BRONZ KATKILI PTFE'nin KURU KAYMA HALİNDE SÜRTÜNME VE AŞlNMA DA VRANIŞLARI

Transkript

1 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7.Cilt, 1.Sayt (Mart 2003) Brnz Katkıh PTFE nin Kuru Kayma Hal Sürtünme ve Aşınma Davraruı Ü.Kad BRONZ KATKILI PTFE'nin KURU KAYMA HALİNDE SÜRTÜNME VE AŞlNMA DA VRANIŞLARI Unal Kadığlu Özet Bu çalışmada, brnz katkılı tefln (PTFE) kmpzit malzemesinin aşınma ve sürtünme davranışları üzerine uygulanan yükün ve hızın etkisi incelenmiştir. Bu malzemenin aşınma deneyleri Pin ndisk cihazında gerçekleştirilmiş. Tribljik deneylerde 5, 1 O, 20 ve 30 N' lu yükler ve 0,32, 0,64, 0,96, 1,28 m/sn hızlar kullanılmıştır. Deney snuçlarından kayma hızının artmasıyla birlikte ağırlık kaybının hızlı bir şekilde arttığı, ancak yökün arttırılması snucu ağırlık kaybındaki atışın çk fazla lmadığı gözlennıiştir. Sürtünme katsayısı ise 0, larak tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler Aşınma, Sürtünme Abstract In this study, the effects f sliding speed and applied lad n bth frictin and wear behaviurs f brnze filled flurcarbns (PTFE) cmpsites have been investigated. Wear tests 'vere carried ut using a pinn disc machine. Tests were perfrmed with different aplied lads f 5, 10, 20 and 30 N, and sliding speeds f 0.32, 0.64, 0.96 and 1.28 m/see. The results shw that the material lss increased cnsiderably with increasing the sliding speed, but it increased slightly increasing the applied lad. The cefficient f frictin f the brnze reinfrced PTFE cmpsites was determined beh\'een 0.18 and Key wrds Wear, Frictin ı. GİRİŞ Endüstride yaygın larak kullanılan ve birbiri üzerinde çalışan makina elemanları, uzun süreli çalışmalan neticesinde aşımrlar ve görevlerini yerine getiremezler. Malrina parçalarında rtaya çıkan bu hasarlar önenıli eknmik kayıplara sebep lmaktadır. Pratikte, birbiri üzerinde çalışan makina elemanlarının seçimi rtam sıcaklığı, nemi, temas yükü, çalışına devri veya hız gibi faktörler dikkate alınarak yapılmalıd Makine parçası çifti gıda sektöründe kullanılıyrsa gıda ile temas ediyrsa, sağlık kşulları için zara lmayacak malzeme çifti seçimi yapılmaltd Genellikle birbiri üzerinde çalışan makine elemanlt metalmetal, plimermetal ve seramik metal çi şeklinde labilmektedir. Plimer malzemeler st yıllarda saf veya katkth çeşitleri ile endüstri de ldul yaygın bir kullanım alanı bulmaktadır. Bir çk avantajlı yönlerinden dlayı Plimerlerde değişik endüstri alanlannda dişli yapımında [ 1, yataklarda [3,4] fren ve kavramalarda [5,6] transmisy. kayışiarında [7], makara sistemlerinde [8], mtrlard [9,10] uzay araçlannda tmasyn makinalarında [l l yararlanılır. Plimerler uygulama alanlarının artması ilı tribljik özelliklerinin de araştırılması snuctml dğunnuştur. Bu sebeple sn yıllarda plimermeta aşınması ile ilgili bir çk çalışma yapılmıştn ( 12, 13, 14, 15]. Genel larak kullanılan terınplastik plimerler, PTFE, Pliaınid, POM, PEEK, PI ÇYMAPE, PES'dir. Aşınma ile çalıqn bilim adamlan, tennaplastik malzemeleri, aşınma ve sürtünme açısından üç ana gruba ayırırlar. Bunlar; YYPE, UHMWPE ve PTFE gibi düzgün mleküler prfılli plimerler, PP ve A YPE gibi nrmal plimerler ve PMMA ve PVC gibi aınrf plimerler. Bunlar arasında en iyi sürtünme ve aşıırma perfrmansını PTFE gibi düzgün mleküler prfilli plinlerler göstermektedır [ 16]. Daha önce plimerlerin deney şartları il,:; ilgiji çalışmalar yapılmıştır. Babadır [17], Tnakal [18] ve PA ile yaptığı çalışmalarda, uygulanan yükün, kayma hızının ve rtam sıcaklığının sözü edilen plimerlerin üzerine etki ettiğini ifade etmektedir. Clarigl [ 19] ve B restnail plimermetal çifti ile yaptığ1 çalışınalarda plimerlerin sürtünme katsayısının, uygulanan yükün artması ile azaldığını, Yamaguchi [17] ve Stuart [20] ise arttığını tespit etmiştir. Ü. Kadığlu, SAÜ Teknik Eğit. Fak. 1etal Eğt. Böl. SAKARYA 62

2 S.A.U Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7.Cilt, 1.Sayı (Mart 2003) Brnz Katkıh PTFE nin Kuru Kayma Halinde Sürtünme ve Aşınma Davranışlan.. lj.kadığlt Bu deneysel çalışmada, /2 5 brnz katkılı PTFE'nin kuru kayma şartlan altındaki, aş ınn1a ve sürtünme davramşları incelenmiştir. Kayma hızı, uygulanan yük ve ağırlık kaybı arasındaki ilişki araştınlmıştır. Pinıdisk deney cihazı kullanılarak yapılan çalışmada dört farklı yük (5N, lon, 20N ve 30N), dört farkh kayma hızı (0,32, 0,64,0,96 ve 1.28 ın/sn) ve 60 dakikalık aşınına süresi kullanılmıştır. hazır]annnştır. Disk larak kullanılan ınalzeme ise 440 C paslanmaz çeliği (Sertlik 58 HRC) lup mm çapında ve 20 nun kalınlığında tmatanıp taşlammştu. Diskin rtalanla yüzey pürüzlü lüğü ise 0,26 m'dir. Deneyde kullanılan AISI 440 C çeliğinin kimyasal bileşimi Tab l 1 'de verilmektedir. Tabl I AISI 440 C çejiğinin kimyasal bileşimi II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ıı.ı. Malzeme ve Metd Deneyde / 25 brnz katkıh PTFE kn1pzit malzemesi kullanılmıştır. Malzen1e Hllanda'nın DSM firnıasından temin edilnıiştir. Pim 0 6x50 mm byutlannda Deneyde kullanılan % 25 brnz katkılı teflnun ilk ağırlığı terazide tartılmıştır. Snra Tabl 2'de verilen hız ve kayma sürelerine göre numune aşındırılıruştıı:. Numunenin ilk ağırlığı ilc sn ağırlığının arasındaki fark aşınma miktarını vermektedir. Deneyde Denver lnstrument Cmpany AA200 nıaıkalı terazi kullarulmıştır. Deneyde sürtünme katsayısını belirleınek ıçın bir dinamametre düzeneği kullamlmıştır. Dinammetrenin kefesine knan 1500 gr, 1000 gr, 500 gr, 250 gr yüke karşılık gelen yayın uzama miktarlan, her yüke karşılık gelen yaydaki uzama miktarları exel /t,c 0/Si 0/t.Mn 0/P 0/S / Cr ()/ M 0/Ni prgranuna girilerek bir f(s) fnksiyn grafi.ği çizdiıilmiş, f(s) fnksiynu yanal kuvvetin kendisidir. Bu f{ s) değerinin yani yanal kuvvetin pin ndisk cihazın1n kafesine yerleştirilen nnnal yüke bölümnesiyle sütüinme katsayısı bulunmuştur. Deneyler iki amaçla gerçekleştirilmiştir. Birinci amaç, % 25 Brnz katkılı PTFE'nin tribljik özelliklerine, uygulanan yükün ve kayma hızının etkisini araştırmak ikinci amaç ise ka yına süresinin etkisini tespit etmektir. Deneylerde uygulanan yük ve luzlar Tabl 2'de verilmiştir l.,abl 2 / 25 Brnz katkılı PTFE'ye uygulanan yük ve hızlar. Uyulanan_yük (N) Hız {r.ıılsn) Kal:ma suresi Fl = 5 F2 = 10 F3 =20 F4=30 63

3 SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7.Citt, 1.Sayı (Mart 2003) Brnz Katkıh PTFE nin Kuru Kayma Hali Sürtünme ve Aştnma Davranı ü.k.a DI. DENEY SONUÇLARI ŞekilI 'de Brnz katkı lı PTFE'njn uygulanan yük ile aşınma miktarı arasındaki ilişkiyi göstennektedir. Şekilde açıkça görüldüğü gibi uygulanan yük arttıkça aşınma miktarı da artmaktadır. Bunun muhtemel sebebi ise uygulanan yükün aıiması ile pim ve dişli arasındaki sıcaklığın daha yüksek lmasından kaynaklandığı şeklinde ifade edilebilir. Bu sıcaklığın ölçümü yapılmamıştır. Pim ile disk arasındaki sıcaklığın artması PTFE bünyesinde bulunan brnz partiküllerinin klay bir şekilde açığa çıkmasına sebep lmaktadır. Sıcaklık artışı ile disk yüzeyine aktif larak çıkan dlgu malzemeleri pim ile disk arasına girerek aşınınayı hızlandınnaktadır. Sıcaklığın artması ile ınına miktarının aı tınası özellilde PTFE ve PTFE katkılı kmpzitlerde yaygın larak göri.uen bir laydır. (Tancester 1980, Tanata 1973) v1 =0.32 m/s V2=0.64 m/s _,. VJ::0.96 m Y4=1.28 mis ı:: cr.; < ;) Yük (N) uygularunası neticesinde sürtünme katsayısı O, 1 70: de ğerine düşmüştür r.. 0,23 :::1...._,. 0.22!3 0,21 (!j 0.2 Q) 0.19 :3 18 C/) _, 0.32 m/s Q 0,64 m/s 0.96 mis Yük (N) Şekil 2 % 25 Brnz Katkılı PTFE'nin uygulanan bağlı sürtünıne katsayısındaki değişim 0, < ::1...._.,. M 0,2 ll' /"' U..,."' // Q) ,16 ı t ı a30 L 0,32 1tk(N) Şekil 1 % 25 Brnz Katkılı PTFE'ye uygulanan yük ile aşınma miktan arasındaki ilişki. Şekil 3 % 25 Brnz Katkılı :'"'TFE'nin s katsayısının uygulanan hıza bağlı larak değişimi Elde edilen verilere göre, kaynıa hızının artınası ile ağırlık kaybı lineer larak artmaktadır. Kayma hızına göre aşınma miktannın ile uygulanan yüke göre aşınma miktarnun artması arasında benzerlik görülmektedir. Her iki durumda da benzer ağırlık kayıpları elde edilmiştir. Bunun sebebi yukanda ifade edildiği gibi hızın artması ile PTFE çelik disk arasındaki sıcaklık arbşı ile açıklanabilir. Şekil 3'de ise kmpzit malzemenin sürtünme kats sının uygulanan hıza bağlı larak de gösteımektedir. &A..&.. 1 B 1 I indiği gibi plimer malzemeler viske....;:,ıcaı malzeınelerdir. Bunlar yüke maruz kaldıklannda bil Şekil 2rde % 25 Brnz katialı PTFE'ye uygulanan yüke bağlı larak sürtünme katsayısındaki değişimi göstermektedir. Şekilden de klaylıkla anlaşıldığı gibi uygulanan yükün artması ile sürtünme katsayısı azalmaktadır. SN'luk yük uygulanması ile sürtüıune katsayısı 0,22 0,23 civarında iken 30 N'Juk yükün viskelastiktir. Fakat uygulanan yük, plime uygulanabilecek sınır (kritik) yük değerini plimerin sürtünme yüzey sıcaklığının artrnasmda dlayı süıtünme ve aşınma değerleri artacaktır. Y üzey sıcaklığının artması da plimer mlekül zinc gevşemesine sebep lacaktır. 64

4 U Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi ilt. 1.Sayı (Mart 2003} Brnz Katkılı PTFE nin Kuru Kayma Halinde Sürtünme ve Aşınma Davranışları Ü.Kadığh ekil 4'de % 25 Brnz katkılı PTFE'nin uygulanan yük e siirtiinme katsayısı arasındaki ilişkiyi gösterınektedir. ygulanan yükün aıtuıln1ası neticesinde sürtünme tsayısırun azaldığı tespit edilmiştir. Bunun sebebi ise ilıhtemelen uygulanan yükün artırıln1ası ile disk üzerine ürekli ve düzgün bir şekilde brnz katkılı PTFE'nin ılmin luşması larak ifade edilebilir. Yükün artırıası ile isk üzerinde daha kalın bir film tabakasının luştuğu özlemlenmiştir. _,... ::1. """ 03 ı... ' 3. ıc Cf) cd. Cf) 0.2 'u a_d D E 0,1 U') 0.05 ı 1 5N 30 N Kayma hızı (m/sn) Şekil4 % 25 Brnz Katkılı PTFE'nin uygulanan yük ile sürtünme katsayısı arasındaki ilişki. IV. SONUÇLAR 1. Uygulanan yükün, kayn1a hızının ve kayn1a süresinin artrrıası ile / 25 brnz katkılı PTFE malzernede ağırlık kaybı artışı gösteımektedir. 2. Uygulanan yükün artırılması snucunda brnz katkılı PTFE'nin sürtünn1e katsayılarında azalrrıa gözleın1emniştir. 3. Kayma hızının artmasıyla sürtünme katsayısında bir artışın lduğu tespit edilmiştir. KAYNAKLAR [1] Tsukamt N., '1Applicatin f plymers t gear." Japanese J. Triblgy, 1992, 37, [2] Tsukamt N., Maruyama H., Mimura H. "Water Lubricatin characteristic f plyacetal gears fılled with carbn fibers"jsme Int J.series C: Dynamics, Cntrl) Rbtics, Design and Manufacturing 1993, 36, [3] Hriuchi K. "Applicatin f p I yıners t sliding bearings and heat resistant gears. Japanese J. Tnblgy, 1992,37, [4] ElSayed AA., ElSherbiny MG., AbElEzz As., Aqqag GA., "Frictin and wear prperties f plymeric cmpsite materials fr bearing applicatins." Wear, 1995, 184, [5] Lnue M., "Applicatin f pelyıners t break and clutches". Japanes J. Triblgy., 1992, [6] Gpal P. Dharani LR., Blum FD., "I.,ad, Specd and temperature sensitivies f a carbnfiberreinfrced phen1ic frictin matu Wear, 1995, ' [7] Hshir T. "Applicatin f plymers t transmissin belts'' Japanese J. 1riblgy, 1992, 37) [8] Kn S., "Applicatin f plyı11ers t rllers" Japanese J. Triblgy, 1992, [9] Ecklund R.,"Plymer and cınpsite ue in gs turbune engines Flightvehicle materials structures and Dynamics Assessn1ent and Future Directins, 1994, 2, [10] Rabej., "Plastic elements in and araund the engine" lnt. J. Vehick Design, 1990, ll, [ 1 1] Suziki K., Mrita M., "Apphcatin f Ptyıners t ffice autmatin machinery" Japanese J. Tiblgy, , [12] Barrett TS.) Stachwiak Gw end Batchelr Avv., "Effect f rughness and Sliding speed n the wear and frictin fuhmwpe" Wear, 1992, 153, [13] Marcus K., Alien C., "lne Sliding wear f tjha WPE in an agueus en\ lrnmentıt W e ar, 1994, 178, [14] Llyd AIG, Nel REJ., The effect f ctınterface surface rughness n the wear f UHMWPE in water and ilinwate ernulsin. Triblgy Int. 1988, 21, [15] Saınurugv VA., Senatrev AI. Savkin VG, Biran VV. Sviridynk AI., "On PTFE transfer n thennactivatin mechanism f wear", wear, ı 992, 158, [16] Wang Y.Q, Li J. "Sliding wear behavir and mechanism f Ultrahigh mlecular weigh plyethylene", Materials Sc i e nce and Engineering A 266, 1999, [17] Babadur S., ""fabr D., "Rle ffıllers in he frictin and wear behavir f highdensity Plyethylene in L.E. Lee (Ed) Pllyıner wear and its cntrl, ACS Sympsium Series, Wasltingtn DC, 287, ,

5 SAU Fen Bilimleri EnstitOsO Dergisi 7.Cilt, 1.Sayı (Mart 2003) Brnz Katkılı PTF'E nin Kuru Kayma Iia Sürtünme ve Aşınma Davrn. c.ı<ac (18] Tanake K., "Transfer f senncrystalline plynıers sliding against smth steel surface, wear, vl 27, ı 83189, [19] Cleric M, Weaar, Vl.13, , [20] Brenthall A.B., Lancester J.K. Prac Wear f Materials Cngress, ASME, 1989, [21] Yamaguchi Y., Triblgy f plastic nu terials their characteristic and applicatins t sliding cmpnent, Amsterdam, Elsevier,