Tanım:
Aşınma, malzemenin aşırı yoğun veya uzun süreli kullanımı nedeniyle malzeme kaybı ile sonuçlanan, ilerleyen bir bozulma olarak tanımlanır. Bunun sonucunda parçanın şeklini ve kondisyonu bozularak performans kaybı ortaya çıkar.
Kullanıcı bakımından bunun sonuçları aşağıdaki gibidir:
-
Azalan çalışma ömrü ve üretimde kalitesizlik / düşüş
-
Yüksek enerji tüketimi ve düşük verimlilik
-
Çalışanlar için artan iş güvenliği riski
Tüm bunların birleşimi olarak, bu faktörler önemli maliyetlerle sonuçlanabilir. Bu nedenle, aşınmanın malzemenin ömrü üzerindeki etkilerini hesaba katmak önemlidir. Tamir ve bakım işlemlerinde aşınma planlaması, işinizin başarısının anahtarlarından biridir.
Bu makale önleyici veya iyileştirici bir önlem olarak kullanılan sert dolguların önemini izah etmeye çalışacaktır.
Aşınma Mekanizması:
Birbirleriyle etkileşeme giren yüzeylerin incelenmesi ve bu etkileşimin sürtünme ve yıpranmaya etkisi “Triboloji” olarak adlandırılır.
Metallerde aşınma mekanizmalarının mümkün olan en iyi karakterizasyonunu elde etmek için, üç unsurun anlaşılması gerekir:
-
Ana malzeme kimyasal bileşimi, üretim yöntemi (haddelenmiş, dövülmüş, dökme) ve mekanik özellikleri ile sınıflandırılır. Parçanın geometrisi de bu sınıflandırmada temel bir rol oynar. Bu sınıflandırma malzemenin aşınmaya karşı duyarlılığını, tamir veya parçanın yeniden eski şekline getirilmesi ve / veya sert yüzey kaplaması sırasında gerekli olan kaynak koşullarını anlamamızı sağlar.
-
Ana malzemenin aşınmasına neden olan dış eleman (aşındırıcı), dinamik ve fiziksel özellikleri ile karakterize edilir. Aşındırıcının sertliği, şekli ve dokusu, oluşturduğu baskı, hızı ve ana malzeme ile temas açısına bağlı olarak sebep olacağı hasar seviyesini belirler.
-
Aşınmanın meydana geldiği ortam, ideal kaynak çözümünün seçiminde önemli bir faktördür. Sıcaklık, basınç ve nem gibi çalışma koşulları mümkün olduğunca sınıflandırılmalıdır.
Takip eden bölümde, çeşitli aşınma türlerini inceleyeceğiz. Şimdilik, yıpranmanın ana etkisinin parçanın gözle görülür bir şekilde bozulması olduğunu düşünebiliriz.
Üç temel eylem tipi vardır: kesme (örneğin talaş kaldırma), deformasyon ve oyma/yontulma.
Aşınma Tipleri Nelerdir?
-
Düşük ve Orta Gerilimli Abrazyon / Düşük Darbe:
Bu tip aşınma, ana malzeme üzerinde sürtünen / kayan partiküllerin sonucudur. Bu aşındırıcıların uyguladığı baskı kuvveti çok düşük olduğundan, ana malzemenin boyutlarını değiştirmezler ve parça koparmazlar.
Bu aşınma tipi aşağıdaki gibi sınıflandırılır
-
Aşındırıcı ve ana malzemenin darbe veya baskı kuvveti olmadan birbiriyle teması ile oluşan aşınma “Düşük gerilimli abrazyon”.
-
Aşındırıcı malzemenin iki ana malzemesi arasında darbe veya baskı kuvveti olmadan birbirleriyle teması ile oluşan aşınma “Orta gerilimli abrazyon”.
Bu aşınma tipinde darbe etkisi olmadığından, ana malzemenin sünekliği önemli değildir. Ana malzemenin sertliği, dış elemanınkinden (aşındırıcı) daha yüksek olduğu sürece, aşınma çok düşük olacaktır.
Sertleştirilmiş parçalar, ısıl işlem görmüş çelik plakalar ve seramik bileşenler, bu aşınma tipine direnç göstermek için kullanılır. (400 HB vb.)
-
Yüksek Gerilimli Abrazyon / Baskı Kuvveti Altında:
Yüksek baskı kuvveti altında aşınma, aşındırıcının iki yüzey arasında sıkıştırıldığı ekipmanlarda gerçekleşir. Aşındırıcı daha sonra birçok parçaya ayrılır.
Yüksek baskı kuvvetinden dolayı yüzeyde yıpranma, yontulma, oyulma, sert fazların (karbürler, borürlerin vb.) kopması veya matrisin plastik deformasyonu şeklinde kendini gösterir.
Bu nedenle, yüzey kaplamada uygulanacak çözüm, akma – süneklik – sertlik optimizasyonundan oluşmalıdır.
Örnek; kömür kırıcılar.
-
Şiddetli Abrazyon (Oyma Abrazyonu) / Yüksek Darbe:
“Oyma abrazyonu” terimi de kullanılır. Darbe ile birlikte düşük, orta veua yüksek aşınmanın bir kombinasyonunu ifade eder. Bu tip aşınmalar, ana malmzeden büyük parçaların kopması ve çiziklerle sonuçlanır. Ayrıca plastik deformasyonun da beraberinde olduğu durumlar ortaya çıkabilir.
Oyma abrazyonu için bir diğer çözüm, şoklara (tek bir temas noktasına uygulanan kuvvet) ve darbelere (çok temaslı noktalara uygulanan kuvvet) direnebilen sünek malzemelerin kullanılmasıdır.
Tekrar eden şoklar/darbeler içeren uygulamalarda manganlı çelikler sıklıkla kullanılırken, titanyum karbür alaşımları da darbelere karşı dayanıklılık gösterir.
Örnek; kırıcı çekiçler.
-
Adhezyon / Sürtünme:
İki metal gövdenin birbirine sürtünmesi ve malzemenin bir alt tabakadan diğerine aktarılması durumunda “Adhezyon / Sürtünme Aşınması” meydana gelir.
Bu tip aşınma, yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve sürtünme koşulları altında gerçekleşir.
Bu aşınma mekanizması mikroskobik seviyede meydana geldiğinden, deformasyon çıplak gözle görülemeyebilir.
Sürtünme aşınması oranı birkaç faktöre bağlıdır: iki yüzey arasında hareket eden kuvvet, hız, çalışma ortamının sıcaklığı, yüzey durumu ve yüzey sürtünme katsayıları.
Çalışma ortamındaki ana malzemenin türü de önemli bir etkiye sahiptir. Özdeş kristalografik yapıya sahip malzemelerin kullanımı, sürtünme aşınması riskini artırır.
Örnek; sürekli döküm röleleri, kesiciler, rulman yatakları vb.
-
Erozyon:
Erezyon ile aşınma, abrazyon ile aşınmaya benzer. Bu tip aşınma, katı parçacıklar veya sıvı damlaları yüksek hızda bir yüzeye çarptığında oluşur.
Aşınma oranı, dış elemanların saldırı açısına ve hızına bağlıdır. Ana malzemenin fiziksel özellikleri erozyondan kaynaklı ortaya çıkan aşınma oranını belirler.
Düşük açılı saldırılarda (30° den düşük), düşük veya orta gerilimli abrazyonla kıyaslanabilir miktarda bir aşınma meydana gelebilir. Aşınma oranı doğrudan ana malzemenin sertliğine bağlıdır.
Daha yüksek bir saldırı açısında (30 ila 90°), aşındırıcı parçacıklar ana malzemeyi deforme eder ve hatta parça kopartabilir. Bu tip durumlarda, darbe kaynaklı deformasyon veya çatlama ile karşılaşmamak için, çarpma tarafından ortaya çıkan enerjiyi absorbe edebilen darbeye dayanıklı malzemeler kullanmak gerekir.
Örnek; Çamur ve tortu oluşan çalışma ortamlarındaki ekipmanlar.
-
Kavitasyon:
Kavitasyon, katı bir yüzey ile temas halinde olan yüksek türbülanslı sıvılarda meydana gelir. Sıvı ve kabarcıkları malzeme yüzeyine yüksek hızlarla çarparak küçük boyutlu boşluklar oluşturur ve sonucunda yıpranma yaratır. “Kavitasyon erozyonu” terimi de kullanılır.
Tekrarlanan kavitasyon aşınma ve ana metal yorgunluğu ile sonuçlanır. Bu yorgunluk çatlakları daha sonrasında da bileşen arzılarına neden olur.
Yüksek tokluk veren malzemeler, boşlukların patlamasıyla açığa çıkan enerjiyi absorbe ederek bu tip aşınmaya daha fazla direnç gösterir.
Örnek; hidroelektrik türbin kanatları.
-
Termal Yorgunluk:
Bu tür yorgunluk, ana malzeme üzerindeki termal çevrim yükleri tarafından üretilen aşınmaya karşılık gelir. Bir parça tekrar tekrar ısıtıldığında ve soğutulduğunda, genleşme ve büzüşme meydana gelir. Bu süreçler “termal yorgunluk çatlaması” olarak bilinen yüzey çatlamalarına neden olur.
Örnek; dövme takımları, sıcak haddeleme röleleri.
-
Titreşimli Aşınma:
Daha önce bahsedilen aşınma tipleri sürekli bir malzeme kaybıyla sonuçlanmaktaydı. “Titreşimli aşınma”, iki bileşen arasında tekrarlayan bir haddeleme veya kayma hareketi olduğunda ortaya çıkar. Bu tip koşullar altında çukurcuk veya yontulma şeklinde ani bir malzeme kaybı gözlemlenecektir. Yüksek basınç altında yuvarlanan veya kayan parçalar ağır mekanik yüklere maruz kalır. Çatlaklar yük altında görünebilir ve yayılabilir, hatta pul pul dökülme veya oyma etkisine neden olabilir.
Örnek; dişli dişleri, raylar ve makaralar, hadde presleri.
-
Korozyon:
Korozyon ile aşınma, geniş ve karmaşık bir konudur. Bu aşınmanın önüne geçmek için sıklıkla kaplama çözümleri kullanılır. Östenitik paslanmaz çelikler (300 serisi) ve nikel bazlı alaşımlar tercih edilir.
Bu tür kaplamaların onay testlerinde, özellikle 180° ‘lik bükme testlerinde çatlaksız bir yapı elde edilmelidir.
Sert dolgu uygulamaları için korozyon önemli bir sorun değildir.
Örnek; kağıt helezon taşıyıcılar (Nikel matris içinde Tungsten karbür içeren sertdolgular); sürekli döküm röleleri (martenzitik paslanmaz çelik kaplanmış)
-
Çoklu Abrazyon:
Bazı uygulamalarda, parçalar aynı anda birkaç tip gerilime/aşınmaya maruz kalabilir. Çoklu abrazyon, farklı tipteki aşınmaların bir kombinasyonu ile meydana gelmektedir.
Korozyon ve / veya yüksek sıcaklık diğer tipteki aşınmalarla birleştirilebilir. Bunlar ikincil faktörler olarak bilinir.
Kaynak: Welding Alloys – Fundamentals of Hardfacing by Arc Weldingtamir bakım