Mekanik özelliklerinin belirlenmesi

Bu bölümde üretilen kompozit numunelerin kullanım esnasında göstermiş olduğu çekme, eğilme, darbe dayanımları, sertlik değeri ve aşınma direnci gibi mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan cihaz ve yöntemlere yer verilmiştir.

Çekme dayanımının belirlenmesi

TS EN ISO 527-2 ve DIN EN ISO 527-5 Type 1-b standartlarına uygun olarak üretilen 6 farklı kompozit numunenin (Resim 3.15.a) çekme deneyleri, Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü laboratuvarında bulunan Instron marka çok amaçlı (üniversal) test cihazında (Resim 3.15.b), 5 mm/dk çekme hızı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Çekme deneyinin amacı; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve plastik davranışlarını belirlemektir. Deney esnasında, numuneler çekme cihazında aşağı ve yukarı hareket edebilen iki çene arasına bağlanmıştır. Üst çene sabit hızda hareket ettirilerek deney parçasına gerilme uygulanmıştır. Uygulanan kuvvet sonucu numunede uzama gerçekleşmiş ve böylece gerilme-uzama grafiği bilgisayar yazılımı aracılığıyla kaydedilmiştir. Her tip kompozit için 7 adet çekme test numunesi test edilmiştir. Ayrıca elastisite modülü, kopma dayanımı gibi değerler de bilgisayar yazılımı aracılığıyla belirlenmiştir.

Resim 3.15. a) Çekme deneyi numuneleri b) Çekme deneyi cihazı

Eğilme Dayanımının Belirlenmesi

Numunelerin eğilme dayanımının belirlenmesinde, üç noktadan eğilme deneyi seçilmiştir.

Üç noktadan eğilme deneyleri ASTM D 7264’e uygun olarak üretilen deney numuneleri (Resim 3.16.a) kullanılarak Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü laboratuvarında bulunan Instron marka çok amaçlı (üniversal) test cihazında (Resim 3.16.b), 5 mm/dk eğilme hızı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her bir tip kompozit için 7 adet eğilme test numunesi test edilmiş, elde edilen değerler bilgisayar yazılımı aracılığıyla grafiğe dönüştürülerek kaydedilmiştir.

Resim 3.16. a) Üç noktadan eğilme numuneleri b) Eğilme test cihazı Darbe Dayanımının Belirlenmesi

Darbe deneyinde malzemenin sönümlediği enerjinin belirlenmesinde malzemenin desteklere yatay ya da dikey konumda konulmasına göre değişen, Charpy ve Izod olmak üzere iki yöntem bulunmaktadır. Tez çalışması kapsamında numunelerin darbe dayanımlarının belirlenmesinde Izod yöntemi kullanılmıştır.

Darbe deneyinin çalışma prensibi, belirli ağırlıktaki bir çekiç ile belirli bir yükseklikten serbest olarak daha aşağıda mesnet üzerine konmuş, malzeme örneği üzerine düşürüldüğünde malzemenin arbsorbe ettiği enerji miktarının belirlenmesi şeklindedir.

Deney sırasında yutulan enerji birim alana düşen enerji ile ifade edilmektedir. Sünek malzemelerin gevrek malzemelere kıyasla çok daha fazla enerji yuttuğu bilinmektedir (Dieter, 1986; Dowling, 1993).

Tez çalışması kapsamında, ASTM D 256 standardına uygun olarak üretilen numunelerin (Resim 3.17.a) darbe dayanım testleri, Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümü Plastik test laboratuvarında bulunan Alarge marka 50 joule kapasiteli,

± 0,001 joule hassasiyetinde darbe test cihazında (Resim 3.17.b)yine aynı standarda bağlı kalarak gerçekleştirilmiştir.

Resim 3.17. a) Darbe deneyi numuneleri b) Darbe test cihazı

Her tip kompozit için 7 adet Izod darbe test numunesi test edilmiş, elde edilen değerler bilgisayar yazılımı aracılığıyla kaydedilmiştir. Izod darbe deneyinde 1, 5,5 ve 22 joule etkisinde çekiçler kullanılabilmektedir. Numuneler üzerinde önce en hafif çekiç olan 1 joule denenmiş ve istenilen darbe etkisi yakalanamamıştır. Bu nedenle darbe deneyinde 5 joule etki değerinde çekiç kullanılmıştır.

Sertlik Değerinin Belirlenmesi

Malzemelerde sertlik ölçümü, sabit stant üzerinde belli kuvvet ile ~3mm kalınlığında kompozit numuneye 15 s boyunca batırılan iğnenin derinliğinin ölçümü prensibine göre belirlenebilmektedir (Phillips ve diğerleri, 1978). Sertlik ölçümünde kullanılan birçok ölçüm skalası (Rockwell, Vickers, Brinell gibi) bulunmakla birlikte, polimerlerin, elastomerlerin ve kauçukların sertliğini belirlemekte kullanılan ölçüm skalası Shore skalasıdır.

Shore skalasının a,b, c, d, e, m gibi çeşitleri olsa da, en sık kulanılan shore-a, genel itibari ile yumuşak malzemelerin sertliğini, shore-d ise daha sert-rijit malzemelerin sertliğini ölçmekte kullanılmaktadır. Shore skalasının birimi yoktur, boyutsuzdur (calce.umd.edu, 2016).

Tez çalışması kapsamında üretilen kompozit numunelerin sertlik değerleri, ASTM D 2240 standardı kapsamında, Shore D’ye göre durometre/shoremetre (Resim 3.18.a) ile belirlenmiştir. Her bir tip kompozit için 7 adet test numunesine (Resim 3.18.b) sertlik ölçümü yapılmış ve her bir numunedeki ölçümler de 7 kez tekrarlanmıştır. Durometre ekranından okunan değerler not edilmiş ve her tip kompozit malzeme için aritmetik ortalama yöntemi ile sertlik değerleri belirlenmiştir.

Resim 3.18.a) Durometre b) Sertlik testi numuneleri Aşınma Direncinin Belirlenmesi

Aşınma deneyinin çalışma prensibi belirli yüzey pürüzlülüğündeki disk numunesinin belirlenen aşındırıcı karşısında kaybettiği hacim, ağırlık miktarı ya da iz değişiminin belirlenmesidir (Clarke ve Allen, 1991).

Bu bilgiler ışığında, kompozit malzemelerin aşınma miktarlarının belirlenmesinde, Afyon Kocatepe Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Mekanik Test Laboratuvarında bulunan, ASTM G 99 Pin on Disk metoduna göre çalışan pim disk aşınma cihazı (Resim 3.19) kullanılmıştır. Ayrıca aşınma deneyine başlamadan önce, aşınan malzemenin yüzey pürüzlülüğünün giderilmesi kapsamında, zımparalama/parlatma işlemi yapılması gerekmektedir. Bu nedenle disk numunelerin aşındırılacak yüzeyi, Gazi Üniversitesi Makine Mühendisliği Toz Metalurjisi laboratuvarında bulunan Struers marka zımparalama/parlatma cihazı (Resim 3.20.a) ile sırasıyla 0, 100, 240, 400, 600, 1000, 1200 numara SiC zımpara kâğıdına karşı sulu zımparalanmış ve kaba yüzey pürüzlülüğü giderilmeye çalışılmıştır (Resim 3.20.b).

Resim 3.19. Aşınma test cihazı

Resim 3.20. a) Zımparalama/parlatma cihazı b) Zımparalama/parlatma işlemi sonrası aşınma test numuneleri

Zımparalama/parlatma işleminin her bir numune için tekrarlanmasının ardından, yüzey pürüzlülüğünün aşınma miktarına etkisini belirlemek amacıyla, disk numunelerin yüzey pürüzlülüğü, Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi İmalat Mühendisliği Bölümü Plastik Test Laboratuvarında bulunan Mahr marka pürüzlülük ölçüm cihazı (Resim 3.21.a) ile tespit edilmiştir. Her bir numune yüzeyine karşılık gelen pürüzlülük değeri, cihaz ekranından (Resim 3.21.b) okunarak kaydedilmiştir.

Resim 3.21. a) Yüzey pürüzlülüğü ölçüm cihazı b) Cihaz ekranı

Pürüzlülük ölçümleri sonrası, her kompozit tipi için 5 adet aşınma numunesine 5 N kuvvet, 0,3 m/s kayma hızı ve 450 ve 900 m aşınma yolu için aşındırma işlemi yapılmıştır. Belirlenen kuvvet, hız ve yol parametrelerine göre aşındırılan numune yüzeylerine, Taylor Hobson marka profilometre (Resim 3.22) ile yüzey analizi yapılmış ve hacim kayıpları da Eş. 3.3 kullanılarak belirlenmiştir.

𝑊𝑣 = 𝜋𝑟². 𝑊𝑡 (3.3)

Bu eşitlikte;

Wv= Aşınan hacim (Hacim kaybı) r= Aşınma izi yarı çapı

Wt= Profilometre ile belirlenen aşınma derinliği

Resim 3.22. Profilometre