Borlu çeliklerin ray malzemesi olarak kullanım olanaklarının sürtünme ve aşınma özellikleri açısından araştırılması
Investigation of usage possibilities of boron steels as a rail material in terms of friction and wear properties
Yazar: FATİH BOZKURT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜMİT ER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear

Özet:
Ray aşınmasının azaltılması ve teker – ray temasında sürtünme davranışının tahmin edilmesi günümüz raylı sistemler teknolojisinin en önemli konu başlıklarındandır. Ray aşınmasının temel çözümlerinden biri de, ray malzemesinin yapısını geliştirmektir. 

	Bu çalışma kapsamında, ülkemizde hızlı tren üstyapısında kullanılan ray malzemesine (R260), farklı karbon ve bor elementlerine sahip AISI 51B60H ve 30MnB5 kalitesindeki borlu çeliklerin alternatif olup olamayacağı sürtünme ve aşınma yönünden deneysel olarak incelenmiştir. Bir lokomotif tekerinden (ER9 sınıfı) elde edilen disk şeklindeki numuneler ile borlu çeliklerden ve rayın mantar kısmından çıkarılmış disk şeklindeki numuneler, aşındırma çifti oluşturacak şekilde test edilmiştir. Plint TE53 test cihazı kullanılarak, disk üzerinde disk kayma ve yuvarlanma hareketi simüle edilmiştir. 

	Ray numunesi ve iki farklı kalitedeki borlu çeliklere ait numuneler için mikro yapı incelemeleri yapılmış, sertlik ölçümleri alınmış, kuru ve ıslak koşullar altında spesifik aşınma oranları hesaplanmış, sürtünme katsayıları belirlenmiş ve aşınmış yüzeyler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir.

Sertlik ölçümleri sonucunda ray, 51B60H borlu çelik, 30MnB5 borlu çelik ve ER9 sınıfı teker numunelerinin sertlik değerleri sırası ile 35 HRC, 61 HRC, 55 HRC ve 31,5 HRC olarak ölçülmüşlerdir. Aşınma testleri 1,5 GPa Hertzian temas basıncı altında, 200 dev/dak hızda ve %5,18 kayma oranında gerçekleştirilmiştir. Kuru şartlar altında hesaplanan spesifik aşınma oranlarına göre ray numunesi 51B60H borlu çelik numunesine göre 3,86 kat, 30MnB5 borlu çelik numunesine göre ise 3,67 kat daha fazla aşınmıştır. Islak şartlar altında ise borlu çelikler için kayda değer bir aşınma tespit edilememiştir. Genel olarak demiryolu hatlarındaki sürtünme katsayısı, kuru şartlar için 0,5 – 0,7 aralığında, ıslak şartlar için ise 0,2 – 0,3 aralığında değişmektedir. Teker numunesi karşısında test edilen tüm numunelerde, bu aralık değerleri hem kuru hem de ıslak şartlar altında elde edilmiştir.

Abstract:
Reducing the wear of rail and estimating the friction behavior of wheel – rail contact are the most important topics of today's railway system technology. One of the main solutions of the rail wear is improving the structure of rail material. 

	Within the scope of this study, AISI 51B60H and 30MnB5 boron steels with different carbon and boron content were investigated experimentally in terms of friction and wear, whether it could be alternative to rail material (R260) used in high speed railway superstructure in our country. Disc shaped samples made out of a locomotive wheel (class ER9) with disc shaped samples made out of boron steels and rail head were tested as wear couple. Using with Plint TE53 test equipment, twin disc rolling – sliding motion was simulated.  

	Microstructural examinations were studied, hardness measurements were evaluated, specific wear rates were calculated in dry and wet conditions, coefficients of friction were determined and worn surfaces were examined by scanning electron microscopy for rail sample and two different grades of boron steel samples. 

	As a result of the hardness measurements, the measured values of rail, 51B60H boron steel, 30MnB5 boron steel and ER9 class wheel samples were 35 HRC, 61HRC, 55 HRC and 31.5 HRC, respectively. Wear tests were performed under 1.5 GPa Hertzian contact pressure, 200 rpm and 5.18% slip ratio. According to the specific wear rates calculated under dry conditions, rail sample was worn 3.86 times higher than 51B60H boron steel sample and 3.67 times higher than 30MnB5 boron steel sample. Under wet conditions, no significant wear was determined for boron steels. Generally, the coefficient of friction in railway lines varies between 0.5 – 0.7 for dry conditions, 0.2 – 0.3 for wet conditions. Tested all samples mating with wheel sample, these range values were obtained at both dry and wet conditions.