DETERMINATION OF THE EFFECT OF TEMPERATURE VARIATION ON THE INDEX VALUE IN THE CERCHAR ABRASIVENESS TEST

Güleryüz Ş., Özdoğan M. V.

4th International Symposium on Graduate Research 17 to 19 December 2025, İzmir, TÜRKİYE, İzmir, Turkey, 17 - 19 December 2025, pp.15, (Summary Text)

Publication Type: Conference Paper / Summary Text
City: İzmir
Country: Turkey
Page Numbers: pp.15
Open Archive Collection: AVESIS Open Access Collection
Dokuz Eylül University Affiliated: Yes

In mining, tunneling, and drilling operations, the complex interactions between cutting-drilling bits and rock surfaces, caused by high pressure, friction, and impact effects, lead to significant wear on equipment. This increases operational costs and maintenance frequency, thereby reducing efficiency. The Cerchar Abrasiveness Index (CAI) method, commonly used to predict wear behavior, determines the abrasiveness potential of rocks by measuring the width of the groove (≈ 10 mm) created on the rock by a steel conical tip under a specific load (≈ 70 N). However, all CAI experiments are conducted at room temperature, which does not adequately represent actual field conditions. During drilling and excavation operations, friction and deformation effects cause significant increases in cutting tip temperatures. This increase directly affects the wear rate by altering both rock behavior and the hardness, ductility, and friction properties of the cutting tip material. It is known that increased temperature reduces the hardness of the cutting edge material and increases its ductility. This situation can change the wear rate in a different direction than expected. On the other hand, high temperatures can weaken the rock due to thermal expansion differences in some minerals, making the rock surface easier to cut, which could theoretically reduce wear on cutting edges. In order to accurately classify these wear amounts, the updated TermalCerchar Abrasiveness Index (T-CAI) will be proposed at the end of the study. With this approach, the aim is to obtain experimental data closer to real working conditions and to make more reliable life predictions for cutting and drilling equipment. At the end of the study, it will be emphasized that cutting tool temperature should not be ignored and that thermal effects occurring in field conditions are a critical parameter in determining wear behavior. Within the scope of this paper, preliminary results of tests conducted on 21 different rock types for this purpose are presented. On the other hand, high temperatures can weaken the rock due to thermal expansion differences in some minerals, making the rock surface easier to cut, which could theoretically reduce wear on cutting edges. To accurately classify these wear amounts, an updated Thermal Cerchar Abrasiveness Index (T-CAI) will be proposed at the end of the study. With this approach, the goal is to obtain experimental data that more closely approximates real working conditions and to make more reliable life predictions for cutting and drilling equipment. At the end of the study, it will be emphasized that cutting tool temperature should not be ignored and that thermal effects occurring in field conditions are a critical parameter in determining wear behavior. Within the scope of this paper, preliminary results of tests conducted on 21 different rock types for this purpose are presented.

Madencilik, tünelcilik ve sondaj çalışmalarında kesici-delici uçlar ile kayaç yüzeyi arasındaki yüksek basınç, sürtünme ve darbe etkileriyle oluşan karmaşık etkileşimler, ekipmanlarda önemli aşınmalara yol açmakta ve bu durum operasyon maliyetlerini ve bakım sıklığını artırarak verimliliği düşürmektedir. Aşınma davranışının tahmin edilmesinde yaygın kullanılan Cerchar Aşındırıcılık İndeksi (CAI) yöntemi, çelik konik bir ucun belirli bir yük altında (≈ 70 N) kayaç üzerinde oluşturduğu iz genişliğini (≈ 10 mm) ölçerek kayaçların aşındırıcılık potansiyelini belirlemektedir. Ancak yapılan tüm CAI deneyleri oda sıcaklığında yapılmakta ve bu durum gerçek saha koşullarını yeterince temsil etmemektedir. Delme ve kazı işlemleri sırasında sürtünme ve deformasyon etkileri nedeniyle kesici uç sıcaklıkları önemli ölçüde artmakta, bu artış hem kayaç davranışını hem de kesici uç malzemesinin sertlik, süneklik ve sürtünme özelliklerini değiştirerek aşınma oranını doğrudan etkilemektedir. Artan sıcaklığın, kesici uç malzemesinin sertliğini düşürdüğü ve sünekliğini artırdığı bilinmektedir. Bu durum, aşınma oranını beklenenden farklı bir yönde değiştirebilir. Diğer yandan, yüksek sıcaklıklar kayaçtaki bazı minerallerin termal genleşme farklılıklarından dolayı zayıflamasına yol açarak, kayaç yüzeyinin daha kolay kazılmasına neden olabilir, bu da teorik olarak kesici uçlardaki aşınmayı azaltabilir. Bu aşınma miktarlarını doğru bir şekilde sınıflandırabilmek adına yapılacak olan çalışma sonunda, sıcaklıkla birlikte güncellenmiş olan Termal Cerchar Aşındırıcılık İndeksi (T-CAI) önerilecektir. Bu yaklaşımla, gerçek çalışma koşullarına daha yakın deneysel verilerin elde edilmesi ve kesici-delici ekipmanların ömür tahminlerinin daha güvenilir bir şekilde yapılması hedeflenmektedir. Çalışmanın sonunda ise, kesici uç sıcaklığının göz ardı edilmemesi gerektiği, saha koşullarında oluşan termal etkilerin aşınma davranışlarını belirlemede kritik bir parametre olduğu vurgulanacaktır. Bildiri kapsamında ise bu amaç doğrultusunda 21 farklı kayaç üzerinde yapılan testlerin ön sonuçlarına yer verilmiştir.