ÇEKME DENEYİ 1.Giriş

Mühendislik tasarımlarının en önemli özelliklerinin başında öngörülebilir olmaları gelmektedir.

Öngörülebilirliğin birincil şartı ise tasarlanan sistemin maruz kaldığı tüm yükler altındaki davranışlarının önceden belirlenmesidir. Bir parçanın yük altındaki davranışını belirleyen unsurlar seçilen malzemenin mekanik özellikleri, geometrisi ve maruz kaldığı yüklerden oluşmaktadır. Parçanın maruz kaldığı yüklerin tasarım aşamasından önce belirli olması dikkate alındığında, tasarımcının dizayn sırasında üzerinde değişiklik yapabileceği unsurlar geometri ve malzeme tipidir. Bu durumda tasarımcı ya tasarladığı geometri için uygun malzemeyi (veya malzemeleri) seçmeli ya da elinde bulunan malzemelerin mekanik özelliklerini göz önüne alarak uygun geometriyi tasarlamalıdır. Her iki durumda da kullanılacak mühendislik malzemelerinin mekanik özelliklerinin bilinmesi zorunluluğu ortadadır.

2.Çekme Deneyinin Amacı

Mühendislik malzemeleri rijit olmadığından kuvvet altında deforme olup, şekil ve boyut değişiklikleri gösterirler. Malzeme özelliklerini anlamak üzere mekanik testler yapılır. Bunlardan en önemlisi “çekme deneyi”dir.

Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir.

Bunun için boyutları standartlara uygun daire veya dikdörtgen kesitli deney parçası; çekme cihazına bağlanarak, eksenel ve değişken kuvvetler uygulanır. Her uygulanan kuvvetin alana bölünmesi ile elde edilen gerilmelerin bir grafiğe aktarılması sonucunda ortaya çıkan grafiğin okunması ve verilerin elde edilmesidir.

Çekme testi sonucu malzemenin göstermiş olduğu mekanik davranış ( Sünek ve gevrek) ,Gerilme değeri ( σ ) , Genleme Değeri (ξ ) , Elastisite Modülü (E), Akma Dayanımı (σ Ak) ,Kopma Dayanımı (σk), Çekme Dayanımı (σ ç ) , Tokluk, Rezilyans, Poison Oranı değerleri hesaplanır. Mevcut özellikler malzeme kataloglarında standartlara uygun hazırlanmış olup mevcuttur. Fakat elde edilen yeni bir malzemenin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için çekme testi yapılması gerekmektedir.

Tüm deneyler çeşitli kurumlar (ASTM-American Society of Testing and Materials, ISO-International Organization of Standardization, TSE-Türk Standartları Enstitüsü, vb.) tarafından ilan edilen test standartları dikkate alınarak yapılmalıdır.

3.Deney Düzeneği

Çekme deneyi, üniversal çekme test cihazlarında gerçekleştirilir. Bu cihazlarda çekme kuvveti, mekanik veya hidrolik güç aktarım organları vasıtası ile uygulanır. Düzenek, genel olarak, elektrik motoru, redüktör, deney numunesini tutmayı sağlayan üst çene ve alt çene den ibarettir. Alt çene sabit (hareketsiz); üst çene ise yukarı/aşağı hareket edebilmektedir. Üst çenenin hareketi, sağ ve sol tarafta düşey konumlu simetrik iki adet sonsuz vida mekanizması ile sağlanır. Bu hareket, elektrik motoru ile tahrik edilen dişli redüktörden vida mekanizmasına iletilen döndürme momenti ile gerçekleşir. Alt çene sabit olduğundan, üst çenenin yukarı hareketi ile çekme kuvveti, deney numunesine tatbik edilir. Deney esnasında, kuvvet değeri, yük hücresinden (load cell); uzama değeri ise; üst çenenin hareketini sağlayan vidanın adımına (hatve) göre ölçülür. Deney sırasında çekme numunesine sürekli olarak artan çekme kuvveti uygulanır ve kırılma anına kadar hem uygulanan kuvvet hem de numunede meydana gelen uzama, bilgisayara kaydedilir. Şekil 1 deney cihazını göstermektedir. Deney Bölümümüzde bulunan İnstron marka universal test cihazı ile gerçekleştirilecektir.

Detaylı bilgi için (https://www.instron.com.tr/tr-tr/our-company/library/test-types/tensile-test )

Şekil 1. Çekme cihazı 3.1.Deneyin Yapılış Aşamaları Aşağıdaki Gibi Sıralanabilir 1) Deney numunesi iki ucundan çenelere bağlanır.

2) Numunedeki boşlukların giderilmesi için 2-5 N civarı ön yük uygulanır.

3) Numunenin ilk ölçü boyu (gauge length) ve çapı kumpasla ölçülüp kaydedilir.

4) Çekme hızı istenen değere ayarlanır.

5) Gösterge ekranından okunan kuvvet ve uzama değerleri sıfırlanır.

6) Deney başlatılır ve numune kopuncaya kadar kuvvet-uzama değerleri kaydedilir.

7) Deney numunesi koptuktan sonra tekrar bir araya getirilerek, kopma uzunluğu ve kesit çapı kumpasla tekrar ölçülür.

8) Çekme diyagramı çizilir ve deney yorumlanır.

4. Deney Sonuçlarının Yorumlanması

Çekme Testi boyunca kuvvet parça hasara uğrayana kadar devam ettirilir. Test sonucu tüm veriler EXCEL dosyasına atılır. Aşağıda deney verileri sonucu çıkan yük uzama ve gerilme birim uzama grafikleri verilmiştir. Tüm hesaplama işlemleri detaylı olarak anlatılmıştır.

Şekil 2. Çekme cihazı

4.1. Gerilme

Kuvvetin İlk Alana bölünmesi ile bulunur.

σ = F A =

𝑁𝑁 𝑚𝑚𝑚𝑚²

4.2. Birim uzama (ε ) : Uzama miktarının ilk boya bölünmesi ile bulunur. Boyutsuzdur.

l0: numunenin ilk boyu

l : kuvvet uygulandığı andaki boyu Δl = l –l0 ( uzama miktarı )

𝜀𝜀 =_𝑙𝑙^∆𝑙𝑙

0 = ^{𝑚𝑚𝑚𝑚}_{𝑚𝑚𝑚𝑚}

Şekil 3. Gerilme- Birim Uzama Grafiği.

4.3. Malzemelerin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi

*teknolap.info sitesinden alınmıştır.

Şekil 4.Düşük Karbonlu Çelikte Birim Uzama- Gerilme Grafiğinde Mekanik Özelliklerin Gösterilmesi

Malzemeye kuvvet uygulandığında boyunda uzama gerçekleşir, eninde daralma meydana

gelmektedir. Grafiğin ilk kısmında lineer bir artış meydana gelir. Bu bölgeye elastik bölge denir ve kuvvet kaldırıldığında malzemede kalıcı şekil değiştirme meydana gelmez. Malzeme elastik bölgede uygulanan kuvvet serbest bırakıldığında malzeme tekrar eski haline döner. Burada Hooke yasası geçerlidir. Plastik bölgede ise malzemede kalıcı şekil değişimi meydana gelmektedir.

Orantı sınırı (σ⁰): Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke yasasının, yani bağıntısının geçerli olduğu 𝜎𝜎 = 𝐸𝐸 ∗ 𝜀𝜀

doğrusal kısmı sınırlayan gerilme değeridir.

Elastisite Modülü ( E ) : Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Elastisite modülü bu bölgedeki gerilmenin birim uzamaya oranı ile bulunur. Elastik bölgedeki eğimin değeridir.

𝐸𝐸 =

^𝜎𝜎_𝜀𝜀

(GPa)

Elastiklik sınırı (σ^E): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Genellikle, elastiklik sınırı orantı sınırına eşit kabul edilir. Pratikte σE yerine %0,01 veya %0,005'lik plastik uzamaya karşı gelen gerilme (σ 0,01 veya σ 0,005) değerleri alınır.

Akma dayanımı (σa): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir. Offset kuralı ile hesaplanır. Düşük karbonlu yumuşak çelik gibi sünek malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin akma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermediği durumlarda, genelde %0,2'lik plastik uzamaya (εplastik =0.002 ) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma dayanımı olarak alınır ve buna Off-set kuralı denir. Bu kurala göre gerilme – birim uzama grafiğinde, %0.2 deki birim uzamadan eğrinin elastik bölgesine paralel bir çizgi çizilir. Bu paralel çizginin eğri ile kesiştiği noktaki çekme dayanımı bize %0.2 lik akma dayanımını verir. Şekil 4 de belirgin akma göstermeyen bir malzemenin çekme diyagramı ile bu malzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği görülmektedir.

Şekil 5. Belirgin akma göstermeyen bir malzemenin akma dayanımının %0.2 offset kuralı ile belirlenmesini gösteren diyagram.

Çekme dayanımı (σ^ç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, σç = Fmaks/A0

formülü ile bulunur. Burada Fmaks malzemeye uygulanan en yüksek kuvveti, A0 ise malzemenin ilk kesit alanını gösterir.

Kopma dayanımı (σ^k): Çekme deneyi esnasında, numune kesiti çekme kuvvetini artık karşılayamadığı anda kopma meydana gelir. Çekme diyagramı çiziminde kaydedilen bu son gerilme değerine, malzemenin kopma dayanımı adı verilir.

Tokluk: Numunenin kopmaya kadarki absorbe ettiği enerjiye tokluk denir.

Tokluk= Çekme dayanımı*Kopma Gerilimi

Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya elastik şekil değiştirme sırasında malzemenin depoladığı enerji demektir. Bu enerji, gerilme ( 𝜎𝜎)-birim uzama ( 𝜀𝜀) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan ile belirlenir ve numunedeki yük serbest bırakılınca geri verilir.

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =𝜎𝜎 ∗ 𝜀𝜀

Poisson Oranı (υ): Çekme deneyinde parça uzarken kesit yüzeyi de azalır. Deney çubuğunun eksenine dil doğrultudaki birim uzama ile eksenel doğrultudaki birim şekil değiştirme arasındaki oranın mutlak değerine Poisson oranı denir. Bu oran alaşımsız çeliklerde 0.33, tungsten için 0.27 ve alüminyum ve alaşımları için 0.31 – 0.34 değerlerindedir. Poison oranının tespiti için strain gauage ve video extensometre

kullanılmaktadır.

5. Deney Numuneleri

Çekme deneyinin yapılışı çeşitli standart ve kaynaklarda ayrıntılı biçimde verilmiştir. Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Çekme deney numuneleri, çubuk, boru, profil, köşebent, levha veya inşaat demirinden ilgili standartlara göre hazırlanır. Şekil 7, TS 138 A normuna göre hazırlanmış içi dolu, daire kesitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numunesini göstermektedir.

Şekil 6. Demir Malzemeler İçin Çekme Numunesi

Bu şekilde d0 numunenin çapını, d1 baş kısmının çapını (1,2Xd0), lv inceltilmiş kısmın uzunluğunu (l0 + d0), l0 ölçü uzunluğunu (5Xd0), h baş kısmının uzunluğunu ve lt numunenin toplam uzunluğunu göstermektedir. Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50 TS 138A şeklinde gösterilebilir.

Şekil 6. Standartlara Uygun Plastik Çekme Numunesi

Şekil 7. Standartlara Uygun Kompozit Malzeme Çekme Numunesi

İSTENENLER

1.

Http://Aves.İstanbul.Edu.Tr/Mehmet.Guclu/ Adresinden Dökümanlar Kısmından

Grubunuza Ait EXCEL Dosyasını İndirip İşlemler Yapılmalıdır. Hazırlanan Dosya Ad, Soyad, Öğrenci Numarası Ve Grup Yazılarak Mail Atılmalı. Mail Atılmaması Durumunda

Föyleriniz Değerlendirmeye Alınmayacaktır.

Belgede MAKİNE LABORATUVARI II (sayfa 34-39)