Bakır matrisli kompozit fren balatalarının üretim koşulları ve bileşiminin, mikroyapı ve mekanik özelliklerine olan etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of production conditions and composition of copper matrix composite brake pads on the microstructure and mechanical properties
Yazar: İREM YILMAZ
Danışman: PROF. DR. HAKAN GAŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Bakır alaşımları = Copper alloys ; Balata = Clutch ; Yüksek hızlı tren = High speed train

Özet:
Yüksek hızlı trenler diğer araçlarla kıyaslandığında, yüksek yolcu ve yük kapasitesine, yüksek çalışma hızına, düşük işletme maliyetine ve yüksek güvenlik katsayısına sahiptir. Hızla gelişmekte ve büyümekte olan bu ulaşım türüne tüm dünyada yoğun ilgi duyulmaktadır. Özellikle son yıllarda ülkemizde hızlı tren kullanımının artması, bu taşıtlarda kullanılan fren sistemlerinin tedariğine olan ihtiyacı da artırmıştır. Fren sistemlerindeki en önemli bileşenlerden biri balatalardır ve halihazırda bu sistemlerin tedariği sadece birkaç yabancı firma tarafından sağlanmaktadır. Bu nedenle yüksek hızlı trenlerde kullanılan balataların üretim maliyetlerinin düşürülerek yerli ve milli tedariğinin sağlanması son derece önemlidir.
Bu çalışmada, farklı miktarlarda aşındırıcı malzemenin bakır matrisli kompozit balatanın yapısal, tribolojik ve mekanik özelliklerine olan etkisi incelenmiş ve optimum üretim parametreleri belirlenmiştir. Üretim parametrelerinin belirlenmesi için aşındırıcı malzeme olarak ağırlıkça %5 SiC içeren numuneler hazırlanmış olup farklı sıcaklık (850-900-950°C) ve sürelerde (0,5-1-1,5 saat) sinterlenmiştir. En yüksek kesme ve basma mukavemeti ve en düşük porozite miktarı 950°C-1,5 saat sinterleme parametrelerinde elde edilmiştir.
Optimum üretim parametrelerinin belirlenmesinden sonraki aşamada aşındırıcı malzeme olarak ağırlıkça %2, 4, 6, 8 ve 10 oranında SiC kullanılarak balata numuneleri üretilmiştir. Üretilen balata numunelerinin sürtünme katsayısı, aşınma miktarı, kesme dayanımı ve aşınma testi öncesi ve sonrası yüzeylerin morfolojik ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Standartlara uygun ve stabil sürtünme katsayısı %10 SiC içeren numunede gözlemlenmiştir. Artan aşındırıcı miktarının sürtünme esnasında sürtünme filminin oluşumuna sebep olduğu ve sürtünme katsayısının stabilizasyonunu sağladığı ve hacim kaybını azalttığı görülmüştür.

Abstract:
High speed trains have high passenger and freight capacity, high operating speed, low operating cost and high safety coefficient when compared to other vehicles types. There is a big interest in this type of transportation, which is developing and growing rapidly all over the world. Especially in recent years, the increase in the use of high-speed trains in our country has increased the need for the supply of brake systems used in these vehicles. One of the most important components in brake systems is the brake pads and the supply of these systems is currently provided by only a few foreign companies. For this reason, it is extremely important to reduce the production costs of the brake pads used in high-speed trains and to provide their local and national supply.
In this study, the effect of different amounts of abrasive material on the structural, tribological and mechanical properties of copper matrix composite brake pad was investigated and optimum production parameters were determined. In order to determine the production parameters, samples containing 5% by weight SiC as abrasive material were prepared and sintered at different temperatures (850-900-950°C) and times (0,5-1-1,5 hours). The highest shear and compression strength and the lowest porosity were obtained at 950°C-1,5 hours sintering parameters.
After determining the optimum production parameters, pad samples were produced by using 2, 4, 6, 8 and 10 wt% SiC as abrasive material. The friction coefficient, wear amount, shear strength and morphological and chemical properties of the surfaces before and after the abrasion test of the produced brake pad samples were determined. A stable friction coefficient conforming to the standards was observed in the sample containing 10% SiC. It has been concluded that the increased amount of abrasive causes the formation of a friction film during friction, stabilizing the friction coefficient and reducing the volume loss.