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
© Copyright 2024 Paperzz
