12. MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ
12.1. Çekme Deneyi
Malzemenin statik kuvvetler altında dayanımı ve mekanik özelliklerinin test edilmesinde kullanılır.
Şekil 12.2. Çekme deneyinden
69
1. Belirgin akma göstermeyen malzemeler 2. Belirgin akma gösteren malzemeler
Belirgin
Malzemenin plastik şekil değiştirmeye (pşd) başladığı gerilme değerine “akma dayanımı” adı verilir.
Belirgin olmaması durumunda, akma dayanımı % 0.2 kalıcı pşd oluşturan gerilme
değerine eşittir.
.
Şekil 12.4. Belirgin olmayan akma noktası
Şekil 12.5. Belirgin olan akma noktası
71
Elastik şekil değişimi
• Elastik bölgede Hook kanunu geçerlidir.
• Gerilme ile birim uzama lineer olarak değişir.
• Kuvvet kalkınca, elastik uzama ortadan kalkar.
• E, Elastiklik Modülü, lineer kısmın eğimine eşittir
– Malzemenin karakteristik özelliğidir (malzemeden malzemeye değişir)
– E büyüdükçe malzeme daha rijit hale gelir yani gerilme ile daha az şekil değişimi gösterir. Küçüldükçe daha elastik davranır.
E
= Normal gerilme
G
= Kayma gerilmesi
Hook Kanunu
Kayma gerilmesi Normal gerilme
73
Elastisite modülüne (E) etki eden parametreler:
• Kimyasal bileşim: E, bir malzeme özelliğidir. E, kimyasal kompozisyondan etkilenir. Çelik, Alüminyuma göre daha rijittir.
• Ortam sıcaklığından etkilenir: Sıcaklık arttıkça E, azalır
• Isıl işlemden etkilenmez: Aynı çeliğin yumuşak hali ile sertleştirilmiş hali aynı E’ye sahiptir.
Çekme yönünde malzeme uzarken buna dik yönde kısalma gerçekleşir. Aradaki oran poisson oranı ile belirlenir.
Elastik şekil değiştirmede metaller için 0.28 - 0.32 arasında değişir. Genelde 0.3’tür.
Plastik şekil değişiminde hacim sabit kalır ve poisson oranı 0.5 Poisson Oranı
75
Tablo 12.1. Bazı malzemelerin sıcaklık – elastik özellikleri
Malzemelerin dayanımını ifade eden akma dayanımının üzerinde gerilmeler uygulanması durumunda plastik şekil değişimleri (kalıcı-geri dönüşsüz) (PŞD) başlar.
Bu noktada PŞD, dislokasyonlar kaymaya başlamasıyla meydana gelir.
PŞD’de sıcaklık seviyelerine bağlı olarak farklı şekil değiştirme mekanizmaları mevcuttur.
Bunlar;
1. Soğuk plastik şekil değiştirme, 2. Sıcak Plastik şekil değiştirme 3. Ilık Plastik şekil değiştirme
a
Plastik Şekil Değişimi
77
Benzeş sıcaklık (homologous temperature):
K• Pb, Sn gibi düşük erime sıcaklığına sahip malzemeler için sıcak şekil değişim bölgesidir.
Tablo 12.2. Çekme dayanım değerleri
79
Çekme diyagramından elde edilen veriler
• E, Elastiklik modülü
• a, Akma dayanımı
• Statik tokluk
• Rezilyans
Ayrıca her hangi bir noktada
• Elastik şekil değişim miktarı
• Plastik şekil değişim miktarı, vs bulunabilir
Süneklik / Gevreklik / Tokluk / Rezilyans
• Süneklik: plastik şekil değiştirme kabiliyetini ifade eder. Bu değerin büyümesi, malzeme kopana kadar daha büyük plastik şekil değiştirme göstermesi anlamına gelir.
Kopma uzaması ve alan daralması parametreleri ile ifade edilebilir.
• Gevreklik: Plastik şekil değiştirme kabiliyetinin olmaması durumunu ifade eder. Eğri bazen elastik sınırda bazen de elastik sınıra çok yakın bir noktada son bulur.
• Tokluk: Malzemenin kopana dek absorbe ettiği toplam enerjiyi ifade eder. - eğrisinin altında kalan alana eşittir. Sünek malzemelerin tokluğu gevrek malzemelere göre daha yüksektir.
• Rezilyans: Malzemenin elastik şekil değişimi sırasında depoladığı enerjidir. - eğrisinde elastik bölgenin altında kalan alana eşittir.
81
Gerçek Gerilme - Birim Şekil Değiştirme
• Şu ana kadar hesaplamalarda başlangıç geometrik veriler kullanıldı. Bu şekilde hesaplanan veriler “Mühendislik”
değerlerdir.
• Gerçekte plastik şekil değiştirme ile birlikte kesit alanı (hacmin sabit kalması ile) sürekli azalır.
• Bu şekilde elde edilen verilere “Gerçek” değerdir.
• Özellikle metal şekillendirme uygulamalarında gerçek değerler kullanılır.
F
Mühendislik birim uzama. Gerçek birim uzama.
l
83
Şekil 12.21. Gerçek ve mühendislik
- (Gerilme-Gerinme) eğrileri
Gerçek değerlere göre çizilen gerçek gerilme-birim uzama eğrisine “Akama eğrisi” (Flow curve) de denir.
• Elastik bölgede fark yoktur.
• Boyun vermeden sonra homojen olmayan şekil değişiminden dolayı uzama hesaplanamaz.
Şekil 12.24
Çekme diyagramı
1. Belirgin akma gösteren malzemelerin - diyagramları 2. Belirgin akma göstermeyen malzemeler - diyagramları
85
Şekil 12.25. Düşük karbonlu çelik belirgin akma noktası gösterir. Ayrıca 2 adet akma noktası tanımlanmıştır: (a)Üst akma noktası, (b) Alt akma noktası.
Belirgin akma gösteren malzemeler
Çekme dayanımı
Şekil 12.25. Düşük karbonlu çelik belirgin akma noktası gösterir. Ayrıca 2 adet akma noktası tanımlanmıştır: (a)Üst akma noktası, (b) Alt akma noktası.
Belirgin akma gösteren malzemeler
Çekme dayanımı
Belirgin akma ve Cottrel atmosferi
• Bu olaya C, N gibi arayer atom kümelerinin dislokasyonların alt kısmına yerleşip hareketlerini kilitlemesinin sebep olduğu düşünülür.
• Bu arayer atom bulutuna “Cottrell atmosferi” adı verilir.
• C ve N den arındırılmış malzemeler belirgin akma göstermiyor.
87
Akma uzaması
Alt akma noktası Üst akma noktası
Lüders bantlar Akmamış bölge
• Üst akma noktası mekanik olarak bu kilitlerin kırılmasını ifade eder. İlk akmanın meydana geldiği kayma bandının pekleşme ile kilitlenmesinden sonra diğer düzlemlerde akma meydana gelir.
• Bu olayın kesit boyunca devamı ile luders bantları oluşur.
• Bu olay tamamlanınca homojen şekil değişimi başlar.
Şekil 12.26
0.2
ÇAkma noktasından sonra homojen PŞD.
(pekleşme / kesit daralması dengesi)
89
Tablo 12.4. Çekme dayanım değerleri
Sertlik
Sertlik deneyi; malzemelerin dayanımları ile ilgili bağıl değerler veren tahribatsız bir test yöntemidir.
Sertlik ölçme yöntemleri: Batıcı ucun geometrisine ve uygulanan kuvvet büyüklüğüne göre:
– Brinell sertlik ölçme metodu – Vickers sertlik ölçme metodu – Rockwell sertlik ölçme metodu
Sertlik: Bir malzemenin yüzeyine batırılan sert bir cisme karşı gösterdiği dirençtir.
Sertlik değerleri direk olarak malzemelerin dayanımları ile alakalı olduğu için büyük önem taşır.
91
Sertlik ölçme yöntemleri
Şekil 12.31
BSD = Brinell sertlik değeri
• Yüzeyde bıraktığı iz dikkate alınır: izin çapı ölçülür.
Şekil 12.32
93
Vickers Yöntemi
• Batıcı uç tepe açısı 136o olan elmas piramit yüzeye bastırılır.
• Yüzeyde bıraktığı iz dikkate alınır: Kare şeklindeki izin köşegenleri mikroskopla ölçülür.
• Sert veya yumuşak tüm malzemelere uygulanabilir.
• Kuvvet seçiminde malzeme kriteri yoktur.
• BSD değeri gibi çekme dayanımının
tespitinde kullanılabilir. 2
72
95
Rockwell Yöntemi
Batıcı uç olarak sertleştirilmiş çelik bilye veya elmas koni kullanılır.
Ucun yüzeye battığı derinlik dikkate alınır.
Malzemeye göre uç/yük kombinasyonu seçilmelidir.
Plastik malzemelerin ölçümü de yapılabilir: bir çok skalası sert bilye kullanılır.
Şekil 12.33
• Ölçüm yüzeyleri temiz olmalıdır.
• Deney parçası yeterli kalınlıkta olmalı, kenara yakın ölçümler
97
Çentik Darbe Deneyi
Çentik darbe deneyi, malzemeyi gevrek davranmaya iten şartlar altında malzemenin dinamik tokluğunu ölçmek için yapılır.
Normal şartlarda sünek malzeme
•Üç eksenli yükleme hali
•Düşük sıcaklıkta zorlama
•Kuvvetin ani uygulanması (darbe)
durumlarında plastik şekil değişimine imkan bulamaz ve gevrek davranış gösterirler.
Bu şartlardan biri veya bir kaçı gerçekleşmişse malzeme gevrek davranabilir.
Bu amaç için Charpy (üç noktadan eğme) veya Izod (ankastre eğme) deneyleri mevcuttur.
Darbe enerjisine etki eden faktörler: dayanım, kristal yapı, sıcaklık ve kimyasal bileşim.
•Belli bir potansiyel enerjiye sahip kütle V-çentik açılmış numuneye çarptırılır.
•Numunenin kırılması için gereken enerji “Darbe Enerjisi - Ek” saptanır.
99
Sünek-gevrek geçiş sıcaklığı
2
min
@
Emax Eg T
T
101
13. DAYANIM BİLGİSİ
103
13. DAYANIM BİLGİSİ