Uluslar arası Demir Çelik Sempozyumu iiss



Yüklə 127,94 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix02.03.2018
ölçüsü127,94 Kb.
#29355


2. 

Uluslar arası Demir Çelik 

Sempozyumu (IISS



15), 1-3 Nisan 2014

, Karabük, Türkiye

 

© 

IISS



15

, Karabük Üniversitesi,

 

Karabük, Türkiye

 

BİR NİKEL ALUMİNYUM BRONZU (CuAl10Ni5Fe4) İLE KALAY 

BRONZUNUN (CuSn11) SÜRTÜNME VE AŞINMA ÖZELLİKLERİ 

AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI

 

 

COMPARISON OF WEAR AND FRICTION PROPERTIES OF A NICKEL 

ALUMINUM BRONZE (CuAl10Ni5Fe4) AND TIN BRONZE (CuSn11) 

 

Turhan Ürün Koçak



a

,  Harun Yanar

b

, , Gençağa Pürçek



c

 , Feriha Birol

a

Sağlam Metal



 

Sanayi ve Ticaret A.Ş, 

Kocaeli

, Türkiye, 



urun.kocak@saglammetal.com,  

b

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye



, harun_yanar@windowslive.com 

c

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye



, purcek@ktu.edu.tr 

d

Sağlam Metal



 

Sanayi ve Ticaret A.Ş, 

Kocaeli

, Türkiye,



 feriha.birol@saglammetal.com 

 

 



Özet

 

 

Kalay  bronzları  (KB)  ve  nikel



-

alüminyum  bronzları  (NAB) 

yüksek  korozyon  ve  iyi  aşınma  özellikleri  nedeniyle  en 

önemli  bakır  alaşımları  arasında  yer  almaktadır.  KB  iyi 

aşınma  direnci  ile  birlikte  yağlayıcılık  özelliğine  de  sahip 

olmaları  nedeniyle  pek  çok  tribolojik  uygulama  için  tercih 

edilen bakır alaşımlarındandır. NAB ise özellikle ağır yükler 

altında üstün abrazif aşınma dayanımı ve yüksek korozyon 

gerektiren uygulamalar için mükemmel malzemeler olarak 

kabul  edilirler.  Sağlam  Metal  A.Ş.  firmasının  ürün 

kataloğunda  yer  alan  nikel

alüminyum  bronzu;  kalay 



bronzlarına  göre  daha  pahalı  olmasına  rağmen  daha 

yüksek  sertlik  ve  daha  düşük  yoğunlukları  nedeniyle  bazı 

uygulamalar  için  kalay  bronzlarına  alternatif  olarak 

önerilmektedir.  Bu  çalışmada,  CuAl10

Ni5Fe4  nominal 

bileşimindeki  NAB  ile  CuSn11  nominal  bileşimindeki 

KB’nun  kuru  ortam  atmosferik  koşullarında  ve  yüksek  ve 

düşük  yükleme  şartlarındaki  sürtünme  ve  aşınma 

özelliklerinin 

incelenmesi 

ve 

bulunan 


sonuçların 

karşılaştırılması  amaçlanmıştır.  Bu  amaçla,  belli  kimyasal 

bileşimlerde  üretilmiş  olan  alaşımların  mikro  yapıları  optik 

ve/veya  SEM  mikroskobu, mekanik  özellikleri ise standart 

çekme  ve  sertlik  testleriyle  ile  incelenmiştir.  Alaşımların 

sürtünme  ve  aşınma  testleri  ise  pin

-on-

disk  esaslı  bir 



deney 

sisteminde 

(UTS 

TRIBOMETER 



T10/20)  

gerçekleştirilmiştir.  Bu  deneyler  sonucunda,  her  bir 

alaşımın  farklı  çalışma  şartlarındaki  aşınma  (hacim) 

kayıpları,  sürtünme  katsayısı  değişimleri  ve  aşınma 

mekanizmaları  belirlenerek  karşılaştırmalar  yapılmıştır.  İl

sonuçlara göre, CuAl10Ni5Fe4 bronzunun özellikle yüksek 



yükleme  şartlarında  CuSn11  bronzuna  göre  çok  daha 

yüksek  aşınma  direncine  sahip  olduğu  belirlenmiştir. 

Ayrıca,  CuAl10Ni5Fe4  bronzu  bütün  yükleme  şartlarında 

CuSn11 bronzuna göre daha düşük bir sürtünme katsayısı 

sergilemiştir.  Söz  konusu  davranışlar  her  iki  bronz 

malzemeni

n  mikroyapı,  mekanik  özellik  ve  etkin  aşınma 

mekanizmalarına dayandırılarak açıklanmıştır. 

 

 

Anahtar  kelimeler:  Kalay  bronzu,  nikel-



alüminyum 

bronzu, sürtünme ve aşınma.

 

 

Abstract 



 

Due  to  their  high  corrosion  and  wear  resistance,  tin 

bronzes and nickel-aluminum bronzes are among the most 

important  copper  alloys.  Because  of  their  good  wear 

resistance as well as lubricating properties, Sn bronzes are 

the  preferred  copper  alloy  group  in  many  tribological 

applications.  Ni-Al  bronzes,  on  the  other  hand,  are 

accepted to be one of the perfect material for applications 

requiring  superior  wear  behavior  and  corrosion  resistance 

under heavy loads. Despite their higher price  compared to 

Sn  bronzes,  the  Ni-

Al  bronze  listed  in  Sağlam  Metal's 

product  catalogue  is  recommended  as  an  alternative  one 

to  the  Sn  bronzes  in  some  applications  dut  o  its  higher 

hardness  and  lower  density.  In  this  study  the  friction  and 

wear  properties  of  a  Ni-Al  bronze  with  CuAl10Ni5Fe4 

nominal compound and a Sn bronze with CuSn11 nominal 

compound  were  investigated  under  dry  atmospheric 

condition  and  compared  the  same  set  of  the  results.  For 

this  purpose,  the  microstructures  of  the  alloys  produced 

with  certain  chemical  compounds  are  examined  under 

optical  and/or  SEM  microscope,  while  their  mechanical 

properties  are  measured  with  hardness  tests.  The  wear 

and  abrasion  resistance  were  measured  using  a  pin-on-

disk  type  tribometer  (UTS  T10/20).  Based  on  the  test 

results, the  wear  (volume)  loss,  changes  in the coefficient 

of  friction  and  wear  mechanisms  in  each  alloy  was 

determined  and  compared.  According  to  preliminary 

results, it has been established that especially under heavy 

loading  conditions  the  CuAl10Ni5Fe4  bronze  has  much 

higher  wear  resistance  compared  to  the  CuSn11  bronze. 

Additionally, 

under 

all 


loading 

conditions 

the 

CuAl10Ni5Fe4 bronze  exhibits  lower  coefficient  of  friction. 



Such  behavior  is  explained  by  means  of  microstructure, 

mechanical 

characteristics 

and 


operating 

wear 


mechanisms of the material. 

 

Keywords:  Tin  Bronze,  nickel  aluminum  bronze,  friction 

and wear 

 

1. Giriş



 

 

Türkiye  Demir  Çelik  Sektöründe  üretim  kapasitesi  her 



geçen  yıl  artış  gösterirken,  bu  sektörde  kullanılan  bakır 

alaşımlara  olan  ihtiyaç  da  artmaktadır.  Demir  çelik 

sektöründe en yaygın kullanım bulan bakır alaşımlarından 

biri  de  yatak  malzemesi  olarak  kullanılan  bronz 

alaşımlarıdır  [1].  Yatak  malzemesi  olarak  kullanılan  ana 

bronz  alaşımları  kalay  bronzları,  alüminyum  bronzları, 

kurşunlu bronzlar ve berilyum bronzları olarak sayılabilir [2]

 



Koçak

, T.U. Yanar, H. Purcek, G. Birol, F 

Kalay  bronzlarının  en  belirgin  özelliği  atmosferik  ve  su 

korozyonuna  karşı  dayanımlı  ve  aşınmaya  karşı  dirençli 

olmalarıdır.  Aynı  zamanda  mükemmel  yağlama  özelliğine 

de sahiptirler [3]. Kalay bronzları demir çelik endü

strisinde 

yaygın kullanım bulan bakır alaşımlarıdır. 

 

Alüminyum, demir, mangan, silisyum ve nikel elementlerini 



içeren alüminyum bronzları ise yüksek sertlik özellikleri ile 

öne  çıkmaktadır.  Bu  malzemelerden  üretilmiş  yataklar

 

yüksek darbe ve aşınma dayanımına sahiptir. Bu alaşımlar 



yüksek  sıcaklıklarda  mukavemetlerini  korur  ve  250°  C 

üzerinde  çalışan  ekipman  yataklarında  yağlamanın  iyi 

olduğu,  yüksek  yük  ve  düşük  hız  uygulamalarında  daha 

çok tercih edilirler.

 

Bakır alaşımları üreticisi olan Sağlam Metal; çeşitli bileşim 



ve özelliklerde kalay ve ağırlıklı olarak alüminyum bronzları 

üretmektedir.  Sağlam  Metal  ürün  gamında  yer  alan  kalay 

bronzu  Cuptin  2  (CuSn11  veya  ASTM  C90700)  ve  nikel 

alüminyum bronzu Cupral 4M (CuAl10Ni5Fe4 veya ASTM 

C63000)  yüksek  miktarlarda  üretilen  bronz  alaşımlarıdır. 

Cupral  4M  nikel  alüminyum  bronzunun  Cuptin  2  kalay 

bronzuna göre daha pahalı olmasına rağmen, daha yüksek 

sertlik  ve  daha  düşük  yoğunluğu  nedeniyle  bazı 

uygulamalar  için  Cuptin  2  kalay  bronzuna  alternatif 

olabilmektedir. 

Bu  çalışmada,    CuSn11  kalay  bronzunun 

ve  buna  alternatif  gösterilen  CuAl10Ni5Fe4  nikel 

alüminyum  bronzunun  endüstride  kullanımı  durumunda 

olası  performansların  belirlenmesi  ve  karşılaştırılması 

hedeflenmiştir. Bu amaçla her iki alaşımında mikro yapıları 

in

celenmiş,  mekanik  özellikleri  belirlenmiş,  kuru  ortam 



atmosferik  koşullarında  ve  yüksek  ve  düşük  yükleme 

şartlarındaki sürtünme ve aşınma özellikleri araştırılmış, bu 

özellikler  alaşımların  etkin  aşınma  mekanizmalarına 

dayandırılarak açıklanmıştır. 

 

 

2. De



neysel Çalışma

 

 

2.1. Deney Malzemeleri 

 

Bu  deneysel  çalışmada,  dövme  CuAl10Ni5Fe4  CuSn11 



alaşımları  kullanılmıştır.  Alaşımların  kimyasal  analizleri 

spektrolab 

marka 

optik 


emisyon 

spektrometresi 

kullanılarak belirlenmiş ve 

Tablo 1


’de verilmiştir. 

 

 



Çizelge

 

1: Deneylerde kullanılan alaşımların kimyasal 



bileşimleri

 

 



Kimyasal bileşim (% ağır.)

 

Alaşım



 

Al 


Sn 

Ni 


Fe 

Cu 


CuSn11 

 - 


11 

0,19 


 - 

88,2 


CuAl10Ni5Fe4  10,12    - 

4,84 


3,73  80,0 

   


 

2.2. Mikroyapısal incelemeler

 

 

Mikroyapı 



karakterizasyon

ları


  Nikon  Eplicase  MA100 

model  ters  metal  mikroskobu  ve  Zeiss  Evo  Ls  -  10  model 

taramalı 

elektron 

mikroskobu 

kullanılarak 

gerçekleştirilmiştir. 

Karakterizasyon 

çalışmalarında 

dağlayıcı  olarak  5  g  FeCl

3, 

50  ml  HCl,  100  ml  H



2

O  ile 


hazırlanan çözelti

 

kullanılmıştır. 



 

 

2.3. Meka



nik özelliklerin incelenmesi 

 

 

Alaşımların  mekanik  özellikler



i,  sertlik  testi 

yardımıyla 

karakterize  edilmiştir.  Sertlik  deneyleri

  Struers  Duramin 

marka  sertlik  cihazı  ile 

500  g 


yük  altında  vikers  ölçüm 

tekniğine göre gerçekleştirilmiştir. 

 

 

 



2.4. Triboloj

ik davranışın incelenmesi

 

 

Alaşımların  sürtünme  ve  aşınma  deneyleri pin



-on-disk  tipi 

bir  Universal  sürtünme  aşınma  test  sistemi  (  UTS 

Tribometer T10/20) ile gerçekleştirilmiştir. Hem dönel hem 

de  lineer  hareket  sistemine  sahip  söz  konusu  düzeneğin 

genel 

görünümünü  veren  resim  Şekil  1’de  gösterilmiştir.  



Aşınma  testleri  için  14mmx*14mmx*4mm  boyutlarında 

numuneler  kullanılmıştır.  Numuneler;  5N,  15N  ve  30N 

nominal yükler altında ve  0,18 m/s kayma hızında testlere 

tabi  tutulmuştur.  Her  bir  şarttaki  test  süresi

 

100  m’ye 



karşılık  gelecek  şekilde  90  dak.

 

olarak  belirlenmiştir. 



Aşınma  miktarları  kütle  ve  hacim  kaybı  olarak 

hesaplanmıştır.  Sürtünme katsayısı ise kayma mesafesine 

göre  çizdirilmiştir. 

Numunelerin 

aşınma  yüzeyleri  ve 

aşınma  derinlikleri  üç  boyutlu  tarama  özelliğine  sahip  bir 

profilometre 

(Nanofocus 

uscan) 

yardımıyla 



gerçekleştirilmiştir.  Aşınma  mekanizmaları  ise  SEM  ile 

yapılan  aşınma  izi  ve  aşınma  parçacıklarının  incelenmesi 

ile karakterize edilmiştir. 

 

 



 

 

 



Şekil 1.

 

Sürtünme ve aşınma deneylerinin gerçekleştirildiği 



tribolojik test sistemi  (UTS Tribometer T10/20). 

 

3. Bulgular ve İrdeleme 



 

 

3.1. Mikroyapı:



 

 

3.1.1. CuAl10Ni5Fe4:  

 

CuAl10Ni5Fe4  alaşımının  mikroyapısı  görüntüleri  Şekil 



2’de  verilmiştir.  Dökülmüş  durumdaki  nikel

-

alüminyum 



bronzlarında  tipik  olarak  bakırca  zengin  α  matrisi, 

martenzitik  β  fazı  ve  üstün  özelliklerde  kilit  rol  oynayan 

intermetalik  к  (kappa)  fazı  bulunmaktadır[4].  Katılaşma 

sırasında ilk olarak sıvı –

 

β geçişi, takiben β



α dönüşümü, 

son  olarak  ise  β  fazından  к  fazının  dönüşümü 

gerçekleşmektedir  [5].  Döküm  yapısında  dört  farklı  к  fazı 

bulunmaktadır.  Кi  fazı  %5  üzerinde  Fe  içerir 

ve  Fe


3

Al 


yapısındadır, кii fazı %5’ten az Fe içerir. кiii fazı ise nikelce 

zenginken,  кiv  fazı  α  fazı  üzerinde  demirce  zengin 




Koçak

, T.U. Yanar, H. Purcek, G. Birol, F 

çökeltiler  şeklinde  oluşmaktadır[6].  Thossathepptak  ve 

arkadaşları  [6]  nikel  alüminyum  bronzlarının  sıcak 

deformasyon  koşullarında  mikroyapısını  çalışmışlar  ve, 

750    - 

800ºC  aralığında  sıcak  deformasyonun  mikroyapı 

üzerinde  önemli  bir  etkisinin  olmadığını,  850oC  üzerinde 

ise кii, кiii, fazlarının tamamen çözündüğünü, кiv fazının ise 

uygulanan  deformasyon  miktarına  göre  azaldığını  rapor 

etmişlerdir.  Çalışmada  kullanılan  ve  800ºC’de  dövülen 

CuAl10Ni5Fe4  alaşımına  ait  tipik  dövme  mikroyapıları

 

Şekil  2’de  verilmiştir.  Resimde;  α,  β  ve  кii  fazları  olduğu 



tahmin 

edilen 


faz

lar 


ayırt 

edilebilmektedir.

 

 

                                



 

 

Şekil 2.



 C

uAl10Ni5Fe4 alaşımına ait (a) düşük, ve (b) yüksek büyültmelerde elde edilen mikro yapı fotoğrafları

  

 

  



                              

 

 



Şekil 3

CuSn11 alaşımına ait:



 

(a) d


üşük ve (b) yüksek büyültmelerde mikro yapı fotoğrafları

 

 



3.1.2. CuSn11 alaşımı

 

 

CuSn11  alaşımının  mikroyapısı  Şekil  3’de  gösterilmiştir. 



Çukur  ve  arkadaşları  [7]  yaptıkları  çalışmada  farklı 

oranlarda  kalay  içer

en  Cu-

Sn  alaşımlarının  mikroyapısını 



incelemiş  ve  dendritik  büyüme  ile  birlikte  yapıda  yüksek 

miktarda  segregasyon  bulunduğunu  gözlemlemişlerdir. 

Ayrıca,  dendrit  kollarında  alfa+delta  ötektoid  yapısının 

bulunduğunu  da  raporlamışlardır.  Aşınma  özelliği 

ince

lenen  CuSn11  alaşımının  mikroyapı  görüntülerinde



 

dövme sonucu kırılan

 

dendritik yapı



 

açıkça görünmektedir 

(Şekil 3).

 

 



3.2. Sertlik değerleri

 

 

Çalışmada  kullanılan  kalay  bronzunun  sertlik  değerleri 



167±10  H

V

 



olarak  ölçülmüş,  nikel  alüminyum  bronzunun 

ise sertlik  açısından  kalay  bronzuna  göre  çok daha  üstün 

olduğu  ve  308±8  H

V

 



sertliğe  sahip  olduğu  görülmüştür 

(Tablo 2).  



 

Çizelge 2

. Al ve Sn-

bronzlarının sertik değerleri.

 

 

Malzeme 



Sertlik (Hv) 

Sn-Bronzu 

167±1



Al- Bronzu 



308±8

 

 



 

 

3.3 Tribolojik Özellikler:

 

 

3.3.1. Aşınma Davranışı 

 

 

Malzemelerin aşınma davranışları kütle ve hacim kayıpları 

üzerinden incelenmiştir. Şekil 4’de her iki bronz

a ait hacim 

kayıplarının uygula

nan 


yüke göre değişimleri gösterilmiştir

 



 

Şekil 4. Ni

-Al bronzu ve Sn- 

bronzu numunelerinin farklı 

yük değerlerinde sergiledikleri hacim kaybı değerleri.

 

500x 



1000x 

500x 


1000x 

a

.



.

b



.

a



.

.



b

.



α fazı

 

β fazı

 

к fazı

 

 

 

 

 

 

 

 

Kırılan 

dentritik 

yapı

 


Koçak

, T.U. Yanar, H. Purcek, G. Birol, F 

 

 



Genel Özellikler

 

5N 



15N 

30N 


 

Sertlik 


(Hv0.5) 

Yoğ


 

(g/cm


3

 



µ

 

(ort) 



Kütle 

Kaybı 


(mg) 

Hacim 


Kaybı 

(mm


3

Kütle 



Kaybı 

(mg) 


Hacim 

Kaybı 


(mm

3

Kütle 



Kaybı 

(mg) 


Hacim Kaybı 

(mm


3

Sn-Bronzu 



167Hv±10

 

8.77 



0.7 

10.4 


1.1858 

11.35 


1.2942 

172.9 


19.71 

Al-Bronzu 

308Hv±8

 

7.58 



0.4 

13 


1.7150 

22.3 


2.9419 

28.7 


3.78 

Ayrıca,  her iki bronzun farklı yüklerde  sergiledikleri  ağırlık 

kaybı  değerleri  de  Çizelg

3’de  verilmiştir.    Şekil  4’de 



verilen  eğriler  incelendiğinde,  genel  olarak  düşük  ve  orta 

yük  seviyelerinde  her  iki  bronzun  yaklaşık bir birine  yakın 

bir  aşınma  davranışı  sergiledikleri  görülmektedir.  Ancak, 

bu  bölgede  kalay  bronzunun  az  da  olsa  daha  yüks

ek  bir 

aşınma  direncine  sahip  olduğu  dikkati  çekmektedir.  Bu 

durum 

Çizelge


 

3’de  verilen  ağırlık  kaybı  değerleriyle  de 

uyumlu  gözükmektedir.  Ancak,  30  N  gibi  yüksek  yükleme 

şartlarında  durumun  büyük  oranda  değiştiği  ve  aşırı 

yükleme  şartlarında  Al  bronzunun

 

çok



 

daha  düşük  hacim 

ve  kütle  kaybı

 

gösterdikleri  söylenebilir.  Nitekim,  bu  yük 



değerlerinde  kalay  bronzunda  yaklaşık  20  mm3’lük  bir 

hacim  kaybı  meydana  gelirken,  bu  değer  Al  bronzunda 

yaklaşık  4  mm3’de  kalmıştır.  Bu  durum,  düşük  yükleme 

şartlarında  nispeten  daha  yumuşak  olan  kalay  bronzunun 

daha  iyi  aşınma  performansı  sergilediğini,  ancak  bu 

malzemenin  yüksek  yüklerde  aşırı  oranda  aşındığını 

göstermektedir.  Bilindiği  gibi  Al  bronzunun  sertlik  değeri 

kalay  bronzuna  göre  daha  yüksek  olup,    aşırı  yükleme 

alt

ında  bu  yüksek  sertlikten  dolayı  daha  az  aşınma 



kaybına  neden  olmaktadır.  Şekil  5’te  her  iki  bronz 

numunede  30N’luk  yükler  altında  aşınma  sonucu  oluşan 

aşınma  izlerinin  3D  yüzey  morfolojisi  görülmektedir.  Bu 

görüntüler de kalay bronzunun aşınma izinin daha

 

geniş ve 



derin  olduğunu  göstermektedir.  Ayrıca,  kalay  bronzunun 

aşınma bölgesinde daha fazla yayılma ve sıvama izlerinin 

mevcut olduğu da anlaşılmaktadır. 

 

 



 

Şekil 5.


 

30N yük altında aşınma testine tabi tutulan 

numunelerin profilometrik 3D aşınma izi 

morfolojileri. 

a. CuAl10Ni5Fe4 alaşımı, b. CuSn11 alaşımı

  

Bu  durum,  nispeten  yumuşak  olan  matris  yapısından 



kaynaklanmaktadır.  Şekil  6’da  ise  bu  aşınma  izlerine  ait 

profilometrik 

görünüm 

verilmiştir. 

Bu 

görünümler 



incelendiğinde,  hacimsel  olarak  kalay  bro

nzunun  daha 

fazla aşınmış olduğu anlaşılmaktadır. Ayrıca, Al bronzunun 

çok  daha  düzenli  aşındığı,  aşınma  izinin  çok  fazla 

saçılmadığı  dikkati  çekmektedir.  Bu  ise  Al  bronzunun 

özellikle yüksek yükleme şartlarında bile düşük ve düzenli 

aşınma davranışını koruduğunu göstermektedir. Bu durum 

hem  alüminyum  bronzunun  yüksek  sertliği  hem  de  daha 

kararlı

 

bir iç yapıya sahip olmasından kaynaklanmaktadır.



 

 

 



 

Şekil 6.  Al ve Sn bronzu numunelerin aşınma sonrası

 

sergilediği profilometrik görünümler: (a) CuSn11 alaşımı ve 



(b)  CuAl10Ni5Fe4 alaşımı.

 

 



 

Al  ve  Sn  bronz

u  numunelerin  30N’luk  yük  altın

daki 


deneyler  sonrası  aşınma  yüzeyleri  ve  aşınma  sırasında 

oluşturduğu  aşınma  parçacıkları  SEM  mikroskobu  ile 

incelenmiş

 

ve bazı seçilmiş resimler Şekil 7’ ve Şekil 8’de 



de  gösterilmiştir.  Bu  resimlere  göre,  kalay  bronzunun 

aşınma  yüzeyinin  çok  daha  etkin  bir  şekilde  plastik 

a

.

.



b.

.. 



a

.

.



b

.



.

Çizelge 3. Alaşımların genel özellikleri ve aşınma miktarları.



 

 



Koçak

, T.U. Yanar, H. Purcek, G. Birol, F 

deformasyona  uğradığı  ve  yüzeyde  kalın  sıvama 

tabakalarının  var  olduğu  görülmektedir.  Bu  durum  sünek 

malzemelerin  özellikle  yüksek  yükleme  şartlarında 

beklenen  bir  durumdur.  Nitekim 

bu  yüzeylerin  aşınması 

sonrası  daha  çok  yapraksı  aşınma  parçacıklarının 

oluşması  bu  gözlemi  doğrulamaktadır.  Çünkü

 

sünek 


malzemelerin  aşınması  sırasında  aşına

parçacıklar  ara



 

yüzeye  yapışmakta  ve  devam  eden  kayma  periyotları 

sırasında  birbirleriyle  birleşerek  ve  deforme  olarak 

sertleşmekte  ve  ara  yüzeyden  ayrılmaktadırlar.  Al 

bronzunun  aşınma  yüzeyi  ise  daha  farklı  bir  morfoloji 

sergilemektedir. Nitekim 

çok daha düzenli bir aşınma izi ve 

çok daha ince aşınma parçacıkları bu malzemenin aşınma 

karakteristiğini  oluşturmaktadır.  Sıvama  durumu  ise  kalay 

bronzuna 

göre yok denecek kadar

 

az oluşmaktadır.



 

 

 



Şekil 7.  (a)

-(b) Al-


bronzu numunenin 30 N yük altın

da 


aşınma sonrası sergilediği aşınma 

izinin 


görünümü

 ve (c) 


Aşınma sırasında ortaya çıkan aşınma parçacıklarının 

morfolojik görünümü.

 

 

 



Şekil 8. (a)

-(b) Sn-


bronzu numunenin 30 N yük altında 

aşınma sonrası sergilediği aşınma izin

in 

görünümü. ve (c) 



Aşınma sırasında ortaya çıkan aşınma parçacıklarının 

morfolojik görünümü

 

 

Literatürde  yer  alan  çalışmalarda  bakır  alaşımlarının 



aşınma  davranışının  çoğu  zaman  sertlikle  ilişkili  olmadığı 

raporlanmıştır  [8].  Nikel  alüminyum  bronzunun  aşı

nma 

özellikleriyle  ilgili  yapılan  çalışmalarda  ise  bu  alaşımın 



üstün  aşınma  davranışı  sergilediği  görülmüştür.  Bu 

alaşımlarda  gözlenen  yüksek  aşınma  direncinin,  yapıda 

bulunan  к  ve  α  fazlarından  kaynaklandığı  söylenmektedir 

[4,9]. Weber ve Kuhn [10] bu çalışmada alınan sonuçlarla 

paralellik gösteren sonuçlar elde etmişler, kalay bronzunun 

yüksek  yüklemelerde  aşınma  dayanımının  düştüğünü 

raporlamışlardır.  Çalışmada  kalay  bronzlarında  oluşan 

kalay oksit filminin sürtünme katsayısını azaltarak aşınma 

dayanımını arttırdığı, ancak yüksek yüklerde bu ince oksit 

filminin  zed

elendiği ve buna bağlı olarak

yüksek



  miktarda 

sürtünme ve aşınmanın gerçekleştiği belirtilmiştir.

 

 

3.3.2. Sürtünme Katsayıları



 

 

Çalışma  kapsamında  nikel  alüminyum  bronzuna  ve  kalay 



bronzuna  ait 

sürtünme  katsayıları  da  belirlenmiş  ve 

sürtünme  katsayısının  mesafe  ile  değişimi  Şekil9’de 

verilmiştir.  Ayrıca,  30N’luk  yük  altında  ölçülen  ortalama 

sürtünme  katsayısı  değeri  de  Tablo  3’de  verilmiştir. 

Beklendiği gibi, kalay bronzu çok daha düşü

bir sürtünme 



katsayısı  değeri  sergilemiş  olup,  bu  değişim  kayma 

mesafesi boyunca devam etmiştir.

 

2D Graph 2



Distance (m)

0

200



400

600


800

1000


F

ri

ct

io

n C

oef

fic

ie

nt

 (

µ

 )

0,0


0,1

0,2


0,3

0,4


0,5

0,6


0,7

0,8


0,9

1,0


Sn-Bronze

Al-Bronze

 

Şekil 9. Al



-bronzu ve Sn-

bronzunun 30 N yük altında 

sergilediği yola bağlı sürtünme katsayısı değişim grafiği

 

 



4. Genel Sonuçlar:

 

 

1. 



Nikel  Alüminyum  Bronzu  (CuAl10Ni5Fe4)  ve  Kalay 

Bronzunun  (CuSn11)  aşınma  davranışları  hacim  ve  kütle 

kayıpları  üzerinden  karşılaştırmalı  olarak  incelenmiş, 

sürtünme katsayıları ve sertlikleri belirlenmiştir. 

 

2.   


5N ve 15N’luk düşük yüklerde kalay bron

zu  nispeten 

daha  yüksek  aşınma  dayanımı  sergilemiş,  30N’luk  yük 

altında ise nikel alüminyum bronzu çok daha üstün aşınma 

dayanımı göstermiştir.

 

3. 



Nikel 

Aluminyum 

bronzunun 

üstün 


aşınma 

davranışının  ve  stabilitesinin  nedeni  literatürde  α  ve  к 

fazlarının  varlığı  ile  açıklanmıştır.  Kalay  bronzunun  30N 

yük altında çok daha düşük aşınma direnci sergilemesi ise 

kısa  süre  içinde  oluşan  ve  sürtünme  katsayısını  düşüren 

kalay 


oksit 

filminin 

yüksek 

yüklerde 



varlığını

 

koruyamamasına dayandırılmıştır. 



 

4. 


Alüminyum  bronz  alaşımı  kalay  bronzuna  göre  daha 

yüksek  maliyetli  olmasına  rağmen  daha  düşük  yoğunluğu 

nedeniyle  birim  maliyeti  kalay  bronzuna  yakın  olabilir. 

Alüminyum  bronzu  düşük  yüklerde  nispeten  biraz  daha 

yüksek aşınma gösterse de çok düşük sürtünme katsayısı,  

y

üksek  yüklemelerde  gösterdiği  yüksek  performans 



nedeniyle 

pek 


çok 

endüstriyel 

uygulama 

için 


fiyat/performans  açısından  kalay  bronzuna  göre  daha 

ekonomik bir seçenek olacaktır.

 

 

 



 

 


Koçak

, T.U. Yanar, H. Purcek, G. Birol, F 

 

KAYNAKLAR: 

 

[1]  Kocak  H,  Tool  Steel  Handbook,  Bolokur  Teknik 



Yayıncılık. 20

09 


[2]  Davis.  R.J,  ASM  Specialty  Handbook:  Copper  and 

Copper Alloys, ASM International. 2001. 

[3]  Kocak  H,  Bakır  ve  Bakır  alaşımları,  Bokukur  Teknik 

Yayıncılık. 

 

[4]  Thossatheppitak. B, Suranuntchai. S, Uthaisangsuk. V, 



Manonukul.  A,  Mugsuntisuk.  P,  Mechanical  properties  at 

high  temperatures  and  microstructures  of  a  nickel 

aluminum bronze alloy, Advanced Materails Research, vol. 

683, 82-89. 2013 

[5]  Pisarek. 

B.P, 


Model 

of 


Cu-Al-Fe-Ni 

bronze 


crystallization,  Archives  Of  Foundry  Engineering,  vol.  13, 

72-79. 2013 

[6]  Thossatheppitak.  B,  Suranuntchai.  S,  Uthaisangsuk. 

V, Manonukul. A, Mugsuntisuk. P, Microstructure evolution 

of  nickel  aluminum  bronze  alloy  during  compression  at 

elevated  temperatures,  Advanced  Materials  resarch,  vol. 

893, 365-370. 2014 

[7]   Taslicukur.  Z,  Altug  S.  G,  Polat.  S,  Atapek.  S.H,  **, 

Türedi.  E,  A  microstructural  study  on  cusn10  bronze 

produced  by  sand  and  investment  castinig  techniques, 

Metal 2102, Brno, Czech Republic. 2012 

[8]   Meigh.  H.J,  Cast  and  wrought  aluminium  bronzes 

propertes, 

procesesses 

and 

sructure, 



Copper 

Development Assocation. 2000 

[9]  Yuanyuan.  L,  Ngai  T.L,  Xia.  W,  Mechanical,  friction 

and  wear  behaviors  of  a  novel  high-strength  wear  -

resisting aluminum bronze, Wear vol. 197, 130-136. 

[10] Weber. K, Kuhn. H.A, Lead free wrought copper alloys 

for  bushings  and  sliding  elements,  Copper  Alloys 



  Early 



applications and Current Performence, 69-92. 201 

Yüklə 127,94 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə