Cerchar aşındırıcılık deneyini etkileyen parametrelerin incelenmesi
Evolution of effect of parameters on the cerchar abrasiveness test
Yazar: HAŞİM DURU
Danışman: DOÇ. DR. OLGAY YARALI
Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kalem aşınması = Tool wear

Özet:
Bu çalışmanın amacı, Cerchar aşındırıcılık deneyinde görülen farklılıkları bir arada irdeleyerek bu farklılıkların CAI'ya olan etkisini belirlemektir. Diğer bir amacı ise bu çalışmanın sonuçlarının Uluslararası Kaya Mekaniği Derneği'nin (ISRM) kabul edeceği standart bir deney yöntemi önerisine katkıda bulunmaktır. Ayrıca bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenen "Cerchar Aşınma İndeks Deneyi İçin Standart Deney Yönteminin Geliştirilmesi" başlıklı 1001 araştırma projesine (Proje No: 110M579) paralel yürütülmüştür ve bu çalışmadan elde edilen veriler Araştırma Projesi'nde kullanılmıştır.
Araştırmanın amacına bağlı olarak bu çalışmada, önce aşınmanın tanımlaması yapılmış, aşınmaya etki eden faktörler kısaca özetlenmiştir. Daha sonra aşınma indekslerinden bahsedilerek Cerchar aşındırıcılık deneyi hakkında literatür bilgisi verilmiştir. Son olarak da, laboratuarda Cerchar aşındırıcılık deneyine etki eden parametrelerin (kullanılan uçların sertlikleri, deney aleti, çizme hızı, örneklerin yüzey durumu, çizme mesafesi, uçlardaki aşınmanın ölçülmesi) uç aşınmasına olan etkileri araştırılmıştır.
Bu araştırmada, iki farklı deney aletiyle (Valantin ve West'in önerdikleri) önce özel olarak hazırlanmış beton örnekleriyle sonra üç kayaç türünü (sedimanter, magmatik ve metamorfik) temsil eden 13 kayaç örneği üzerinde aşınma deneyleri yapılmıştır. Deneyler, iki farklı deney aletiyle, 6 farklı sertlikte uçlarla (HRC40-42, HRC44-46, HRC 48-50, HRC 50-52, HRC54-56, HRC58-60), farklı örnek yüzeyleri (pürüzlü veya düzgün) üzerinde en az 3 kez tekrarlanmıştır. Her deneyde yeni uç kullanılmıştır. Uçlardaki aşınma yüzeyleri 35X büyütmeli dijital mikroskoplar ile dijital bir yazılım programı kullanılarak hem yatay hem de düşey konumda ölçülmüştür. Bu ölçümlerin ortalamaları alınarak Cerchar aşınma indeks (CAI) sonucu belirlenmiştir. Deney sonuçları istatistiksel olarak irdelenmiş ve deney sonuçları arasındaki değişimler varyasyon katsayısı (%Cv) ile değerlendirilmiştir. En düşük varyasyon katsayısı değerine sahip deney sonuçları dikkate alınmıştır.
Deney sonuçlarına göre, kullanılan uçların sertlikleri arttıkça aşınma değerlerinin azaldığı bulunmuştur. 
Yatay ve düşey yönden okuma değerlerinin yaklaşık aynı olduğu ve bu iki okuma arasında oldukça yüksek korelasyon olduğu (R2=0.99), düşey okuma değerlerinin yatay okuma değerlerine göre yaklaşık %1 fazla olduğu saptanmıştır. 
Deneyler sonucunda, Cerchar aşındırıcılık deneyinin hem pürüzlü hem de düz yüzeyler üzerinde yapılabileceği belirlenmiştir. Ancak, pürüzlü yüzeylerden elde edilen CAI değerlerinin düz yüzeylerden elde edilen CAI değerlerinden yaklaşık %20 daha fazla olduğu görülmüştür. Ayrıca, pürüzlü yüzeye sahip örnekler kullanılması durumunda, bu örneklerin Brazillian deney aparatı kullanılarak hazırlanması ve ISRM (1978) standartına göre geçerli örneklerin kullanılmasının uygun olacağı da belirlenmiştir. 
Her bir örnek için 5 çizmenin yeterli olacağı sonucuna varılmıştır. Çizme mesafesinin de 10mm yerine 15mm olması gerektiği tesbit edilmiştir. Kenar etkisi olmaması için çizimlerin en az 5mm içeriden çizilmesi gerektiği saptanmıştır.
Kumtaşı, granit, konglomera ve farklı agrega boyutundaki beton örnekleri üzerindeki deneylerden, tane boyutu 1.5 mm'den fazla olan kayaç örneklerinin bu deney için uygun olmadığı görülmüştür.
Her iki deney aletinde yapılan deney verilerinin ortalama CAI değerleri benzer dağılım özellikleri göstermiştir. Çizme hızının CAI sonuçlarına etkisinin olmadığı bulunmuştur.
Cerchar aşındırıcılık deneyinde HRC56'dan daha sert uç kullanılmaması gerektiği belirlenmiştir. Genel olarak deney sonuçları arasındaki değişkenliğin en düşük olduğu sertlikler, klasik deney aleti için HRC40-42 ve HRC48-50, West deney aleti için ise  HRC50-52 olarak bulunmuştur. Ancak, HRC54-56 sertliğindeki uçlarla yapılan deneylerin tekrarlanabilirlik açısından problem yaratmadığı belirlenmiştir. Bu sebeple, Cerchar aşındırıcılık deneyinde, HRC50±2 sertliğindeki uçların kullanımının daha uygun olacağı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The purpose of this study is to investigate the differences which are seen in Cerchar abresiveness test and to pinpoint the impact of these differences on CAI. Another aim is to propose a suggested method to overcome the differences and to be able to be accepted by ISRM for Cerchar abrasivity index to be developed.
In this study, abrasivity tests were performed firstly on specially prepared concrete samples, then on 21 rock samples that represents three rock types (sedimantery, igneous and metamorphic). Experiments were repeated on different sample surfaces (rough and saw cut)  for at least three times with two different test devices (proposed by Valantin and West) and six different hardness pins (HRC40-42, HRC44-46,HRC48-50, HRC 50-52, HRC54-56, HRC58-60). New pins were used at each test
Pin wear surface was examined with a digital microscope that has magnification 80X and 35x and tip wear surface was captured with a digital imaging software for the measurement. Stylus tip wear examination was carried both vertically and horizontally and averaged for the final.
Cerchar index: The results that were obtained from experiments with a statistical program were investigated.
The variations between the experimental results were evaluated with coefficient of variations (%Cv). The value with the lowest Coefficient of variations of the experimental results between the results of experiements were considered. As a conclusion it was found that increasing the pin hardness results to decreasing the wear values.  
It was found out that reading horizontal and vertical directions were approximately the same values, and there were a high corelation between the two readings (R2=0.99), hence the readings from the horizontal about was 1% higher than by vertical readings.
As a result of experiments, CAI test can be performed both on rough and saw cut surfaces. On the other hand, it was observed that the CAI values on rough surfaces were about 20% higher than the sawn surfaces. If rough surface samples are used, the samples should be prepared by use of the Brazil test apparatus and should be valid according to the Brazil test ISRM (1978) in Cerchar test.
A total of 5 scratching on each rock specimen should be done on entire test surface, allowing at least a 5 mm spacing between the two indentations and 5 mm margin from the edges of the specimen. There must be a 15mm scratch distance instead of 10mm.
The test results on sandstones, granites, conglomerate and concrete with different aggregate sizes indicated that rock specimen with grain size > 1.5 mm was not suitable. Both devices were estimated to give equivalent values of the CAI. It was found that testing velocity is no effect on results of CAI.
It was determined that it should not be used higher hardness than HRC58 in Cerchar abrasivity index test. In general, it was found that variation between test results were the lowest hardness in HRC40-42 and HRC48-50. Also, it was determined that it did not create any problems in terms of reproducibility of the experiments with pin hardness HRC54-56.
Cerchar abrasivity index test, which is recognized in the literature on the use of inserts hardness HRC50 ± 2 would be appropriate.