan önemli bir durum, oymal sürtünme anmasnn son derece yüksek anma hzlarna sahip oldu!udur. Di!erleri, e!er yüksek uygulama hzlarna sahip de!ilseler, örne!in kum çarpmas gibi bu kadar yüksek anma hzlarna sahip olmazlar. Çizelge 3.2. Abrasiv anma proseslerinin içerdi!i tipik anma hzlar [32] Mekanizma Oymal sürtünme anmasnda östenitik mangan çeli!i i. Darbeyle toz üretiminde kullanlan çekiler ii. J makinelerinin dalc dileri iii. Kaba cevher kazyclarnn andrc bçaklar iv. Top milli kepçe a!zlan v. Silis cevherlerinin krlmas için krc bantlar vi. Kaba silis cevherlerinin tutulmasnda kullanlan oluk bantlar Yüksek gerilmeli abrasiv anmada düük alaml yüksek karbonlu çelikler i. Silis cevherlerinde kullanlan çubuk ve bilyeli mil bantlar ii. Islak ö!ütülmü silis cevherlerinin andrma bilyelerinde iii. Islak ö!ütülen ham çimento çamurundaki ö!ütücü bilyeler iv. Kuru ö!ütülen çimento klinkerlerinde kullanlan ö!ütücü bilyeler Düük gerilmeli abrasiv anmada perlitik beyaz dökme demir i. Kum püskürtme nozülleri ii. Kum tama bantlar iii. Andrc mineral çözeltilerinin pompalanmasnda kullanlan yükleyici vanalar iv. Abrasiv mineral çözeltilerinde ajitasyon ve flatasyon pervaneleri v. Kum çözeltilerinde vida tipi snrlandrclarn anan pabuçlar Anma miktar (mg/s) ,1 1,0 0,5 5 0,15 0,45 0,05 0,15 0,005 0, ,1 5 0,05 1 0,05 0,2 Bir malzemenin di!er bir malzeme tarafndan önemli ölçüde abrasiv anmaya tabii tutulabilmesi için, ikinci malzemeden çok daha yumuak olmas gerekir. Bu sebeple abrasiv anmay minimuma indirmek için anmaya u!rayan malzemenin di!er malzemeye göre daha sert olmas istenir. Bu özellik de!iik metotlarla sa!lanabilir. Bunlar;

68 50 i. Alamlamayla malzemelerin sertlikleri iyi bir ekilde artrlabilir. ii. Isl ilem uygulamalar yine malzemelerin sertliklerini önemli ölçüde de!itirebilir. iii. Malzemelerin yüzeylerine dardan müdahale ederek sert yüzey tabakas oluturabilir. Buna örnek olarak elektro kaplama, alev püskürtme, nitrasyon, plazma sprey, borlama ve bunun gibi birçok di!er uygulamalar örnek olarak verilebilir. Birçok yüzey ilemi anmay azaltmak ve snrlandrmak amacyla uygulanmaktadr. Oyuklanma ve kalkma a2nmas Bu tip anma temas yüzeylerinde çok küçük çukurcuklarn olumas eklinde kendini gösterir. Olay özellikle rulmanlar, dili çarklar, kam mekanizmalar gibi makine elemanlarnda, yani yuvarlanma hareketi yapan parçalarn yüzeylerinde ortaya çkar ve esas olarak bir malzeme yorulmas sonucudur. Bu elemanlarda temas alanlar küçük oldu!undan yüzeylerde Hertz yüzey basnçlar meydana gelir. Bu çeit basnçlarn etkisi altnda yüzeylerin hemen altnda kayma gerilmeleri oluur [33]. De!iken zorlanma nedeniyle malzemenin yüzeyinde bir yorulma olay balar. Maksimum kayma gerilmelerinin bulundu!u yerde plastik deformasyon ve dislokasyon olaylarna da ba!l olarak çok küçük boluklar meydana gelmektedir. Zamanla bu boluklar yüzeye do!ru hareket etmekte, büyümekte ve yüzeyde küçük çukurcuklar meydana getirmektedir. Bu durumda yüzeyler arasndaki ya!n etkisi de önemlidir. Yüksek basnç altndaki ya!n çatlaklara girmesi, bunlarn büyümesinde önemli rol oynayabilir. Oyuklanma ve kalkma anmasnn di!er bir açklama tarz ise, çukurcuklarn plastik deformasyonlar nedeniyle do!rudan do!ruya temas yüzeyinde meydana geldi!i ve buradan malzemenin iç ksmlarna da yayld! ileri sürülmektedir [32, 33].

69 51 Oyuklanma bir anma mekanizmas olarak düünülmektedir ve metal yüzeyinin yorulmas sonucu ortaya çkan bir hasardr. Oldukça düük gerilmeler altnda yaplan hzl uygulamalarda metal yüzeyinde oyuklara benzer birçok boluk meydana gelebilir. Yüzeyin yorulma kusurunun karakteristi!i normal yorulmadan baz farkllklar içermektedir. Birinci farkllk, yüzey yorulmas kütlesel yorulma dayanm snrn göstermez. Jki türlü oyuklanma ve kalkma anmas vardr. Jlkel oyuklanma ve kalkma anmasnda çukurcuklar çok küçük olup büyümezler ve yüzeye yaylmazlar. Tahripkâr oyuklanma ve kalkma anmasnda ise, çukurcuklar zamanla büyür ve yaylrlar. Birinci tipteki oyuklanma ve kalkma anmas, elamann normal çalmasn genellikle engellemez. Tahripkâr oyuklanma ve kalkma anmas, elaman ie yaramaz hale getirir. Çatlaklar yüzeyin hemen altnda, maksimum Hertz gerilmesine ulald! zaman, yüzeyin altnda bulunan bir inklüzyon köesiyle birleerek gerçeklemektedir. Son teknolojik gelimelere ba!l olarak çok temiz malzemelerin üretilmesiyle malzemedeki inklüzyon says düürülebilmektedir. Çalmalar inklüzyon dokusunun, segregasyonun, bant teekkülünün ve kalnt östenit miktarnn oyuklanmay etkiledi!ini göstermitir [37]. Oyuklanma ve kalkma anmas oluumunda malzemelerin do!al sertli!i önemi rol oynar. Do!al sertlikteki malzemelerde, örne!in çeliklerde, oyuklanma ve kalkma anmas meydana gelir; ancak çeli!in yüzeyi sertletirilirse oyuklanma ve kalkma anmas meydana gelmez. Bu anma türü yumuak malzemelerde görülmemektedir. Yorulma anmasn önlemek için en önemli tedbir temas yüzeylerinin sertletirilmesidir.

70 52 Yuvarlanma veya kayma eklinde yüzey hareketinin yüzeyde oluacak çatla!n yüzeyde mi, yoksa yüzeyin hemen altnda m balayaca! hakknda bize bilgi vermektedir. Yalnzca yuvarlanma, yüzeyin hemen altnda maksimum kayma gerilmesi ortaya çkarmaktadr. Buna ilaveten yüzeye kayma ileminin uygulanmas yüzeyde maksimum kayma gerilmesi oluumuna yol açmaktadr. Kazma a2nmas (mekanik korozyon a2nmas) Kazma, korozyonla desteklenen anma türleri arasnda çok yaygn olan bir anma türüdür. Yük altnda birbirine temas eden iki yüzey arasnda hafif titreimli hareket sebebiyle olumaktadr ve oksit kalntlar tarafndan çevrelenen yüzeyde oyuklarma gibi kendi kendini gelitirir. Jki metal yüzey birbirine temas etti!i zaman, yük altnda yüzeyde bulunan düzensizlikler sebebiyle yapma oluur. Bundan sonra yüzeyde bu yapma noktalarndan koparak kaynaklanm alanlarda anma ürünü krntlar yer alr [34, 35]. Bu parçalar çok küçüktür ve oksitlenmek için gerekli olan sya ulam durumdadr. Bu oksit kalntlar küçük hareketlerin olumas sebebiyle uzaklatramazlar. Bu parçalarn abrasiv karakterli olmalar sebebiyle, malzeme oldukça etkili anma hzna ulamaktadr. Örnek olarak, gemi ile uzun mesafe giden makinelerde görülen anma hasar. Yüzeyler hava ile reaksiyona girerek anmann iddetli olmasn önleyen oksit ve di!er tabakalar meydana getirirler. Bununla beraber, özellikle kimyasal maddeler bulunan ortamda çalan makine elemanlarnn yüzeyleri bu maddelerle reaksiyona girerek ince fakat sert tabakalar olutururlar. Ayn sonuç ya!larda bulunan maddelerden dolay da elde edilir. De!iken yük altnda bu sert tabaka krlr ve sert parçacklar düerek anma parçacklarn meydana getirirler. Temiz kalan temas yüzeylerinde reaksiyon sonucu olarak tekrar bir sert tabaka oluur, yük altnda tekrar krlr ve olay bu ekilde devam eder. Henüz kesin olarak bilinmemekle beraber, hava rutubetinin de bu olay üzerinde etkisi önemlidir.

71 53 Relatif hareketin oldukça küçük boyutlu partiküllerin olumasna sebep olacak ekilde gerçeklemesi gerekir cm'lik bir yer de!itirme bu hasara yol açabilir. Ancak, uygulamada bir inç in birkaç binde biri kadar bir titreimle olutu!u görülmütür. Fekil 3.18 de yumuak çelikte toplam a!rlk kaybnn yer de!itirme mesafesi ile de!iimi görülmektedir [33]. Fekil Kazmadan kaynaklanan toplam a!rlk kaybnda, toplam yer de!itirme miktarnn etkisi [33] A2nma deneyleri ve ölçüm yöntemleri Endüstride kullanlan alet ve ekipmanlarda aranlan özelliklerden bir tanesi de servis ömürleridir. Makine parçalarnn çabuk anmas makinenin ömrünü ksaltarak maliyetini artrd! gibi, onarm için geçen süre de üretimin önemli ölçüde azalmasna neden olmaktadr. Bu sebeple makine imalatnda anmaya maruz kalabilecek yerlerde anma direnci yüksek malzemeler kullanlmaktadr. Bu malzemelerin tespiti için de birçok laboratuar deneylerinin yaplmas gereklidir. Laboratuar artlarnda yaplan deneylerde, ana malzemenin bir modeli ile çalr. Bu model, basit geometrik ekle sahip olup, fazla bir masrafa gerek kalmadan üretilebilir ve daha sonra bir deney cihazna taklarak her türlü anma ölçme ilemleri bunun üzerinde yaplabilir

72 54 Anma deney yöntemlerini genel olarak iki grupta toplamak mümkündür. i. Ya!lamal ve ya!lamasz bir ortamda ana ve kar malzemelerinin adhesiv anma de!erlerinin ölçüldü!ü deneyler (Fekil 3.18). ii. Kat, sv ve gaz halindeki maddelerin etkisi altnda yalnz kar malzemenin anma de!erinin ölçüldü!ü deneyler (Fekil 3.19). Anma deney sistemi olarak en çok kullanlanlar Fekil 3.18 ve 3.19 da görülmektedir. Anma fark kalnlk fark, iz de!iim ve radyoizotop metotlar aa!da srasyla açklanmtr. A rlk fark metodu Ekonomik olmas ve ölçülen büyüklü!ün alet duyarllk kapasitesi dahilinde olmas nedeniyle en çok kullanlan yöntemdir. Deney numunelerinin her ölçümü için numunenin çkartlp ölçüm yaplmas, yani numune yerindeyken üzerinden ölçü alnmamas, bu yöntemin dezavantajdr [41]. Fekil Ya!lamal ve ya!lamasz adhesiv anma deney yöntemleri [41]

73 55 A!rlk kaybnn ölçülmesi l0-3 veya 10-4 gr. hassasiyetinde oldukça duyarl bir terazi ile yaplr. Anma miktar gram ve miligram cinsinden ifade edilirse, metre veya kilometre olarak tespit edilen sürtünme yoluna göre, birim sürtünme yoluna karlk gelen a!rlk kayb (gr/km), (mg/m) ile ifade edilebilir. A!rlk kayb, hacimsel anma miktar olarak belirtilmek istendi!inde, yine a!rlk kaybndan hareketle, kullanlan malzemenin yo!unlu!u ve deney numunesi üzerine etki eden yükleme a!rl! hesaba katlmak suretiyle, birim yol ve birim yükleme a!rl!na karlk gelen hacim kaybndan gidilerek de bulunabilir [33]. Fekil Abrasiv anma deneylerinde kullanlan yöntemler [41, 42] a) Anma diski, b) Anma tablas, c) Anma kab, d) Avery kab, e) Anma tekerle!i, f) Püskürtme lülesi

74 56 Bu tanmlara göre, en çok kullanlan a!rlk kayb ölçme metodunda kullanlan ba!ntlar unlardr. W = G (mm 3. N -1 m -1 ) (3.12) a d. M. S. Burada; W a : Anma oran (mm 3. N -1 m -1 ), G: A!rlk kayb (mg), M: Yükleme a!rl! (N), S: Anma yolu (m), d: Yo!unluk (gr/cm 3 ) olarak verilmitir. Anma (W a ) ters de!eri de anma direnci (W r ) olarak gösterilir. W r = 1 (N.m/mm -3 ) (3.13) W a Baka bir ba!nt olarak da, bir kilometre kayma yoluna kabul eden yükseklik kayb ba!nts vardr ki, genellikle iki elemanl abrasiv anmann hesaplanmasnda kullanlr. W 10 4 G = s F. d. (µ /km) (3.14) s Burada; V s : Bir km anma yoluna tekabül eden yükseklik kayb (µm), G: A!rlk kayb (mg), F: Anma yüzeyi (cm 3 ), d: Yo!unluk (gr/cm 1 ), s: Kayma yolu (krn) olarak alnr. Deney malzemesi yükseklik kaybnn, mukayese malzemesinin (örne!in Fe 37 çeli!i) yükseklik kaybna oran, anma orant saysn (W S ) verir. W s = V g (deney numunesi) /V s (Fe 37 çeli!i) (3.15) Bu orant saysnn ters de!ende ba!l anma direnci R, olarak kullanlr.

75 57 1 R = V s (3.16) Kalnlk fark metodu Anma esnasnda oluacak boyut de!iikli!inin ölçülmesi, balangç de!eri ile karlatrlmas suretiyle elde edilir. Kalnlk fark olarak tespit edilen bu de!erden gidilerek, hacimsel kayp de!eri ve birim hacimdeki anma miktar hesaplanr, kalnlk, hassas ölçme aletleri yardmyla ± 1µm duyarllkta ölçülmelidir [33]. z de i2imi metodu Sürtünme yüzeyinde plastik deformasyon metodu ile geometrisi belirli bir iz oluturur. Deney boyunca bu izin karakteristik bir boyutunun (çapnn) de!iimi ölçülür. Uygulamalarda iz brakc olarak en çok kullanlan alet Vickers veya Brinell sertlik ölçme ucudur. Elmas piramit veya bilyenin brakt! iz boyutlarndaki de!ime mikroskop vastasyla ölçülerek belirlenir [33]. Radyoizotop metodu Sürtünme yüzey bölgesinin proton, nötron veya -parçacklaryla bombardman edilerek, radyoaktif hale getirilmesi esasna dayanr. Anmann büyük hassasiyetlerle ölçülebilmesi ve sistem içerisinde çalma artlarn de!itirmeden ölçü alnabilmesi yöntemin avantajdr. Fakat ekonomik olmamas nedeniyle ancak özel amaçlarla kullanlabilir. Özel problemlerin çözümü dnda yaygn olarak kullanlan bir metot de!ildir [32, 33].

76 58 3. BOR MNERAL VE BOR BLEKLER Bor minerali saf oldu!unda krmz, kristal yapl toz halinde kahverengi görünümünde çok sert bir metaldir [51]. Bor ayr bir element olarak ilk defa 1808 de Fransa da Gay Lussac, Jngiltere de Sir Humprey Davy tarafndan ayn sralarda varl! ortaya kondu!unda, bor bileikleri birçok uygarlklar tarafndan asrlardr kullanlyordu. Msrllarn ve Mezopotamya uygarlklarnn, baz hastalklarn tedavisinde ve ölülerin mumyalanmasnda boraks kullandklar biliniyordu. M.Ö. 800 yllarnda Çinliler porselen cilas olarak, Himalayalar da Babilonlar kymetli metallerin eritilmesinde boraks kullanmlardr. Modern boraks endüstrisi ise 13. Yüzylda boraksn Tibet ten Avrupa ya getirilmesi ile balar [44]. Bor bileikleri içinde ticari olarak en fazla önem tayanlar boratlardr. Bunlardan boraksn gerek do!ada yaygn bulunuu, gerekse endüstriyel kullanm alannn en çok oluu nedeniyle, bor bileikleri ile ilgili endüstri boraks endüstrisi; madencili!i de boraks madencili!i olarak bilinir[43]. Boraks madencili!i ve endüstrisi, kat boratlar kadar tuzlu göl sularndan ve volkan bacalarndan çkan gazlardan elde edilen bor ürünlerini de kapsar. Bugün bor ürünleri birçok endüstri dalnn ana ham maddesidir. Kullanlan alanlarnda tüketimin hzla art kadar, yeni kullanm alanlarnn da günden güne art ve borun yakn gelecekte enerji üretim kayna! olarak kullanlabilme olasl! bu hammaddeye di!erleri arasnda bir ayrcalk kazandrr. Bilinen dünya bor rezervlerinin %65 inden daha fazlasnn Türkiye de bulunuu, bu hammaddenin önemini bizim açmzdan daha da arttrr [2].

77 59 Resim 4.1. Bor mineralinin görünümü [47] 4.1. Bor Mineralleri Tuzlu su göllerinden ve volkan gazlarndan elde edilenler dnda, bor ürünleri genellikle boratlardan kazanlr. Türkiye deki borat yataklarn en belirgin özelli!i, söz konusu yataklarn oluum koullarnn, tipik karasal evaporit yataklarn gelimesine yol açan etmenlerden farkl oldu!unu göstermektedir [45]. Çok yaygn bir kalsiyum borat olan kolemanit, Krka dndaki tüm borat bölgelerinde egemen mineraldir. Buna karn Türkiye borat yataklarnn ayrntl mineralojisi önemli derecede farkllklar gösterir [46]. Bütün yataklarda boratlarn, kalsiyum karbonat tortullarn çökelmesini izledi!ine göre ve borat gelitirecek olan çözeltilerin bileiminde Ca zenginli!inden dolay ilk çökelen boratlar Ca boratlardr. Çökelimin ilerlemesi ve buharlamann hzl devam ile Na-Ca boratlar çökelmeye balar. Ortamn uygun oldu!u baz yataklarda çözeltiler Na-Ca borat alanndan, Na borat alanna, di!er yataklarda ise tersine dönerek tekrar Ca borat çökelimi verirler. Buna göre, Türkiye deki yataklarn büyük bir ksm eksik bir çökelim, buna karn, Krka yata! tam bir borat mineralleri dizilimi çökelmesini gösterir.

78 60 Bat Anadolu borat yataklarnn çökelimi göz önüne alnarak genel olarak yataklar aa!da belirtildi!i gibi kabaca, snflandrlabilir: i. Ca boratlar yataklar (Emet, Bigadiç, Kestelek, Sultançayr). ii. Na borat yata! (Krka) Genel olarak, borat mineralleri kalsit, dolomit, jips, sölestin, realgar, orpiment ve kükürt ile birlikte bulunmaktadr. Türkiye deki yataklarda borat mineralleri, kimyasal bileimlerine ve birbirleriyle olan mineralojik ilikilerine göre: i. Kalsiyum boratlar, ii. Sodyum kalsiyum boratlar, iii. Sodyum boratlar, iv. Magnezyum kalsiyum boratlar, v. Magnezyum boratlar, vi. Stronsiyum boratlar, vii. Silisyum kalsiyum boratlar, viii. Kompleks boratlar, eklinde sekiz gruba bölünebilirler. Çizelge 4.1 de ticari öneme sahip bor mineralleri tablo halinde verilmitir.

79 61 Çizelge 4.1. Ticari öneme sahip bor mineralleri [54] Kalsiyum boratlar nyoit ( 2CaO, 3B 2 O 3, 13H 2 O ) Jnyoit yersel olarak, Krka ve Bigadiç yataklarndaki ocaklardan bazlarnda gözlenmektedir. Söz konusu mineral, bireysel tabuler kristaller ve kristal y!mlar olarak, renksizden beyaza kadar de!ien tonlarda bulunmaktadr. Kristallerin az bir ksm 2,5 cm veya daha büyüktür. Ancak, büyük bir bölümü mikroskobik boyutlarda olup, diyajeneze ba!l olarak de!iimler gösterir [45, 46, 55]. Meyerhofferit (2CaO, 3B 2 O 3, 7H 2 O) Meyerhofferit, 8 cm. çapnda olabilen, küçük gri mavimsi nodüller olarak, kolemanit, inyoit ve bazen de uleksit ile birlikte bulunmaktadr. Kenar ksmlarda, killer birlikte gelien bir merkezden yaylan iri kristallerin nodüllerin merkezindeki oyuklar, ince i!ne eklinde nsal kristaller kapsamakta olup söz konusu kristallerde meyerhofferittir [45, 46, 55].

80 62 Kolemanit (Ca 2 B 6 OO 11, 5H 2 O) Kimyasal bileimi Ca2B6OO11. 5H 2O olan kolemanit monoklinal sistemde kristalleir. Sertli!i 4 4.5, özgül a!rl! 2.42 dir. Bor içeri!i %15.7, B O 2 3 içeri!i %50.8 dir. Baka bor minerallerinin egemen oldu!u yataklarda oldu!u kadar, kolemanit yataklarnda da killer içinde ve cevher boluklarnda iri, parlak ve saydam kristal kümeleri eklinde bulunur. Tkz yumrular eklinde cevher oluturdu!unda, yumrular, çekirdekten da do!ru yaylan nsal kristallerden oluabilir veya düzensiz mineral kümeleri eklinde görülebilir. Suda çok yava, fakat scak HCl içinde oldukça hzl çözülür, so!uyan çözeltide bor, borik asit ( H BO ) olarak 3 3 ayrlr. Kolemanit stld!nda suyunu kaybederek toz ekline dönüür [45, 46, 55]. Resim 4.2. Kolemanit mineralinin görünümü [48] 4 Terçit ( CaO.5B2O3. 2OH 2O ) Terçit, Bigadiç yataklarnda sadece bir mevkide bulunmaktadr. (Mixner, 1952). Beyaz olup çok ince lifler ihtiva etmekte, ipek gibi parlamakta ve uleksit gibi görünmektedir, Bazen toprak yaps göstermekte ve bulunuunun ender olmas nedeniyle di!er borat mineralleri arasnda tektir [45, 46, 55].

81 63 Pandermit ( 4CaO.5B2O3. 7H 2O ) Pandermit Sultançayr ve Bigadiç yataklarnda gözlenmektedir. Bulundu!u yerin ismi verilmitir; daha sonra Oregon, ABD den elde edilen presitin tanmlanmasyla pandermitin özdei oldu!u kabul edilmitir. Pandermitin presit ile özdeli!i kimyasal ve optikal aratrmalarla saptanmtr. Pandermit, jips ve kil düzeylerinin altnda nodüller ve bir ton a!rl!na kadar ulaan kütleler halinde bulunmaktadr. Beyaz renkte ve yekpare olarak görülmektedir, bazen de kireçtana benzemektedir [45, 46, 55]. Resim 4.3. Pandermit mineralinin görünümü [48] Sodyum kalsiyum boratlar Üleksit ( NaCaB5O9. 8H 2O ) Kimyasal bileimi NaCaB5O9. 8H 2O olan uleksit monoklinal sistemde kristalleir. Sertli!i 1, özgül a!rl! 1.65 tir. Bor içeri!i %13.8, B O 2 3 içeri!i %42.9 dur. Tek ve büyük kristaller eklinde bulunmaz. Daha çok ipek gibi ince klcal i!necik kümelerinden olumu beyaz yumrular eklinde bulunur. Bu görünümünden dolay pamuk yuma! veya pamuk gülü olarak adlandrlr [45, 55].

82 64 Resim 4.4. Üleksit mineralinin görünümü [48] Probertit ( Na2O.2CaO.5B2O3. 10H 2O ) Probertit, kirli beyaz ve kirli açk sarms renklerde olup, nsal veya lifimsi ekilli kristaller eklinde gözlenir. Kristal boyutlar 5mm ile 5cm arasnda de!iir ve genellikle nsal bir yap sunarlar. Ço!unlukla kristal aralar kille doldurulmutur. Probertit, Kestelek yata!nda üleksiti ornatm ikincil mineral olarak gözlenir ve üleksit, kolemanit ve hidroborasit ile birlikte bulunur [45, 55] Sodyum boratlar Boraks ( Na2B4O7. 10H 2O ) Kimyasal bileimi Na2B4O7. 10H 2O olan boraks monoklinal sistemde kristalleir. Sertli!i arasnda de!iir. Özgül a!rl! 1.7 dir. Bor içeri!i %11.3, B O 2 3 içeri!i %36.5 tir. özbiçimli tek kristaller veya kristal kümeleri eklinde çamur içinde bulunabilir fakat yüksek tenörlü tkz cevher kütlelerinde, özgün kristal yüzeylerini görme olasl! çok azdr. Boraks taze krlm yüzeylerde saydamdr. Fakat ksa zamanda 5 molekül suyunu kaybederek çok ince taneli, beyaz görünümlü tinkalkonite dönüür. Suda kolaylkla çözülür ve çözünürlü!ü çözeltinin scakl!nn artmasyla artar [45, 55].

83 65 Resim 4.5. Boraks mineralinin görünümü [47] Tinkalkonit ( Na2B4O7. 10H 2O ) Kimyasal bileimi Na2B4O7. 10H 2O olan tinkalkonit rombohedral sistemde kristalleir. Sertli!i 3 kesinlikle ölçülmez. Özgül a!rl! 1.88 dir. Bor içeri!i %14.8, B O 2 3 içeri!i %47.8 dir. Tozlu tebeir beyaz görünümündedir. Öz biçimli kristalleri bulunmaz. Kurak çöl ikliminin egemen oldu!u bölgelerde, alkali su birikintilerinin kuruma yüzeylerinde bulunan bir mineraldir. Boraksn suyunu kaybetmesi veya kernitin su almasyla oluur [45, 55]. Kernit ( Na2B4O7. 4H 2O ) Kimyasal bileimi Na2B4O7. 4H 2O olan kernit monoklinal sistemde kristalleir. Sertli!i 3 arasnda de!iir. Özgül a!rl! 1.95 dir. Bor içeri!i %15.8, B O 2 3 içeri!i %50.9 dur. Özbiçimli tek kristaller California nn Kramer yataklarnda gözlenmitir. Kolay krlan ve ince klcal i!neciklere ayrlan saydam bir mineraldir. So!uk suda yava da olsa çözülür [45, 55].

84 66 Resim 4.6. Kernit mineralinin görünümü [48] Magnezyum kalsiyum boratlar Hidroborasit ( CaO. MgO.3B2O3. 6H 2O ) Hidroborasit büyük yataklarn hepsinde bulunmakta ve farkl düzeylerdeki kil tabakalarnda yersel olarak gözlenmektedir. Söz konusu mineral, içlerinde, 0,5 5 cm boyundaki, bir merkezden yaylan i!ne eklindeki kristallerin rasgele yönelmi kümeler oluturmaktadr. Hidroborasitin bir merkezden yaylan i!ne eklindeki kristalleri birbirini keserler ve bunlarn gruplar konik bir görünümdedir [45, 55]. nderborit ( CaO. MgO.3B2O3. 11H 2O ) Jnderborit çok nadir ve Krka yataklaryla snrl olarak bulunmaktadr. Söz konusu mineral, üleksit ve özellikle kurnakovit ile yata!n içinde birlikte büyümü olarak bulunmaktadr [45, 55]. Jnderborit uzunlu!u birkaç cm ye ulaabilen kaln prizmatik kristaller eklinde gözlenmektedir. Jnderborit kristalleri, genellikle, beyaz, yar saydam olup yarlma yüzeylerinde cams ya da incimsi bir parlaklk göstermektedir. Renksiz ve saydam kristalleri de bulunmaktadr [45, 55].

85 Magnezyum boratlar 2 nderit ( MgO.3B2O3. 5H 2O ) Jnderit, genellikle kil ve kurnakovit kristalleriyle bir arada bulunan radyal ve küresel agregatlar halinde ya da ince çubuklar ve i!neler eklinde gözlenmektedir. Jnderit kristalleri 1-2cm uzunlu!unda ve 1-2mm enindedir. Kristaller renksiz ve saydam olup yarlma düzlemlerinde cams, muntazam olmayan yüzeylerinde de donuk ve ya!l gibi bir parlakl!a sahiptir. Bazen, inderit az miktarda kil ihtiva etmesi nedeniyle, gri renkte görülmektedir [45, 55]. Kurnakovit ( 2MgO.3B2O3. 15H 2O ) Kurnakovit Krka yata!nn üst ksmnda bulunmaktadr ve ana borat gövdesinin tam üstündeki kilde süreksiz bir düzey oluturmaktadr. Kurnakovit düzeyi genellikle 1-20cm uzunlu!unda, renksiz, gri veya pembe, uzunlamasna, öz biçimli bireysel kristallerden veya kristal agregatlarndan olumaktadr [45, 55] Stronsiyum boratlar Tunellit ( SrO.3B2O3. 4H 2O ) Tunellit, Emet yataklarnda genellikle 1-5cm uzunlu!unda, tek tek yasslam kristaller ya da üleksit üzerinde çekirdeklemi tablams kristaller halinde gözlenmektedir. Saf, yasslam tunellit, kristalleri renksiz ve saydam olup muskovit pullarna benzeyen ve yasslam yüzeylerine paralel olan, mükemmel ekilde gelimi dilinimlere sahiptir [45, 46, 55].

86 68 Viçit-A ( 4SrO.11B2O3. 7H 2O ) Söz konusu mineral, küçük (çap 2cm ye kadar) ve büyük (çap 6cm ye kadar) nodüllü, genellikle kil kapsaml çok saf beyaz bir mineral olarak görünmektedir. Bazen çok küçük nodüller bir araya birlemekte ve agrega benzeri bir görünüm göstermektedirler [45, 46] Silisyum kalsiyum boratlar Havlit ( 4CaO.5B2O3.2SO2. 5H 2O ) Havlit kompakt nodüller kütleler halinde, iç ksm yo!un ve yapsal olmayan ve parlatlmam porseleni hatrlatan; bazen tebeir gibi topraks pul pul, düzlem yapl ekillerde gözlenmektedir. Söz konusu mineral ince küçük parçalar halinde beyaz veya yar saydam olup genellikle kolemanit ile birlikte bulunmaktadr [45, 55] Kompleks boratlar Terugit ( 4CaO. MgO.6B2O3. As2O5. 2OH 2O ) Terugit nodüllerinin çaplar 2 10 cm de!ien boyutlardadr. Söz konusu mineral patates eklindeki terugit nodülleri, yersel olarak çok küçük kahnit kürecikleri ihtiva etmektedir. Jnce kesitlerde terugit kristalleri renksiz, prizmatik ekilli ve c ekseni boyunca oldukça uzundur. Söz konusu kristaller, genellikle, çok küçük ve i!ne eklinde görülmektedirler [45, 55] Bor Minerallerinin Kullanm Alanlar Türkiye, günümüzde dünyann en büyük bor mineralleri rezervlerine sahip ülkesi ve ikinci büyük üreticisidir. Türkiye' nin bor mineralleri üretimi hzla ABD' ye

87 69 yaklamakta ve dünya tüketicilerinin artan taleplerini karlamak üzere sürekli olarak artmaktadr. Büyük bir ksm Emet vadisinden elde edilen kolemanit ile birlikte özellikle Krka' dan çkarlan boraks üretiminde ilk sray alan Türkiye'nin dünya piyasasna egemen olmas beklenmektedir [49]. Kesin ve muhtemel bütün bor minerallerinin rezervleri, üretimle orantl olarak, çok genitir ve en lml tahminlere göre bile rezervlerden yüzlerce yl yararlanlabilece!i hesaplanmaktadr. Bor ve bileiklerinin sanayide çok çeitli kullanm alanlar bulunmaktadr. Türkiye'nin büyük ölçüde ham veya yar ilenmi olarak ihraç etti!i, ülke içinde sabun, deterjan ve cam sanayilerinde kulland! bor, ABD' nde uzay mekiklerinden, sava uçaklarna ileri teknoloji isteyen pek çok alanda kullanlmaktadr. Bor ve bileikleri cam, porselen ve seramik eya sanayiinde, yanmaz eya yapmnda (itfaiye giysileri, elektrik kablolar, fren balatalar, atom reaktörleri, vb. sistemlerde so!utucu veya snmay geciktirici, yüksek enerjili ya!), cam yünü, tekstil kimyasallar, deri giysileri, foto!raf kimyasallar, mobilya ve benzeri ahap eyay koruyan svlar, yapay gübre katk maddesi, ka!t sanayii ürünleri, yaptrclar, böcek öldürücüler, krem, pudra ve deodorant gibi kozmetikler, di macunu, merhem, deri ve göz hastalklar antiseptikleri gibi ilaçlarn üretiminde kullanlmaktadr [49]. Yaygn kullanm alan oldu!u için, borik asit ve boraks tuzlar gibi, ham ve mamul edilmi boratlar için talep hzla artmaktadr. Türkiye'deki ilenmemi boratlarn üretimi, dünyadaki arz ve talep ilikisini nispeten etkileyecektir. Jlenmemi ve rafine edilmi bor ürünlerinin üretimi son yllarda etkin bir ekilde artmaktadr ve hatta bor minerallerinin çeitli yararlar nedeniyle, ilerleyen yllarda üretimin daha çok artaca! beklenmektedir [55]. Evlerde ve endüstride kullanlan temizleyiciler ile cam ve seramik yapmnda en geni biçimde kullanlan borlarn tüketimi nüfusun artmas ve dayankl mallarn kullanm ile yakndan ilgilidir ve bu tüketim sürekli de!iebilir. Boraks ve borik asit en çok bilinenleri olmak üzere, birçok bileik formlarnda kullanlabilen bor, çok yönlü ve yararl bir elementtir. Bor bileikleri, düük erime noktas ve mükemmel ergime özelliklerinden yararlanld! cam ve seramik

88 70 endüstrisinde, geni ölçüde kullanlmaktadr. Söz konusu bileiklerin özellikleri lehimlemede, kaynak ilerinde, kuvvetli lehimlemede ve artma ileminde de avantajlar sa!lamaktadr [55]. Boraks ve borik asit, bakterileri öldürücü niteli!i, su içinde kolay erirli!i ve mükemmel su yumuatc özelli!i nedeniyle sabunlarda, temizleyicilerde ve deterjanlarda kullanlmaktadr. Sudaki yumuak alkalite ve mikrop öldürücü özellikleri boraks ve borik asidi, di macunu, gargara ve göz ykama maddeleri hazrlamada yararl klmaktadr. Borakslarn sulu eriyikleri tekstil boyamalarnda, post ve derilerin temizlenmesinde, sva ve boyalarda, niastann küflenmesini önlemek ve parlaklk vermek ve deri, tekstil ve turunçgiller üzerinde küflenmeyi önlemek amacyla kullanlmaktadr. Ziraatta borun temel bitki besleyicisi olarak temin edilmesi için gübrelere boraks ilave edilmektedir. Bor bileikleri yabani otlar kontrol etmek amacyla da kullanlmaktadr. Mükemmel ergime maddeleri olmalar nedeniyle, bor bileikleri özellikle metallerin kaynak iinde, sertli!i arttrmak amacyla çelik alamna ilave edilmektedir. Baz elementer borlar, demir metalürji reaksiyonlarda bir oksijen giderici olarak alüminyum rafine ileminde tane artc olarak, atomik reaktörlerde, geç atelemeli sigortalar içinde, termal nötron emici olarak, radyo lambalarnda ateleyici olarak ve güne bataryalarnda örtücü bir materyal olarak kullanlmaktadr Bor Yataklarnn Dünyadaki Da lm Borat mineralleri, ekonomik de!erde olmamakla birlikte dünyann birçok yerinde gözlenmitir. Ekonomik bor yataklarna Türkiye (Bat Anadolu), ABD (Kaliforniya), Rusya, Kanada, Arjantin, Fili, Bolivya, Peru, Tibet, Çin, Hindistan, Jran, Suriye, Yeni Zelanda, Yeni Gine, Jtalya, Japonya, Almanya ve Britanya adalarnda rastlanlmtr [52]. Borun yerkabu!undaki da!lm çok az olmasna karn, belli alanlardaki bor konsantrasyonunun çok fazla olmas ve art ekonomik bor yataklarnn oluumuna

89 71 neden olur. ABD, Güney Amerika, Türkiye ve di!er ekonomik anlamdaki bor yataklar, volkanik aktivitelerin etkin oldu!u ac ve tatl su koullarnda olumulardr [52]. Deniz suyunda ba!l olarak yüksek oranda gözlenen bor elementi, denizel evaporitlerde yersel olarak bor minerallerini oluturmulardr. Bu tür oluuma örnek olarak, Permiyen yal Stassfurt ve ekonomik olmayan Yorkshire yataklar gösterilebilir [55]. Güney Amerika ve Japonya daki termal sular ile Tuscany deki (Jtalya) volkanik bölgelerin yo!un volkanik gazlar önemli miktarda bor içerirler. Bor yataklar çeitli ortamlarda ve koullarda olumasna karn, ekonomik bakmdan en önemli yataklar, Tersiyer de gelien karasal evaporit ortamlar ile kurak veya yar kurak iklim koullarnda ve orojenik koullar boyunca gelien, andezitik-riyolitik magma ile temsil edilen geni yaylml genç volkanitler ile yakndan ilikilidir [52] Türkiye Borat Yataklarnn Da lm Ve Jeolojik Konumu Türkiye de ilk bor yata!nn bulunmas biraz rastlantsal olmutur. Fransz mühendis Desmazures, kendisine hediye olarak verilen ve jips içinden çkan de!iik bir malzemeden yaplan küçük heykelci!in kimyasal analizi sonucu yüksek oranda boroksit içerdi!ini görmütür [53]. Türkiye nin dünyada gerek sahip oldu!u rezerv açsndan, gerekse pazardaki pay açsndan dünya pazarlarnda söz sahibi oldu!u tek maden bor mineralidir. Bu nedenle, bor madenleri Türkiye nin petrolü olarak nitelendirilmektedir [53]. Türkiye nin bilinen borat yataklar, do!udan batya yaklak 300 km lik, kuzeyden güneye de yaklak 150 km lik bir alan içinde, Marmara Denizi nin güney'inde, Bat Anadolu da yer almaktadr [56]. Bu yataklar balca, aa!da belirtilen yörelerde bulunmaktadrlar: Mustafa Kemal Paa (Bursa); Susurluk ve Bigadiç (Balkesir); Emet (Kütahya); ve Krka (Eskiehir). Bununla beraber, bugün Türkiye'de borat iletmecili!i Emet, Krka ve Bigadiç yörelerinde yaplmaktadr [50].

90 72 Türkiye'nin bilinen borat yataklar, Tersiyer' de balayan ve azndan Kuvaterner balangcna kadar devam eden volkanik aktivitelerin yer ald! dönemlerde, Tersiyerin gölsel sedimanlarnda olumutur. Borat yataklarnn litolojisi birbirlerinden biraz farkllklar göstermelerine ra!men genellikle çaklta, kumta, tüf, kil, marn ve kireçta ile ara katmanldr. Borat mineralleri, kurak veya yar kurak iklim koullarnda, ayr ya da birbirleriyle ba!lantl göl havzalarnda depolanmlardr. Riyolitik, dasidik, trakitik, andezitik ve bazaltik bileimlere sahip piroklastik ve volkanik kayalar, söz konusu gölsel tortullarla ara katmanlamlardr. Tüm borat bölgelerinde volkanik kayalarn bulunmas borat oluumu için volkanik aktivitenin gerekli oldu!u fikrini vermektedir. Borat havzalarndaki tortullarn büyük bir bölümü volkanik gereçten türemitir [56]. Gene1 olarak boratlarla ara katmanlam Tersiyer tortullarn e!imi, hemen hemen yataydan 30 nin biraz üstünde olmak üzere de!iiklikler göstermektedir, ancak söz konusu e!imler KD-GB ve KB-GD yönünde uzanan gravite faylar tarafndan etkilenmitirler. Bu yap, topografyada oluturdu!u basamaklarla belirlenmektedir. Egemen olan fay tipi, e!imleri 30 'den düeye kadar de!ien normal faylardr. Halen traverten ve kükürt çökelten termal kaynaklar, yataklarn bir ksmnda yaygndr. Olaslkla birbirine zincirleme ba!l göllerdeki çökelme nedeniyle toplam Tersiyer tortul kalnl! bir yataktan di!erine de!imektedir ve Emet yataklarnda tortullar en çok 750 m ye ular. Emet ve Krka 'daki borat düzeylerinin ar kaln olmas, söz konusu yataklarn oluumu srasnda, buralarda farkl koullarn mevcut oldu!unu yanstmaktadr. Edinilen bilgilere göre, borat yataklarnn çökeldi!i havzalarn uzun eksenleri genellikle kuzey-güney do!rultusunda uzanmaktadr [56]. Borat yataklar ayrntlarda birbirlerinden farkl olmalarna karn genel olarak aa!da belirtilen özelikleri göstermektedirler: i. Borat yataklar, kurak veya yar kurak koullar altnda, denizel olmayan biz ortamda depolanm olan Tersiyer gölsel tortullara ba!ldr.

91 73 ii. Borat yataklar, görünüte, borat formasyonundan önce ve sonra tatl su kireçta çökelmesinin yaygn oldu!u bölgelerde snrl bir alana sahip olan iç havzalarda depolanmlardr. iii. Belirtilen yataklar, boratn yan sra, ço!u volkanik kökenli olan çaklta, kumta, kil, marn ve tüf gibi krntl tortul ara katklar içerir. iv. Türkiye borat yataklarn tümü volkanik aktivite ile birlikte bulunur. Bunlar Aristarain ve Hurlbut tarafndan volkanik aktivite ile ilgili yataklar olarak snflandrlmlardr. v. Borat yataklar yüzeylememi (lntrüsf) ve yüzeylemi (ekstrüsif) ve volkanik kayalarla birlikte bulunmaktadr; borat havzalarnn çevresinde volkanik kayaçlar yaygndr. vi. Halit ve trona gibi, çok tipik evaporit mineralleri, Türkiye'deki borat yataklarnda bulunmaktadr. vii. Pleoco!rafik görünümlü çevredeki volkanik, kireçta ve temel kayalarndan tortullar tayan, ksmen akarsular ve ksmen de termal kaynaklar tarafndan beslenen s! göllerden olumu gibidir. Yöredeki yüzlek verebilen temel kayalar snrl yaylml olup kapal havzalar çevrelemektedir.

92 74 5. DENEYSEL ÇALIMALAR Bu çalmada anmaya maruz kalan makine elemanlarnda ve sürtünme sonucu anan parçalardaki malzeme kaybn karlamak için yaplan sert dolgu kayna!na, de!iik oranlarda ilave bor tozlar ve bor bileikleri kullanlarak, bu ilave bileim tozlarn kaynakl bölgedeki anmaya etkisi aratrlmtr Deneyde Kullanlan Materyaller Ana malzeme Deneylerde ana malzeme olarak Ankara Organize Sanayi Bölgesinden temin edilen 150x60x10 mm ebatlarnda lama malzeme kullanlmtr. Numunelerin her biri 150 mm uzunlu!unda kesilmitir. Kullanlan malzemenin kimyasal bileimi Çizelge 5.1 de verilmitir. Bu malzeme, sertlik de!eri ve anma de!erinin düük olmas nedeniyle seçilmitir. Çizelge 5.1. Ana malzemenin kimyasal bileimi (a!rlkça %) Element C Si Mn P S Fe % oran 0,21 0,55 1,60 0,027 0,024 Kalan Kaynak teli Deneylerde, SG 2 gazalt kaynak teli kullanlmtr. Kullanlan kaynak tellerinin çap 1,2 mm olup kimyasal bileimi Çizelge 5.2 de verilmitir. Çizelge 5.2. Deneylerde kullanlan SG 2 kaynak telinin kimyasal bileimi (a!rlkça %) [57] Element C Si Mn P S Cu Fe % oran 0,07 0,10 0,7 1,0 1,4 1,6 0,025 0,025 0,30 Kalan

93 Kaynak tozu Deneyde koruyucu kaynak tozu olarak OP 1250 A sert dolgu tozu kullanlmtr. OP 1250 A aglomere kaynak tozu, sert dolgu kaynaklarnda OE-S1 teli ile birlikte kullanlmaktadr. OP 1250 A, makine dili parçalarnn, raylarn, yürüyü takmlarnn destek makaralarnn, hareketli makaralarn, destek merdanelerinin, lokomotif tekerlerinin sert dolgu kaynaklarnda yo!un olarak kullanlr [58] Deneylerde Kullanlan Cihazlar Kaynak makinesi Deneyde tozalt ve MJG MAG kayna! yapabilen 550 amperlik kaynak makinesi sistemi kullanlmtr. Kaynak torcunun özel sistemler kullanlarak, üniversal olarak hareket etmesi sa!lanmtr. Yine torcun uç ksmnda kaynak koruyucu tozu deposu çk bulunmaktadr A2nma cihaz Deneylerde, Kütahya Dumlupnar Üniversitesi Teknik E!itim Fakültesi laboratuarlarna ait pin-on disk tipi anma cihaz kullanlmtr. Andrc olarak, döner disk üzerine sabitlenen 1200 µm luk zmpara kâ!d kullanlmtr. Anma cihaz ematik olarak Fekil 5.1 de verilmitir.

94 76 Fekil 5.1. Pin on Disk tipi anma cihaz 1. Andrc disk, 2. Numune ba!lama aparat, 3. De!itirilebilir a!rlk, 4. Cihaz tablas, 5. Destek kolu, 6. Köprü 5.3. Metot Deney numunelerinin yüzeyleri kayna!a uygun olacak ekilde mekanik yöntemlerle (zmpara ta) temizlenmitir. Numune yüzeylerinin temizli!i, kaynak ilemi esnasnda, dardan kalnt olarak, kaynak metaline karmak suretiyle, kaynak metalinde istenmeyen kaynak hatalar olarak ortaya çkmasn önlemek ve numunelerin kaynak tablas üzerinde düzgün bir ekilde durmasn sa!lamak amacyla yaplmtr. Kaynakl dolgu ileminin yaplaca!, otomatik torç tertibat bulunan, tozalt kaynak makinesine, numunelerin üzerinde sabit olarak duraca! tabla tertibat hazrlanmtr. Torcun tabla üzerinde hareket edece!i ve kayna!n balayaca! ve son bulaca! noktalar, tabla üzerinde tespit edilmi olup bu balangç ve biti noktalar aras çizilerek deney numunelerinin bu çizgiler içinde kalmas sa!lanmtr.

95 Deneylerde kullanlacak tozlarn hazrlanmas Deneylerde OP 1250 A sert dolgu tozu, bor tozu ve grafit tozu kullanlmtr. OP 1250 A sert dolgu tozu kullanlmadan önce frn içersinde 300 O C de 2 saat nem giderme ilemine tabi tutulmutur. Jlem sonrasnda toz frndan alnarak so!umaya braklmtr. Toz yeteri kadar so!uduktan sonra hava almayacak ekilde muhafaza edilmitir. Bor tozu iri taneli olarak temin edilmitir. Deneylerde kullanlmadan önce boyut küçültme ilemi uygulanmtr. Bu ilem için dikey tip bilyeli mekanik alamla cihazndan yararlanlmtr. Jri boyuttaki bor tozlar bu cihaz içersine 100 gr. bilye için 10 gr. bor orannda ilave edilmitir. Bor tozlar cihaz içersinde 300 dev/dk. yaklak 25 dk. bekletilerek elde edilmitir. Cihazn haznesinden çkan ince taneli toz halindeki bor aral! yaklak 0,5 mm olan elekten geçirilerek bor tozlarnn yaklak olarak ayn boyutlarda olmas sa!lanmtr. Grafit tozu da bor tozu gibi iri taneden ince taneli kullanlabilir toz haline getirilmitir. Grafit tozu boyutu, bor tozunun elenmesinde kullanlan yaklak 0,5 mm aralkl elekten geçirilerek, bütün grafit tozlarnda tozlarnn da yaklak olarak ayn boyutlarda olmas sa!lanmtr. Kaynak için kullanlacak tozlarn karm farkl oranlarda olup, oranlar kollu terazi ile ayarlanmtr. Tozlarn karm oranlar ve kaynak dikii çekilirken ortamn durumu ile ilgili veriler Çizelge 5.3 de verilmitir.

96 78 Çizelge 5.3. Toz karm oranlar ve kaynak ortamlar No Toz Kar2m Kullanlan Kaynak Oranlar Tel Ortam 1. % 100 OP 1250 A SG 2 Normal ortam 2. % 75 OP 1250 A + % 25 Bor Tozu SG 2 Normal ortam 3. % 100 OP 1250 A SG 2 Azot gaz ilaveli 4. % 75 OP 1250 A + % 25 Bor Tozu SG 2 Azot gaz ilaveli 5. % 50 Bor Tozu + % 50 OP 1250 A SG 2 Normal ortam 6. % 40 Bor + % 10 Grafit + % 50 OP 1250 A SG 2 Normal ortam 7. % 50 Bor Tozu + % 50 OP 1250 A SG 2 Azot gaz ilaveli 8. % 40 Bor + % 10 Grafit + % 50 OP 1250 A SG 2 Azot gaz ilaveli Bor tozu ve bor, grafit tozu karm kullanlan deneylerde bu tozlar numune yüzeyine önceden serilmitir. Tozlar kaynak dikii çekilecek numuneyi 3cm kapatarak kaynak dikii çekilmitir. Kaynak arknn tamamen tozlarn altnda olumas sa!lanmtr. Ortama dardan ilave edilen azot gaz ise kaynak makinesinin torcu ile ortama ilave edilmitir. Gazn debisi numune yüzeyindeki tozlar da!tmayacak ekilde ayarlanm olup, tozlarn arasndaki boluklardan ortama geçmesi sa!lanmtr. Böylece kaynak ortamna azot gaz ilavesi gerçekletirilmitir. Dardan hiçbir gazn ilave edilmedi!i ortam çizelgedeki gibi normal ortam olarak adlandrlmtr. Çizelgedeki toz karm ve ortamlar sralamas ayn zamanda, kaynakl ilem sonras numunelerin yüzeyine vurulan numaralarla ayn numaralardr. Numunelerin ayrm ve inceleme kolayl! bu numaralar yardmyla sa!lanmtr.

97 Kaynak numunelerinin hazrlan2 ve kayna n yapl2 Kaynak numunelerinin hazrlan2 Kaynak numuneleri 6000x60x10 mm ölçülerindeki lama malzemeden, 16 adet ve uzunlu!u 150 mm olacak ekilde, erit testerede kesilmitir. Numune ölçüleri Fekil 5.2 de verilmitir. Numunelerin kesim sonras temizlikleri (zmpara ta ile) mekanik yollarla yaplmtr. Fekil 5.2. Numune ölçülerinin gösterimi Kayna n yapl2 Deneylere balamadan önce numunelere uygun kaynak parametrelerinin saptanmas için yaplan ön denemelerde, kaynak makinesi parametre ayarlarnn 258 A ve 35 V oldu!u durumda, en iyi kaynak dikiini elde edebilmitir. Di!er numunelerde kaynak makinesi parametre ayarlar de!itirilmeden sabit tutularak kaynak dikileri çekilmitir. Kaynak ilemine baland!nda torcun balama noktasndan biti noktasna olan otomatik hz ise 28 cm/dk. olarak ayarlanm ve sabit hzda kaynaklar çekilmitir. Numune yüzeyine koruyucu toz ve di!er tozlar Çizelge 5.3 de görülen oranlarda ve bileenlerde ilave edilerek kaynak dikileri Fekil 5.2 de görülen ok yönünde batan

98 80 sona çekilmitir. Kaynak dikiinin, kaynak bitiminden sonra, yava so!umasn sa!lamak amacyla bütün deney numuneleri koruyucu toz karm altnda 5 dakika bekletilmitir. 5 dakika sonunda üzerindeki toz ve cüruflu ksm temizlenmitir Metalografik deneyler için numune hazrlama ve metalografik inceleme Metalografik deneyler için numune hazrlama Numunenin biti noktasndan balangç noktasna do!ru 10 mm lik ksm kesilerek atld. Deneylerde kullanlacak olan numune ksm, 10 mm lik ksmdan sonra yine balangç noktasna do!ru ikinci kez kesilen 15 mm lik ksmdan alnd (Fekil 5.3). Fekil 5.3. Numune hazrlama ksmlar Numunelerin kesim ilemleri sv so!utmal hidrolik testere ile yapld. Kesim sonras numunelerde oluan kesim pislikleri ve çapakl yüzeyler iyice temizlendi. Kesim srasnda testere dilerinden dolay oluan derin kesim izleri metalografik inceleme srasnda zorluk çkaraca! için bu ksmlar ince dili e!e ile temizlenerek düzgün bir yüzey elde edildi. Numunelerin biri birleri ile karmamas için kesilen numunelerin uygun noktalarna numaratör yardmyla numaralar vurulmutur.

99 81 Metalografik inceleme Metalografik inceleme ilemi uygulanacak olan numuneler Fekil 5.3 deki ölçülerde kesilip Fekil 5.4 deki duruma getirildikten sonra, incelenecek olan numune yüzeyine srasyla am aras zmpara ka!tlar ile zmparalama ilemleri yapld. Numune yüzeylerinin geni olmas ve metalografik çalmalara elverili olmas nedeniyle numunelere bakalite gömme ilemi yaplmad. Son zmparalama ileminden sonra numune yüzeyleri, keçe üzerine dökülen 1 mikron elmas parlatc ile parlatld. Önceden hazrlanan % 2 lik Nital da!layc ile numuneler da!lanarak yüzeyler mikroskop altnda incelemeye hazr hale getirildi. Numune yüzeylerinde optik mikroskop ve SEM (Scanning Electron Microscope) ile inceleme esnasnda gerekli görülen noktalardan görüntüler alnd. Fekil 5.4. Deney numunesi EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) analizi ve kimyasal ya2 analiz Metalografik inceleme sonrasnda, malzemelerde sertli!in artna, neden olan elementlerin belirlenmesi amacyla enerji da!lml izölçer (EDS) ve kimyasal ya analiz deneyleri numuneler uygulanmtr. EDS analizi, numune yüzeylerinde de!iik noktalarda ve mikroskopta görünen yüzeylerin tamamna uygulanmtr.

100 82 Kimyasal ya analiz, enerji da!lml izölçer (EDS) analizlerinden sonra yaplm olup, kaynak dikii bölgesinden yaklak olarak 1 gr. a!rl!nda kaynak dikii numunesi çkarlarak uygulanmtr. Kimyasal ya analiz deneyleri sadece 1, 4 ve 8 nolu numuneler uygulanmtr. Kimyasal ya analiz, tahribatl muayeneler bölümüne girmektedir. Kaynak dikiinden çkarlan numune, ölçekli cam beher kap içersinde, hidroklorik asit ve nitrik asit ( HCl + HNO 3 ) karmnda çözündürülmütür. Asit karm içersinde ayr beher kaplarnda çözündürülen numuneler, yaklak olarak 100 ml olacak ekilde suyla seyreltilerek kimyasal analiz ilemine geçilmitir. Kimyasal ya analiz deneyleri Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Bilimleri Mühendisli!i Ölçüm Laboratuarnda yaptrlmtr. Deneylerin yapm esnasnda, Çevre Bilimleri Mühendisli!i Ölçüm Laboratuarnda, laboratuar sorumlusu ile birlikte çallp, ortaya çkan sonuçlar birlikte incelenmitir. Sonuçlar ile ilgili deneysel analiz raporlar hazrlanmtr Numune sertlik ölçümleri Numunelerin metalografik inceleme yaplan yüzeyleri ayn zamanda sertlik ölçümleri için kullanld. Bu yüzeyde sertlik ölçümü yapmadan önce, yüzey keçe ile parlatlarak yüzeydeki istenmeyen lekeler giderildi. Sertlik ölçümü ilemi uygulanmadan önce numunelerin metalografik incelenme yaplmayan yüzeyleri tornalama makinesi ile düzeltilerek sertlik ölçüm ilemine geçildi. Numunelerin sertlik ölçümleri SHIMADZU HMV 2 Model mikro sertlik ölçme cihaz ile 100 gr a!rlk kullanlarak Vickers (HV) cinsinden ölçümler yapld. Numune yüzeyinde Fekil 5.5 de görülen, kaynak metali, ITAB ve ana metal bölgeleri üzerinde ve bu bölgelerin her birinde üç farkl noktada sertlik ölçümü yapld. Sonuçlar ayrca toplanp ortalamalar alnarak, ilgili bölgenin sertlik de!eri sonucu olarak kabul edildi.

101 83 Fekil 5.5. Sertlik ölçüm noktalar 1. Kaynak metali, 2. Is tesiri altndaki bölge (ITAB), 3. Ana metal A2nma deneyi Metalografik incelemesi yaplan numunelere son olarak anma deneyi uyguland. Anma deneyi Fekil 5.1 de görülen Pin On Disk tipi anma cihaz ile yapld. Numuneler sras ile anma cihazna ba!lanarak anma miktar verileri alnd. Andrc disk olarak 1200 numaral zmpara kâ!d kullanld. Tüm numuneler için yeni bir zmpara kâ!d kullanld. Anma miktarnn belirlenmesinde 1/1000 gr lk Acculab ALC markal hassas terazi kullanld. Numunenin, cihaza ba!lanmadan önceki a!rl! miligram (mg) olarak kaydedildi. Anma deney ilemi bittikten sonra ayn numune a!rl! tekrar ölçüldü ve numunedeki anma miktar a!rlk kayb olarak belirlendi. Bu ilemler bütün numuneler için ayr ayr uyguland. Anma deneyi 8 numuneye de!iik uzunluklarda uyguland. Bu uzunluklar 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 ve 1200 metre olarak belirlenmi uzunluklardr. Disk devri 300 dev/dk sabit tutuldu. A!rlk olarak yaklak olarak 10 kg lk a!rlk kullanld. Anma ilemi öncesinde numunelerin diske temas edecekleri yüzeyler düzgün ve ayn ölçülere getirildi. Böylece anma diskinin, numunelerde ayn yüzey alanlarna temas etmesi sa!land.

102 84 6. DENEY SONUÇLARI VE TARTIMA 6.1. Metalografik nceleme Sonuçlar Numunelerin metalografik ilemler için hazrlanan yüzeyi optik mikroskop ve SEM yardmyla de!iik büyütmelerde incelenmitir. Numunelerde ilk olarak kaynak metali sonra ITAB n, ana metalin ve son olarak kaynak metali, ITAB ve ana metalin birleti!i noktalar, ayr optik büyütme oranlarnda görüntülenmitir. Numune yüzeylerinin görüntülenmesi numune srasna göre kaytlara alnd Ana metal görüntüleri Her numunenin ana metal mikroyap görüntüleri alnmasna ra!men, mikroyaplarn birbirleri ile benzer olduklar için tek bir ana metal mikroyap görüntüsü verilmitir. Görüntüler optik mikroskopta 400 büyütme ile çekilmi mikroyaplardr. Resim 6.1 de görülen ana metal mikroyap görüntüsü, ilk ferrit ve perlitli ötektoit alt çeliklerin mikroyapsn tamaktadr. Ana metal mikro yapsnda taneler eeksenlidir ve yönlenme görülmemektedir. Perlit yap ksmen ferrit tane snrlarnda olumutur. Ferrit Perlit Resim 6.1. Deney numunesi ana metal görünüü x400

103 Is tesiri altndaki bölge (ITAB) görüntüleri Resim a kadar s tesiri altndaki bölge mikroyaplar görülmektedir. 3 ve 8 nolu numunede kaynak geçi bölgelerinde mikroyap içersinde cüruf kalntlar görülmektedir. 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 nolu numunede, s ak yönlerine göre, tanelerde belirgin biçimde yönlenme görülmektedir. Ana metal mikroyapsnda görülen e eksenli taneler yerlerini uzun yönlenmi tanelere brakmtr. ITAB üzerinde yüksek sya maruz kalan bölgelerde (kaynak metaline en yakn bölge) tane irilemesi görülmektedir. Bu mikroyap de!erleri, ITAB da olumas beklenen de!erler olarak karmza çkmaktadr. Jri taneli bölgeye yakn olan bölgede taneler ince taneli yaplar olarak görülmektedir. Bunun nedeni bu bölgedeki scaklk iri taneli bölgeye göre daha düük scaklkta olmasndan dolay kaynaklanmaktadr. Normal kaynak ITAB içinde olumas muhtemel mikroyap olarak düünülmektedir. Ana metale yakn olan bölgede tane yaps de!imeden kald! görülmütür. Yine bu bölgelerde mikroyap görünüü olarak ana metal görünüüne benzemektedir. Resim Nolu numune ITAB görünüü x400

104 86 Resim Nolu numune ITAB görünüü x400 4, 7 ve 8 nolu numunede taneler sivrimsi bir ekilde görülmektedir. 1 ve 2 nolu numunede taneler ve tane snrlar belirgin bir ekilde belli olmaktadr. Cüruf Kalnts Resim Nolu numune ITAB görünüü x400 Resim Nolu numune ITAB görünüü x400

105 87 Resim Nolu numune ITAB görünüü x400 Resim Nolu numune ITAB görünüü x400 Resim Nolu numune ITAB görünüü x400

106 88 Cüruf Kalnts Resim Nolu numune ITAB görünüü x Kaynak metali mikroyaplar 1 nolu numune resminde normal bir kaynak metali mikroyaps görünmektedir (Resim 6.10). Kaynak metali içersinde dentritik mikroyaplar belirgin ekilde görülmektedir. Resim 6.12 de görülen 2 nolu numunede kaynak metalinde dentritik yaplarla birlikte kaynak metali üzerinde çatlak oluumu görülmektedir. Benzer mikroyapya Resim 6.16 daki 4 nolu numunede rastlanmtr. Bu numunelerin ortak noktas, her iki numunede % 25 orannda bor tozu kullanlmasdr. Kaynak metali üzerinde oluan çatlaklar bu numunede de görülmütür. Bu numunelerde görülen ikinci bir durum, kaynak metali içersinde baz noktalarda gözeneklilik bulunmaktadr. Resim 6.18 deki 5 nolu ve Resim 6.22 deki 7 nolu numunede yüzeyde dentritik yap oluumu ve çatlaklar göze çarpmaktadr. 7 nolu numune mikroyap görüntüsünde, i!nemsi yap, mikroyapya daha hakim olarak görülmektedir. Mikroyaplar görülen numuneler içersinde tane boyutlar küçük olan ve tanelerin birbirine yakn halde bulundu!u mikroyap foto!raf 8 nolu numunede (Resim 6.24) görülmektedir. Yine bu numunede, kaynak metalinde gözeneklilik ve çatlak oluumu gözlenmitir. Fakat 8 nolu numunede çatlak oluum miktar di!er numunelere oranla daha az oldu!u görülmektedir. 8 nolu numunenin mikroyapsnda martenzit yapya yakn bir mikroyap olutu!u açkça görülmektedir.

107 89 Çatlak Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000 Çatlak Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400

108 90 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000 Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400 Çatlak Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000

109 91 Çatlak Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000 Çatlak Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400

110 92 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000 Martenzitik Yap Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000

111 93 Çatlak Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x1000 Çatlak Cüruf Kalnts Resim Nolu numune kaynak metali görünüü x400

112 94 Resim Nolu numune SEM görüntüsü x nolu numune hariç di!er numunelerin hepsinde diki üzerindeki çatlak oluumu bariz olarak görülmektedir. Kaynak dikii üzerinde tanelerin dentritik durumda olutuklar gözlenmektedir. 8 nolu numunede mikro yap, beynitik ve martenzitik aras mikro yapya benzemektedir. En belirgin mikro yap de!iimi 6 ve 8 nolu numunelerde görülmütür. Bu yaplar martenzitik yapy tamakta olup ölçülen sertlik de!erleri bunu desteklemektedir.

113 Ana metal, ITAB ve kaynak diki2i birle2ik görüntüler Resim e kadar görülen mikroyap resimlerinde ana metal, ITAB ve kaynak metalinin geçi bölgeleri birlikte görülmektedir. Görüntü optik mikroskop yardmyla 50 büyütmede çekilmitir. Kaynak metalinin ana metal ile birleti!i kenardan mikroyap görüntüsü alnmtr. Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50

114 96 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50

115 97 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50

116 98 Resim Nolu numunenin Ana metal, ITAB ve diki görünüü x50 Bu görüntülerde ana metalden, kaynak dikiine gidildikçe mikroyap de!iimi ve tane boyutlarndaki farkllk gözlenmitir. Ana metaldeki mikroyapya göre tane boyutlar s tesiri altndaki bölgede küçülmütür. Is tesiri altndaki bölgeden, kaynak metaline do!ru gidildikçe tane boyutlarnn büyümeye balad! ve kaynak metali merkezinde yapnn dentritik yap oldu!u gözlenmitir. Kaynak metali, s bölgesine do!ru düzgün yönlenmi tanelerden olumutur EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) Analizi ve Kimyasal Ya2 Analiz Sonuçlar Numunelere uygulanan EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) Analizi sonuçlar aa!da çizelgeler ile birlikte verilmitir EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) analizi sonuçlar Numunelerde yaplan Enerji Dispersif Spektrometresi (EDS) sonuçlar oransal de!erler olarak Çizelge 6.1 de verilmitir. EDS (Enerji Dispersif Spektrometresi) analizi her numuneye uygulanmtr. EDS analizi ortaya çkan sonuçlar çizelgeler halinde sunulmutur. Numunelere EDS

117 99 analizinin uygulanmasndaki sebep, numunelerdeki sertlik artna neden olan elementin veya elementlerin ortaya çkarlmasdr. Bu çalmada sertli!i arttrmak ve anma özelliklerini iyiletirmek üzere bor minerali kullanld! için, EDS ile numunede özellikle bor minerali analizleri yaplmtr. Her numune ayr olarak incelendi!inde, EDS sonucuna göre bor minerali saptanamamtr. Bunun balca nedeni EDS analizi yönteminde, atom numaras küçük olan elementlerin (B, H, vb.) orannn, EDS cihaznn alglayabilece!i de!erlerden küçük olmasdr. Bor gibi minerallerin oran, içinde bulundu!u di!er elementlere göre en az % 2 ye yakn orannda olmas bu cihazla bor mineralini tespit etmek için yeterli olacaktr. EDS analizi ile tespit edilemeyen bor mineralini tespit etmek için, Kimyasal Ya Analiz deneyleri uygulanmtr. Bu deney yöntemi ile numunede 1 ppm (mg/kg) de!erine kadar mineral tespiti yapmak mümkündür.

118 100 Çizelge 6.1. Deney numuneleri EDS analizi sonuçlar Numuneler ve Elementlerin % Oranlar Bulunan Element 1 Nolu numune 2 Nolu numune 3 Nolu numune 4 Nolu numune 5 Nolu numune 6 Nolu numune 7 Nolu numune 8 Nolu numune Fe 97,825 97,878 98,073 95,884 98,943 95,428 95,821 94,760 Si 2,175 2,122 1,456 1,057 1,574 1,131 1,208 N 0,471 0,347 0,311 0,293 Mn 0,878 1,025 S 0,389 0,263 C 3,769 2,737 2,451 O 1,731 Deney numunelerine uygulanan, EDS analizleri deney sonuçlarnn, çok sa!lkl sonuçlar vermedi!i anlalmtr. Bu sebeple, ayn numunelere, di!er elementlerinde tespit edilmesi için, kimyasal ya analiz deneylerinin uygulanmasna karar verilmitir Kimyasal ya2 analiz sonuçlar Kimyasal Ya Analiz deneyleri sadece 1, 4 ve 8 nolu numunelere uygulanmtr. Deney sonucunda 1 nolu numunede bor minerali saptanamamtr. 4 nolu numunede 31,7 mg/kg de!erinde bor minerali tespit edilmitir. 8 nolu numunede ise 330 mg/kg de!erinde bor minerali tespit edilmitir. 1 nolu numunede bor mineralinin saptanamama sebebi, deneylerde bu numuneye bor tozu ilave edilmemesidir. Deney numunelerine ilave edilen bor tozu oranlarnn farkll! 4 ve 8 nolu numunelerde açkça görülmektedir. Bor tozu ilave oran farkll!, bu iki numunede, tespit edilen bor oran de!erlerine oldu!u gibi yansmtr.

119 101 Asit içersinde çözündürülerek hazrlanan 1, 4 ve 8 nolu numunelere ait kimyasal ya analiz de!erleri aa!daki tabloda gösterilmitir. Deneylerin sonuçlar ayrca Analiz raporlarnda belirtilmitir. Çizelge 6.2. Kimyasal ya analiz sonuçlar Numune Nosu Element Ölçülen Deriim (mg/kg) Deney Raporu No 1 Nolu numune B(Bor) Saptanamad ASL.DRP b 4 Nolu numune B(Bor) 31,7 mg/kg ASL.DRP a 8 Nolu numune B(Bor) 330 mg/kg ASL.DRP a Bu sonuçlar deneyde kullanlan bor tozlar oran ile yaknlk göstermektedir. 1 nolu numunede deney esnasnda bor tozu kullanlmamtr. 4 nolu numunede % 25 orannda bor tozu ve % 75 orannda OP 1250 A Tozalt kaynak tozu kullanlmtr. 8 nolu numunede % 40 orannda bor tozu, %10 orannda Grafit tozu ve % 50 orannda OP 1250 A Tozalt kaynak tozu kullanlmtr.

120 Sertlik Ölçümü Deney Sonuçlar Sertlik ölçümlerinin sonuçlar Vickers (HV) de!erinden saptanm ve sonuçlara ait veriler Çizelge 6.3 de verilmitir. Çizelge 6.3. Sertlik ölçüm deneyi sonuçlar Numune No Kaynak Metali Sertlik De erleri Vickers(HV) Is Tesiri Altndaki Bölge (ITAB) Ana Metal ,07 209,11 172, ,94 221,98 172, ,26 212,41 172, ,59 232,02 172, ,60 222,72 172, ,68 231,22 172, ,81 227,98 172, ,65 246,22 172,47 Ana metal sertlik ölçümleri birbirlerine yakn de!erler olarak elde edilmitir. Bütün numunelerin, ana metal sertlik ölçümleri yaplm ve elde edilen sertlik de!erlerinin ortalamas 172,47 HV (Vickers) olarak saptanmtr. Kaynak metali, sertlik ölçümü sonucu en yüksek olan numune, 8 nolu numune olarak saptanmtr. 8 nolu numuneyi 6 nolu numune, sonrasnda 3 nolu numune takip etmektedir. Çizelge 5.3 e göre 8 nolu numunede bor, grafit ve OP 1250 A tozlar karmna ek olarak ortama ilave edilen azot gaznn etkisi oldu!u düünülmektedir. Çifci C, Sade karbonlu çeliklerin borlanmasnda borür tabakas özelliklerine karbon miktarnn etkisi isimli yüksek lisans tezinde belirtti!i gibi sade karbonlu çeliklerde oluturulan borür tabakas sertli!in artmasn sa!lamaktadr [61].

121 103 8 nolu ve 6 nolu numunelerde kullanlan grafit tozlar martenzitik mikroyap oluumunu kolaylatrmtr. Martenzitik mikroyapnn oluumu bu iki numunedeki sertlik artnn önemli sebepleri arasnda gösterilebilmektedir. Azot gaznn ilave edilmesiyle ortaya çkan sertlik de!erleri de!iikli!i, Çizelge 6.3 de görülmektedir. Çizelge 6.3 deki sonuçlara göre 1 nolu numunedeki sertlik de!eri ile bu numuneye benzer artlar tayp sadece azot gaz ilavesi ile oluturulan 3 nolu numunedeki sertlik de!erleri arasndaki fark açkça görülmektedir. Azot gaznn etkiledi!i sertlik de!erleri de!iimleri 2 nolu numuneye göre 4 nolu numunede, 5 nolu numuneye göre 7 nolu numunede ve 6 nolu numuneye göre 8 nolu numunede de açkça ortaya çkmaktadr. Is tesiri altndaki bölgenin sertlik ölçümü de!erleri sonucu en iyi de!erler 5 nolu numunede görülmektedir. 8 nolu numune ve 6 nolu numune daha sonraki en iyi sertlik de!erlerini göstermitir. Tozalt ark kayna!nda, serbest tel uzunlu!unun artmasna ba!l olarak, y!lan toz miktarnn artmas sebebiyle yava so!uma oldu!undan, kaynak metali ve ITAB deki sertlik de!erlerinin azald! tespit edilmitir [59]. 5, 6 ve 8 nolu numunelerde di!erlerine nazaran s tesiri altndaki bölge (ITAB) sertli!i daha fazla oldu!u görülmektedir. Ana metal sertlik oran kaynak esnasndaki mevcut s girdisi ve kaynak sonras bekletilme süresine göre de!iiklik arz etmektedir A2nma Deneyi Sonuçlar Anma deneyleri için hazrlanan numuneler, sabit yük, sabit hz ve sabit andrc ile farkl uzunluklarda testlere tabi tutulmutur. Anma deneyleri için 1 den 8 e kadar numaralandrlm deney numuneleri kullanlmtr.

122 104 Deneylerde kullanlan numunelerin, anma dirençlerinin tek bir faktöre ba!l olmayp, numunelerin kimyasal bileimlerindeki de!iimlere, kullanlan koruyucu toz karmlarna, kaynak ilemi sonras de!ien mikroyaplarna, anma deneyinde uygulanan yüke ve anma mesafesine de ba!l oldu!u görülmütür [65, 66]. Anma deneyi sonuçlar, Çizelge 6.4 de verilmitir. Çizelge ayrca Fekil 6.1 de grafiksel ekillerle ifade edilmitir. Her uzunluk sonucu elde edilen de!erler sonuç olarak Çizelge 6.4 de ilenmitir. Çizelgede, anma direnci en yüksek olan numune, 8 nolu numunedir. 8 nolu numuneyi 6 nolu numune takip etmektedir. Anma direnci en düük olan numune 2 nolu numunedir. Çizelge 6.4. Anma deneyi sonucu numunelerdeki anma miktarlar Numune Alnan Yol (m) ve Anma Miktar (mg) No Nolu Numune 8,1 13,5 24,6 32,2 26,0 25,5 27,3 26,5 29,9 32,3 28,2 29,7 2 Nolu Numune 14,4 22,8 21,6 24,9 27,2 24,2 28,2 29,1 38,6 39,4 34,4 40,1 3 Nolu Numune 17,5 21,6 22,0 31,1 29,4 35,6 28,8 33,6 31,5 34,3 35,9 36,7 4 Nolu Numune 18,0 18,4 19,3 21,6 33,4 29,5 28,4 32,2 33,7 36,4 35,2 36,2 5 Nolu Numune 17,8 18,0 22,3 28,2 33,9 33,1 36,1 38,3 36,2 35,2 34,5 34,1 6 Nolu Numune 8,5 9,1 7,0 6,0 8,4 14,1 12,0 13,3 15,1 14,4 16,2 12,1 7 Nolu Numune 4,1 25,4 20,3 22,5 26,2 21,4 23,7 25,8 20,7 24,8 27,5 29,7 8 Nolu Numune 6,0 6,4 9,6 4,3 9,7 9,6 10,6 13,2 8,1 9,6 13,7 9,3 Numunelere ilave edilen bor tozu orannn artmas ile birlikte anma direncinin artt! grafiklerde açkça görülmektedir. Kaynak ortamna ilave edilen azot gaznn sertlik ve anma direncini arttrd! yine ayn grafiklerden açkça anlalmaktadr. Karatao!lu F. ve ark. (1998) yaynladklar çalma Monoblok tekerlerin anan ksmlarnn MAG kayna! ile yaplan dolgu metalin anma davrannn incelenmesi de belirtildi!i gibi anma direncini etkileyen en önemli faktörlerin

123 105 banda sertlik gelir ve sertlik artyla birlikte anma dayanmnda art gösterir [60]. Anma deneyi srasnda, baz numunelerde alnan yol arttkça anma miktarnn artt! görülmütür. Fekil 6.1 de numunelerde alnan yola göre a!rlk kayb de!iimi ilikisi görülmektedir.

124 106 Fekil 6.1. Deney numuneleri anma deneyi sonuçlar

125 SONUÇLAR VE ÖNERLER Yapm gerçekletirilen bu yüksek lisans çalmas sonunda elde edilen genel sonuçlar aa!da sralanmaktadr. 1. Deneylerde kullanlan bor tozlarnn, malzemede sertli!i arttrarak, anmaya kar direncide belirgin ölçüde arttrd! saptanmtr. Bu sonuç, Y(ld(zl( K, ve arkada+lar(n(n Borlanm AISI çeli!inin eroziv anma davrannn incelenmesi yaynndaki, numunelerin anmaya kar gösterdi!i dirençte oluan bor tabakasnn derinli!inin ve bor tabakasnn sertli!inin önemli etkileri vardr, sonucunu da desteklemektedir [62]. 2. Yaplan deneylerde anmaya kar en iyi dayanm % 50 OP 1250 A + % 40 Bor + % 10 Grafit tozlarnn karm ve Azot gaz ilaveli ortam, tel olarak da SG2 teli kullanm vermektedir. 3. Sertli!i, ana metal sertlik de!erinden fazla olan 2, 4, 5, 7 ve 8 nolu numunelerde kaynak dikii üzerinde belirgin, optik mikroskopla daha da belirgin, çatlak oluumu görülmütür. 4. Deneylerde kullanlan bor tozu miktar arttkça sertlik de!erlerinin artt! gözlenmitir. Eti Holding A... Genel Müdürlü0ü Planlama ve Bilgi 2+lem Dairesi Ba+kanl(0(n(n yay(n( olan Ferrro bor ön fizibilite etüdüne göre, Bor, çeli!in sertli!ini karbür oluturmak suretiyle arttrr. Di!er karbür yapan elementlerle kyasland!nda, çeli!e ayn derecede sertlik kazandrmak için çok az bor gerekir [63]. 5. EDS analiz deneyleri sonuçlarnda elde edilen Fe(Demir) ve C(Karbon), Kimyasal ya analiz deneyleri sonucunda da elde edilen B(Bor) elementlerinin, kaynak ilemi srasnda ortaya çkan s ile FeB, Fe 2 B ve B 4 C gibi bileikler oluturdu!u düünülmektedir.

126 FeB, Fe 2 B ve B 4 C gibi bileiklerin oluum scaklklar o C arasndadr. Bu oluum Fekil 7.1 ve Fekil 7.2 de görülen, ikili faz diyagramlar olan Fe-B ve B-C diyagramlar ile desteklenmitir [64]. 7. Numunelerde kaynak dikii ilemleri srasnda ortaya çkan s ile birlikte Bor mineralinin Fe(Demir) veya C(Karbon) ile bileik oluturarak çelik içersinde sertli!in artmasn sa!lad! düünülmektedir. 8. Ortama ilave edilen azot gaznn sertlik ve anma de!erlerini olumlu yönde etkiledi!i, bu sayede sertlik ve anma de!erlerinin artt! düünülmektedir. Fekil 7.1. Fe-B ikili faz diyagram [64]

127 109 Fekil 7.2. B-C ikili faz diyagram [64] Yaplan deneysel çalmalar ve elde edilen sonuçlar!nda bu konuda bundan sonra yaplacak olan aratrmalar için u öneriler yaplabilir. 1. Deneylerde kullanlan numunelerin, Elektron Inl Mikro Analiz Cihaz (EPMA) ile element analizi yaplp, numuneyle ilgili element haritas çkarlarak hangi elementlerin sertli!e ve anma dayanmna etki etti!i ve hangi bileiklerin olutu!u daha da belirgin ekilde tespit edilebilir. 2. Numunelerde sertlik artna neden olan bileiklerin belirlenmesi amac ile daha detayl kimyasal çalmalar ve incelemeler yaplabilir.

128 Anma deneylerinin yapm esnasnda, de!ien anma de!erlerinin her ölçümünde, anan yüzeylerin optik mikroskop altnda incelenmesi olumlu sonuçlar do!urabilir. 4. Bu çalmada yaplan deneylerde kullanlan tozlarn boyutlar olabildi!ince sabit tutulmaya çallmtr. Ayn deneysel ilemler farkl büyüklüklerde toz boyutlar ile yeniden yaplarak elde edilen sonuçlarn kyaslanmas yoluna gidilebilir.

129 111 KAYNAKLAR 1. Jnternet: Ulusal Bor Aratrma Enstitüsü Bor Elementi (2003). 2. Çalk, A., Sade Karbonlu Bir Çeli!in Borlanma Özelliklerinin Jncelenmesi, Mühendis ve Makine, 508: (2003). 3. Külahl, E., Kaynak Bilimi, Oerlikon Yayn, 2:4-5 (1998). 4. Ank, S., Kaynak Teknolojisi Makine Mühendisli!i El Kitab Üretim ve Tasarm, 2 (170): Külahl, E., Tozalt Kaynak Yöntemi, Oerlikon Yayn, Jstanbul, 3:11-14 (1998). 6. Ergenç, A., Modern Kaynak Yöntemleri ve Maliyeti, Kaynak Dünyas, Jstanbul, 2:56 (1997). 7. Yavuz, N., Özcan, R., Polat, F., Tozalt Kaynak Ba!lantsnn Sonlu Elemanlar Yöntemi Jle Termal ve Mekanik Analizi Uluda" Üniversitesi Mühendislik Mimarlk Fakültesi Dergisi, 10 (2):12 (2005). 8. Külahl, E., Tozalt Kaynak Yöntemi, Oerlikon Yayn, Jstanbul, 2:82 (1985). 9. Damka, R., Tozalt Kayna!nda Kaynak A!z Açmadan ve Kaynak A!z Açarak Ulalabilecek Nüfuziyet Derinli!inin Tespit Edilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jzmir, 8-13 (2003). 10. Ank, S., Kaynak Tekni!i El Kitab, Birsen Yaynevi, Jstanbul, (1991). 11. Kaynak Sarf Malzemeleri Tozalt Ark Kayna! Jçin Tozlar Snflandrma, TS EN 760/Kasm 1998, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, 12 (1998). 12. Kaynak Sarf Malzemeleri Alamsz ve Jnce Daneli Çeliklerin Tozalt Ark Kayna! Jçin Tel Elektrotlar ve Tel Toz Kombinasyonlar Snflandrma, TS 5387 EN 756/Aralk 1997, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara, (1997). 13. The Procedure Handbook Of Arc Welding Design & Pratice, Lincoln Electric, Cleveland, Ohio, Eleventh Edition, (1964). 14. O!uz, B., Anma Sorunlar ve Dolgu Kaynaklar, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul 5-8 (1993). 15. Cavcar, Melike, M., Sert Dolgu Alamlar ve Sert Dolgu Rehberi, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 2-3 (1995).

130 Oerlikon Fontargen, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 1-2 (1996). 17. Cavcar, M., Sert Dolgu Malzemelerine Genel Bir Bak Bölüm 1 Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 3-5 (1996). 18. Gültiken, N., Kaynak Bilimi, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 3:8-18 (1988). 19. Cavcar, M., Demir Bazl Sert Dolgu Malzemelerin Metalurjik Seçimi, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 3-6 (1996). 20. Cary, H. B., Modern Welding Tecnology, AWS, U.S.A., 137 (1979). 21. Akkurt, M., Makine Elemanlar I, Birsen Yaynevi, Jstanbul, (1990). 22. Demiral, M., Yaar, M., Cu-Al-Fe Alamlarnn Anama Davranlarnn Jncelenmesi, Teknoloji, 9 (1) (2006). 23. Koç, E., Makine Elemanlar Cilt 2, Nobel Kitabevi, Adana, (2004). 24. Stachowiak, G. W., Engineering Tribology, Butterworth Heinemann, 2nd. Ed (2000). 25. Boz, M., Seramik takviyeli bronz esasl toz metal fren balata üretimi ve sürtünme anma özelliklerini aratrlmas, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2003). 26. Klnç, Y., Ya!l sürtünme artlarnda çelik ince zrhl yataklarda üretim tekniklerinin anmaya etkisinin aratrlmas, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, (1993). 27. Ylmaz, F., Sürtünme ve Anma, 9. Uluslararas Metalurji ve Malzeme Kongresi, Jstanbul, (1997). 28. Topba, M. A., Endüstri Malzemeleri, Yldz Teknik Üniversitesi, Jstanbul, 2: (1993). 29. Stolarski, T., A., Tribology in Machine Design, Butterworth Heinemann, (1990). 30. Selçuk, B., Borlanm AISI 1020 ve 5115 çeliklerinin sürtünme ve anma davranlarnn incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, 3-10 (1994). 31. Moore, D. F., Princippless and Aplication Tribology, Pergamon Pres, Oxford, (1975).

131 Öztürk, A. A., Motor krank mili muylularna dolgu kayna! yaplmas ve anma karakteristiklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2004). 33. Karata, F., Demir yollarnda çalan Monoblok tekerlerin çalmalar esnasnda anan ksmlarn MJG-MAG kayna! ile de!iik elektrot kompozisyonlarnda yaplan dolgu kayna!nn anma özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1997). 34. O!uz, B., Dolgu Kayna! El Kitab, Oerlikon Yaynlar, Jstanbul, 4-72 (1976). 35. Ashby, M. F., Jones, D. R. H., Engineering Materials 1-2nd. Ed. Butterworth Heinemann, 295 (1996). 36. Harsha, A. P., Tewari, U. S., Two-Body and Three-Body Abrasive Wear Behaviour of Polyaryleetherketone Composites, Polymer Testing, (2003). 37. Eryürek, J. B., Hasar Analizi, J.T.Ü. Makine Fakültesi, Birsen Yaynevi, Jstanbul, (1993). 38. Ohtani, T., Kamasaki T. C., On Abrasive Wear Property During Three-Body Abrasion of Wood, Wear, (2003). 39. Joseph, H., Tylczak, O. A., Abrasiv Wear, ASM Handbook, 18: (1992). 40. Pintaude, G., Tanaka, D. K., Sinatora, A., The Effects of Abrasive Particle Size on The Sliding Friction Coefficient of Steel Using a Spiral Pin-On-Disk Apparatus, Wear, (2003). 41. Demirci, A. H., Teknik kuru sürtünmeli bir anma deney düzene!i tasarm ve imalat, Makine ve Mühendis Dergisi, 29 (330):25-27 (1987). 42. De!erli, B., Anma deneylerinde kullanlan deney düzenekleri, Makine ve Mühendis Dergisi, 37 (432):36-38 (1996). 43. Karahan, S., Bor adsorpsiyonu, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jzmir, (2004). 44. Bor Raporu, TMMOB Metalurji Mühendisleri Odas, Ankara, 1-2 (2003). 45. Kimya Sanayi Hammaddeleri Çalma Grubu Raporu, T.C. Babakanlk Devlet Planlama Tekilat Müstearl", Yayn No: DPT:2414-ÖJK:474, 3-8 (1995).

132 Görgülü, A. O., Arslan, M., Alternatif Bor Bileikleri, Balkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (2003). 47. Jnternet: Maden Tetkik Arama Kurumu, Bor Mineralleri, (2003). 48. Jnternet: Balkesir Üniversitesi, Bor Elementi, Bileikleri Ve Mineralleri Jle Jlgili Genel Bilgiler, (2003). 49. Jnternet: T.C. Babakanlk D Ticaret Müstearl!, Bor Madeni ve Türkiye Jçin Önemi, (2001). 50. Soydan, A. B., Türk kolemanitlerinin termal elektrolizi ile kalsiyum hekzaborür eldesi, Doktora Tezi, 4stanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jstanbul, 6-12 (1985). 51. Yaar, H., Özellik ve Uygulamalarla Malzeme, KOSGEB, Küçük ve Orta Ölçekli Sanayi Gelitirme ve Destekleme Jdaresi Bakanl!, Ankara, (2001). 52. Arslan, J. H., Türkiye ve dünyada bor, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 6-8 (1997). 53. Erdo!an, S., Gelece!in Petrolü: Bor, Kimya Teknolojileri, 39:7-8 (2004). 54. Kalafato!lu, J. E., Örs, S. N., 21. Yüzylda Bor Teknolojileri ve Uygulamalar, Balkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 66 (2003). 55. Özay, P., Bor un sv-sv ekstraksiyonu, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jzmir, 8-10 (2004). 56. Helvac, C., Türkiye Borat Yataklar, Balkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (2003). 57. Jnternet: Arctech Web Sayfas, Az Alaml MJG-MAG Teli SG 2, (1999). 58. Oerlikon Ürün Katalo!u, Sert Dolgu Tozlar, Oerlikon A.5., 1:75 (1997). 59. Durgutlu, A., Kahraman, N., Gülenç, B., Tozalt ark kayna! ile kaynaklanan düük karbonlu çeliklerde serbest tel uzunlu!unun mikro yap ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 18(3): (2005).

133 Karatao!lu, F., Gülenç, B., Türker, M., Kurt, A., Monoblok tekerlerin anan ksmlarn, MAG kayna! ile yaplan dolgu metalinin anma davranlarnn incelenmesi, IWTS 98, Jstanbul, 8 (1998). 61. Çifci, C., Sade karbonlu çeliklerin borlanmasnda, borür tabakas özelliklerine karbon miktarnn etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 81 (1999). 62. Yldzl, K., Odaba, D., Nair, F., Balkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (2003). 63. Angn, M. H., Ferro Bor Ön Fizibilite Etüdü, Eti Holding A.5. Genel Müdürlü"ü Planlama ve Bilgi 4lem Dairesi Bakanl", Ankara, 7 (2003). 64. Okamoto, H., Liao, P. K., Spear, K. E., Binary Alloy Phase Diagrams, ASM Handbook, 3(2):80-81 (1992). 65. Çetinkaya, C., Yüksek kromlu beyaz dökme demir malzemelerin Al 2 O 3 ile anma davranlarnn incelenmesi, Politeknik Dergisi, 6 (3): (2003). 66. Çetinkaya, C., Yüksek kromlu beyaz dökme demir malzemelerin SiC andrc karsndaki anma davranlarnn incelenmesi, Politeknik Dergisi, 6 (4): (2003).

134 EKLER 116

135 EK-1 Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisli!i Bölümü analiz raporu 1 117

136 EK-2 Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisli!i Bölümü analiz raporu 2 118

137 EK-3 Dokuz Eylül Üniversitesi Çevre Mühendisli!i Bölümü analiz raporu 3 119