TRİBOLOJİ: Hareketli Yüzeylerin Etkileşimi – Bölüm 2

TRİBOLOGLARIN KARŞILAŞTIĞI TEMEL SORUNLAR NELERDİR?

Karşılaştığımız en büyük zorluk sürtünme ve aşınma değerlerinin bir sistemden diğer bir sisteme kolaylıkla transfer edilememesidir, örneğin tribolojik test teçhizatından gerçek bir uygulamaya transfer gibi. Ölçülen değerler arasındaki karşılaştırmalar ancak çok benzer bir tribolojik sisteme dayandığında mümkündür. Malzemelerin tribolojik davranışı, uygulamanın ve test ortamının spesifik çalışma şartlarının aynı olması şartıyla, modelleme ve simülasyon testlerine dayalı belirli uygulamalar için tahmin edilebilir.

SÜRTÜNME VE AŞINMA (1) (2) (3)

Sürtünme nedir?

Sürtünme temas eden iki gövde arasındaki harekete karşı olan direnç kuvvetidir. Sürtünme, fizikçiler Guillaume Amontons ve Charles-Augustin De Coulomb’un temel sürtünme yasalarıyla makroskopik seviyede tanımlanabilir. Bu fizikçiler sonuçta ortaya çıkan sürtünme kuvveti ile uygulanan normal yük arasında doğrusal ilişkiyi ortaya koymuşlardır. Buna dayanarak, sürtünme katsayısı adı verilen boyutsuz bir ana parametre türetilebilir ve ortaya çıkan sürtünme kuvveti ve uygulanan normal kuvvetin oranı ile tanımlanır.

Halbuki, kayma sürtünmesinin asıl mekanizması mikroskopik bir seviyede ortaya çıkar; bu da sürtünme üzerindeki tribolojik teorilerin yüzeylerin topografisini de kapsadığı anlamına gelir. Tribolog, katı elemanın boşluklarını veya temassız kısımlarını hesaba katarak gerçek temas alanı ile nominal temas alanı (geometrik boyutlar) arasında ayrımı ortaya koyar. Yakın yüzey alanında enerji dönüşüm sürecinden sorumlu mekanizmalar şunları içerir:

Aşınma nedir?

Aşınma, etkileşen yüzeylerin geri dönüşü olmayan malzeme kaybı olarak tanımlanır. Kayan yüzeylerin temas alanı dahilinde gerçekleşen fiziksel ve kimyasal temel süreçlerin sonradan sürtünme yüzeylerini materyal ve şekil değişime doğru yöneltmesi aşınma mekanizmaları olarak bilinir. Bu aşınma mekanizmaları şunları içerir:

Sürtünme ve aşınma mekanizmaları, tribolojik sistemin yapısından ve bunun sonucunda ortaya çıkan kollektif stresden kuvvetle etkilenir:

µ=f (tribo-structure(t), induced collective stress(t))

w=f (tribo-structure(t), induced collective stress(t))

 Sürtünme ve yıpranma mekanizmaları izole bir biçimde değil, bunun aksine, ölçülmesi ve kontrol edilmesi zor olan mekanizmaların üst üste binmesiyle gerçekleşirler. Bu üstüste binme, tribo-teknik sistemlerde saptanamayan miktarlarda, zaman ve mekana göre değişen değişen oranlarda oluşur ve bu yüzden de sürtünme ve yıpranma işlemlerini bir sürtünme yüzeyinde (tribo-contact) hesaplamak neredeyse imkansız hale gelmektedir. Tribolojik testlerin tribolojik davranışı saptamada bu kadar önemli olmasının ana nedeni budur. Tribolojik olarak ölçülen verileri ve mekanizmaya dayalı araştırmayı yorumlamak ve anlamak istiyorsak, bir tribo-temas bünyesindeki etkin mekanizmalar hakkında tam bilgiye sahip olmalıyız.

Tribologlar, aşağıdaki çizelgelere göre sürtünme, aşınma ve yağlama koşullarını sınıflandırırlar:

Sürtünme Rejimi 0: Katı sürtünme: Sürtünme, doğrudan temas eden katı yüzeyler arasında yağlayıcı olmadan oluşur.

Sürtünme Rejimi I: Sınır sürtünmesi: Sürtünme ortaklarının yüzeylerinin yük taşıma kapasitesine sahip olmayan bir moleküler yağlayıcı film ile kaplandığı katı sürtünme. Yağlayıcı, sürtünme ve aşınma özelliklerini etkileyen bir faktördür.

Sürtünme Rejimi II: Karışık Sürtünme: Sürtünme rejimi I ve III bir arada bulunmaktadır. Sürtünme değeri, katı ve hidrodinamik sürtünmenin bir kombinasyonudur. Yağlayıcı tarafından oluşturulan akıcı film belirli bir yük taşıma kapasitesine sahiptir.

Sürtünme rejimi III: Hidrodinamik sürtünme: Sürtünme değeri sıvıdaki kesme ile belirlenir. Sıvı filminin yük taşıma kapasitesi iki katı yüzeyin arasındaki doğrudan teması önler.

Aşınma rejimi a: Katı sürtünme ve yüzeylerin doğrudan teması nedeniyle yüksek aşınma oranları.

Aşınma rejimi b: Moleküler akışkan film nedeniyle düşük aşınma değerleri.

Aşınma rejimi c: Daha kalın sıvı bir film nedeniyle yüzeylerin kısmen ayrılması sonucu oluşan hafif aşınma.

Aşınma rejimi D: “Sıfır aşınma”, iki yüzeyin doğrudan temasını engelleyen hidrodinamik ve elastohidrodinamik sıvı filmlerden kaynaklanır.

1 Horst Czichos, Karl-Heinz Habig: Tribologie Handbuch: Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik, Vieweg+Teubner Verlag, 2010
2 Theo Mang, Kirsten Bobzin, Thorsten Bartels: Industrial Tribology: Tribosystems, Friction, Wear and Surface Engineering, Lubrication, Wiley-VCH, 2011
3 Theo Mang et al.: Encyclopedia of Lubricants and Lubrication, Springer Verlag, 2014

GGB