malzeme bİlİmİ -...
TRANSCRIPT
ÇEKME TESTİ: Gerilim-Gerinim/Deformasyon Diyagramı
Çekme deneyi malzemelerin mukavemeti hakkında esas dizayn bilgilerini saptamak ve
malzemelerin özelliklere göre sınıflandırılmasını sağlamak amacı ile yaygın olarak
kullanılmaktadır. Çekme deneyi standartlara göre hazırlanmış deney numunesinin tek
eksende, belirli bir hızla ve sabit sıcaklıkta kopuncaya kadar çekilmesidir.
Çekme deneyi sonucunda numunenin temsil ettiği malzemeye ait aşağıdaki mekanik
özellikler bulunabilir;
Elastisite modülü
Elastik sınırı
Rezilyans
Akma gerilmesi
Çekme dayanımı
Tokluk
% uzama.
% kesit daralması
Kopma dayanımı
• Malzemenin özelliklerinin doğru bir şekilde ölçülebilmesi için, alındığı malzemeyi tam
olarak temsil edebilmesi şarttır.
• Farklı üretim yöntemiyle üretilmiş veya şekildeki malzemelerin her biri için farklı
ölçülerde çekme numunesi hazırlanmaktadır.
Çekme deneyinde yükün
uygulandığı alanın daha fazla
küçülmesinden dolayı boyun
verme başladıktan sonra
gerçek gerilme yükselir.
Poisson Oranı: Bir malzemeye tek yönlü bir gerilme uygulanırsa malzeme uygulanan yük yönünde
uzar ve bu yüke dik kesitlerde ise büzülmeye uğrar. Kalıcı deformasyonda (plastik deformasyon) bu
uzama ve büzülme sonucu malzemenin hacmi korunur. Fakat elastik çekme veya basma
deformasyonunda durum böyle değildir. Çekme deformasyonunda hacim artarken, basma
deformasyonunda hacim az miktarda azalır. Bu durumda uygulanan yüke dik kesitlerde azalma y ve
z, uzunlukta oluşan artış (x) ile orantılıdır. Bu oran 0.25-0.4 arasında değişir ve metaller için tipik
olarak ortalama 0.33 civarındadır.
Akma Dayanımı (a): Kaymanın fark edilir ve etkili olduğu durumdaki gerilmedir.
Şekillendirme veya şekil değiştirme işlemi gerektiren parçaların üretiminde, gerilme,
malzemenin şeklinde kalıcı bir değişiklik oluşturması için, akma dayanımının üzerinde
olmalıdır. bazı malzemelerde elastik davranıştan plastik davranışa geçiş gerilimi
kolaylıkla tespit edilemez. Bu durumda Offset veya deneme olarak adlandırılan akma
gerilimi belirlenir. % 0.2 veya 0.002 gerinim gibi küçük kalıcı bir şekil değiştirmenin,
parçanın performansında hasar sergilemediği kabul edilir.
Çift Akma Noktası: Diğer taraftan az karbonlu çelikler çift akma noktası sergiler.
Malzeme normalde 1 geriliminde plastik şekil değiştirme beklenirken küçük arayer
atomlarının dislokasyonlar etrafında kümeleşmesi kaymaya engel oluşturarak gerilimi
2’ye yükselmesine neden olur. 2’de kayma başladıktan sonra dislokasyon küçük atom
kümelerinden uzaklaşır ve daha düşük gerilim olan 1’de çok hızlı hareket etmeye
devam eder.
Rezilyans: Malzemelerin Elastik bölgede enerji adsorbe edebilme özelliğidir. Bu bölgede
malzemeye uygulanan yük kaldırıldığında, malzeme adsorbe ettiği enerjiyi geri verir.
Rezilyans lineer elastik davranış gösteren malzemelerde elastik bölgenin altında kalan
alandır.
Çekme Dayanımı: Uygulanan en yüksek kuvvetle elde edilen gerilmedir. Çekme dayanımı
noktasına kadar malzeme homojen uzar. Bu noktadan sonra kesiti daralarak (boyun verme)
kopar. Malzemenin dayanabildiği maksimum gerilmedir. Mühendislik gerilme-gerinim
eğrisi üzerindeki maksimum gerilmedir.
Kopma dayanımı: Kırılma (kopma) anında uygulanan yükün orijinal alana bölünmesi ile
bulunan gerilmedir. Kopma dayanımı, çekme dayanımından küçük görülmesine rağmen bu
kesit daralması olayı sonucu olduğundan gerçekte durum böyle değildir.
Tokluk: Bir metalik malzemenin kopmadan enerji yutabilme yeteneğini o malzemenin
çekme altında gerilme-şekil değişimi eğrisinin altında kalan alan temsil edebilir.
Malzemenin kopuncaya kadar adsorbe ettiği enerjidir .
Mekanik davranış açısından malzemeler iki sınıfa ayrılırlar
Gevrek malzemeler: Elastik bölge sonunda plastik şekil değiştirmeden aniden kırılırlar. Bu
malzemelerde elastik sınır akma gerilmesi ve akma mukavemeti ile aynıdır. Büzülme
oluşmaz ve az bir enerji ile kırılırlar. Ayrıca kırılma aniden gerçekleşir.Örneğin bakalit,
beton, tuğla, dökme demir, taş..
Sünek malzemeler: Bu malzemeler önemli ölçüde plastik şekil değiştirmeden sonra
büzülerek kırılırlar, kırmak için oldukça büyük enerjiye ihtiyaç vardır ve toklukları
yüksektir. Süneklik malzemenin kopmaksızın dayanabileceği şekil değiştirme miktarıdır.
İki şekilde ifade dilebilir. Birinci yaklaşım, testten önce ve sonra numune üzerinde ölçü
işaretleri arasındaki mesafeyi ölçmektir.
Süneklik ölçümlerinin doğru olarak yapılabilmesi (boyun vermeden sonra bölgesel ek
uzamalar oluşuyor ve uzamalar üniform olmuyor. Büzülme bölgesinde büzülme ne kadar
büyük l0 bölünürse o kadar küçük süneklik elde edilmektedir) için hesaplamalarda l0 yerine
gerçek lg değeri kullanılmaktadır.
Her ülke K değerini kendi standartları için belirlemiştir. TS uzun çubuk sistemi için K=
11.3 iken kısa çubuk sistemi için K=5.65 olarak almıştır. Yuvarlak çubuklar için kısa çubuk
sistemine göre lg=5d0, uzun çubuk sistemine göre lg=10d0 olarak alınmaktadır.
İkinci yaklaşım kopmadan önce ve sonra kesit
alandaki yüzde daralmayı ölçmektir. Kesit
alandaki yüzde daralma test sırasındaki
numunenin incelme miktarını belirler
Soru: Aşağıdaki koşullarda çekme deneyi uygulanan düşük karbonlu bir çeliğin mühendislik
gerilme ve genleme değerlerini, gerçek gerilme ve genleme değerleriyle kıyaslayınız
Numuneye uygulanan yük: 75 000 N
Numune çapı: 12 mm
Numunenin yük altındaki çapı: 11.1 mm
Soru. Kütlesi 4530 kg olan bir asansör kabinine dayanabilecek bir halat tasarlanıyor. Plastik şekil
değiştirme olmaksızın kabin için dayanması istenen halatın minimum çapını hesaplayınız.
Alüminyum alaşımdan yapılması istenen malzemenin kritik gerilme-genleme değerleri aşağıda
verilmiştir.
e=0.002 =240 MPa
e=0.08 max=290 MPa
e=0.1062 kopma=274.8 MPa
Soru. 5mm çaplı çelik telin boyu 50cm’dir. Bu tele çekme uygulananınca 2800 kg’da akma
başlıyor. 3000 kg’da boyu 7mm uzuyor ve 3200 kg’da kopuyor. Çeliğin elastisite modülü 21.000
kg/mm2’dir. 3000 kg etkisinde ne kadar plastik şekil değiştirme oluşur? Çelik telin rezilyansını
bulun.
Soru. 5mm kalınlığında bir bakır plakadan 20mm genişliğinde bir çekme numunesi hazırlanıyor.
Numunenin üzerine ayakları arasında 10cm mesafe bulunan bir ekstansometre bağlanıyor. 1320 kg
altında ekstansometre 0.12mm artış gösteriyor. 1600 kg’da akma başlıyor ve en fazla 2200kg yük
taşıyarak kopuyor. Çubuğun kopmadan sonraki en dar kesiti 4mm x 8mm ölçülüyor. Uzun çubuk
sistemine göre işaretlenen noktalar arasındaki son uzaklık 158mm oluyor. Bu deneysel değerlere
göre bakırın elastisite modülünü, akma sınırını, çekme mukavemetini, sünekliğini ve büzülme
oranını bulunuz. Kopma noktasında yük 1800 kg’dır.
MALZEMELERIN SERTLIĞI Sertlik Testi– Malzemenin yüzeyinin keskin bir obje ile delinmeye olan direncini ölçer.
Makro sertlik– Malzemelerin genel sertlikleridir. >2Nbüyük yük kullanılır.
Mikrosertlik- 2N’un altında yük uygulanarak yapılan sertlik testidir. Ör:Knoop (HK).
Nano-sertlik- 1–10 nm uzunluk skalasındaki malzemelerin çok düşük yükler kullanılarak
(~100 μN) sertliklerinin alınmasıdır.
Sertlik: Bir malzemenin dislokasyon hareketine veya plastik deformasyona karşı
direnci olarak tarif edilir.
Cisimlerin sertlik ölçme yöntemleri 3 ana gruba ayrılabilir;
Scratch (Çizme) sertlik testi: Malzeme yüzeyini sert bir cisim ile çizerek yapılan
sertlik deneyleri,
Indentation sertlik testi: Malzemeye sert bir cismi kuvvet altında batırmak suretiyle
yapılan sertlik deneyleri,
Dinamik sertlik testi: Sert bir bilyeyi malzeme üzerine düşürmek ve sıçratmak suretiyle
yapılan sertlik deneyleri.
Çizerek yapılan sertlik deneyleri:
Sert bir malzeme kendisinden daha az sert olan bir malzemeyi çizer. Bu faktör göz önüne
alınarak bir seri mineral sertliğine göre sıralanarak, mohs skalası olarak adlandırılan yarı-
kantitatif bir cetvel elde edilmiştir. Mohs skalası:
Indentation (batırılarak) sertlik testi:
Sertlik deneyinde, bir malzemenin yüzeyine batırılan bir uca (bilye, piramit veya koni ) veya
kesici takıma karşı gösterdiği direnç ölçülür. Bir malzemenin sertliği, uygulanan yüke bağlı
olarak ya örnek yüzeyinde oluşan izin yüzey alanına ya da batıcı ucun batma derinliğine
göre belirlenir.
Bugün laboratuarlarda uygulanan sertlik ölçme yöntemleri şunlardır:
a) Brinell sertlik ölçme yöntemi
b) Rockwell sertlik ölçme yöntemi
c) Vickers sertlik ölçme yöntemi,
d) Mikro - sertlik deneyi.
Kaynaklar:
W. D. Callister, D. G. Rethwisch, Malzeme bilimi ve Mühendisliği, Baskıdan Çeviri,
Edt: K. Genel, 2013
D. R. Askeland, Malzeme Bilimi ve mühendislik Malzemeleri, 3. Baskıdan çeviri, M.
Erdoğan,
W. F. Smith, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, 3. Baskıdan Çeviri, N.G. Kınıkoğlu, 2001
K. Onaran, Malzeme Bilimi 1997.