Alüminyum bronz alaşımlarının kuru ve yağlı ortamda aşınma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the wear properties of aluminum bronze alloys in dry and oily environment
Yazar: HASAN KONUK
Danışman: DOÇ. DR. ASLAN ÇOBAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Alüminyum bronz alaşımları, yüksek mukavemetli ve korozyona dayanıklı alaşımlar olmalarından dolayı endüstride geniş kullanım alanına sahiptirler. Altın rengi ve kararmaya karşı yüksek dayanıklılığı sayesinde mimaride, korozyon dirençleri sebebiyle deniz suyuyla ilgili genel hizmetlerde, mukavemet özellikleri sayesinde kağıt yapım makinelerinde, ağır dişli çarklarda, metal şekillendirme kalıplarında sıklıkla kullanılmaktadırlar. 
Bu tez çalışmasında CuAl14Fe4Mn2Co alüminyum bronz alaşımı kuru ve yağlı ortamda, atmosferik koşullarda farklı yük (3, 4 ve 5 N), kayma hızı (10 ve 20 cm/s) ve kayma mesafelerinde (150, 300 ve 500 m) tribolojik testlere tabii tutularak alaşımın aşınma özellikleri incelenmiş ve ortam farklılıklarının bu alaşımın aşınma davranışları üzerine etkisi karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, alüminyum bronz alaşımlarının mikro yapıları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Aşınma deneyleri pin on disk aşınma test yöntemi ile gerçekleştirilmiş, farklı çalışma şartlarındaki sürtünme katsayıları, aşınma miktarları ve sıcaklıklar karşılaştırılmıştır. Deneylerde karşıt hücre olarak AISI 8620 sementit çeliği kullanılmıştır. Aşınmış yüzeyler üzerinde yapılan SEM analizleri ile aşınma mekanizmaları belirlenmiştir. 
Gerçekleştirilen deneyler sonucunda, deney parametrelerine bağlı olarak yağlayıcı kullanılarak sürtünme katsayısında 7-10 kat azalma elde edilmiştir. Yük ve kayma hızı arttıkça alaşımın sürtünme katsayısı azalmaktadır. Sürtünme katsayısı üzerinde yükün etkisinin kuru şartlarda çok daha fazla olduğu belirlenmiştir. Yükün artmasıyla kuru ortam şartlarında yağlı ortam şartlarına göre sürtünme katsayısında yaklaşık 10 kat daha fazla azalma meydana gelmektedir. Deney parametrelerinin sürtünme katsayısına olan etkileri değerlendirildiğinde, en yüksek etkiye sırasıyla ortam şartı, normal yük ve kayma hızı sahiptir. Yağlı ortam şartlarında 500 m kayma mesafesinde sıcaklıkta yaklaşık ~1°C artış meydana gelmektedir. Kuru ortam şartlarında bu artış 4-7°C mertebesindedir. Kayma hızı arttıkça sıcaklık artmaktadır. Yük ve kayma hızının aşınma miktarı artırdığı gözlenmiştir. Yağlı ortam şartlarındaki aşınma miktarı, kuru ortam şartlarındakine kıyasla yaklaşık 3 kat daha düşüktür. Yağlı şartlarda abraziv aşınma tipi baskın olarak meydan gelirken, kuru ortam şartlarında abraziv aşınma ile birlikte adeziv ve oksidasyon aşınma mekanizmaları meydana gelmektedir. Kuru ortam şartlarında elde edilen aşınma görüntülerinde kayma yönüne göre numune üzerinde plastik deformasyona bağlı katmanlar oluştuğu görülmektedir.

Abstract:
Aluminum bronze alloys have a wide range of applications in industry due to their high strength and corrosion resistance. Their golden color and high resistance to tarnishing make them popular in architecture, while their corrosion resistance makes them suitable for general services related to seawater. Additionally, their strength properties make them useful in papermaking machines, heavy gears, and metal forming molds.
In this thesis, the wear properties of the CuAl14Fe4Mn2Co aluminum bronze alloy were investigated through tribological tests under dry and lubricated conditions, at atmospheric conditions, with varying loads (3, 4 and 5 N), sliding velocities (10 and 20 cm/s), and sliding distances (150, 300 ve 500 m), and the effect of environmental differences on the wear behavior of this alloy was compared. For this purpose, the microstructures and mechanical properties of aluminum bronze alloys were examined. Wear tests were conducted using the pin-on-disk wear test method, and friction coefficients, wear amounts and temperatures under different operating conditions were compared. The wear mechanisms were determined through SEM analysis of worn surfaces.
As a result of the experiments carried out, a 7-10 times lower friction coefficient was achieved by using lubricant depending on the experimental parameters. The friction coefficient of the alloy decreases as the load and sliding velocity increase. It was determined that the effect of load on the friction coefficient is much greater under dry conditions. As the load increases, the friction coefficient decreases approximately 10 times more in dry environmental conditions than in lubricated environmental conditions. When the effects of the test parameters on the friction coefficient are evaluated, the environmental condition, normal load and sliding velocity have the highest impact, respectively. In lubricated conditions, there is an increase of approximately ~1°C in temperature after 500 m of sliding distance. In dry conditions, this increase is in the range of 4-7°C. As the sliding velocity increases, the temperature also increases. It was observed that the load and sliding velocity increase wear amount. The amount of wear in lubricated environmental conditions is approximately 3 times lower than in dry environmental conditions. While abrasive wear predominates in lubricated conditions, in dry conditions, abrasive wear occurs along with adhesive and oxidative wear mechanisms. Wear images obtained under dry conditions show layers of plastic deformation on the specimen surface depending on the direction of sliding.