Bronz esaslı seramik takviyeli fren balatalarının performansının geliştirilmesi
Improvement of the performance of the ceramic-reinforced bronze based brake linings
Yazar: HÜSAMETTİN KUŞ
Danışman: PROF. DR. DURAN ALTIPARMAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Aşınma = Wear ; Fren balatası = Brake lining ; Kolemanit = Colemanite ; Sürtünme katsayısı = Friction coefficient ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy

Özet:
Balata, fren sistemindeki önemli parçalardan biridir. Fren balata kalitesinin en önemli göstergelerinden birisi, sürtünme katsayısının sıcaklık artışından etkilenmemesidir. Bununla birlikte; aşınma değerlerinin de uygun seviyelerde olması beklenir. Bu deneysel çalışmada, çeşitli katkı maddeleri içeren yirmi dört farklı bronz esaslı fren balata malzemeleri üretilmiştir. T/M (Toz Metalurjisi) yöntemi ile üretilen fren balata malzemelerinin sürtünme ve aşınma özellikleriyle bazı fiziksel özellikleri (yoğunluk ve sertlik gibi) incelenmiştir. Mikroyapı ve aşınmış yüzey incelemeleri için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılım spektrometresi (EDS) kullanılmıştır. Sürtünme aşınma testleri chase tipi sürtünme test cihazı kullanılarak SAE J661 test standartlarına göre yapılmıştır. Ana veya temel malzeme olarak kütlece % 86 bronz tozu, % 11 demir tozu ve % 3 grafit tozu kullanılmıştır. Bu ana malzemeye ilave edilen her bir katkı maddesinin ana malzeme içerisindeki optimum miktarları belirlenmeye çalışılmıştır. İlk aşamada; kütlece farklı oranlarda uçucu kül ve cam tozu katkı malzemesi kullanarak fren balata malzemeleri üretilmiş ve bunlar test edilmiştir. Deney sonuçları, uçucu külün cam tozuna göre daha etkili olduğunu göstermiştir. Diğer aşamalarda; ana malzeme+% 6 uçucu kül içeren fren balata malzemesine kütlece farklı oranlarda kolemanit ve spinel oksit ilave edilerek bunların ayrı ayrı etkileri ve optimum oranları belirlenmiştir. Ayrıca; ana malzeme+%12 uçucu kül ve % 1 kolemanit içeren fren balata malzemesi içerisine çeşitli oranlarda katılan spinel oksit katkı malzemesinin de etkisi incelenmiştir. Yapılan deneyler ve analiz sonucunda; üretilen yeni balata malzemelerin sürtünme kararlılığı bakımından optimum performans seviyeleri ve ilgili katkı maddesi oranları ortaya konulmuştur. Üretilen fren balata numunelerinin aşınma ve sürtünme katsayısı değerleri SAE J661 standart aralığında bulunmuştur. Sıcaklığa bağlı en yüksek ortalama sürtünme katsayısı değerini (0,444) ana malzeme+% 12 uçucu kül+% 1 kolemanit+% 1 spinel oksit içeren fren balata numunesinin ve en düşük kütle kaybını (% 1,75) ana malzeme+% 6 uçucu kül+% 1 kolemanit+% 4 spinel oksit içeren fren balata numunesinin gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
Brake lining is one of the important components of the brake system. One of the most important indicators of the quality of brake linings is that they should not significantly be influenced by the increased temperature. They should also have acceptable wear ratios. In this experimental study; twenty four different bronze-based brake-lining materials containing different additives were produced. Friction and wear properties of each of the specimens produced by powder-metallurgy were examined in addition to their some physical properties (eg. density and hardness). Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used to investigate the microstructures of the linings and the surfaces of the specimens after the wear test. Frictional-wear tests were conducted by using chase-type frictional test device according to SAE J661 test standarts. As a matrix-material, a powder mixture consisting of 86 % bronze, 11% iron and 3% graphite in mass was used. The optimum amount of each additives in the base material was determined. For the first stage, different frictional materials with the additives of fly ash or glass powder were produced and tested. The test results of frictional-wear showed that fly ash is more effective than the glass-powder. At the following stages, different rates of colemanite and spinel oxide in mass were added into the matrix material+6 % fly ash in mass. Then each of those materials with the additives of colemanite and spinel oxide were tested and their optimum rates and effects were determined. Besides; the effects of the spinel oxide added in different proportions into the material of matrix-material+12 % fly ash and 1 % colemanite in mass were examined. As a result of the tests and the analyses; the optimum performance levels in respect to the friction stability of the produced new brake-lining materials and the ratios of the related additives were demonstrated. The values of the wear and friction ratios of the produced brake-lining samples were found within the SAE J661 standard levels. It was also determined that the brake-lining sample containing matrix material+12 % fly ash+1 % colemanite+1 % spinel oxide exhibited the maximum average friction ratio of 0,444 dependent on temperature and the brake-lining sample containing matrix material+6 % fly ash+1 % colemanite+4 % spinel oxide displayed the minimum mass-loss of 1,75 %.