Malzeme Bilgisi-Ders 7

MALZEME BİLGİSİ
DERS 7
DR. FATİH AY
www.fatihay.net
[email protected]
GEÇEN HAFTA
 KRİSTAL KAFES NOKTALARI
 KRİSTAL KAFES DOĞRULTULARI
 KRİSTAL KAFES DÜZLEMLERİ
 DOĞRUSAL VE DÜZLEMSEL YOĞUNLUK
 KRİSTAL VE KRİSTAL OLMAYAN MALZEMELER
BÖLÜM IV
METALLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ
 GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ
 ANELASTİKLİK
 MALZEMELERİN ELASTİK ÖZELLİKLERİ
 ÇEKME ÖZELLİKLERİ
 GERÇEK GERİLME VE GERÇEK BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME
 BASMA, KESME VE BURULMA DEFORMASYONU
 SERTLİK
ÖĞRENECEKLERİNİZ:
• Mühendislik gerilmesi
tanımlayabilirsiniz
ve
birim
şekil
değiştirmesini
• Hook kanunu yazabilir ve hangi durumlarda geçerli olduğunu
bilirsiniz
• Poisson oranını tanımlayabilirsiniz
• Verilen bir gerilme-birim şekil değiştirme eğrisinden (a) elastiklik
modülünü (b)%0,2 akma dayanımını (c) çekme dayanımını ve (d)
yüzde kopma uzamasını belirleyebilirsiniz
GİRİŞ
ASTM : American Society for Testing and Materials (Amerikan
Malzemeler ve Deneyleri Derneği)
Yapıların tasarımıyla uğraşan mühendislerin görevi, doğru bir
şekilde tanımlanmış olan yüklerin etkisi altında, sistemi oluşturan
her bir parçadaki gerilme ve dağılımlarını belirlemektir. Bunun
için, deneysel test teknikleri ve/veya teorik ve matematiksel
gerilme analizlerinden yararlanılır.
GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ
Yük (kuvvet), statik veya zamanla çok az değişiyor ve parçanın
kesit alanına veya yüzeyine üniform şekilde uygulanıyorsa
malzemenin mekanik davranışı gerilme-birim şekil değişimin elde
edilebileceği basit bir deneyle belirlenebilir.
Gerilme Deneyleri:
1- Yük çekme
2- Basma
3- Kayma
GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ
(a) Çekme (b) Basma (c) Kayma ve Burulma deneyleri
Çekme Deneyi:
 Gerilme-birim şekil değişimi verilerinin elde edilmesi için kullanılan en yaygın
deneylerden biridir.
 Numune, ekseni doğrultusunda yavaşça artan şekilde uygulanan bir yükün etkisi
altında çoğunlukla kırılana kadar şekil değiştirir.
 Kesit alanı genelde daireseldir, dikdörtgen kesitli numuneler de kullanılır.
Dairesel kesitli standart bir çekme numunesi
Çekme Deneyi:
 Deney sonuçları yük-uzama olarak kaydedilir.
 Parça büyüklüğüne bağlıdır
 Kesit alanı iki kat büyükse, aynı uzamanın olabilmesi için iki kat
büyüklükteki kuvvete ihtiyaç duyulur
𝜎: Mühendislik Gerilmesi
F: Yük (Uygulanan kuvvet) – Newton
𝐴0 : Numunenin ilk kesit alanı (𝑚2 )
Gerilme
1 𝑀𝑃𝑎 = 106 𝑁
𝑚2
∈: Mühendislik birim şekil değişimi
𝑙0 : Yük uygulanmadan önceki ilk boy
𝑙𝑖 : Yük uygulandığı sıradaki anlık boy ölçümü
Şekil değişimi
𝐵𝑖𝑟𝑖𝑚𝑠𝑖𝑧
www.youtube.com/watch?v=W5A8gU37wGg
Basma Deneyi:
Çalışma koşullarında yükler basma türünde ise basma zorlanmasında gerilme-birim şekil değişimi
verilerinin elde edildiği basma deneyi yapılır.
Basma deneyi, kuvvetin basma olması ve numunenin gerilme ekseni boyunca sıkıştırılması dışında,
çekme deneyine benzer şekilde yapılır.
Kural olarak basma kuvveti negatif alındığından, gerilim negatif işaretlidir.
Dairesel kesitli standart bir çekme numunesi
www.youtube.com/watch?v=6xXqL540Jkw
www.youtube.com/watch?v=yFymwPlo8_o
Kayma ve Burulma Deneyi:
𝛾 = tanθ
𝜏 ∶ Kayma Gerilmesi
𝜃: Şekil değişimi açısı
𝛾: Kayma birim şekil değişimi
 Burulma saf kaymanın bir çeşididir
 Burma kuvvetleri, elemanın ekseni boyunca
bir ucunun diğerine göre dönme hareketi
yapmasına yol açar.
 Burulma deneyleri genellikle silindirik şaft
ve tüplerle yapılır
GERİLME-BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ KAVRAMI
(Elastik Şekil Değiştirme)
 Bir yapıda oluşan deformasyon veya şekil değişiminin miktarı
uygulanan gerilmenin büyüklüğüne bağlıdır.
 Metallerin çoğu nispeten küçük çekme gerilmelerine maruz
bırakıldığında, oluşan gerilme ile birim şekil değişimi arasındaki
ilişki
𝜎=E∈
Hooke Kanunu
∈: Mühendislik birim şekil değişimi
𝜎: Mühendislik Gerilmesi
E: Orantı sabiti– Elastiklik modülü veya Young Modülü (Gpa)
Gerilme ile orantılı olarak değişen şekil değişimine (veya deformasyona) elastik
şekil değişimi adı verilir.
 Elastik şekil değişimi kalıcı değildir
 Gerilme-birim şekil değişimi arasında doğrusal bir ilişki vardır
 Doğrusal olan kısmın eğimi elastiklik modülüne (E) karşılık gelir
 Elastiklik modülü, bir malzemenin elastik şekil değişimine karşı gösterdiği dirençtir
 Elastiklik modülünün yüksek olması uygulanacak bir kuvvet altında malzemede
meydana gelecek değişimin küçük olması anlamına gelir
Anelastiklik:
 Gerilmenin uygulanması sonrasında, elastik şekil değişimi bir süre
devam eder ve yük kaldırıldıktan sonra elastik şekil değişiminin
tamamen geri dönmesi için belirli bir sürenin geçmesi gerekir. Bu
şekilde zamana bağlı olarak meydana gelen elastik davranış
anelastiklik olarak bilinir.
 Metaller için anelastik bileşen küçüktür ve çoğunlukla ihmal edilir.
 Ancak polimer esaslı malzemelerde anelastik bileşen önemli
oranda büyüktür.
Örnek: Başlangıç boyu 305 mm olan bakır bir parçaya 276 MPa’lık
çekme gerilmesi uygulanmaktadır. Şekil değişimi tamamen elastik
olduğuna göre, oluşan uzamayı belirleyiniz
MALZEMELERİN ELASTİK ÖZELLİKLERİ
Poisson oranı (𝜗): Yanal doğrultudaki birim şekil değişiminin, eksenel doğrultudaki
birim şekil değişimine oranı
Örnek: 10 mm çapındaki silindirik
pirinç çubuğa eksenel doğrultuda
çekme gerilmesi uygulanacaktır. Şekil
değişimi tamamen elastik olduğuna
göre, çapta 2,5𝑥10−3 mm’lik bir
daralmanın oluşması için gerekli
yükün büyüklüğünü hesaplayınız.
PLASTİK DEFORMASYON
 Bir çok metalik malzemede elastik davranış yaklaşık 0,005 birim şekil
değişimi miktarına kadar devam eder.
 Malzeme bu noktadan daha fazla deforme edildiğinde artık gerilme
ile birim şekil değişimi arasındaki orantı ortadan kalkar (Hooke kanunu
geçerliliğini yitirir)
 Kalıcı yani geri dönmeyen, plastik deformasyon oluşur.
 Atomsal açıdan, plastik deformasyon çok sayıda atomun veya
molekülün, birbirlerine göre hareketleri sırasında, komşuları ile sahip
oldukları bağları koparmaları ve yeni komşularıyla yeni bağlar
oluşturmalarıdır.
PLASTİK DEFORMASYON
 Gerilme kaldırıldığında atomlar eski konumlarına dönmezler.
 Bu deformasyon kristal ve amorf yapılar için farklıdır
 Kristal katılarda deformasyon dislokasyon hareketi adı verilen kayma
olayı ile gerçekleşir.
 Kristal olmayan yapılarda (ve sıvılarda) plastik deformasyon, viskoz
akış mekanizmasıyla oluşur.
ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Akma
Noktası:
Elastik-plastik
geçişin belirgin olmadığı, geçişin
aşamalı
olarak
gerçekleştiği
metallerde, gerilme-birim şekil
değişimi eğrisinin doğrusallıktan ilk
ayrıldığı yerdir (P noktası).
ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Akma Dayanımı: P noktasının
yerinin kesin olarak belirlenmesi
zor olduğu için, 0,002 olarak
belirlenen şekil bir değişimi
değerinden, eğriye paralel çizilir.
Eğri ile kesiştiği noktadaki gerilme
akma dayanımı, 𝜎𝐴𝑘, olarak
tanımlanır.
ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Belirgin Akma Dayanımı: Gerilmebirim şekil değişimi eğrisinde
doğrusal elastik kısmın sona erdiği
noktada oluşan ani süreksizlikten
dolayı,
plastik
plastik
deformasyonun çok açık bir
biçimde gözlemlenebildiği bu
davranış belirgin akma olayı
olarak adlandırılır.
ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Belirgin Akma Dayanımı: Üst akma
noktasında, plastik deformasyonun
başlaması ile birlikte gerilmede
farkedilir bir düşüş meydana gelir.
Deformasyon oluşumu, alt akma
noktası olarak adlandırılan sabit
bir gerilme değeri civarında
devam eder sonrasında artan
deformasyon ile birlikte gerilmede
artış gözlemlenir.
ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Çekme Dayanımı: Gerilme-birim
şekilde
değişimi
eğrisindeki
maksimum noktadır (M). Bu çekme
zorlanması altında bir yapının
taşıyabileceği maksimum gerilmeye
karşılık gelir.
Kopma dayanımı, kopma (kırılma)
anındaki gerilmeyi işaret eder (F).
Örnek: Şekilde verilen pirinç numuneye ait gerilme-birim şekil değişimi eğrisinden aşağıdaki
özellikleri belirleyiniz.
a) Elastiklik modülü
b) 0,002 birim şekil değişimi için akma
dayanımı
c) Orijinal çapı 12.8 mm olan silindirik
numune
tarafından
taşınabilecek
maksimum yük
d) 345 MPa’lık çekme gerilmesinin etkisi
altında ilk boyu 250 mm olan numunenin
uzunluğundaki değişim
7. DERSİN SONU

Download Report