TOZ METAL FREN BALATA MALZEMELERİNİN SÜRTÜNME-AŞINMA PERFORMANSI ÜZERİNE ÇİNKONUN ETKİSİ

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 2, No, 5-2, 2006 Vol 2, No, 5-2, 2006 TOZ METAL FREN BALATA MALZEMELERİNİN SÜRTÜNME-AŞINMA PERFORMANSI ÜZERİNE ÇİNKONUN ETKİSİ Mustafa BOZ ve Adem KURT * Metal Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültesi, Karaelmas Üniversitesi, Karabük, mboz25@hotmail.com * Metal Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültesi, Gazi Üniversitesi, Ankara, ademkurt@gazi.edu.tr (Geliş/Received: 4.05.2004; Kabul/Accepted: 26.2.2005) ÖZET Bu çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada toz metalurjisi yöntemi ile bronz esaslı fren balataları üretilmiş ve üretilen balataların sürtünme-aşınma performansları test edilmiştir. İkinci aşamada bronz esaslı balata tozlarına farklı oranlarda (0,5-4 %) Zn tozu ilave edilerek, yeni balata numuneleri üretilmiş ve üretilen Zn ilaveli balata numunelerinin sürtünme aşınma davranışları belirlenerek Zn esaslı balata numuneleri ile mukayesesi yapılmıştır. Bu amaçla fren balata numunelerinin yoğunluk, sertlik, sürtünme katsayısı, sürtünme kuvveti ve aşınma miktarları tespit edilmiş, numunelerden sinterleme öncesi ve sonrası mikro yapı görüntüleri ile aşınan yüzeylerden SEM görüntüleri alınmış ve numunelerdeki aşınma türleri tespit edilmiştir. Deneyler sonucunda, bu çalışmada kullanılan bronz esaslı metal tozundan üretilen fren balata numunelerinin optimum sürtünme-aşınma davranışlarının 350 MPa presleme basıncında ve 820 C sinterleme sıcaklığında olduğu belirlenmiştir. Bütün balata numunelerinin aşınma direnci ve sürtünme katsayısı değerleri SAE-J66 standart aralığında çıkmıştır. Aşınma direnci açısından en iyi sonucu % 0,5 Zn ilaveli sürtünme malzemesi verirken, sürtünme katsayısı açısından en iyi sonucu % 2 Zn ilaveli sürtünme malzemesi vermiştir. Anahtar Kelimeler: Sürtünme malzemeleri, toz metalurjisi, çinko, balatalar. THE INFLUENCE OF ZINC ON FRICTION-WEAR PERFORMANCE OF POWDER METAL BRAKE FRICTION MATERIALS ABSTRACT In this work the wear behavior of brake linings, produced by two different stages is studied. In the first stage, bronze based brake linings were produced by powder metallurgy route and friction-wear performances of these linings were tested. In the second stage, new brake linings were produced by adding Zn powder to the bronze based lining material in varying amounts 0.5 4 %. The wear behavior of these Zn powder added new brake linings was determined and compared with the bronze based ones. For this purpose, density, friction coefficient, friction force and mass loss of the brake lining s specimens were determined. Microstructure photographs of the specimens before and after sintering were taken and the worn surfaces were examined using SEM to determine acting wear types. Optimum friction-wear behavior of bronze based powder metal brake lining was obtained when it was produced under 350 MPa pressure and at a sintering temperature of 820 C. Wear resistance and friction coefficient values of all the brake lining specimens were found to be in the range specified in SAE-J66 standard. In terms of wear resistance, the best result was found for 5 % Zn added specimen while 2 % Zn added specimen gave the best result in terms of friction coefficient. Keywords: Friction materials, powder metallurgy, zinc, linings.. GİRİŞ Günümüzde yüksek sıcaklıklara duyarlı ve insan sağlığını tehdit eden asbest esaslı sürtünme malzemelerinin yerine toz metalurjisi yöntemi ile üretilmiş, yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve insan sağlığını tehdit etmeyen sürtünme malzemeleri üretilmeye çalışılmaktadır [,2]. Toz metalurjisi üretim tekniğinin temel avantajlarından birisi, diğer üretim yöntemleri ile üretilmesi zor olan

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi malzemelerin üretilebilmesidir [3]. Bu avantaj, debriyaj ve fren balataları üretimini de mümkün kılmıştır [4]. Metalik balataların, asbest esaslı balatalara göre avantajları, daha büyük hızda enerji absorbe etmeleri ve daha fazla aşınma direncine sahip olmalarıdır. Bunlar daha yüksek sıcaklıklara dayanabildikleri gibi aynı zamanda daha fazla ısı iletirler. Sürtünme katsayıları da sıcaklık ve basınçla daha az değişir [5,6]. Sinterlenmiş sürtünme malzemeleri mühendislikte yaygın olarak, sürtünme hareketinin iletimi, veya frenleme ve yavaşlatma için kullanılırlar [4,7]. Sürtünme malzemelerinin kullanım sebepleri özellikle sürtünme katsayılarının yüksek ve kayma özelliklerinin iyi olmasındandır. Ancak sürtünme malzemelerinin fonksiyonlarını beklendiği gibi yapabilmeleri için, sadece sürtünme katsayısının yüksek olması yetmez. Sürtünme katsayısının yüksek olmasından ziyade zorlanmalar altında ve özellikle yüksek sıcaklıklarda mümkün olduğu kadar sabit bir sürtünme katsayısı değerini muhafaza etmesi gerekir. Bundan başka aşınma miktarının az olması, karşı malzemenin çizilip hasara uğratılmaması, mekanik mukavemetin de maruz kalınan zorlamalara dayanabilecek değerde olması gerekir [8-0]. Yüksek sıcaklıklarda toz metal malzemelerin aşınma oranında önemli artışlar olduğu görülmüştür. Bu artışın sebebi ilk oksit tabakasından sonra, temiz yüzeyin yeniden oksitlenmesi ve yüzeyden oksit tabakasının yeniden kalkması sebebiyledir [2]. Kayma çiftlerinin tribolojik davranışı, uygulanan yüke, çevre şartlarına ve mikroyapı gibi parametrelere bağlıdır [3-6]. Bazı durumlarda sürtünme kuvvetinin, fren ve balata ara yüzeylerinde eşit dağılmadığı bilinmektedir. Özellikle uzun süreli frenlemelerde sürtünme yüzeyindeki sıcaklık ve frenleme kuvveti periyodik olarak değişir. Bu değişim de sürtünme katsayısının azalan ve artan değerlerde olmasına sebep olur [7]. Toz metal sürtünme malzemeleri içerisinde Zn tozu ilaveli bronz esaslı balata malzemesi üretimi konusunda literatürde yeterli araştırma mevcut değildir. Dolayısıyla bu çalışmada, Toz metalurjisi ile üretilen fren balatalarının sürtünme-aşınma özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla otomotiv sanayisinde kullanılan T/M balata malzemelerine çeşitli oranlarda Zn tozu ilave edilerek performansları geliştirilmeye çalışılmıştır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çalışmada, Toz metalurjisi yöntemi ile fren balatası üretiminde 0,2-80 µm boyut aralığındaki bronz esaslı (70 % Cu, 8 % Sn, % Fe, 8.5 % Pb ve 2.5 % Grafit) toz malzeme kullanılmıştır. Ayrıca, bronz esaslı balata tozlarına Şekil de toz tane Miktar, % 50 45 40 35 30 25 20 5 0 5 0 boyutu dağılımı verilen Zn tozu % 0.5,, 2 ve 4 oranlarında ilave edilerek yeni bir sürtünme balata malzemesi üretilmiştir. Üretilen Zn ilaveli balata sürtünme malzemesi ile Zn ilavesiz bronz esaslı sürtünme balata malzemesinin sürtünme-aşınma özellikleri karşılaştırılmıştır. Hazırlanan tozlar üç boyutlu hareket edebilen Turbula T2C tipi bir karıştırıcıda 0 dakika süre ile karıştırılmıştır. Karışım tozları, tek yönlü hidrolik pres ile 25x25x7 mm ebatlarındaki kalıp içerisine yerleştirilerek 350 MPa basınçta preslenmiştir. Balata malzemelerinin sinterleme işlemi bant taşımalı alev perdesi korumalı sinterleme fırınında 820 C de yapılmıştır. Sinterleme işlemi, Şekil 2 de şematik olarak görüldüğü gibi ön sinterleme, sinterleme ve soğutma bölgeleri olmak üzere üç farklı sıcaklık bölgesinden oluşmaktadır. Sinterlenen numuneler fırından alındıktan sonra oda sıcaklığında soğumaya bırakılmışlardır. 2.. Karakterizasyon Testi Üretilen fren balata malzemelerinin karakterizasyonu amacı ile sinterleme öncesi ve sonrası yoğunlukları, aşınma öncesi ve sonrası sertlikleri tespit edilmiştir. Malzemelerin yoğunlukları, d = m/v formülü ile hesaplanmıştır. Burada; yoğunluk (d), kütle (m) ve Sıcaklık 70 90 0 30 Ortalama Toz Tane Boyutu, µm Şekil. Zn toz tane boyut dağılımı Ön sinterleme Sinterleme 50 Soğuma Zaman Şekil 2. Sinterleme işleminin aşamaları 6 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi hacim (v) dir. Numunelerin sertlik ölçümleri Instron Wolpert marka sertlik ölçüm cihazında Vickers yöntemi ile kg. yük uygulanarak yapılmıştır. Sertlik ölçümleri için aşınan yüzeyden, aşınma öncesi ve sonrasında en az beş değişik yerden sertlik ölçümü yapılarak ortalamaları alınmıştır. Numunelerden sinterleme öncesi ve sonrası mikro yapı görüntüleri Nicon marka optik mikroskop ile tespit edilmiştir. Ayrıca, SEM görüntüleri Jeol SN-5600 marka cihazda numunelerin aşınmış yüzeylerinden alınmıştır. Yoğunluk (%) 00 95 90 85 80 75 Sinterleme öncesi Sinterleme sonrası 2.2. Performans Testi Üretilen fren balata malzemelerinin performansı amacı ile sürtünme katsayısı, sürtünme kuvveti, aşınma miktarları ve numunelerdeki aşınma türleri tespit edilmiştir. Performans deneyleri SAE-J66 normuna göre test yapan sürtünme katsayısı test cihazında Çizelge de verilen deney şartlarında yapılmıştır. Aşındırma işleminde 250 Hv sertlikte ve 280 mm çapında gri dökme demirden üretilmiş aşındırıcı disk kullanılmıştır. Deney sonuçları aşınma test cihazına bağlı bir bilgisayardan alınmıştır. 3. DENEYSEL SONUÇLAR ve TARTIŞMA 3.. Karakterizasyon Deneyi Sonuçları Toz metalurjisi yöntemi ile üretilen bronz esaslı balata malzemesi ve bu malzemeye değişik oranlarda Zn ilavesi ile hazırlanan numunelerin sinterleme öncesi ve sonrası yoğunlukları Şekil 3 de verilmiştir. Şekil 3 de Zn miktarının artmasına bağlı olarak sürtünme malzemelerinin sinterleme öncesi yoğunluklarında herhangi bir değişim gözlenmemiştir. Fakat sinterleme sonrası yoğunluklarda Zn miktarının artmasına bağlı olarak bir düşüş görülmüştür. Sinterleme sonrası yoğunlukların düşmesi, sinterleme esnasında düşük ergime sıcaklığına sahip Pb, Sn ve ilave edilen çinkonun da bir kısmının buharlaşarak yapıyı terk etmesinin yanı sıra yapıda kalan gazların hacimsel büyümeye neden olması sebebiyle olduğu düşünülmektedir. Yapı içerisinde sıvı halde bulunan elementlerin boşluklara girerek gözeneklerin kapanmasını engellediği görülmüştür (Şekil 4). Boşluklara dolan kurşunun sinterleme esnasında küresel hale 70 0 2 3 4 Zn Miktarı, % Şekil 3. Fren balata malzemesinin Zn ilavesine bağlı sinterleme öncesi ve sonrası yoğunluk değişimi gelerek (Şekil 5) sürtünme malzemelerinin hacim olarak daralmasını engellemesine katkıda bulunduğu tespit edilmiştir. Ayrıca malzemelerin hacimce genişlemeleri de sinterleme sonrası yoğunlukları düşürmüştür (Çizelge 2). Çizelge 2. Sinterleme ile malzemelerdeki ağırlık kaybı ve hacimdeki artış Numune Ağırlık Hacim Artışı Kaybı (%) (mm 3 ) Ana malzeme 0,075 8,7 Ana malzeme + % 0.5 Zn 0,050 9,0 Ana malzeme + % Zn 0,044 9,45 Ana malzeme + % 2 Zn 0,038 0,30 Ana malzeme + % 4 Zn 0,020 0,60 Çizelge 2 de görüldüğü gibi, ana malzemeye ilave edilen Zn oranının artması ile sürtünme malzemelerinde sinterlemeye bağlı ağırlık kaybı olurken, malzemelerin hacimlerinde artış olmuştur. Sinterleme esnasında sürtünme malzemelerindeki ağırlık kaybında azalma ve hacimdeki artışın sebebi; Zn nun sinterleme esnasında düşük ergime sıcaklığına sahip malzemelerin dışarı çıkmasını engellediği şeklinde düşünülmektedir. Bu sebeple, dışarı çıkamayan sıvı malzemeler bulunduğu yerde gerilim oluşturarak malzemelerin hacimce genişlemelerine imkan sağlamıştır. Çizelge. Sürtünme aşınma deney şartları İşlem Hız Sıcaklık C Yük Sürtünme Bekleme Uygulama Seçilen ölçüm Basamakları Dev/dak Min. Max. Periyot Kg. Dak. Sn. Dak. Sn. sayısı sayısı Yanma 308 82 93 0 45 20 0 0 0 0 Düzenleme 205 82 93 0 23 5 0 0 0 0 I. Alıştırma 4 93 93 0 68 0 0 0 20 20 5 I. Yorma 4 93 288 28 68 0 0 0 0 0 I.Toparlama 4 260 93 56 68 0 0 0 20 20 5 Aşınma 4 93 204 0 68 0 20 0 0 00 0 II. Alıştırma 4 93 343 28 68 0 0 0 0 0 II. Yorma 4 36 93 56 68 0 0 0 0 0 II.Toparlama 4 93 93 0 68 0 0 0 20 20 5 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006 7

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi a 2 b 3 2 3 00 µm 00 µm Şekil 4. Sinterleme ile kurşun ve boşluk morfolojisindeki değişim. a) % 4 Zn Sinterleme öncesi, b) % 4 Zn Sinterleme sonrası, (: Kurşun, 2: Gözenek, 3: Matris) Şekil 6 incelendiğinde, Zn ilaveli sürtünme malzemelerinin aşınma öncesi sertliği ana malzemenin aşınma öncesi sertliğine göre daha yüksektir. Ancak aşınma sonrası sertlikler incelendiğinde ana malzemenin sertliğinin yaklaşık % 00 arttığı görülmektedir. Bu sonuç, sürekli ısınıp soğuyan ve zaman zaman su ile temas halinde olan malzemeler için iyi bir sonuç değildir. Çünkü balatalardaki fazla sertleşme frenleme esnasında gürültü ve ses olarak kendini göstermektedir [0]. Burada önemli olan malzemelerin sürtünme ile birlikte sertliklerinin kararlı kalmasıdır. Burada Zn ilaveli sürtünme malzemelerinin aşınma sonrası Sertlik, HV 30 20 0 00 90 80 70 60 50 Şekil 5. Sinterleme sonrası % 4 Zn malzemesinde rakamı ile gösterilen bölgeden alınan EDS analizi Aşınma öncesi Aşınma sonrası 0 2 3 4 Zn miktarı, % Şekil 6. Fren balata malzemesinin Zn ilavesine bağlı aşınma öncesi ve sonrası sertlik değişimi sertliklerinin aşınma öncesi sertliklere göre değişmediği görülmektedir. Aşınma sonrası Zn ilavesiz sürtünme malzemesindeki bu yüksek sertlik artışının sebebi, sürtünme-aşınma esnasında malzemenin daha kolay deforme olabilmesi ile açıklanabilir. Zn ilaveli sürtünme malzemelerinin aşınma sonrası sertliklerinin değişmemesi ise Zn nun sürtünme esnasında malzemelerdeki meydana gelebilecek deformasyonu engellediği şeklinde düşünülmektedir. Yapılan deneylerde numunelerin özelliklerini belirleyen en önemli parametrenin ve 2. yorma (sürtünme arayüzey sıcaklığının artması ile malzemedeki sürtünme katsayısının değişimi) işleminin olduğu belirlenerek Şekil 7 de grafiksel olarak artan sıcaklığa bağlı sürtünme katsayısı ve sürtünme kuvvetindeki değişim gösterilmiştir. Ayrıca Şekil 8 de ise Zn miktarındaki artışa bağlı olarak deney malzemelerindeki aşınma miktarları görülmektedir. Fren balatalarından istenen en önemli özelliklerden birisi, frenleme esnasında sürtünmeden dolayı açığa çıkan arayüzey sıcaklığındaki artışa bağlı olarak sürtünme katsayısındaki değişimin minimum seviyede olmasıdır (8,9]. Şekil 7 incelendiğinde 93-345 C Sürtünme katsayısı, µ Sürtünme kuvveti, kgs 30 25 20 5 0 0,30 0,25 0,20 0,5 0,0 50 00 50 200 250 300 350 400 Disk-Balata Arayüzey Sıcaklığı, 0 C Ana Malzeme Zn miktarı, % 0,5 Zn miktarı, % Zn miktarı, % 2 Zn miktarı, % 4 Şekil 7. İlave Zn miktarına bağlı olarak, artan sıcaklık ile sürtünme katsayısı ve sürtünme kuvvetindeki değişim 8 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi Kütle kaybı, % 25 20 5 0 5 0 0 0,5 Zn miktarı, % Şekil 8. Değişen Zn miktarına göre aşınma miktarındaki değişim sıcaklık aralığında en düşük sürtünme katsayısı değerini (0.72-0,65) % 0.5 Zn ilaveli sürtünme malzemesi verirken, en yüksek sürtünme katsayısı değerini (0,236-0,20) ise % 4 Zn sürtünme malzemesi vermiştir. Ostermeyer [20] sürtünme katsayısının dinamiği üzerine yapmış olduğu çalışmada sürtünme katsayısının arayüzey sıcaklığındaki artışa bağlı olarak azalacağını belirtmiştir. 93-345 C sıcaklık aralığında sürtünme katsayısı açısından en büyük düşüşü Zn ilavesiz sürtünme malzemesi göstermiştir. Ancak bu çalışmada Zn ilaveli sürtünme malzemelerinin sürtünme katsayılarında fazla bir değişim görülmemiştir. Genelde bütün Zn ilaveli sürtünme malzemelerinde, arayüzey sıcaklığındaki artışa bağlı olarak sürtünme katsayısı kararlı bir şekilde devam etmiştir. 93-345 C sıcaklık aralığında sürtünme katsayısı açısından en iyi sonucu ise % 0,222 ile 2 Zn ilaveli sürtünme malzemesinin verdiği görülür. Genellikle sürtünme katsayısı (µ) 0. ila 0.7 arasında, sürtünme kuvveti ve disk-balata ara yüzey sıcaklığına bağlı olarak değiştiği literatürde vurgulanmıştır [2]. Ayrıca disk ile balata ara yüzeyindeki sıcaklığın ortalama 300 ila 350 C civarında olduğu SAE- J66 de belirtilmiştir. Şekil incelendiğinde literatürle paralel olduğu görülmektedir. Şekil 7 incelendiğinde sürtünme katsayısında az miktarda düşme şeklinde inişli çıkışlı sürekli bir değişim görülmektedir. Anderson [22] bunun sebebini, sürtünme süresince disk yüzeyindeki temas bölgelerinin içine doğru ısının periyodik olarak sürekli değişmesinden kaynaklandığını belirtmiştir. Bu etkiden dolayı sürtünme katsayısında sürekli bir değişim meydana gelir. Ayrıca bu durumu Stachowiak ve Batchelor [23] sürtünme çiftlerinin yüzeyindeki pürüzlerde birleşme olması ve büyümesi ile açıklar. Bu durumda bir yapışma ve bir bırakma hali sürekli tekrarlanır, bu da sürtünme katsayısında sürekli artma ve azalmaya neden olur. Deneylerde sürtünme kuvveti değerleri 98 0 C ile 345 0 C sıcaklık arasında, her bir sıcaklık değeri karşılığı bir sürtünme kuvveti değeri alınmıştır. Sürtünme kuvveti, farklı sürtünme malzemelerinde farklı değerler göstermiştir. Sürtünme katsayısı en yüksek 2 4 malzemenin, sürtünme kuvveti de diğerlerine göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir (Şekil 7). Ağırlıkça % 2 ve % 4 Zn içeren sürtünme malzemelerindeki sürtünme kuvvetinin yüksek olması, sürtünme yüzeyinde meydana gelen sürtünme katsayısındaki değişimden kaynaklandığı düşünülmektedir. Anderson [22] sürtünme kuvveti değişiminin disk kalınlık değişimi, diskin sıcaklığı, ve sürtünme yüzeyinde meydana gelen bileşenlerden güçlü bir şekilde etkilendiğini rapor etmiştir. Jang ise [24] yüksek ara yüzey sıcaklıklarında sürtünme kuvvetinin bu derece artmasının ve azalmasının sebebini, dökme demirden yapılan diskin mikro yapısının homojen olmadığından kaynaklandığını belirtmiştir. Bilindiği gibi fren balatalarından aşınmanın sıfır olması beklenemez. Çünkü aşınma direnci çok yüksek sürtünme malzemeleri karşı malzemenin aşınmasına sebep olur. Bu nedenle balata malzemelerinde aşınma direncinden ziyade sürtünme katsayısının sıcaklık karşısındaki değişimi önemli görülür. Bu çalışmada sürtünme malzemesi olarak kullanılan ana malzemenin aşınma miktarı % 22,46 bulunmuştur. Ana malzemeye % 0.5 Zn ilave edildiğinde aşınma miktarı % 4,5 e düştüğü görülmüştür (Şekil 8). Bu sonuç aşınma direnci yönünden olumlu olmakla birlikte, sürtünme katsayısı incelendiğinde (Şekil 7), düşük sürtünme katsayısı değerleri vermiştir. %, % 2 ve % 4 Zn ilave edilmiş numunelerde aşınma miktarları sırasıyla % 6, % 20 ve % 23 değerlerindedir. Şekil 9 da sürtünme malzemelerindeki aşınma mekanizması ve aşınma miktarı daha iyi görülmektedir. Şekil 0 da ise % 4 Zn ilaveli sürtünme malzemesinden alınan EDS analiz sonucu verilmiştir. Sürtünme malzemelerinin aşınma yüzeylerinden alınan SEM görüntülerinde bütün malzemelerde aynı aşınma mekanizmalarının olduğu ve sürtünme malzemeleri içerisindeki Zn miktarının artmasına bağlı olarak aşınma çizgilerinin daha derin ve genişlediği görülmektedir. Stachowiak ve Batchelor [23] çalışmalarında aşınan metalin sertliği (Hm) ile aşındırıcı diskin sertliği arasındaki oranın (Ha) aşınmada bir kriter olduğunu ortaya koymuşlardır. Hm/Ha < 0.8 ise metalde aşırı kazıma aşınmasının meydana geldiği rapor edilmiştir. Deneylerde kullanılan aşındırıcı diskin sertliği 280 Hv ve deney numunelerinin sertliği ise ortalama 20 Hv olarak ölçülmüştür. Dolayısıyla balata numunesinin disk sertliğine oranı yaklaşık 0.4 tür. Buradan da görüleceği gibi yüksek bir abrasiv aşınmanın olması doğaldır. % 4 Zn ilaveli sürtünme malzemesinden alınan EDS analiz sonucu incelendiğinde, Zn oranının % 2 ve Pb nin ise % 9 0lduğu görülmektedir. Bu sonuçlar, malzemelerin sinterlenmesi esnasında düşük ergime sıcaklığına sahip Pb ve Zn nin buharlaşamadan numunelerin içerisindeki gözeneklerde sıvı olarak hep Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006 9

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi Çinko ilavesiz % 0.5 Zn % Zn % 2 Zn % 4 Zn Şekil 9. Artan Zn miktarına bağlı olarak numunelerin aşınma yüzeylerinden alınan SEM görüntüleri birlikte kurşunun da katılaştığının bir göstergesi olarak düşünülebilir (Şekil 5), veya sürtünme-aşınma esnasında aşınma yüzeyine doğru hareketi ile açıklanabilir. 4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Yapılan bu çalışmada değişik oranlarda Zn tozu ilave edilerek toz metalurjisi yöntemi ile bronz esaslı balata üretilmiş ve üretilen balataların sürtünme-aşınma özellikleri incelenerek aşağıdaki sonuçlar tespit edilmiştir. 20. Fren balatası olarak üretilen malzemelerin optimum sürtünme-aşınma özellikleri 350 MPa presleme basıncında ve sinterleme sıcaklığının 820 0C olduğu tespit edilmiştir. 2. Balata malzemesine ilave edilen Zn tozunun ergime derecesinin düşük olması nedeni ile ilave Zn oranı arttıkça numunelerin sinterleme yoğunluğunu düşürdüğü görülmüştür. 3. Aşınma sonrası ana malzemenin sertliği yaklaşık % 00 artarken, Zn ilaveli sürtünme malzemelerinin sertliklerinde bir değişim olmamıştır. 4. Sürtünme ile ara yüzey sıcaklığının artmasına bağlı olarak en kararlı sürtünme katsayını 0,222 ile % 2 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006

Toz Metal Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma Performansı Üzerine Çinkonun Etkisi Zn ilave edilmiş balata malzemesi vermiştir. En yüksek aşınma ana malzemede olurken, en düşük aşınmanın % 0,5 ve % Zn ilave edilmiş balata malzemelerinde olduğu tespit edilmiştir. 5. SAE-J66 standardına göre, üretilen balata malzemeleri debriyaj balatası olarak kullanılabilir olduğu tespit edilmiştir. TEŞEKKÜR Bu çalışma DPT 2003 K20470-2 kodlu proje kapsamında yapılmıştır. Gazi Üniversitesine ve DPT na proje desteklerinden dolayı teşekkür ederiz. KAYNAKLAR. Gemalmayan, N., Hava Kirliliğinde Gizli Tehlike Asbest, Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi, Cilt 6, 32-33, 983. 2. Gemalmayan, N., Sürtünme Malzemelerinin Özelliklerinin Deneysel İncelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 984. 3. Tsukeman, S. A., Robert, E.H., Massey, H.S.H., Powder Metallurgy, Lecturer in Metallurgy, Universty of Sheffield, England, 965. 4. Uygur, M. E., Balata Üretim Teknolojisi, I. Ulusal Toz Metalurjisi Kongresi, Gazi Üniversitesi, Ankara, 6-7, 996. 5. Libsch, T. A., Rhee, S.K., Microstructural Changes in Semimetalic Disc Brake Pads Created by Low Temperature Dynamometer Testing, Wear, Cilt 46, 208-22, 978. 6. Liu, T., Rhee, S. K., High Temperature Wear of Semimetallic Disc Brake Pads, Wear, Cilt 46, 23-28, 978. 7. Fedorchesco, I. M., Kıryachek, V. M., New Sintered Friction Materials, Friction and Antifriction Materials, Cilt 4, 39-42, 970. 8. Reinsch, E. W., Sintered Metal Brake Linings for Automotive Applications, Delco-Moraine Division, General Motors Corporation, Ohio, Cilt 2, 9-2, 970. Pb Zn Matris Şekil 0. % 4 Zn ilaveli sürtünme malzemesinden alınan EDS analiz sonucu 9. Sands, R.L., Sintered Friction Materials, Powder Metallurgy Practice and Application, London, Cilt 9, 98-203 966. 0. Gediktaş, M., Sürtünme Malzemelerinin Deneysel Tayini, İstanbul Teknik Üniversitesi Matbaası, Gümüşsuyu, İstanbul, 968.. Mimaroğlu, A., Çalışkan, M., Calli, I., Evaluation of Sintering Temperature and Tribological Properties of Ceramic Materials with Cr 2 O 3, SiO 2 and MnO 2 Additive Compounds, Industrial Lubrication and Tribology, Cilt 53, 92-97 200. 2. Mimaroğlu, A. And Yılmaz, F., Influence of Carbide Size, Hardness and Temperature on Sliding Friction and Wear of a Boundary Lubricated High Speed Steel and Si 3 N 4 Ceramics, Stle, Cilt 40, 73-77, 997. 3. Habig, K.H. and Woydt, M., Sliding Friction and Wear of Al 2 O 3, ZrO 2 Si 3 N 4, Proc. 5 th International Cong. on Tribology, Finland, Cilt 3, 06-3, 989. 4. Kato, K., Ceramic Friction and Wear Mechanism, Tribology, Cilt 35, 33-44, 989. 5. Wang, Y.S., Hsu, S.M. and Munro, R.G., Ceramic Wear Maps: Alumina, Lubrication Engineering, Cilt 47, 63-69, 99. 6. Habig, K.H., Sliding Wear of Ceramic-Ceramic, Ceramic-Steel and Steel-Steel Pairs in Lubricated and Unlubricated Contact, Wear, Cilt 33, -22, 989. 7. Lee, K. and Barber, J.R., An Experimental Investigation of Frictionally Excited Thermoelastic Instability in Automotive Disc Brakes under a Drag Brake Application, Trans. ASME J. Tribology, Cilt 6, 409-44, 993. 8. Persson, B.N.J., Theory of Friction, The American Physical Society, Cilt 50, 47-7, 994. 9. Tabor, D., Friction as a Dissipated Process. Friction of Organic Polymers in Fundamentals of Friction, Macroscopic and Microscopic Processes, Cilt 220, 3, 996. 20. Ostermeyer, G.P., On the Dynamics of the Friction Coefficient, Wear, Cilt 254, 852-858, 2003. 2. Moore, D.F., Principles and Application Tribology, Pergamon Press, Oxford, 975. 22. Anderson, A.E., Friction, Lubrication and Wear Technology, ASM Handbook, Cilt 8, 569-577, 992. 23. Stachowiak, G.W., Batchelor, A.W., Engineering Tribology, Heineman, Boston, Cilt, 200. 24. Jang, H., Ko, K., et.all, The Effect of Metal Fibers on the Friction Performance of Automotive Brake Friction Materials, Wear, Cilt 256, 406-44, 2004. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 2, No, 2006 2