close

Enter

Log in using OpenID

ÇEKME DENEYİ (1) - Celal Bayar Üniversitesi

embedDownload
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
1. DENEYİN AMACI:
Malzemede belirli bir şekil değiştirme meydana getirmek için uygulanması gereken
kuvvetin hesaplanması ya da cisme belirli bir kuvvet uygulandığında meydana gelecek
şekil değişiminin belirlenmesi mühendislikte büyük önem taşır. Şekil değiştirme ve bu
şekil değiştirmeyi veren kuvvet arasındaki bağıntı, malzemenin hangi koşullarda
çalışabileceğini ya da hangi koşullarda şekillendirilebileceğini belirlemektedir.
Kuvvet ve şekil değiştirme arasındaki bağıntıların incelenmesi bakımından en basit
deney çekme deneyidir. Çekme deneyi; malzemelerin statik yük altındaki elastik ve
plastik davranışlarının (mekanik özeliklerinin) belirlenmesi, mekanik davranışlarına
göre sınıflandırılması ve malzeme seçimi amacıyla yapılır. Bu deneyde standart çekme
numunelerinin mukavemet değerleri ölçülür. Elde edilen değerler karşılaştırılarak,
malzemelerin mekanik özellikleri değerlendirilir. Metal malzemelerin çoğunda bazı
mekanik özellikleri ölçebilmek için standartlarda belirlenmiş kurallar içinde çekme
deneyleri yapılır. Şekil 1‟de örnek bir gerilme-şekil değişimi grafiği verilmiştir.
2. TEORİK BİLGİ
2.1.Tanımlar
Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.
Deney numunesinin çekme kuvvetine dik doğrultudaki kesit yüzeyi başlangıçta
A0, deney sırasında P kuvvetinin uygulandığı anda ise A ile gösterilirse, nominal
gerilme (mühendislik gerilmesi/hesaplanan);
(1)
1
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Gerçek gerilme (oluşan gerilme);
(2)
Olarak tanımlanır.
Birim Şekil Değiştirme (e): Malzemeye kuvvet uygulandığında oluşan boy
değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranıdır. Başlangıç ölçü boyu l0,
deneyin herhangi anında P yükünün etkisi ile l değerini aldığında, çekme
doğrultusundaki birim şekil değiştirme (birim uzama);
(3)
bulunur.
Gerçek Şekil Değiştirme (ε): Deney sırasında ölçü boyu sürekli değişmektedir.
Ölçü
boyu deneyin herhangi bir anında l iken, dl gibi sonsuz küçük bir uzama sonunda
birim şekil değiştirmedeki artış dl/l olacaktır. Bu bakımdan, l0 başlangıç boyu l değerini
alıncaya kadar meydana gelen toplam gerçek şekil değiştirme;
(4)
ε, logaritmik veya tabii şekil değiştirme olarak da anılır ve l>l 0 olduğu için pozitiftir.
Denklem 3,
şeklinde yazılıp denklem 4‟e taşınırsa,
2
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
(5)
bulunur.
Küçük e değerleri yani elastik şekil değişimi için,
alınabileceğinden
kabul edilir. e‟nin büyük değerleri için ε ve e arasındaki fark hızla artar.
Elastisite Modülü (E): İki atom arasındaki bağ kuvveti olarak tanımlanmaktadır
ve
malzemenin dayanımının (mukavemetinin) ölçüsüdür. Elastisite modülü malzemeye
ait
karakteristik bir özelliktir. Elastisite modülü yükseldikçe, atomlar arası bağ kuvvetinin
arttığı, bununla birlikte mukavemetin ve akma gerilmesi arttığı söylenebilir. Birim
uzama
ile normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal
ilişkinin bir
sonucu olup birim uzama başına gerilme olarak tanımlanır. Birim uzama ile
normal
gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişki şöyle
tanımlanabilir:
(6)
Malzemeye kuvvet uygulandığında, malzemede meydana gelen uzamalar elastik
sınırlar
içinde gerilmelerle orantılıdır. Buna “Hooke Kanunu” adı verilmektedir.
Elastisite
modülü malzemeye ait karakteristik bir özelliktir.
Akma dayanımı (a): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına
karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının
düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir. Bu değer akma
kuvvetinin
(Fa) numunenin ilk kesit alanına bölünmesiyle (sa = Fa/A0) bulunur. Düşük
karbonlu
yumuşak çelik gibi bazı malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin
akma sınırı
gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermemesi durumunda, genelde
%0,2'lik
3
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
plastik uzamaya (eplastik = 0,002) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma
dayanımı olarak alınır (Off-set Kuralı). Şekil 5 (B)‟de belirgin akma göstermeyen bir
malzemenin çekme diyagramı ile bu malzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği
görülmektedir.
Çekme dayanımı (ç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar
dayanabileceği en yüksek gerilme değeri çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu
gerilme,
çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, aşağıdaki
formül ile bulunur.
Kopma Gerilmesi (σK): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir.
4
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Şekil 1. Çekme deneyinde üniform uzama, büzülme ve kopma.
Yüzde Kopma Uzaması (KU): Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en
yüksek yüzde plastik uzama oranı olarak tanımlanır. Çekme deneyine tabi tutulan
numunenin kopan kısımlarının bir araya getirilmesi ile son boy ölçülür ve boyda
meydana gelen uzama
(7)
bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin
kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise;
(8)
bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin
sünekliğini
gösterir.
Yüzde Kesit Daralması (KD): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen
en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup;
5
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
bağıntısı ile hesaplanır. Burada A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, Ak ise
kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. Ak nın
hesaplanması isçin hacmin sabit kalacağı ifadesi kullanılır.
Kesit daralması, kopma uzaması gibi sünekliğin bir göstergesidir. Sünek
malzemelerde belirgin bir büzülme veya boyun verme meydana gelirken, gevrek
malzemeler büzülme göstermezler. Şekil 2‟de gevrek ve sünek malzemelerin kırılma
davranışları şematik olarak gösterilmiştir. Şekil 3‟de gevrek ve sünek malzemelere ait
çekme deneyi grafiği görülmektedir.
Şekil 2. Gevrek (A) ve sünek (B) malzemenin kırılma şekli.
Şekil 3. Gevrek ve sünek malzemelere ait çekme deneyi grafiği.
6
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Tablo 1. Çekme Deneyi ile Ölçülebilen Malzeme Değerleri
Malzeme Değeri
Sembol
Birim
Rm (Ç)
N/mm2 (MPa)
Üst Akma Dayanımı (Üst Akma Sınırı)
ReH (üst)
N/mm2 (MPa)
Akma Sınırları Alt Akma Dayanımı (Alt Akma Sınırı)
ReL (alt)
N/mm2 (MPa)
Çekme Dayanımı
% 0,2 Uzama Dayanımı (% 0.2 Uzama Sınırı) Rp0,2 (0.2) N/mm2 (MPa)
Kopma Dayanımı
(k)
N/mm2 (MPa)
Kopma Uzaması
ek
%
Kopma Büzülmesi
rk
%
Üniform Uzama
eh
%
Elastisite Modülü
E
N/mm2 (MPa)
Akma Sınırı Uzaması
eak
%
Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya
elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği enerjiyi‚ şekil değişimini yapan
kuvvetin kaldırılması ile geri vermesi özelliğine rezilyans denir. Bu enerji, gerilmebirim uzama (-) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan
ile belirlenir ve numune kırılınca geri verilir. Elastik alanda akma sınırına kadar
yapılan birim hacim şekil değişimi işine rezilyans modülü denir.
7
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Tokluk: Malzemenin birim hacmi başına düşen plastik şekil değiştirme enerjisi olarak
tanımlanır ve malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama veya soğurma yeteneğini
gösterir. Tokluk, genellikle - eğrisinin altında kalan alanın
hesaplanması ile bulunur. Bu formüldeki malzemede kırılıncaya kadar meydana gelen
en yüksek veya toplam birim şekil değiştirme miktarıdır. Tokluğun gerilme–birim
uzama eğrisi yardımıyla belirlenişi Şekil 4‟te gösterilmiştir.
Şekil 4. Gerilme-birim uzama eğrisi yardımıyla şekil değiştirme enerjilerinin (rezilyans ve
tokluk) belirlenmesi.
2.2.Çekme Diyagramı
Şekil 3‟ten görüleceği gibi e başlangıçta σE ile doğrusal olarak artar. Bu bölgede şekil
değişimi elastiktir diğer bir deyişle yükün boşaltılması ile parça başlangıçtaki boyunu
alır. Doğrunun (Hooke doğrusu) eğimi elastik modülü (E) verir. Doğru boyunca
σE=E.e bağıntısı (Hooke kanunu) geçerlidir. Çekme deneyinde parça uzarken kesit
yüzeyi de azalır. Deney çubuğunun eksenine dik doğrultudaki birim şekil değiştirme
8
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
(en veya kalınlık doğrultusu) ile eksenel (boyuna) doğrultudaki birim şekil değiştirme
arasındaki oranın mutlak değerine poisson oranı denir.
Şekil 5 (D)‟de A noktasına kadar elastik şekil değişimi vardır ve B noktasına kadar
şekil değişimi yine elastiktir. Fakat A ve B noktaları arasında e ve σn doğrusal olarak
artmaz. Yani bu noktalar arasında Hooke kanunu geçersizdir. B noktası elastik sınırdır.
Elastik sınır; çekme yükü kaldırıldığı zaman malzemede kalıcı (plastic) şekil
değişiminin görülmediği en büyük gerilmedir. Genellikle orantı sınırı ile elastiklik
sınırı birbirine çok yakın oldukları için, B noktasının A noktası ile çakıştığı kabul
edilebilir. Elastik sınır aşıldığında plastik şekil değişimi başlar. Şekil 5 (D)‟den
görülebileceği gibi plastik alanda çekme eğrisinin E maksimum noktasından önce
bir D noktasında yük boşaltıldığı takdirde, geriye dönüş OA doğrusuna paralel DD‟
doğrusu boyunca olur. Yük boşaldığında toplam şekil değiştirme elastik bölgede
yapılan elastik şekil değişimi ee kadar azalmaktadır. Plastik şekil değişimi ep kadar
kalıcı birim şekil değiştirmeye uğradığı görülür.
Düşük karbonlu çeliklerde görülen belirgin akma (üst akma ve alt akma sınırı )
görülmektedir. Arayer atomları (C, N) dislokasyonların altındaki çekme gerilmesi
bölgesine difüze olurlar ve Cotrell Atmosferi diye anılan atom yığılmalarını
oluştururlar. Cotrell atmosferi dislokasyonun hareketini engeller. Dolayısıyla
dislokasyonun hareket edebilmesi için Cotrell atosferinden kurtulması, bunun için de
uygulanan gerilmenin yükseltilmesi gerekir. Gerilme, dislokasyonları atmosferlerinden
kurtardığı anda gerilme değerinde ani bir düşme olur. Akmanın bu şekilde meydana
geldiği en yüksek nominal gerilme değerine üst akma sınırı, akmanın devam ettiği
ortalama nominal gerilmeye alt akma sınırı denir (Şekil 5 (A) ve 6).
9
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Şekil 5. Çekme diyagramları.
Üst akma sınırından sonra çekme çubuğunda şekil değişimi homojen olmaktan çıkar
ve akma boyunca çubukta çekme doğrultusu ile yaklaşık 45° açı yapan bantlar oluşur.
Lüders-Hartmann bantları olarak adlandırılan bantlar akma süresince tüm çekme
çubuğuna yayılır.
Şekil 6. Lüders-Hartmann bantları.
10
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
Sıcaklık artışı ile dislokasyon hareketi kolaylaşmakta ve malzeme daha küçük
gerilmelerde plastik şekil değişimine uğramaktadır.(Şekil 7)
Şekil 7. Sıcaklığın malzemenin plastik şekil değişimine etkisi.
Malzemede katı çözelti miktarı artması ile dislokasyon hareketini sınırlayan arayer ya
da yeralan katı ergiyikleri oluşmaktadır. Miktar arttıkça aynı şekil değişimini
gerçekleştirmek için gereken gerilme artmaktadır (Şekil 8) . Dislokasyon hareketini
engelleyen faktörler çekme gerilmesini ve malzeme mukavemetini arttırmaktadır.
Şekil 8. Malzemedeki katı çözelti miktarı değişiminin mukavemete etkisi.
Çekme deneyi sırasında, deney parçasının kesiti sürekli olarak azalır. Mühendislik
gerilmenin hesabında, P çekme kuvveti deney başlangıcındaki Ao kesitine bölündüğü
için, deney parçasına etki eden gerçek gerilmenin mühendislik gerilmeden farklı
olduğu açıktır. Gerçek gerilme, hesaplandığı andaki çekme kuvvetinin, e andaki parça
kesitine bölünmesi ile bulunur. Çekme deneyi sırasında, deney parçasındaki şekil
değişimi de homojen değildir mühendislik % uzama (%ε) deney parçasının
11
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
boyundaki değişimin (Δl) orijinal boya bölünmesiyle elde edilir. Gerçek şekil
değiştirme (% uzama) ise her an için uzayan boya göre hesap edilir. Gerçek gerilme ve
gerçek uzama diyagramı Şekil 5 (C) „de görülmektedir.
3. Çekme Deneyi Cihazı ve Deneyin Yapılışı
Çekme cihazı (Şekil 9) esas olarak; birbirine göre aşağı ve yukarı hareket edebilen,
deney parçasının bağlandığı iki çene ve bunlara hareket veya kuvvet veren, bu iki
büyüklüğü ölçen ünitelerden oluşur. Çenelerden birisi sabit hızda hareket ettirilerek
deney parçasına değişken miktarlarda çekme kuvveti uygulanır ve bu kuvvete karşılık
gelen uzama kaydedilir. Çekme testinde boyutları standartlara uygun daire veya
dikdörtgen kesitli numune; çekme cihazının çenelerine bağlanır ve numuneye ekseni
boyunca yük uygulanır.
Şekil 9. Çekme deneyi cihazı.
Çekme deneyinin yapılışı çeşitli standart ve kaynaklarda ayrıntılı biçimde verilmiştir.
Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Çekme deney
numuneleri, içi dolu çubuk, boru, profil, köşebent, levha veya inşaat demirinden ilgili
standardlara göre talaşlı işleme ile hazırlanır. Çekme deneyinin yapılışı ve deney
numuneleri farklı standartlarda detaylı olarak verilmektedir. Türk standartlarında TS
138 A, B, C, D, E, F olmak üzere altı tip numune bulunur. Şekil 10‟da TS 138 A
normuna göre hazırlanmış numune görülmektedir. Bu şekilde d0 numunenin çapını, dı
baş kısmının çapını (1,2d0), lv inceltilmiş kısmın uzunluğunu (l0 + d0), l0 ölçü
uzunluğunu (5d0), h baş kısmının uzunluğunu ve lt numunenin toplam uzunluğunu
göstermektedir. Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50
12
MALZEME
MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ÇEKME DENEYİ
TS 138A şeklinde gösterilebilir. Son yıllarda Avrupa birliği uyum sürecinde çekme
deneyi ile ilgili olarak kullanılan standart EN 10002‟dir.
Şekil 10. Çekme numunesi boyutları.
4. Kaynaklar

Doç. Dr. Ramazan KAYIKÇI, Araş. Gör. Gülşah AKTAŞ, Sakarya Üniversitesi,
Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü, Çekme Deneyi Föyü.

Mehmet Yüksel, Cemal Meran, “Malzeme Bilgisine Giriş Cilt 2”, MMO, 2010.

Yrd. Doç.Dr. Kemal YILDIZLI, On Dokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik
Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Çekme/Eğme Deney Föyü.
Kayalı ES., Ensari C., Dikeç F. Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, İTÜ
Kimya-Metalurji Fakültesi Yayını, 1996.
13
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
7
File Size
874 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content