Nozul geometrisinin aşındırıcı partikül çarpma hızına etkisinin erozyon aşınma deneyleri ile belirlenmesi

Abstract

Erosion wear, caused by the impact of high-speed abrasive particles on surfaces, is a significant wear mechanism with numerous applications across various sectors, limiting equipment life in many industrial settings. While the various parameters affecting this wear mechanism have been studied in detail, studies experimentally investigating the effect of nozzle geometry on particle impact velocity and related erosion behavior remain limited. This thesis focuses on updating a solid particle erosion wear testing device to investigate the effect of nozzle geometry on abrasive particle impact velocity and erosion wear. Design and manufacturing processes prioritizing increased experimental consistency were implemented. Therefore, the development of a transition process to an erosion testing device with three-axis movement capability, equipped with electronic monitoring and control infrastructure, and compliant with international standards is of critical importance. Furthermore, the designed system aims to enable reliable and repeatable analysis of erosion wear outputs based on variations between nozzle geometry and particle velocity. In this study, nozzles with different outlet diameters (Ø3.2 mm, Ø4.8 mm, Ø6.4 mm, and Ø8.5 mm) were manufactured, and aluminum oxide (Al₂O₃) particles with a size range of 300–425 µm were chosen as abrasives. Air was planned to be used as the fluid for particle transport. In the investigation of particle movement, the measurement infrastructure was developed through the thesis activities by integrating the double-disk method into the experimental setup to determine abrasive velocities depending on flow rate variations. In the experiments, microstructure comparisons were made using S355J2+N structural steel material, defined in the EN 10025-2 standard, primarily for the transportation sector.Yüksek hızla taşınan aşındırıcı partiküllerin yüzeylere çarpması sonucu meydana gelen ve birçok endüstriyel uygulamada ekipman ömrünü sınırlayan erozyon aşınması sektörel olarak birçok farklı alanda karşılığı olan önemli bir aşınma mekanizmasıdır. Bu aşınma mekanizmasına etki eden değişkenliğe sahip farklı parametreler ayrıntılı biçimde incelenmiş olsa da nozul geometrisinin partikül çarpma hızı ve buna bağlı erozyon davranışı üzerindeki etkisinin deneysel olarak araştırıldığı çalışmalar sınırlı sayıda kalmıştır. Bu tez çalışmasında da özellikle nozul geometrisinin aşındırıcı partikül çarpma hızına ve erozyon aşınmasına etkisini incelemek amacıyla katı partikül erozyon aşınması test cihazı güncelleme çalışmaları yürütülerek deneysel tutarlılığın artırılmasının önceliklendirildiği tasarım ve üretim işlemleri gerçekleştirilmiştir. Dolayısıyla üç eksende hareket kabiliyetine sahip, elektronik izleme ve kontrol altyapısı ile donatılmış, uluslararası standartlara uyumlu bir erozyon test cihazına geçiş sürecinin geliştirilmiş olması kritik öneme sahiptir. Ayrıca tasarlanan sistemin, nozul geometrisi ile partikül hızı arasındaki değişimlere bağlı olarak erozyon aşınması çıktılarının güvenilir ve tekrarlanabilir biçimde incelenmesine olanak sağlaması hedeflenmiştir. Çalışma kapsamında, farklı çıkış çaplarına sahip (Ø3,2 mm, Ø4,8 mm, Ø6,4 mm ve Ø8,5 mm) nozulların imalatları yaptırılarak aşındırıcı olarak 300–425 µm boyut aralığında alüminyum oksit (Al₂O₃) partiküller tercih edilmiş olup partiküllerin taşınmasında akışkan olarak hava kullanılması planlanmıştır. Partikül hareketlerinin incelenmesinde debi değişimlerine bağlı olarak aşındırıcı hızlarının belirlenmesinde çift disk yönteminin deney düzeneğine entegre edilmesi ile ölçüm altyapısı tez faaliyetleri ile geliştirilmiştir. Deneylerde ulaşım sektörü önceliğinde EN 10025-2 standardında tanımlanan S355J2+N yapısal çelik malzemesinin kullanımı sağlanarak mikroyapı karşılaştırmaları ortaya konulmuştur.