Yüksek Sıcaklık Tribolojisi Uygulama Notları - NANOVEA: Malzeme Testleri için Gelişmiş Profilometreler, Tribometreler, Nanoindenterler ve Çizik Test Cihazları

Tribometre Kullanarak Yüksek Sıcaklıkta Çizilme Sertliği

nanovea — Per, 14 Temmuz 2022 16:56:16 +0000

YÜKSEK SICAKLIKTA ÇIZILME SERTLIĞI

TRIBOMETRE KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE, PhD

GİRİŞ

Sertlik, malzemelerin kalıcı veya plastik deformasyona karşı direncini ölçer. İlk olarak 1820 yılında Alman mineralog Friedrich Mohs tarafından geliştirilen çizilme sertliği testi, bir malzemenin keskin bir cisimden kaynaklanan sürtünme nedeniyle çizilme ve aşınmaya karşı sertliğini belirler¹. Mohs ölçeği doğrusal bir ölçekten ziyade karşılaştırmalı bir indekstir, bu nedenle ASTM standardı G171-03'te açıklandığı gibi daha doğru ve kalitatif bir çizilme sertliği ölçümü geliştirilmiştir². Bir elmas kalem tarafından oluşturulan çiziğin ortalama genişliğini ölçer ve çizik sertlik sayısını (HSP) hesaplar.

YÜKSEK SICAKLIKLARDA ÇİZİK SERTLİĞİ ÖLÇÜMÜNÜN ÖNEMİ

Malzemeler hizmet gereksinimlerine göre seçilir. Önemli sıcaklık değişiklikleri ve termal gradyanlar içeren uygulamalarda, mekanik limitlerin tam olarak farkında olmak için malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özelliklerini araştırmak kritik önem taşır. Malzemeler, özellikle polimerler, genellikle yüksek sıcaklıklarda yumuşar. Birçok mekanik arıza, sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelen sürünme deformasyonu ve termal yorgunluktan kaynaklanır. Bu nedenle, yüksek sıcaklık uygulamaları için malzemelerin doğru seçimini sağlamak amacıyla yüksek sıcaklıklarda sertliği ölçmek için güvenilir bir tekniğe ihtiyaç vardır.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, NANOVEA T50 Tribometre, bir Teflon numunesinin oda sıcaklığından 300°C'ye kadar farklı sıcaklıklarda çizilme sertliğini ölçmektedir. Yüksek sıcaklıkta çizilme sertliği ölçümü yapabilme yeteneği NANOVEA'yı Tribometre Yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik malzemelerin tribolojik ve mekanik değerlendirmeleri için çok yönlü bir sistem.

NANOVEA

T50

TEST KOŞULLARI

NANOVEA T50 Serbest Ağırlık Standart Tribometresi, oda sıcaklığı (RT) ile 300°C arasında değişen sıcaklıklarda bir Teflon numunesi üzerinde çizilme sertliği testleri gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Teflonun erime noktası 326,8°C'dir. Uç yarıçapı 200 µm olan 120° tepe açısına sahip konik bir elmas uç kullanılmıştır. Teflon numune, döner numune tablasına, tabla merkezine 10 mm mesafe kalacak şekilde sabitlenmiştir. Numune bir fırın ile ısıtılmış ve RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C ve 300°C sıcaklıklarda test edilmiştir.

TEST PARAMETRELERI

yüksek sıcaklıkta çizilme sertliği ölçümü

NORMAL KUVVET	2 N
KAYMA HIZI	1 mm/s
KAYAN MESAFE	Sıcaklık başına 8mm
ATMOSFER	Hava
SICAKLIK	RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Teflon numunenin farklı sıcaklıklardaki çizik izi profilleri, farklı yüksek sıcaklıklardaki çizik sertliğini karşılaştırmak için ŞEKİL 1'de gösterilmiştir. Çizik izi kenarlarındaki malzeme yığılması, kalem 2 N'luk sabit bir yükte hareket ederken ve Teflon numunesine sürülürken, çizik izindeki malzemeyi yana doğru iterek ve deforme ederek oluşur.

Çizik izleri ŞEKİL 2'de gösterildiği gibi optik mikroskop altında incelenmiştir. Ölçülen çizik izi genişlikleri ve hesaplanan çizik sertlik sayıları (HSP) ŞEKİL 3'te özetlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Mikroskopla ölçülen çizik izi genişliği, NANOVEA Profiler kullanılarak ölçülenle uyumludur - Teflon numunesi daha yüksek sıcaklıklarda daha geniş bir çizik genişliği sergiler. Sıcaklık RT'den 300oC'ye yükseldikçe çizik izi genişliği 281'den 539 µm'ye çıkmakta, bu da HSP'nin 65'ten 18 MPa'ya düşmesine neden olmaktadır.

Yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliği, NANOVEA T50 Tribometre kullanılarak yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlik ile ölçülebilir. Diğer sertlik ölçümlerine alternatif bir çözüm sağlar ve NANOVEA Tribometrelerini kapsamlı yüksek sıcaklık tribo-mekanik değerlendirmeleri için daha eksiksiz bir sistem haline getirir.

ŞEKİL 1: Farklı sıcaklıklarda çizilme sertliği testlerinden sonra çizik izi profilleri.

ŞEKİL 2: Farklı sıcaklıklardaki ölçümlerden sonra mikroskop altında çizik izleri.

ŞEKİL 3: Çizik izi genişliğinin ve çizik sertliğinin sıcaklığa karşı gelişimi.

SONUÇ

Bu çalışmada, NANOVEA Tribometrenin ASTM G171-03'e uygun olarak yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliğini nasıl ölçtüğünü gösteriyoruz. Sabit yükte çizilme sertliği testi, tribometre kullanarak malzemelerin sertliğini karşılaştırmak için alternatif basit bir çözüm sunar. Yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliği ölçümleri gerçekleştirme kapasitesi, NANOVEA Tribometreyi malzemelerin yüksek sıcaklıktaki tribo-mekanik özelliklerini değerlendirmek için ideal bir araç haline getirir.

NANOVEA Tribometre ayrıca ISO ve ASTM uyumlu rotatif ve lineer modları kullanarak hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar ve isteğe bağlı yüksek sıcaklık aşınması, yağlama ve tribo-korozyon modülleri önceden entegre edilmiş tek bir sistemde mevcuttur. Pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak aşınma izlerinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülemesi için isteğe bağlı 3D temassız profilleyici mevcuttur.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Metallerin ve polimerlerin çizik testi: Experiments and numerics". Aşınma 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Elmas Stylus Kullanılarak Malzemelerin Çizilme Sertliği için Standart Test Yöntemi"

Benzer bir uygulamanız var mı?

The post High Temperature Scratch Hardness using a Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Yüksek Sıcaklıkta Yerinde Aşınma Ölçümü

Andrew Shore — 29 Aralık 2020 Salı 22:20:45 +0000

YERINDE AŞINMA ÖLÇÜMÜ YÜKSEK SICAKLIKTA

TRIBOMETRE KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

Duanjie Li, PhD

GİRİŞ

Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör (LVDT), doğrusal yer değiştirmeyi ölçmek için kullanılan bir tür sağlam elektrik transformatörüdür. Güç türbinleri, hidrolik, otomasyon, uçak, uydular, nükleer reaktörler ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu çalışmamızda NANOVEA'nın LVDT ve yüksek sıcaklık modüllerinin eklentilerine yer verdik. Tribometre bu, test edilen numunenin aşınma izi derinliğindeki değişikliğin, yüksek sıcaklıklardaki aşınma işlemi sırasında ölçülmesine olanak tanır. Bu, kullanıcıların aşınma sürecinin farklı aşamalarını COF'nin gelişimi ile ilişkilendirmesine olanak tanır; bu, yüksek sıcaklık uygulamaları için aşınma mekanizmasının ve malzemelerin tribolojik özelliklerinin temel anlayışının geliştirilmesinde kritik öneme sahiptir.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, NANOVEA T50 Tribometre'nin yüksek sıcaklıklarda malzemelerin aşınma sürecinin gelişimini yerinde izleme kapasitesini sergilemek istiyoruz.

Alümina silikat seramiğin farklı sıcaklıklardaki aşınma süreci kontrollü ve izlenebilir bir şekilde simüle edilmiştir.

NANOVEA

T50

TEST PROSEDÜRÜ

Alümina silikat seramik plakaların tribolojik davranışı, örneğin sürtünme katsayısı, COF ve aşınma direnci NANOVEA Tribometre ile değerlendirilmiştir. Alümina silikat seramik plaka, oda sıcaklığından (RT) yüksek sıcaklıklara (400°C ve 800°C) kadar bir fırın ile ısıtılmış ve ardından bu sıcaklıklarda aşınma testleri yapılmıştır.

Karşılaştırma için, aşınma testleri numune 800°C'den 400°C'ye ve ardından oda sıcaklığına soğutulduğunda gerçekleştirilmiştir. Test edilen numunelere bir AI2O3 bilye ucu (6 mm çap, Sınıf 100) uygulanmıştır. COF, aşınma derinliği ve sıcaklık yerinde izlenmiştir.

TEST PARAMETRELERI

pin-on-disk ölçümünün

Aşınma oranı, K, K=V/(Fxs)=A/(Fxn) formülü kullanılarak değerlendirilmiştir; burada V aşınan hacim, F normal yük, s kayma mesafesi, A aşınma izinin kesit alanı ve n devir sayısıdır. Yüzey pürüzlülüğü ve aşınma izi profilleri NANOVEA Optik Profilleyici ile değerlendirilmiş ve aşınma izi morfolojisi optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir.

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Yerinde kaydedilen COF ve aşınma izi derinliği sırasıyla ŞEKİL 1 ve ŞEKİL 2'de gösterilmektedir. ŞEKİL 1'de "-I", sıcaklık RT'den yüksek bir sıcaklığa çıkarıldığında gerçekleştirilen testi göstermektedir. "-D" 800°C'lik daha yüksek bir sıcaklıktan düşürülen sıcaklığı temsil etmektedir.

ŞEKİL 1'de gösterildiği gibi, farklı sıcaklıklarda test edilen numuneler, ölçümler boyunca ~0,6'lık karşılaştırılabilir bir COF sergilemektedir. Bu kadar yüksek bir COF, önemli miktarda döküntü oluşturan hızlandırılmış bir aşınma sürecine yol açar. Aşınma izi derinliği, aşınma testleri sırasında ŞEKİL 2'de gösterildiği gibi LVDT ile izlenmiştir. Numune ısıtılmadan önce oda sıcaklığında ve numune soğutulduktan sonra yapılan testler, alümina silikat seramik plakanın RT'de aşamalı bir aşınma süreci sergilediğini, aşınma izi derinliğinin aşınma testi boyunca kademeli olarak sırasıyla ~170 ve ~150 μm'ye yükseldiğini göstermektedir.

Buna karşılık, yüksek sıcaklıklardaki (400°C ve 800°C) aşınma testleri farklı bir aşınma davranışı sergilemektedir - aşınma izi derinliği aşınma sürecinin başında hızla artmakta ve test devam ettikçe yavaşlamaktadır. 400°C-I, 800°C ve 400°C-D sıcaklıklarında gerçekleştirilen testler için aşınma izi derinlikleri sırasıyla ~140, ~350 ve ~210 μm'dir.

ŞEKİL 1. Farklı sıcaklıklarda pin-on-disk testleri sırasında Sürtünme Katsayısı

ŞEKİL 2. Farklı sıcaklıklarda alümina silikat seramik plakanın aşınma izi derinliğinin evrimi

Alümina silikat seramik plakaların farklı sıcaklıklardaki ortalama aşınma oranı ve aşınma izi derinliği NANOVEA Optical Profiler'da özetlendiği gibi ŞEKİL 3. Aşınma izi derinliği LVDT kullanılarak kaydedilenle uyumludur. Alümina silikat seramik plaka, 400°C'nin altındaki sıcaklıklarda 0,2mm3/N'nin altındaki aşınma oranlarına kıyasla 800°C'de ~0,5 mm3/Nm'lik önemli ölçüde artmış bir aşınma oranı göstermektedir. Alümina silikat seramik plaka, kısa ısıtma işleminden sonra önemli ölçüde gelişmiş mekanik/tribolojik özellikler sergilememekte, ısıl işlemden önce ve sonra karşılaştırılabilir bir aşınma oranına sahip olmaktadır.

Lav ve harika taş olarak da bilinen alümina silikat seramik, ısıtma işleminden önce yumuşak ve işlenebilirdir. 1093°C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda uzun bir fırınlama işlemi, sertliğini ve mukavemetini önemli ölçüde artırabilir, ardından elmas işleme gerekir. Böylesine benzersiz bir özellik, alümina silikat seramiği heykeltıraşlık için ideal bir malzeme haline getirir.

Bu çalışmada, kısa sürede fırınlama için gerekli olandan daha düşük bir sıcaklıkta (800°C'ye karşı 1093°C) ısıl işlemin alümina silikat seramiğin mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirmediğini ve bu malzemenin gerçek uygulamalarda kullanılmadan önce uygun şekilde fırınlanmasını gerekli bir işlem haline getirdiğini gösteriyoruz.

ŞEKİL 3. Farklı sıcaklıklarda numunenin aşınma oranı ve aşınma izi derinliği

SONUÇ

Bu çalışmadaki kapsamlı tribolojik analize dayanarak, alümina silikat seramik plakanın oda sıcaklığından 800°C'ye kadar farklı sıcaklıklarda karşılaştırılabilir sürtünme katsayısı sergilediğini gösteriyoruz. Bununla birlikte, 800°C'de ~0,5 mm3/Nm'lik önemli ölçüde artan bir aşınma oranı göstererek bu seramiğin uygun ısıl işleminin önemini ortaya koymaktadır.

NANOVEA Tribometreleri, 1000°C'ye kadar yüksek sıcaklıklardaki uygulamalar için malzemelerin tribolojik özelliklerini değerlendirebilmektedir. Yerinde COF ve aşınma izi derinliği ölçümlerinin işlevi, kullanıcıların aşınma sürecinin farklı aşamalarını COF'un evrimi ile ilişkilendirmesine olanak tanır; bu, yüksek sıcaklıklarda kullanılan malzemelerin aşınma mekanizmasının ve tribolojik özelliklerinin temel anlayışını geliştirmede kritik öneme sahiptir.

NANOVEA Tribometreleri, ISO ve ASTM uyumlu rotatif ve lineer modları kullanarak hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar ve isteğe bağlı yüksek sıcaklık aşınması, yağlama ve tribo-korozyon modülleri önceden entegre edilmiş tek bir sistemde mevcuttur. NANOVEA'nın eşsiz ürün yelpazesi, ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm tribolojik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak aşınma izlerinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülemesi için isteğe bağlı 3D Temassız Profilleyiciler mevcuttur.

Benzer bir uygulamanız var mı?

The post In Situ Wear Measurement at High Temperature appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Rotatif veya Lineer Aşınma ve COF? (Nanovea Tribometre Kullanılarak Yapılan Kapsamlı Bir Çalışma)

nanovea — Wed, 10 Jul 2019 20:42:37 +0000

Aşınma, karşı yüzeyin mekanik etkisi sonucu bir yüzeydeki malzemenin sökülmesi ve deformasyonu işlemidir. Tek yönlü kayma, yuvarlanma, hız, sıcaklık ve daha pek çok faktör dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenir. Aşınma ve triboloji çalışmaları fizik ve kimyadan makine mühendisliği ve malzeme bilimine kadar birçok disiplini kapsamaktadır. Aşınmanın karmaşık doğası, adhezif aşınma, aşındırıcı aşınma, yüzey yorgunluğu, aşındırma aşınması ve erozif aşınma gibi belirli aşınma mekanizmalarına veya süreçlerine yönelik izole çalışmaları gerektirir. Ancak “Endüstriyel Aşınma” genellikle sinerji içinde ortaya çıkan birden fazla aşınma mekanizmasını içerir.

Doğrusal ileri geri hareket eden ve Rotatif (Diskteki Pim) aşınma testleri, malzemelerin kayma aşınma davranışlarını ölçmek için yaygın olarak kullanılan iki ASTM uyumlu kurulumdur. Herhangi bir aşınma testi yönteminin aşınma oranı değeri genellikle malzeme kombinasyonlarının göreceli sıralamasını tahmin etmek için kullanıldığından, farklı test düzenekleri kullanılarak ölçülen aşınma oranının tekrarlanabilirliğini doğrulamak son derece önemlidir. Bu, kullanıcıların, malzemelerin tribolojik özelliklerini anlamada kritik önem taşıyan, literatürde bildirilen aşınma oranı değerini dikkatli bir şekilde dikkate almalarını sağlar.

Daha fazlasını okuyun!

The post Rotative or Linear Wear & COF? (A Comprehensive Study Using the Nanovea Tribometer) appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Fren Balatalarının Triboloji ile Değerlendirilmesi

nanovea — Per, 04 Nisan 2019 20:44:04 +0000

Mola Tamponu Performansını Değerlendirmenin Önemi

Fren balataları, çok sayıda güvenlik gereksinimini karşılayabilmesi gereken, birden fazla bileşenden oluşan bir malzeme olan kompozitlerdir. İdeal fren balataları yüksek sürtünme katsayısına (COF), düşük aşınma oranına, minimum gürültüye sahiptir ve değişken ortamlarda güvenilirliğini korur. Fren balatalarının kalitesinin gereksinimleri karşılayabilmesini sağlamak için triboloji testi kritik özellikleri belirlemek için kullanılabilir.

Fren balatalarının güvenilirliğinin önemi çok yüksektir; yolcuların güvenliği asla ihmal edilmemelidir. Bu nedenle, çalışma koşullarını kopyalamak ve olası arıza noktalarını belirlemek çok önemlidir.
Nanovea ile TribometreBir pim, bilye veya düz parça ile sürekli hareket eden bir karşı malzeme arasına sabit bir yük uygulanır. İki malzeme arasındaki sürtünme, farklı yük ve hızlarda malzeme özelliklerinin toplanmasına olanak tanıyan sert bir yük hücresi ile toplanır ve yüksek sıcaklık, aşındırıcı veya sıvı ortamlarda test edilir.

Ölçüm Hedefi

Bu çalışmada, fren balatalarının sürtünme katsayısı oda sıcaklığından 700°C'ye kadar sürekli artan bir sıcaklık ortamında incelenmiştir. Ortam sıcaklığı, fren balatasında gözle görülür bir arıza gözlenene kadar yerinde yükseltilmiştir. Kayma arayüzünün yakınındaki sıcaklığı ölçmek için pimin arka tarafına bir termokupl takılmıştır.

Test Prosedürü ve Prosedürler

Sonuçlar ve Tartışma

Bu çalışma esas olarak fren balatalarının arızalanmaya başladığı sıcaklığa odaklanmaktadır. Elde edilen COF gerçek hayattaki değerleri temsil etmemektedir; pim malzemesi fren rotorları ile aynı değildir. Ayrıca, toplanan sıcaklık verilerinin kayan arayüz sıcaklığı değil, pimin sıcaklığı olduğu unutulmamalıdır.

Testin başlangıcında (oda sıcaklığı), SS440C pimi ile fren balatası arasındaki COF yaklaşık 0,2'lik tutarlı bir değer vermiştir. Sıcaklık arttıkça, COF sürekli olarak artmış ve 350°C civarında 0,26 değerine ulaşmıştır. 390°C'yi geçtikten sonra COF hızla düşmeye başlar. COF 450°C'de tekrar 0,2'ye yükselmeye başlamış ancak kısa bir süre sonra 0,05 değerine düşmeye başlamıştır.

Fren balatalarının sürekli olarak arızalandığı sıcaklık 500°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda tespit edilmiştir. Bu sıcaklıktan sonra, COF artık 0,2'lik başlangıç COF'sini koruyamamıştır.

Sonuç

Fren balataları 500°C'yi geçen sıcaklıklarda tutarlı bir arıza göstermiştir. 0,2'lik COF değeri, testin sonunda (580°C) 0,05'e düşmeden önce yavaşça 0,26 değerine yükselir. Bu, aynı durdurma kuvvetini elde etmek için 580°C'deki normal kuvvetin oda sıcaklığından dört kat daha fazla olması gerektiği anlamına gelir!

Bu çalışmaya dahil edilmemiş olsa da, Nanovea Tribometre fren balatalarının bir başka önemli özelliğini gözlemlemek için de testler yapabilmektedir: aşınma hızı. 3D temassız profilometrelerimizi kullanarak, numunelerin ne kadar hızlı aşındığını hesaplamak için aşınma izinin hacmi elde edilebilir. Nanovea Tribometre ile aşınma testleri, çalışma koşullarını en iyi şekilde simüle etmek için farklı test koşulları ve ortamları altında gerçekleştirilebilir.

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

The post Evaluating Brake Pads with Tribology appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Tribometre Kullanarak Yüksek Sıcaklıkta Çizilme Sertliği

nanovea — 24 Kasım 2015 Salı 15:34:17 +0000

Malzemeler hizmet gereksinimlerine göre seçilir. Önemli sıcaklık değişimleri ve termal gradyanlar içeren uygulamalarda, mekanik limitlerin tam olarak farkında olmak için malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özelliklerini araştırmak kritik önem taşır. Malzemeler, özellikle polimerler, genellikle yüksek sıcaklıklarda yumuşar. Birçok mekanik arıza, sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelen sürünme deformasyonu ve termal yorgunluktan kaynaklanır. Bu nedenle, yüksek sıcaklık uygulamaları için malzemelerin doğru seçimini sağlamak amacıyla yüksek sıcaklıkta çizilme sertliğini ölçmek için güvenilir bir tekniğe ihtiyaç vardır.

Tribometre Kullanarak Yüksek Sıcaklıkta Çizilme Sertliği

The post High Temperature Scratch Hardness Using Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.