ÇENTİK DARBE DENEYİ 1

ÇENTİK DARBE DENEYİ

• Endüstriyel uygulamalarda kullanılan malzemelerin, ortam sıcaklığına

• ve uygulanan yük türüne bağlı olarak hasara uğradıklarını görüyoruz.

• Mühendisler, malzeme seçimi yaparken malzemenin hangi sıcaklıklarda sünek mi, gevrek mi kırılacağını,

• kırılırken ne kadarlık bir enerji absorb edebileceği veya kırılma enerji miktarının ne kadar olabileceği hakkında malzemenin davranışı ile ilgili bilgi sahibi olmayı arzu ederler.

• Bu bilgilere ulaşmak amacıyla malzemelerin dinamik yüklere karşı ne kadarlık bir kırılma enerjisine sahip olduğunu belirlemek,

• ani darbe sebebiyle malzemenin absorb ettiği enerji miktarını ölçmek,

• malzemenin süneklik-gevreklik özelliklerini değerlendirmek ve

• malzemenin hangi sıcaklıklarda sünek hangi sıcaklıklarda gevrek bir davranış sergilediğini belirlemek amacıyla

çentik darbe deneyi

• yapılır.

• Çentik darbe deneyi vasıtasıyla belirlenen malzemelerin kırılma enerji değeri, çekme deneyi sonuçlarında olduğu gibi,

• mühendislik tasarım hesaplamalarında sayısal bir değer olarak kullanılmaz.

• Kırılma enerjisi değeri, sadece o malzemenin kırılma davranışını değerlendirmek ve sünekliği veya gevrekliği hakkında bilgi sahibi olmak amacıyla kullanılır.

• Malzemelerin kırılma enerjisi ile süneklilikleri arasında belirli bir ilişki söz konusudur.

• Sünek olmayan yani gevrek olan malzemelerin kırılma enerjileri de düşüktür.

• Çentik darbe deneyinde kullanılan test numunesi üzerine, üç boyutlu bir gerilme sağlamak amacıyla, bir çentik açılır.

• Bu çentikten dolayı, deneye de çentik darbe deneyi adı verilmiştir.

• Çentik darbe deneyinde, numune üzerine çentiğin açıldığı yer ve darbe etkisinin numuneye temas ettiği nokta dikkate alınarak, deneyin adı da değişmektedir.

• Genellikle çentikli numuneler kullanılır ve bunların belirli sıcaklıklarda tek darbe türü

makinelerde kırılması ile çentik tokluğu değerleri bulunur.

• Sonuçlar numune tarafından absorbe edilen darbe enerjisi veya darbe direnci olarak ifade edilir.

• En çok kullanılan Charpy ve İzod darbe deney yöntemleridir.

• Bunlarda çentikli numune ve sallanan sarkaç tipi makine kullanılır.

• Bu deney yöntemleri çeşitli standartlarda açıklanmıştır.

• Çentik numunenin tam ortasından açılırsa ve test cihazının kırma çekici çentikli numunenin çentik hizasının arka tarafından çarparak kırarsa, deneyin adı CHARPY çentik darbe deneyi olur.

• Çentik, numunenin merkezinden daha uzak bir mesafede (örneğin, numunenin 1/3 lük kısmında) açılırsa ve test cihazının kırma çekici, çentikli

numunenin uç kenarına yakın yerden çarparak numune kırılırsa, deneyin adı IZOD çentik darbe deneyi adını alır.

• Charpy ve Izod çentik darbe deneyinde kullanılan numunelerin boyutlan ve çentik geometrileri, standartlarda belirtilen geometrik ebatlarda yapılması gerekir.

• Metallerin Charpy çentik darbe deneyi, TS EN ISO 148 ve ASTM E23 standartlarına,

• plastiklerin Charpy çentik darbe deneyi TS EN ISO 179 TS ve ASTM D6110 - 10 standartlarında verilmiştir.

• Metallerin Izod çentik darbe deneyi ise TS EN ISO 180 standartlarına göre yapılır.

• Charpy test numunesinin boyu (55 mm), Izod test numune boyundan (75 mm) daha küçüktür.

• Fakat her iki test numunesi de 10 mm kare kesitine sahiptir.

• Charpy çentik darbe numunesinde, V çentikli, U-çentikli ve anahtar deliği çentikli olmak üzere üç farklı çentik geometrisi kullanılabilir.

• Izod çentik darbe numunesinde, sadece V çentiği açılır.

• Numunelerin ve çentiklerin boyutlan, standartlarda verilen ölçülere dikkat edilerek hassas bir şekilde hazırlanmasına özen gösterilmelidir.

• Gri dökme demir numunelerinin çentik darbe deneyi için hazırlanan test numunelerine, çentik açılmadığını görürüz.

• Çünkü gri dökme demir içerisinde bulunan grafit lamelleri, zaten çentik etkisi yapacağından, bu numunelere çentik

açılmamaktadır.

• Çentik darbe deneyi, sarkaç tipi cihazlardan yararlanarak gerçekleştirilir.

• Kırılma enerjisini belirlemek için cihazlarda dijital veya analog göstergeler mevcuttur.

• Ayrıca pek çok modellerde otomatik çekiç kaldırma sistemi de vardır.

• Küçükten büyüğe kadar değişik kapasiteli cihazlar imal edilmiştir.

• Cihaz kapasiteleri, çekicin sahip olduğu potansiyel enerjisine göre (örneğin 15 J veya 900 J gibi) belirtilir.

Charpy Darbe Deneyi

• Charpy darbe deneyi, yatay ve basit kiriş halinde iki mesnete yaslanan numunenin ortasına bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılması ve çentik ucunda meydana gelen çok eksenli gerilmelerin etkisi ile

numunenin kırılması için harcanan enerjiyi tayin işlemidir.

• Charpy makinesinin toplam darbe enerjisi 220 𝑓𝑡 − 𝑙𝑏 civarındadır.

• Darbe değeri numunenin kırılması için harcanan enerji

olup, vuran parçanın numuneye değdiği andaki potansiyel enerji ile numunenin kırıldıktan sonra vuran parçada

kalan potansiyel enerji farkına eşittir,

• bu deneyde numune, ağırlık merkezi sarkacın vurma

noktasının salınım yayına tam vurma anında çizilen teğet bir doğru üzerinde bulunacak şekilde cihaza yerleştirilir.

Charpy darbe deneyi (V çentikli deney parçası).

İzod Darbe Deneyi

• İzod darbe deneyi, dikey ve konsol kiriş halinde bir kavrama çenesine tespit edilen numune

yüzeyine kavrama çenesinden belirli yükseklikte, bir sarkacın ucundaki vurucu çekiçle bir vurma yapılması

• ve çentik tabanında meydana gelen çok eksenli gerilmeler etkisi ile numunenin kırılması için har- canan enerjinin tayini işlemidir.

• Bu deneyde numunenin vurulacak olan yüzeyi darbe anında çekicin kenarı ile sarkacın salınım merkezinin teşkil ettiği düzlem üzerindedir.

İzod darbe deneyi

Charpy ve izod darbe deneyinin şematik görünümü

Çentikli Darbe Deneyi Numuneleri

• Çeliklerin darbe tokluğunun belirlenmesinde kullanılan çentikli darbe deneyi numunelerinin boyut ve biçimleri Şekil’ de görülmektedir.

• Bazı durumlarda standart dışı numune kullanılabilir.

• Örneğin lamel grafitli dökme demir için çentiksiz

numune kullanılır.

V Çentikli Charpy darbe numunesi (ASTM, DIN, TS)

Anahtar deliği çentikli Charpy darbe numunesi (ASTM)

U Çentikli (DIN-ISA) Charpy darbe numunesi (ASTM,DIN, TS)

U Çentikli (DIN-DVM) Charpy deney numunesi (DIN)

V Çentikli İzod darbe numunesi (ASTM,DIN, TS)

Çentik darbe deneyi, sarkaç tipi cihazlardan yararlanarak gerçekleştirilir.

Deneyin yapılışı

• L uzunluğundaki bir sarkacın ucunda, bilinen bir G

ağırlığına sahip çekiç, belli bir h yüksekliğinden serbest bırakılarak, çekicin numuneye çarpması ve numuneyi kırması sağlanır.

• Numuneyi kıran çekicin hızı azalacağından, h₁ yüksekliğine kadar ancak yükselebilir.

• Serbest bırakılmadan önce çekicin potansiyel enerjisi 𝑮. 𝒉

iken numune kırıldıktan sonra belli bir h₁ yüksekliğine çıkan çekicin potansiyel enerjisi

𝑮. 𝒉_𝟏 olacaktır.

• Test numunesinin kırılmasından sonra sarkaçta kalan potansiyel enerji, 𝑮. 𝒉_𝟏

düzeyindedir.

• Sarkacın sahip olduğu potansiyel enerji (𝑮. 𝒉) ile numune kırıldıktan sonra sarkaçta kalan potansiyel enerji (𝑮. 𝒉_𝟏) arasındaki fark, o numunenin kırılması için gereken kırılma enerji miktarını verecektir.

𝑲𝚤𝒓𝚤𝒍𝒎𝒂 𝒆𝒏𝒆𝒓𝒋𝒊𝒔𝒊 = (𝑮. 𝒉) − (𝑮. 𝒉_𝟏) = 𝑮 (𝒉 − 𝒉_𝟏) 𝑲𝚤𝒓𝚤𝒍𝒎𝒂 𝒆𝒏𝒆𝒓𝒋𝒊𝒔𝒊 = 𝑮. 𝑳. (cos β − cos α)

G = Sarkacın ağırlığı (kgf)

L = Sarkaç ağırlık merkezinin, sarkacın salınım merkezine olan uzaklığı (m)

h = Sarkaç ağırlık merkezinin düşme yüksekliği (m)

h₁ = Numune kırıldıktan Sonra sarkaç ağırlık merkezinin çıkış yüksekliği (m)

α = Düşme açısı (derece) β= Yükselme açısı (derece)

• Kırılma enerjisi birimi, joule veya kgf.m (1 kgf.m = 9.80665 Joule) olarak ifade edilir.

Darbe Mukavemeti

• Çentik darbe deneyi ile bulunan kırılma enerjisi, kırılan numune kesitine bölündüğü takdirde,

• bulunan sonuç çentik darbe mukavemeti veya çentik darbe tokluğu terimleri ile tarif edilir.

• Darbe mukavemeti birimi, kgf.m/cm² veya Nm/cm² (1 kgf = 9,8 N) olup aşağıdaki eşitlikle ifade edilir.

Ç𝒆𝒏𝒕𝒊𝒌𝑫𝒂𝒓𝒃𝒆𝑴𝒖𝒌𝒂𝒗𝒆𝒎𝒆𝒕𝒊 = G(h −h¹) A

G = Sarkacın ağırlığı (Newton)

h = Sarkaç ağırlık merkezinin düşme yüksekliği (m)

h₁ = Numune kırıldıktan sonra sarkaç ağırlık merkezinin çıkış yüksekliği (m)

A = Numunenin çentik altındaki kesit alanı (cm²)

Malzemelerin Sünek - Gevrek Geçiş Sıcaklıklarının Tespit Edilmesi

• Malzemelerin kırılma davranışının, yapılan çalışmalara göre sıcaklığa bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir.

• Bazı malzemeler, düşük sıcaklıklarda gevrek olarak kırılırken, yüksek sıcaklıklarda sünek olarak

kırılmaktadırlar.

• Bu malzeme özelliğinin, çeşitli uygulama örneklerinde de etkin bir rol oynadığını görebiliriz.

• II. Dünya Savaşı esnasında düşük karbonlu çelikten imal edilmiş Amerikan LIBERTY türü kaynaklı

gemilerin, Kuzey Atlantik'teki soğuk kış koşullarında yük taşırken, ortadan ikiye bölünerek hasara

uğradıkları belirlenmiştir.

• Kuzey denizindeki soğuk kış şartlarında hasara uğrayan petrol platformları, kışın çöken asma köprüler ve soğuk su ortamında ikiye ayrılan gemilerin beklenmedik bir anda hasara uğramalarının sebepleri üzerinde pek çok çalışmalar yapılmıştır.

• Yapılan incelemeler sonucunda, soğuk hava şartlarında ve deniz dalgalarının şiddetli bir şekilde gemiye çarpması ile kaynaklı düşük karbonlu çeliklerin gevrek bir davranış sergileyerek, ani olarak gevrek kırıldıkları belirlenmiştir.

• Böylece belirli sıcaklıklarda sünek kırılma davranışı sergileyen çelik malzemenin, düşük sıcaklıklarda da gevrek bir kırılma davranışı sergilediği ortaya çıkmıştır.

• İşte malzemelerin belirli sıcaklıklarda, hangi kırılma davranışını gösterdiğini belirlemek amacıyla, çentik darbe deneyinden yararlanılmıştır.

• Standartlara göre hazırlanan çentikli darbe deneyi numuneleri, değişik sıcaklıklarda ısıtılarak veya soğutularak, çentik darbe cihazına yerleştirilir, kırılır ve kırılma enerjileri belirlenir.

• Daha sonra, her bir malzeme ye ait kırılma enerjisi – sıcaklık diyagramları çizilir.

• Diyagramda gözüken eğriyi gevrek bölge, geçiş bölgesi ve sünek bölge olmak üzere üç ana bölgeye ayırırız.

• Gevrek bölgede malzemenin, düşük sıcaklıklarda düşük kırılma enerjisine sahip olduğu ve gevrek olarak ani bir şekilde kırılarak hasara uğrayacağını anlarız.

• Sünek bölgede malzemenin, nispeten yüksek sıcaklıklarda yüksek kırılma enerjisine sahip olduğu ve sünek olarak yani plastik şekil değişimi özelliği göstererek hasara uğradığını anlıyoruz.

• Geçiş bölgesi, malzemenin sünek kırılma davranışından, gevrek kırılmaya geçişin meydana geldiği bölgedir.

• Geçiş bölgesinin tam orta noktası, yani % 50 gevrek, % 50 sünek kırılmanın olduğu noktadaki sıcaklık değeri, sünek-gevrek geçiş sıcaklığı (T_g) olarak adlandırılır.

• Gevrek bölge ile geçiş bölgesini ayıran noktaya, tam gevreklik sıcaklığı (T_TGS veya T₁)adı verilir.

• Bu sıcaklık değerinin altında malzeme tamamıyla gevrek kırılacağı anlaşılır.

• Sünek bölge ile geçiş bölgesini ayıran noktaya da tam süneklik sıcaklığı (T_TSS veya T₂)adı verilir.

• Bu sıcaklık değerinin üstünde de malzeme

tamamıyla sünek kırılma özelliği sergileyecektir.

• Çentik darbe deneyi ile malzemenin sünek- gevrek geçiş sıcaklığını belirlemek amacıyla

hazırlanan numuneler, önce termos içerisindeki sıvı azot içerisine yerleştirilerek, termometre ile numunenin hangi eksi sıcaklık değerine

ulaşması arzu ediliyorsa, ölçülerek tayin edilir.

• Numune termostan çıkarılarak, hemen çentik darbe deneyi uygulanır.

• Yüksek sıcaklık için de fırınlara yerleştirilerek numune sıcaklığı belirlenir.

• Tasarım mühendisleri, malzeme seçimini yaparken malzemelerin sünek-gevrek geçiş sıcaklıklarını

dikkate alırlar.

• Riske girmemek için daima geçiş sıcaklığı düşük olan malzemeyi seçmek gerekir.

• Çünkü seçilecek malzemenin kulanım ortamındaki sıcaklık değeri, bazen çok düşük olabilir,

• Bazen da yüksek olabilir.

• Dolayısıyla malzemenin kullanıldığı ortamdaki sıcaklık değişimi daima dikkate alınmalıdır.

• Örneğin; bir gemi, sıcak sularda yüzebileceği gibi, soğuk su ortamlarında da bulunabilir.

• Bu nedenle gemiyi imal edeceğimiz malzemenin geçiş sıcaklığının düşük olması arzu edilmelidir.

• Zaten bu amaçla, çelik üretici firmalar geçiş sıcaklığı düşük gemi imalat çelikleri

geliştirilmiştir.

• Gemi imalatında kullanılan düşük karbonlu çeliklerin sünek-gevrek geçiş sıcaklığı,

malzemenin 27 J 'lük Charpy kırılma enerjisine karşılık gelen sıcaklık değeri olarak alınır.

• Bu özellik, gemi çeliklerinde T_27J terimiyle gösterilir.

• Bazı malzemelerin kırılma enerjileri, sıcaklığa bağlı olarak değişmesine rağmen,

• bazı malzemelerin kırılma enerjileri ise değişmemektedir.

• Orta karbonlu bir çeliğin kırılma enerjisi, sıcaklık düştükçe oldukça büyük bir oranda belirgin bir değişiklikle azalmaktadır.

• Fakat bakır metalinin kırılma enerjisi ise sıcaklık değiştikçe hemen hemen değişmemekte yani sabit kalmaktadır.

Darbe Direncine Etki Eden Faktörler

• Sıcaklık Etkisi

• Sıcaklığın darbe direncine etkisini belirlemek

amacıyla çeşitli sıcaklıklarda darbe deneyi yapılır.

• Sıcaklık azaldıkça, malzeme süneklikten

gevrekliğe geçiş gösterir, gevrek kırılmanın

oluştuğu sıcaklığa sünek-gevrek geçiş sıcaklığı

denir.

Darbe direncinin sıcaklıkla değişimi.

• Bu şekilde görüldüğü gibi darbe direnci sıcaklık azaldıkça azalmaktadır, bu azalış(T_TSS veya

T₂)𝒗𝒆(TTGS veya T₁)sıcaklıkları arasında çok şiddetlidir.

• (T_TGS veya T₁)sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda malzeme gevrek bir davranış gösterir.

• Kırılma, ayrılma düzlemleri boyunca olup, kırılma yüzeyi ince taneli görünüştedir.

• Bu sıcaklıklarda darbenin tesiri ile çatlak oluşması kolaydır ve çatlak büyük bir hızla yayılır.

• (T_TSS veya T₂) sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda malzeme sünek davranış gösterir.

• Bu sıcaklıklarda, darbenin etkisiyle malzemede önce plastik deformasyon daha sonra kırılma meydana gelir ve çatlağın yayılma hızı yavaştır.

• Bu durumlarda kırılma, yırtılma şeklinde olur ve kırılma yüzeyi lifli bir görünümdedir.

• (TTGS veya T

) 𝒗𝒆(TTSS veya T

)sıcaklıkları arasında geçiş aralığında her iki davranış birden görülür.

• (T

veya T

)sıcaklığına yaklaşıldığında gevrek,

• (T

veya T

)sıcaklığına yaklaşıldığında sünek

davranış görülür.

• Mühendislik uygulamalarında(T

veya

T

)sıcaklığı(T

veya T

)ye göre daha önem- lidir,

• çünkü deneyi yapılan malzeme bu sıcaklığın altında tamamen gevrek davranış

gösterdiğinden bu sıcaklıktan daha düşük sıcaklıklarda kullanılmaz.

• Geçiş sıcaklığı olarak da(T

veya T

)sıcaklığı

alınır ve bu sıfır süneklik sıcaklığıdır.

(T

veya T

)sıcaklığının tayininde şu kriterlerden faydalanılır;

• Darbe veya kırılma enerjisi

• Kırılma yüzeyinin görünüşü

• Kırılma sonrası çentik tabanında meydana

gelen enlemesine büzülme.

• Kırılma enerjisi kriter olarak alındığından genellikle 2-3 kgm. (15-20 ft-lb)’ lik kırılma enerjisine karşı gelen sıcaklık geçiş sıcaklığı olarak alınır.

• Kırılma yüzeyi görünüşü kriter olarak

alındığında kırılma yüzeyinde kristalin şeklinde

görülen alanın tüm kesit alana oranı yaklaşık

olarak tespit edilir.

• (a) şekli sünek davranışa, (h) şekli ise çok gevrek davranışa ait görünüştür.

• Kesitte % 50 kristalin görünüşü veren sıcaklık geçiş sıcaklığı olarak alınır.

• Şekil a.’ da sünek davranış halinde çentik tabanında belirli miktarda büzülme

görülmektedir.

• Gevrek davranış halinde (Şekil h.) ise plastik şekil değiştirme olmadığından çentik tabanında en-

lemesine büzülme görülmez.

• Bu büzülme miktarı kriter olarak alındığında % 1 büzülme gösteren sıcaklık, geçiş sıcaklığı olarak alınır.

• Malzemelerin süneklikten gevrekliğe geçiş

sıcaklığı mühendislik uygulamalarında, özellikle malzeme seçiminde önemlidir.

• Geçiş sıcaklıkları düşük olan malzemeler tercih edilir.

• Geçiş sıcaklığı malzemeden malzemeye

değişebileceği gibi, aynı tip malzemede kimyasal

bileşim, tane boyutu, mikro yapı, soğuk işlem

derecesi gibi faktörlerin tesiri ile de değişebilir.

Çentik Etkisi

• Çentikli bir parça zorlandığı, zaman çentiğin tabanına dik bir gerilme meydana gelir.

• Kırılmanın, başlaması bu gerilmenin etkisiyle olur.

• Çentiğin şekli çentik tabanında meydana gelen gerilme durumunu değiştirdiğinden darbe

direncini etkiler.

• Şekil de çentik açısının darbe direncine etkisini göstermektedir.

• Bu şekilde çentik açısı daraldıkça darbe direnci azalmakta ve malzeme daha kırılgan olmaktadır.

Çentik açısının darbe direncine etkisi

Kimyasal Bileşim Ve Mikro Yapının Etkisi

• Çeliklerde karbon ve diğer alaşım elemanları belirli bir sıcaklıkta çentik tokluğunu

etkiledikleri gibi geçiş sıcaklığını da etkilerler.

• Karbon miktarı arttıkça süneklik azalmakta geçiş sıcaklığı artmaktadır.

• Diğer alaşım elementlerinden manganezin etkisi ise artan manganez miktarı ile geçiş sıcaklığının düşmesidir.

• Alüminyum ile söndürülmüş karbon

çeliklerinin geçiş sıcaklığı, söndürülmemiş

çeliklerden daha düşüktür.

• Genel olarak küçük taneli çelikler, kaba

tanelilerden daha yüksek bir çentik tokluğuna sahiptirler.

• Tane boyutu küçüldükçe geçiş sıcaklığı azalır.

• Çeliğin mikro yapısı çentik tokluğunu bileşim ve mekanik özelliklerden bağımsız olarak

etkileyebilir.

• Temperlenmiş martenzit veya beynitik yapı diğer mikro yapılara oranla en yüksek çentik tokluğu ve en düşük geçiş sıcaklığı sağlar.

• Haddelenmiş veya dövülmüş malzemelerde

yapının yönlenmesi nedeniyle oluşan anizotropik durum, bu malzemelerde farklı yönlerde alınan numunelerde farklı çentik tokluğu değerleri verir.

 Sünek-Gevrek geçiş sıcaklığı (DBTT)

 Çentik Duyarlılığı - çentik etkisi , yorulma ömrü yada tokluk gibi malzemelerin

özelliklerinde ki diğer kusurlar ölçülür

Darbe Testinden Elde Edilen Özellikler

• Charpy testi ile numunenin kırılma esnasındaki absorbe ettiği enerji miktarı ölçülebilir.

• Çentik tokluğu: bir metalin çentik uçlarında meydana gelen yerel gerilmeler altında plastik

akma kabiliyet ve kapasitesidir.

Metallerde Gevrek Kırılmaya Etki Eden Üç Temel Faktör Vardır.

• Üç eksenli gerilme

• Düşük sıcaklık

• Yüksek genleme hızı ve hızlı yükleme

Darbe testi malzemelerin gevrek davranışı hassasiyetle belirleyebilir.

a) b) c) a)Gevrek kırılma, b) sünek-gevrek karışık kırılma,

• Sünek-gevrek geçiş sıcaklık eğrisi şu faktörlerden etkilenir ;

• Kristal yapıdan

• Atomlar arasındaki uzaklıklardan

• Tane boyutu

• Isıl işlem

• Numune yönünden

• Numune kalınlığında

• Numune Yönünün etkisi

 Longitudinal (B) (boyuna) en iyi enerji

absorbsiyonunu verir,

çünkü çatlak fiber sıraları boyunca yayılır.

 Transverse (C) (Enine) en kötü absorbsiyon enerjisi verir. Çünkü; çatlak

yayılımı hadde yönüne (rolling direction)

paraleldir

• Numune kalınlığının etkisi

• Geniş numune

kullanılırsa geçiş sıcaklığı artacaktır.

• Geniş numune boyutundaki

numuneler daha

gevrektir.

2.Dünya savaşı esnasında 0^⁰ altında kaynaklı bölgedeki kusurlardan başlayan çatlaklardan dolayı gemi hasara uğramıştır

Geschweißte Straßenbrücke (Belgien) KAYNAKLI KÖPRÜ (ARAÇ GEÇİŞLERİ İÇİN) -BELÇİKA

İMALAT YILI 1937, YIKILMA YILI 1938

Isıl işlemin etkisi;

• Temperlenmişmartenzitik çelik yapısı mukavemet ve darbe dayanımı

kombinasyonunu en iyi örneğidir.

• Tane boyutunun etkisi;

• 7.Charpy V-deneyi HMK karbon çelikleri ve YMK paslanmaz çelikleri için.

• YMK kristal yaspısı en yüksek absorblanmış enerjiye sahiptir.

• Geçiş sıcaklığı yoktur

1- Malzemelerin kullanım için gevrek olup olmadığını belirlemek için 2- Malzemelerin çentik etkisinden dolayı gevrek olarak kırılıp

kırılmadığını belirlemek

3- Malzemelerin özellikle de çeliklerin yaşlanma eğilimlerinin olup olmadığını anlamak için

4- Malzemelerin sünek – gevrek geçiş sıcaklıklarını belirlemek için

Titanic’in yapımından kullanılana çeliğin sünek-kırılgan geçiş sıcaklığı Kuzey Denizi’nin su sıcaklığından yüksek olduğu için buzdağı ile meydana gelen çarpışma sonucunda gövdeyi oluşturan plakaları bir arada tutan cıvatalar kolaylıkla kırılmış ve gemi

batmıştır.

• Charpy ve İzod Darbe Deneyleri arasındaki fark

İzod darbe deneyinde,

• (1) numuneler dikey ve konsol kriş halindeki bir kavrama çenesine tespit edilerek kırılmaktadır.

• (2) Numune üzerindeki çentik numunenin üçte birlik kısmına açılır.

• (3) Çekiç numunenin ucuna vurarak

numunenin kırılması sağlanır.

• Charpy ve İzod Darbe Deneyleri arasındaki fark

Charpy darbe deneyinde,

• (1) numuneler yatay ve basit kriş halindeki iki mesnede oturtularak kırılmaktadır.

• (2) Numune üzerindeki çentik numunenin orta kısmına açılır.

• (3) Çekiç numune üzerindeki çentiğin

ters tarafından vurarak numunenin

YMK ve HMK metallerin darbe direnci-sıcaklık ilişkilerinin farkları

Yüzey Merkezli Kübik (YMK) metallerin düşük sıcaklıklarda bile sünek kırılma eğilimindedir.

Hacim merkezli Kübik (HMK) metallerin ise yüksek sıcaklıklarda sünek, düşük sıcaklıklarda ise gevrek kırıldıkları görülmektedir.

• Gri dökme demirden hazırlanan darbe deneyi numunelerine çentik açılmamasının sebebi.

• Gri dökme demirin içerisinde bulunan lameller çentik etkisi yapacağından, gri

dökme demir darbe deneyi numunelerine

çentik açılmaz.

ÖRNEK ÇÖZÜMLER

• Ö1-Uzunluğu 55 mm ve Kenarları 20 mm kare

kesitli çentikli bir darbe numunesinde 4

mm’lik V-çentik açılmıştır. Kırılma esnasında

absorbe edilen enerji 160 Joule olduğuna

göre numunenin çentik darbe direnci kaç

kJ/m

’dir.

Çözüm:

Önce numunenin çentik açılmış kısmın altındaki kesit alanını bulmamız gerekir.

Numunenin kesit alanı = 20 mm x 16 mm = 320 mm² = 320 x 10^-6 m²

Çentik darbe Mukavemeti = 160 x 10^-3 (kJ) /320 x 10^-6 m²

= 500 kJ/m²

• Ö2-Bir malzemenin çentik darbe deneyi sonuçları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Deney sonuçlarını uygun bir diyagramda göstererek, sünek-gevrek geçiş sıcaklığını yaklaşık değer olarak belirleyiniz.

Çekicin ağırlığı (N) Çekicin ilk yüksekliği (m)

Çekicin parçayı kırma anındaki sıcaklığı (°C)

Çekicin parçayı kırdıktan sonra çıktığı

yükseklik (m)

200 1,3 20 1,2

200 1,3 10 1,21

200 1,3 0 1,25

200 1,3 -10 1,29

• Çözüm: Sünek gevrek geçiş sıcaklığını gösterebilmemiz için Kırılma enerjisi-Sıcaklık diyagramını çizmemiz gerekir. Bu nedenle öncelikle her bir sıcaklık değerindeki kırılma enerjilerini bulmamız gerekecektir.

• Kırılma enerjisi veya darbe direnci = (G.h) - (G.h₁) = G (h-h₁)

Çekicin parçayı kırma anındaki sıcaklığı (°C)

Kırılma enerjisi (Nm) Kırılma enerjisi (Joule)

20 = 200 ( 1,3 – 1,2) = 20 Nm 20 Joule

10 = 200 ( 1,3 – 1,21) = 18 Nm 18 Joule

0 = 200 ( 1,3 – 1,25) = 10 Nm 10 Joule

-10 = 200 ( 1,3 – 1,29) = 2 Nm 2 Joule

Sünek-gevrek geçiş

sıcaklığı= (20 + 2) / 2 = 11 Joule

11 J değerinin grafikten yaklaşık 0°C ye denk geldiğini görebiliriz.

Bu malzeme için sünek- gevrek geçiş sıcaklığı 0°C dir.

0 5 10 15 20 25

-20 -10 0 10 20 30

Kırılma Enerjisi (J)

Sıcaklık (°C)

Gevrek kırılma Sünek kırılma

Sünek – Gevrek geçiş sıcaklığını bulmak için

bulduğumuz en yüksek kırılma enerjisi değer ile en düşük değerin ortalamasını alırız.

• Ö3-En dar yerinin kesiti 8 cm² olan çentikli bir çelik çubuk, çentik darbe deneyinde 600 N

ağırlığındaki bir çekicin oda sıcaklığında 200 cm yükseklikten düşürülmesi sonucu kırılıyor. Çekiç kırma olayından sonra 30 cm yükseğe çıkıyor.

(a) Bu malzemenin çentik darbe mukavemetini bulunuz?

(a) Aynı deney -10 °C sıcaklığında tekrarlandığında, çentik darbe mukavemeti değerinin yarıya indiği görülüyor. Bu son deneyde çekiç parçayı

kırdıktan sonra ne kadar yükseğe çıkar?

Çözüm: Verilenler

G = 600 Newton h = 200 cm

h

= 30 cm

Numune kesiti= 8 cm

Çentik darbe mukavemetini bulmak için önce kırılma enerjisi bulmamız gerekir.

Sonra bulduğumuz değeri numune kesit alanına

bölerek darbe mukavemetini buluruz.

• Kırılma enerjisi veya darbe direnci = (G.h) - (G.h₁) = G (h-h₁)

• Kırılma enerjisi = 600 (N) x (2 metre - 0,3 metre) =1020 Nm

Darbe mukavemeti = 1020 (Nm) / 8(cm²)

= 127,5 Nm/cm²

Aynı deney -10 °C sıcaklığında tekrarlandığında, çentik darbe mukavemeti değerinin yarıya indiği görülüyor. Bu son deneyde çekiç parçayı kırdıktan sonra ne kadar yükseğe çıkar?

• Çentik darbe mukavemeti yarıya indiğine göre;

-10 °C sıcaklığındaki çentik darbe mukavemeti

= 127,5 / 2 = 63,75 Nm/cm²

-10 °C sıcaklığında çekiç parçayı kırdıktan sonra ne kadar yüksekliğe çıktığını bulmak için -10 °C sıcaklığındaki çentik darbe mukavemeti değerinden yola çıkarak kırılma enerjisini bulmamız gerekir. Kırılma enerjisini bulduktan sonra çekiç yüksekliğini kolayca bulabiliriz.

Kırılma enerjisi = Çentik darbe mukavemeti x kesit alanı

Kırılma enerjisi = 63,75 Nm/cm

x 8 cm

= 510 Nm Kırılma enerjisi = G (h-h

) = 600 (2 - h

)

510 = 600 (2 - h

)

h

= 1,15 metre

• Ç1-Charpy çentik darbe deneyi için hazırlanan numune, çeşitli sıcaklıklarda sarkaçlı çentik darbe cihazında kırılmaktadır. Cihazda

kullanılan çekicin ağırlığı 30 kg olup 1,2 m yükseklikte bırakılarak numune kırılmaktadır. Numunenin hangi sıcaklıkta çekiç tarafından kırılıp ne

kadarlık bir mesafeye kadar yükseldiği ile ilgili bilgiler aşağıdaki tabloda verilmektedir. Bu numuneye ait kırılma enerjisi - sıcaklık diyagramını çiziniz ve sünek-gevrek geçiş sıcaklığını (T_g) belirleyiniz.

Çekicin parçayı kırma Çekicin numuneyi anındaki sıcaklığı (°C) kırdıktan sonra çıktığı

yükseklik (h₁) (m)

50 0,39

20 0,4

10 0,5

0 0,7

-10 0,84

-20 0,9

-50 0,93

• Ç2.Standartlara göre AlSl 4140 çeliğinden hazırlanan Charpy test numunesi, 200 J

kapasiteli bir çentik darbe deneyi cihazında kırılmış ve darbe mukavemetinin 77 J/cm

olduğu belirlenmiştir. Sarkaçlı cihazın çekici, numuneyi kırdıktan sonra ne kadarlık bir

yüksekliğe çıkmış olabilir?

• Ç3. Kaynaklı bir çelik levhanın, Charpy çentik darbe deneyi yapılacaktır. Hazırlanan kare

kesitli numunenin uzunluğu, 55 mm ve

kenarları 10 mm olup, numuneye 2 mm'lik V çentik açılmıştır. Çentik darbe deneyi

sonucunda numunenin kırılma esnasında

absorb ettiği kırılma enerjisinin 250 Joule

olduğu hesaplanmıştır. Bu çeliğin, çentik

darbe mukavemeti kaç kJ/m

'dir?

• Ç4. Charpy çentik darbe deneyi için hazırlanan çelik test numunesinin, çentik altındaki en dar yerinin kesiti, 80 mm² olarak hesaplanmıştır. Çentik darbe cihazının sarkacına 30 kg ağırlığında bir çekiç, oda sıcaklığında 150 cm yükseklikten

düşürülerek, çelik numune kırılıyor. Çekiç, numuneyi kırdıktan sonra 20 cm yüksekliğe çıkıyor.

(a) Çelik malzemenin, çentik darbe mukavemetini hesaplayınız?

(b) Çelik numune, -20°C sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra çentik darbe deneyi yapıldığında oda sıcaklığındaki çentik darbe mukavemet değeri 1/3 oranında azalıyor. Bu durumda deney cihazının çekici numuneyi kırdıktan sonra ne kadar yüksekliğe çıkmıştır?