Transcript R m
MALZEMELERİN
MEKANİK
DAVRANIŞLARI
İÇİNDEKİLER
1. Giriş
2. Kırılma Mekanizmaları
2.1. Mikro Kırılma Mekanizmaları
2.1.1.
Gevrek Kırılma
2.1.2.
Sünek Kırılma
3. Mekanik Test Uygulamaları
3.1. Çekme Testi
3.1.1.
Çekme Sistemi
3.1.2.
Çekme Makinaları
3.1.3.
Çekme Numunesi
3.1.4.
Test Koşulları
3.1.5.
Testin Uygulanması
3.1.6.
Mühendislik Çekme Diyagramı
3.1.6.1. Akma Mukavemetinin Ölçümü
3.1.6.2. Şekil Değiştirme Ölçümleri
3.1.6.3.
Gerçek Gerilme Şekil değiştirme Diyagramı
3.1.6.3.1. Gerçek Gerilmenin Belirlenmesi
3.1.6.3.2. Gerçek Şekil Değiştirmenin Hesaplanması
3.1.6.3.3. Gerçek Gerilme Şekil Değiştirme Diyagramının Matematiksel Tanımı
3.1.6.3.4. Boyun Verme Başlangıcının Matematiksel Belirlenmesi
3.1.7.Dik Anizotropi
3.2. Basma Testi
3.3. Sertlik Testi
3.3.1.Statik Sertlik Ölçüm Yöntemleri
3.3.1.1.
Brinell Sertlik Ölçüm Yöntemi (DIN EN 10003-1)
3.3.1.2.
VICKERS Sertlik Ölçüm Yöntemi (DIN EN 50133)
3.3.1.3.
ROCKWELL Sertlik Ölçüm Yöntemi (DIN EN 10109)
3.4. Malzemelerin Tokluk Özelliklerinin Belirlenmesi ve Tokluk Testleri
3.4.1.Kırılma
3.4.2.Kırılma Mekanizmaları ve Kırılma Çeşitleri
3.4.3.Geçiş Sıcaklıkları ile Kırılma Tiplerinin Belirlenmesi
3.4.4. Çentikli Darbe Tokluk Testi
3.4.4.1. Çentikli Darbe Numunesinin Hazırlanması ve Testin Uygulanması
3.4.4.2. Testin Uygulanması
3.4.4.3. Test Sonuçları
3.4.4.4. Test Sonuçlarının Kullanılması
3.4.5. Enstrümantal Darbe Tokluk Testi
3.4.5.1. Numune Hazırlama ve Testin Uygulanması
3.4.5.2. Test Sonuçlarının Kullanımı
3.4.6. Tokluk Özelliklerine Etki Eden Parametreler
3.4.6.1. Dış Etki Parametreleri
3.4.6.1.1.
Sıcaklık
3.4.6.1.2.
Şekil Değiştirme Hızı
3.4.6.1.3.
Gerilme Durumu
3.4.6.2. İç Etki Parametreleri
3.4.6.2.1.
Kristal Hataları
3.4.6.2.2.
Üretim ve Kullanım Parametreleri
3.4.7. Kırılma Mekaniği
3.4.7.1. Genel
MALZEME ÖZELLİKLERİNİN
BELİRLENMESİ
MEKANİK ÖZELLİKLER
DAYANIM (MUKAVEMET)
SERTLİK
KIRILMA DİRENCİ
YORULMA
AŞINMA DİRENCİ
TOKLUK
YÜK TAŞIMA
ÇEVRİMLİ YÜK ALTINDA ÇALIŞMA DİRENCİ
SÜRÜNME
YÜKSEK SICAKLIKTA ÖMÜR
FİZİKSEL ÖZELLİKLER
İLETKENLİK (r)
DİRENÇ (W)
PROSES KONTROL
MANYETİK ÖZELLİKLER (m)
HAFİF ALAŞIMLAR
ERGİME VE KATILAŞMA SICAKLIĞI (Tliq, T sol)
ISITICILAR
YOĞUNLUK (d)
TERMAL DEĞİŞİMLER
BİLGİSAYAR TEKNOLOJİSİ
YÜZEY ÖZELLİKLERİ (e)
KAPLAMALAR
KİMYASAL ÖZELLİKLER
KOROZYON
KORUMA
KAPLAMA
MALZEME GELİŞTİRME
TERMODİNAMİK ÖZELLİKLER
ÜRETİM VE PROSES
KOMPOZİT MALZEMELER
MALZEME ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ
İÇİN KULLANILAN TEST YÖNTEMLERİ
HASARLI
YARI HASARLI
HASARSIZ
TEST SONUÇLARI
DOĞRU MALZEME SEÇİMİ
İMALAT PROSESİ
KULLANIM KOŞULLARI
YENİ MALZEME GRUPLARI VE
DİZAYNI
MALZEME TASARRUFU
İLGİLİ STANDARTLARA UYGUNLUK
TEST YÖNTEMLERİ
SONUÇLAR
NÜMERİK
KARŞILAŞTIRILABİLİR
KESİN (HER YERDE AYNI)
HASSAS
KULLANIM AMACINA UYGUN
YENİ MALZEME ÖZELLİKLERİ İÇİN
ESNEK
UYGULANABİLİRLİK
BASİT
EKONOMİK
HIZLI
KESİN SONUÇ VEREN
KARŞILAŞTIRILABİLİRLİK
ÇEVRİM HESAPLARINA UYGUNLUK
KULLANIM KOŞULLARINA UYGUNLUK
BOYUTA UYGUNLUK
MEKANİK TEST YÖNTEMLERİ
GENELLİKLE HASARLI TEST
YÖNTEMLERİ TERCİH EDİLİYOR
NÜMERİK SONUÇ (Dayanım, Sertlik v.b.)
HASSAS SONUÇ (Standart uygulamalar)
KARŞILAŞTIRILABİLİRLİK (Standart
uygulamalar)
HASAR
HASAR = KIRILMA
KIRILMA
TANIMLI OLMALI
ÖLÇÜLEBİLİR OLMALI
KARŞILAŞTIRILABİLİR OLMALI
KOŞULLARDAN BAĞIMSIZ OLMALI
(MÜMKÜNSE)
SICAKLIK, BOYUT, KOROZYON V.B
KIRILMA MEKANİZMALARI
Gerilme > Bağ kuvvetleri KIRILMA
Çatlak, Oluşma, Büyüme, İlerleme
Çatlak ve kırılma kavramları, farklı
kırılma tipleri
Sünek Kırılma
Kırılma
Mekanizmaları
(Atomik Boyutta)
Gevrek Kırılma
Difüzyon Kontrollü Kırılma
Çatlak Oluşturucu
Kırılma
Korozyon
ile
Zorlanmalı Kırılma
Zamana göre Yüklenme
Yorulma Kırılması
Düşük Gerilmeli Kırılma
En Yüksek Yüklenme
Şekil Değiştirme ile Kırılma
Çekme Kırılması
Mekanik
Basma Kırılması
Eğme Kırılması
Yüklenme Tipi
Kayma Kırılması
Yüklenme Şekli
Torsiyon Kırılması
Kaynak Çatlağı
Katman Çatlağı
Sıcak Kırılma
İşlemeye Bağlı Kırılma
Katılaşma Kırılması
Termik
Ergime Kırılması
Sıcak Çatlak Oluşumu
Üretim Koşullarına
Kırılma
Bağlı
Sürünme Kırılması
Termik Şok Kırılması
Şekil Değiştirme Oranı
Kırılma Yüzeyinin Yönlenmesi
Gevrek Kırılma
Sünek Kırılma
Normal Gerilme Kırılması
Kayma Gerilmesi Kırılması
Konik Kırılma
Frezeli Kırılma
Makroskobik
Topografi
Lifli Kırılma
Basamaklı Kırılma
Kristalin Kırılma
Mat Kırılma
Refleksiyon
Kırılmaların
Gözlem Şekli
Kısmi Kristalin
(Karışık)
Kırılma
Siyah (Donuk) Kırılma
Düz Yüzeyler
Düz Çizgiler
Transkristalin Kırılma (Tane
İçi)
Bal Peteği Kırılması
Şekil Değiştirme İzleri
Titreşim Kırılması İzleri
Mikroskobik
Titreşim İzleri
Tane Sınırı Kırılması
İnterkristalin Kırılma (Tane
Sınırı)
Saç İzleri Şeklinde
Merkezden Çıkan Çatlaklar
İnterkristalin
Kırılma
Konik
MİKRO KIRILMA
MEKANİZMALARI
SICAKLIK ETKİSİ
GEVREK KIRILMA
HMK
HSP (Mg, Ti –ideal c/a oranı)
SÜNEK KIRILMA
YMK
Gevrek ve sünek kırılma
mekanizmaları
Gevrek Kırılma
Sünek Kırılma
Kristal yapısı ve çekme hızı
etkisi
Düşük sıcaklıkta khm
Yüksek çekme hızı
kym
yüksek sıcaklıkta khm
Düşük çekme hızı
Kırılma yüzeyi görünüşü
Düzgün yüzeyli
Metalik parlaklık
Çukurlu
Mat
s1
1.Boşluk oluşumu
2.Boşluk Büyümesi
3.Boşlukların Koagulasyonu
Mikro kırılma mekanizmaları
>s f*
mikroyapıda Xc bölgesinde
Gevrek kırılma
KHM VEYA HSP METALLERDE
GERİLME (s1) > KRİTİK GERİLME (sf*)
MİKROSKOBİK GEVREK KIRILMA GERİLİMİ
DÜŞÜK ATOM YOĞUNLUĞUNA SAHİP
DÜZLEMLERDE
KIRILMANIN İKİ AŞAMASI VAR
Bir tane içerisinde mikro çatlağın oluşumu
(dislokasyon hareketlerine bağlı)
Oluşan bu çatlağın ilerlemesi.
COTRELL HİPOTEZİ
İki kayma bandı birbirlerini
keser
Kesim yerinde enerji
kazanımı için yeni bir
kenar dislokasyonu
meydana gelir
Bu genişler ve khm
kristallerinde gevrek
kırılmanın meydana geldiği
(001) düzleminde çatlak
oluşumu başlar
ÇATLAK İLERLEMESİ
KOLAYLAŞIR
İKİNCİL YAPI BİLEŞENLERİ (KARBÜR,
İNTERMETALİK V.B.)
İRİ TANE
YÖNLENMİŞ (ANİZOTROP YAPI)
SEGREGE YAPI
İNSTABİL KIRILMA
NORMAL GERİLME ETKİSİ ALTINDA
MİKRO ÇATLAK= KRİTİK UZUNLUK
FAZLA ENERJİYE GEREK OLMADAN
ÇATLAK İLERLEMESİ
SONUÇ = İNSTABİL KIRILMA
İNSTABİL KIRILMA
ÇATLAK İLERLEME HIZLARI 1800 m/s
ATOM BAĞLARI KOPAR.
GEVREK KIRILMA DÜŞÜK KOHEZYON
KUVVETLERİNE BAĞLIDIR.
GEVREK KIRILMA YÜZEYİ (SEM)
GEVREK KIRILMA YÜZEYLERİ
TANIMA
MAX NORMAL GERİLME YÖNÜNE DİK
IŞIĞI KIRILMANIN OLUŞTUĞU
DÜZLEMLERDEN YANSITTIĞI İÇİN
PARLAK GÖRÜNÜMDE
ELEKTRON MİKROSKOBUNDA İSE
DÜZGÜN, PÜRÜZSÜZ AYRILMA
YÜZEYLERİ
GEVREK KIRILMA
İNTERKRİSTALİN
TANE SINIRI KRİSTALDEN DAHA ZAYIF
ÇÖKELTİLER
SEGREGASYON
KOROZYON (KULLANIM SIRASINDA)
TRANSKRİSTALİN
EN DÜŞÜK BAĞ KUVVETLERİ
ETKİ (SICAKLIK, DEF. HIZI)
İNTERKRİSTALİN
İNTERKRİSTALİN-TRANSKRİSTALİN
SÜNEK KIRILMA
KIRILMA İÇİN ŞEKİL DEĞİŞTİRME
GEREKLİ
KIRILMA KRİTERİ NORMAL GERİLME
YERİNE KAYMA GERİLMELERİ
KAYMA GERİLMESİ KRİTİK DEĞERİN
ÜZERİNDE ŞEKİL DEĞİŞTİRMEYİ
SAĞLIYOR, ALTINDA DEĞİŞİM YOK
Sünek kırılma üç aşamada
meydana gelir
Boşluk oluşumu (çoğunlukla kalıntılar
etrafında)
Oluşan boşlukların büyümesi
Boşlukların koagulasyonu (birleşmesi) ve
çatlak oluşumu.
Son aşama çatlak ilerlemesidir
Boşluklar oluştuktan sonra kritik bir büyüklüğe
kadar gelişir
boşluk hızı çok eksenli gerilmelere bağlıdır
Negatif çok eksenli gerilme (yani basma gerilmeleri)
boşluk oluşumunu yavaşlatır veya durdurabilir
–haddeleme veya dövmede sünek kırılma olamaz-
BOŞLUK OLUŞUMU VE
BÜYÜMESİ
SÜNEK KIRILMA
son aşaması boşluk koagulasyonu (birleşmesi)
kalıntılar etrafında oluşan boşluklar nedeniyle
birleşmesidir.
kayma bantlarının oluşması ve kayma bantları
arasında oluşan çatlakların büyük boşlukları
birleştirmesidir.
boşluklar birbirlerine yaklaşana kadar büyüyerek
birleşirler.
Boşluk birleşme mekanizmaları
a. ikincil boşluklar
b. kayma bantları
c. boşlukların birbirine
yaklaşarak büyümesi
SÜNEK KIRILMA YÜZEYİ
SÜNEK KIRILMA YÜZEYİ (SEM)
MEKANİK TEST UYGULAMALARI
ÇEKME TESTİ
Numune statik ve tek eksenli yüklenme ile
kopmaya kadar çekilir.
Malzemenin mekanik özelliklerini belirlemeyi
amaçlayan bir test yöntemidir.
Numune, her iki ucundan çekme çenelerine bağlanır
ve kopmaya kadar kuvvet arttırılarak çekilir.
Çekme testi sırasında yüklenme için kuvvet ve şekil
değiştirme (uzama) ölçümleri yapılır.
Çekme Testinin Avantajları
Test koşulları standartlarda tanımlıdır
Mukavemet hassas olarak ölçülebilir
Deney standart bir prosedürdür
Test basit, hızlı ve ekonomiktir.
Çekme test sonuçları ile başka mekanik
özellikler hesaplanabilir
ÇEKME TEST AMAÇLARI
Malzeme mekanik özelliklerinin onayı
kalite özelliklerinin belirlenmesi
diğer malzemeler ile karşılaştırma
üretim teknik ve yöntemlerin kontrolü
yeni malzemelerin geliştirilmesi
ÇEKME TEST SONUÇLARI
mühendislik dizaynı ve dizayn seçimi
mekanik özelliklerinin değerlendirilmesi
yapı dizaynı için
malzemenin kullanım koşullarındaki
davranışları
ÇEKME SİSTEMİ
saf mekanik sistemler
elektromekanik sistemler
mikroprosesör destekli sistemler (yeni teknoloji)
hızlı ve hassas ölçüm
Çekme hızları 0.05 – 500 mm/dak.
% 0.1’lik hassasiyet
Kuvvet ölçüm hassasiyeti % 0.5
45000 kg ve üzeri kuvvetlerin ölçümü
ÇEKME MAKİNALARI
tek eksenli yüklenme
homojen yüklenme
tüm malzeme gruplarını kapsamalı
çok amaçlı testler
özel testler ile spesifik malzeme özellikleri
çekme kuvvetinin kontrolü ve hassas ölçümü
kuvvet gr-ton seviyesine kadar
değişebilmektedir.
yüklenme ve kapasite
Yük iletimi için numune bağlantıları (vidalı veya
sıkıştırmalı) kolay olmalı ve değişmemeli
çekme kuvveti çoklu dişli aracılığı ile
dişli sistemi çeneye bağlıdır
diğer çene sabittir
Dişlilerin farklı hızlar ile hareketi farklı yatay kolon
ve çene hızları meydana getirir.
TEST ÖLÇÜMLERİ
Test sonucu gerilme-şekil değiştirme ölçümleri
Bunun için kuvvet ve uzama ölçümleri
zamana bağlı olarak kuvvet ölçümleri
kuvvet ve şekil değiştirme sensörleri
ölçüm sensörleri kuvvet veya şekil değiştirmeye
bağlı olarak değişen bir gerilim
gerilim ölçülür ve kalibre edilir
Test sonuçları zamana bağlı olarak kaydedilir
ÇEKME KUVVETİ
yatay kolonun iki dikey yataklı vida üzerinde hareketi
yüksek moment gücüne sahip motorlar
motorların ilk devinimi olabildiğince hızlı yatay kolona
Bunun için DC-motor
servo hidrolik sistem ile yatay kolon sabit hızla hareket
edebilir ve pozisyonlanabilinir
En yüksek hareket hızları dişli sistemlerde 1250 mm/dak
Servohidrolik sistemlerde ise hareket hızları çok yüksek
olabilir (250x103 mm/dak)
Yataklamalarda düşük sürtünme kuvvetleri (çekme kuvvetleri
çok yüksek)
Ekstansiyometre ile sabit şekil değiştirme hızı
Bu şekilde yüksek hassasiyet
Burada çekme testi sırasında kuvvet değişse bile
yatay kolon hızı sabit kalacak şekilde kontrol edilir.
Bu şekilde çekme hızı sabit kalır
Bu durum polimer malzemelerde önemlidir (çekme
hızı ile akma ve çekme değerleri değişir)
Teknik açıdan zorlu ve pahalı bir kontrol sistemine
ihtiyaç bulunduğu için genellikle sabit yatay kolon
hareket hızı tercih edilmektedir.
kuvvet ölçümleri
kuvvet aktarım sistemleri
şekil değiştirme sensörleri ve kuvvet ölçüm
hücreleri
elektrik direnç değişimlerini mekanik şekil değiştirme
(kuvvet ölçüm hücresi köprü devresi ile direnç
değişimlerini ölçer)
kuvvet dönüştürücüler ile yapılır
ÇEKME NUMUNESİ
çekme deneyinde kullanılan parça
uzun ve dar numune geometrileri tek eksenli gerilme koşullarının
sağlanması için
yuvarlak kesitli numuneler
sac ürünlerde dikdörtgen kesitli numuneler (özellikle derin şekillendirme
özelliklerinin saptanması için )
kırılma şekil değiştirmesi numune geometrisine bağlı
standartlara uygun olarak numune hazırlanmalı ve kullanılmalıdır.
Çekme testi ile ilgili standartlar DIN EN 10 002 numaralı Avrupa
normunda verilmiştir.
orantılı numune geometrileri seçilir
Buna göre numune çapı (d0) ve ölçüm uzunluğu (l0) birbirlerine lineer
bağlıdır
TEST KOŞULLARI
En önemli test parametreleri şekil değiştirme hızı ile
sıcaklıktır
Şekil değiştirme hızı kuvvetin artış hızı veya çekme
cihazının yatay kolonunun hareket hızı ile
ayarlanabilir.
elastik ve plastik şekil değiştirme hızları birbirinden
ayrılabilir.
plastik bölgedeki şekil değiştirme hızlarını numune,
numunenin bağlandığı çeneler, çekme cihazının
gövdesi, kuvvet ölçüm sistemi v.b. bir çok detay da
etkiler.
Sabit çekme yatay kolon hızı ile plastik şekil
değiştirme hızı değişebilir. Çoğunlukla
istendiği gibi sabit bir şekil değiştirme hızı
tüm çekme testi boyunca isteniyorsa buna
göre makinanın çekme hızının tüm test
süresince ayarlanması gerekir.
Standartlara göre elastik bölgede çekme
hızları 0.00025-0.0025 arasında , plastik
bölgede ise 0.008 den küçük olmalıdır.
Eğer oda sıcaklığından farklı bir sıcaklıkta
çekme testi yapılıyorsa numunenin ölçüm
bölgesi istenilen sıcaklıkta tutulmalıdır.
Bunun için soğutma veya ısıtma kabinleri
çekme sitemine dahil edilmelidir.
Sıcaklığın doğru bir şekilde ölçülmesi için
ölçüm uzunluğu boyunca bir çok termo
elemanın numuneye olabildiğince yakın
pozisyonlara yerleştirilmesi gereklidir.
TESTİN UYGULANMASI
sabit bir çekme hızı (çekme cihazının yatay
kolon hızı veya çene hızı) seçilir
kuvvet ölçülür.
Uzama değerleri ölçülür
Uzama değerlerinin daha hassas ölçümleri
için numuneye bağlı (veya yapıştırılmış) şekil
değiştirme ölçerleri gerekebilir
Bir çok test zamana bağlı kuvvet ölçümleri ile
sınırlıdır.
Kullanılan çekme hızları numune geometrisine ve
malzemeye bağlıdır.
Çoğunlukla kullanılan çelik için çekme hızları 1-4
arasındadır.
Gerçek gerilme-şekil değiştirme diyagramlarının
ölçümü ve hesaplanması için plastik bölgede ve
boyun verme sırasında ve kopmaya kadar numune
konturunun da optik veya mekanik yöntem ile
ölçülmesi gerekir.
MÜHENDİSLİK ÇEKME
DİYAGRAMI
Mühendislik Çekme Testi
malzeme dayanımı
malzeme kabulü
tek eksenli ve statik olarak arttırılan yüklenme
Yük (kuvvet)
şekil değiştirme (uzama) ölçülmektedir.
Sıcaklık
çekme hızı önemli etki parametrelerindendir.
Karşılaştırılabilirlik eşdeğer test koşullarında.
Sonuç
Kuvvet-Uzama diyagramı
Hesap ile Mühendislik Gerilim-Şekil Değiştirme Diyagramı
Mühendislik Gerilmesi
N
s
MPa
:
1
MPa
1
2
mm
s
Mühendislik Şekil
Değiştirmesi
F
A0
uzama l l l0
e [birimsiz,%]
ölçüboyu l0
l0
Kuvvet-Uzama veya Kuvvet-Zaman
diyagramı
kuvvet-uzama diyagramı
mühendislik gerilme-şekil değiştirme
diyagramı
aynı şekil ve görünüşe sahiptir.
Mühendislik Gerilme-Şekil Değiştirme
diyagramı
Gerilme-Şekil değiştirme diyagramı
Bileşim
Isıl işlem
Plastik şekil değiştirme
Şekil değiştirme hızı
Sıcaklığa bağlıdır
Tanımlı temel sonuçlar
Çekme Gerilmesi
Akma gerilmesi (Akma Noktası olarak da ifade edilir)
Uzama Şekil Değiştirmesi (%)
Kopma Kesit Daralması (%).
•
Sürekli akma ve
önemli deney sonuçları
•
Süreksiz akma ve
önemli deney sonuçları
elastik bölgede
Gerilme Şekil Değiştirme ile lineer değişir
Gerilme akma gerilmesini aşarsa
Plastik şekil değiştirirme bölgesine girer
bundan sonra şekil değiştirmeler kalıcı olur
Deney sırasında kuvvet sıfıra kadar indirilirse
kalıcı şekil değiştirme ölçülür
şekil değiştirmenin devamı için
gerilmenin arttırılması gerekir
Buna malzemenin şekil değiştirmeye karşı direnci veya
pekleşme (sertleşme) adı verilir.
Hacim Sabitliği
Şekil değiştiren malzeme hacmi sabittir
A l A0 l0
Hacim sabitliğin geçerli olduğu plastik şekil
değiştirme bölgesinde ölçüm bölgesi homojen
bir şekilde uzar
Ve ölçüm bölgesinin her yerinde kesit alanı
homojen azalır.
sertleşme (pekleşme) kesit daralmasından daha hızlı artar
Homojen bölgede herhangi bir bölgede kesit daralması artışı
pekleşme artışından yüksek olur
Bundan sonra tüm plastik şekil değiştirme bu bölge üzerinde
yoğunlaşır
Sonuç
boyun verme
deney sonunda kopma veya kırılma da bu bölgede meydana gelir
şekil değiştirmesini sağlayan kuvvet düşmeye başlar
kopmaya kadar mühendislik gerilmesindeki azalma devam eder.
Çekme Gerilmesi
Çekme Gerilmesi
(Dayanımı) veya Rm
Maksimum Çekme
Gerilmesi maksimum
kuvvetin (Fmax) deney
öncesi ölçülen kesit
alanına oranı (A0) ile
ifade edilir ve yandaki
eşitlikle hesaplanır:
Fmax
Rm
A0
Çekme gerilmesi test sonucu olarak kullanılır
malzeme dayanımı için önemi düşüktür
Örneğin plastik şekil değiştirme kabiliyeti çok
yüksek metallerde tek eksenli gerilme
önemsizdir
zira bu malzemelerin plastik şekil değiştirme
durumu ve gerilmeler çekme testi ile ifade
edilemeyecek kadar kompleks olabilir
Konstrüksiyon hesaplarında Rm ve emniyet
faktörü kullanıldı.
Günümüzde ReL veya ReH kullanılıyor
Rm ile edinilen tecrübe de önemli.
Rm ile malzeme bileşiminin dayanım
üzerindeki etkileri araştırıldı.
Rm karşılaştırılabilir ve kolay ölçülebilir
Rm günümüzde malzeme özelliklerinin
irdelenmesi ve kalite kontrol amacıyla
kullanılmaktadır.
Ayrıca Rm sertlik ve yorulma dayanımı
arasında empirik ilişkiler vardır
Rm gevrek malzemeler için önemli bir
malzeme özelliğidir
Akma Mukavemeti
Malzemeye yük uygulandığında
Önce elastik
Plastik şekil değiştirmeler oluşur
Elastik şekil değiştirmeler tersinirdir
Elastik bölgede Hook kuralı
geçerlidir
E-modül malzemenin elastik
şekil değiştirmeye direncini
belirler.
s E e
N
E 2
m
Saf demirde E-Modül yöne
bağlıdır
Elastik bölgede kesit
daralmasına paralel olarak
şekil değiştirme
d/do ile kesitte
l/lo ile boyda şekil değiştirme
belirlenir
kesit kontraksiyonu (v)
metaller 0.3 civarındadır
d
e
d0
d l0
v
d 0 l
Elastik şekil değiştirme homojendir ölçüm
bölgesinde sabittir.
Akma gerilmesinin ölçüm hassasiyeti şekil
değiştirme ölçümünün hassasiyetine bağlıdır.
elastik ile plastik geçiş ölçümü zordur
Tek eksenli yüklenme durumunda akma başlangıcı için üç
kriter var
Elastik sınır
Proporsiyonal sınır
kalıcı şekil değiştirme göstermeden dayanabileceği en yüksek gerilme
şekil değiştirmede uygulanan hassasiyet 10-4 mm/mm
proporsiyonal sınırın üzerindedir
Lineer olan en yüksek gerilme olarak tanımlanır.
Lineerlikten saptığı değer
Akma gerilmesi
Akma gerilmesi ise çok düşük miktarda plastik şekil değiştirmenin
meydana geldiği gerilme değeri olarak tanımlanır.
ötelenerek yeni bir lineer eğri
şekil değiştirme % 0.2 veya 0.1’dir (e= 0.002 veya 0.001).
% 0.2 Proporsiyonel
Sınır
% 0.1 Proporsiyonel
Sınır
R p02
Fe 0.002
A0
R p01
Fe 0.001
A0
e= %0.1 veya 0.5 ise rijit (proff) gerilme
Proof Rp indisi ile gösterilir
elastik sınır veya proporsiyonal sınırın
belirlenmesi güçtür
öteleme günümüzde en çok kullanılan
yöntemdir.
Bazı malzemelerde örneğin saf bakır veya gri
dökme demir gibi genel olarak gerilme ve
şekil değiştirme arasında herhangi bir lineer
geçiş bulunmaz ve bu durumda öteleme
yöntemi de kullanılamaz, genel olarak bu tür
malzemeler için geçiş şekil değiştirmesi
örneğin e=0.005 olarak tanımlanmıştır.
Bazı metaller ve bunların içersinde özellikle
düşük karbon içerikli çelik malzemeler
elastik-plastik geçişte heterojen bir davranış
gösterirler. Burada sıkça elastik-plastik
geçişte dalgalanmalar gözlenir. Burada kuvvet
ani bir şekilde artar ve yine ani olarak düşer.
Kuvvetin aniden düşmeye başladığı gerilmeye üst
akma gerilmesi
Sabit gerilme ile uzama başlangıcı da alt akma
gerilmesi
Üst ve alt akma arası şekil değiştirme heterojendir.
Üst akma gerilmesinde deformasyon bandı 45° ve
metal yüzeyinde
Bandın oluşumu ile birlikte aniden gerilme düşer
Lüders bantları ötelenerek hareket eder.
Lüders bantları veya Hartmann çizgileri veya
gerilme çizgileri (stretcher lines) veya Piobert etkisi
olarak da tanımlanır.
Birkaç Lüders bandı aynı anda gerilme-şekil
değiştirme eğrisi kararsız
Çekme numunesinin tüm ölçüm bölgesi Lüders
bantları ile doldurulduktan sonra plastik şekil
değiştirme kararlı olarak devam edebilir.
Bir Lüders bandın oluşumu ve
ilerlemesi (şematik)
Şekil Değiştirme Ölçümleri
Şekil değiştirme uygulamalarında (haddeleme
veya ekstrüzyon) malzemenin homojen olarak
ne kadar şekil değiştiriebileceğinin
belirlenmesi
(bir defada kaç mm kalınlık azaltılıabilir –paso
deformasyon oranı-)
şekillendirme prosesinin seçiminde.
plastik şekil değiştirme oranlarının
saptanmasında.
Yüksek şekil değiştirme yeteneği
dövme malzemeler v.b.
Malzeme safsızlıklarının tespitinde
Üretim hatalarının saptanmasında
Şekil değiştirme oranlarının ani düşüşleri
Kırılma (Kopma)
Kopma uzaması
Kırılma (kopma) kesit
daralması
ef
Z
l f l0
l0
A0 A f
A0
En yüksek oranda plastik deformasyon boyun
verme bölgesinde
ef=f(lo)
l0 uzunluğu düştükçe
boyun verme bölgesi toplam şekil değiştirmeyi
etkiler
gerçekten daha büyük şekil değiştirme oranları ef
ölçülür
Kırılma şekil değiştirmesi ile birlikte ölçü
uzunluğunun (l0) da verilmesi gerekir.
Kırılma kesit daralması ile bir sorun yoktur.
Z tüm ölçü uzunluğu için geçerli bir e oranına
(zero-gage-legth elongation) çevrilebilir.
Hacim sabitliğinden
A l A0 l0
l A0
1
l0
A 1 Z
e0
l l0 A0
1
Z
1
1
l0
A
1 Z
1 Z
I: Al, Cu, Ni gibi saf metaller, östenitik çelik; II: Cu ve Al-bazlı alaşımlar; III:
Düşük C içeren alaşımsız çelikler; IV: Yüksek ön deformasyon veya yüksek
sıcaklık deformasyonu; V: Dökme demirler veya martenzitik çelikler; VI:
Dinamik çökelti sertleşmeli yaşlanma
Gerçek Gerilme-Gerçek Şekil
Değiştirme Diyagramı
Gerçek Gerilmenin Belirlenmesi
Hacim sabitliği homojen bölgede
Boyun verme sonrası numune silindirik
formunu koruyamaz
Hacim sabitliği kuralı geçersiz
Gerçek Gerilme=
anlık kuvvet /
anlık kesit alanı
Fi
sg
Ai
Gerçek Gerilme Hesabı
A0 l0
A1 l1 A0 l0 A1
l1
l
l l0
F1 F1 l1
sg s
s g s 1 s 1 e
A1 A0 l0
l0
l0
Boyun verme aşamasından sonra
F
1
sg
Amin K m
Km çok eksenli gerilme koşulları için
düzeltme, gerçek gerilmeyi doğrular, Siebel
faktörü (KmS)kullanılır (D=çap, r=eğrilik
yarıçapı)
D
K mS 1
8 r
Mühendislik Gerilme-Şekil Değiştirme diyagramı ile Gerçek Gerilme-Gerçek
Şekil Değiştirme diyagramlarının karşılaştırılması;
1: Mühendislik; 2: Gerçek; 3: SIEBEL’e göre hesaplanmış
Gerçek Şekil Değiştirmenin
Hesaplanması
ilk ölçüm boyu yerine anlık boy
Bu boy sürekli değiştiği için diferansiyel
eşitlik yardımı ile hesaplanabilir
dl
de g
l
l1
dl
e g ln l1 ln l0
l
l0
l1
e g ln
l0
l l0
l1
ln1 e
e g ln ln
l0
l0
Ayrıca aşağıdaki gibi de hesaplanabilir
A0
e g ln
A1
A1
2
Dmin
4
düşük şekil değiştirme oranlarında
eg ≈ e
1 2
1
e g ln1 e e 1 e e
3
2
Gerçek Gerilme Şekil Değiştirme
Diyagramının Matematiksel Tanımı
Holloman Eşitliği
s g k
n
Ludwik bağıntısı
s g s 0 kL
nL
n=sertleşme katsayısı, s0=akma mukavemeti
lns g ln k L n ln
1
s g kL
Boyun Verme Başlangıcının
Matematiksel Belirlenmesi
İki zaman aralığı alalım : t ve t`
F s g At
F s A t
'
'
g
'
'
t t t
'
A A A A 0
'
F s g s g A A
'
F s g A s g A s g A s g A
'
olur, son terim ihmal edilirse ve
F F
'
F F s g A s g A s g A s g A
'
s g A s g A
s g
sg
A
A
Maksimum kuvvette
s g
A
A
sg
Diferansiyel yolla çözümü daha kolaydır:
F s g A dF s g dA A ds g 0
ds g
sg
dA
A
Ayrıca
A0
A A0
dA
ln d 2 dA
A
A0 A
A
Buna göre
ds g
sg
d
ds g
d
sg
CONSIDERE KRİTERİ
Considere ile
Holloman bağıntısı
beraber yazılır
ds g
sg
d
s g kH
nH
Ve türevi alınırsa
ds g
nH k H nH 1 k H nH nH k H nH 1
d
k H
nH 1
nH k H
nH 1
nH
Buna göre maksimum kuvvette gerçek şekil
değiştirme ve sertleşme katsayısı:
e g ln1 Ag
nH ln1 Ag
Dik Anizotropi
Hadde malzemeler
Taneler rasgele yönlenmeden saptığı durum
belirgin bir yönlenme (tekstür)
Anizotropi tek eksenli çekme testi ile
ölçülebilir
Ölçüm sonucu r-değeri
r- değeri hacim sabitesindeki azalmayı ifade
eder
r-değeri (e:enine, k:kalınlığına, 0 deney öncesi,
1:deney sonrası)
e1
ln
e
e0
r
k ln k1
k0
r=1→izotrop
r>1 → ene doğru şekil değiştirme daha yüksek
Çekme numunelerinde dik anizotropi ölçümleri
Haddelenme yönüne göre alınan numunelerde
de r-değeri değişir.
Buna göre ortalama r-değerinin haddeleme
yönünde (0°), haddeleme yönüne 45° açıda
(diyagonal) ve hadde yönüne dik açıda (90°)
alınan numunelerde ayrı ayrı hesaplanması
gerekir:
r0 2 r45 r90
rort
4
Ayrıca düzlemsel anizotropi değeri de
kullanılır
r0 r90 2 r45
r
2
Düzlemsel anizotropi ile derin şekillendirilen
bir sac malzemede kulaklanma (earing) olup
olmadığı da belirlenebilir
r = 0 kulaklanma oluşmaz,
r < 0 kulaklanma diyagonal yönde
r > 0 kulaklanma hadde yönünde ve
haddeye dik yönde oluşur.
Basma Testi
DIN EN 50106 standardına göre
tek eksenli basma gerilmesi
beton, tuğla veya doğal kaya gibi yapı
malzemeleri
döküm malzemeler çekme ve basma gerilmesi
altında farklı özellikler
paralel veya hafif konik basma plakaları basma
kuvveti uygular
Numunede fıçılaşma meydana gelir
Nedeni numune ile baskı plakaları arasındaki
sürtünme kuvvetleridir
Numune basma kuvvetine dik yönde şekil
değiştiremez
tek eksenli gerilme çok eksenli gerilmeye dönüşür.
Basma numunesi ve etkiyen kuvvetler
şekil değiştirmenin büyük bir kısmı taralı bölge dışında
konik bölgeler birbirlerine yaklaştıkları zaman kuvvet çok hızlı artar şekil
değiştirme giderek azalır.
Basma testinde basma konisinin pozisyonu
sürtünme kuvvetlerinin düşük olması gerekli
basma plakalarının ve numune yüzeylerinin
pürüzsüz
sürtünme kuvvetlerini azaltıcı ilaveler
Numune silindir, çap serbest seçilebilir
çoğunlukla 10-30 mm
Numune yüksekliği (h0) ile çapı (d0) arasında
h0
1
2
d0
h0 büyüdükçe bükülme tehlikesi var
ölçülen kuvvet ve şekil değiştirme değerleri
Sonuç mühendislik veya gerçek gerilme ve
şekil değiştirme diyagramları
y ekseninde basma gerilimleri
x ekseninde de basma şekil değiştirmeleri
Çekme ve basma Gerilim-Şekil Değiştirme Eğrileri ve karşılaştırılması
Mühendislik Basma s F
b
Gerilmesi
S0
Mühendislik Basma
h
Şekil Değiştirmesi e b h
0
Gerçek basma
gerilmesi hacim
b, g
sabitliği kuralı ile
kolayca hesaplanabilir:
s
s b (1 e b )
gerçek gerilme < mühendislik gerilmesi
nedeni şekil değiştirme < 0
Basma Gerilmesi (Kırılma Kuvveti ile)
Gevrek malzemelerde görülür
FB
sb
S0
e bB
lbB
100
L0
Kırılma Şekil Değiştirmesi
Basma testinde genellikle kırılma olmaz
kırılma veya çatlak oluşumu yoksa
toplam şekil değiştirme %50’de test biter
Ezme sınırı ≈ çekme testindeki akma sınırı
elastik şekil değiştirmeden plastik şekil
değiştirmeye geçiş:
F0.2
s b 0.2
S0
Farklı malzemelerin basma gerilmesi-şekil değiştirme diyagramları
Maksimum e
yüksek çekme gerilmeleri
sürtünme kuvvetleri nedeniyle e sınırlı
Basma numunesinde tipik deformasyon bölgeleri
I: düşük , II: orta ve III: yüksek deformasyon bölgesi
Basma numunesinde tipik deformasyon bölgelerinin makro dağlanmış
basma numunesinde görünüşü (akma izleri inhomojen deformasyon)
%72 şekillendirilen
alüminyum alaşımında 45°’lik çatlak oluşumları
Sertlik Testi
Sertlik, daha sert bir uca karşı malzeme
direnci, Martens 1912.
kalıcı şekil değiştirmeye karşı metal
malzemenin gösterdiği direnç
batma ile yüzeyde şekil değiştirme
Şekil değiştirme sert ucun şekline, boyutuna
ve uygulanan kuvvete bağlı kullanılan yöntem
de farklı
Hızlı, ekonomik ve basit
yarı hasarlı test gurubu
test sonuçları ile malzemenin dayanımı
empirik bağıntı ile çekme dayanımı hesaplanır
N
Rm
3.4 HB
2
mm
Rm=çekme dayanımı ve HB= Brinell sertliği
sertlik değeri ve dayanım sadece ölçüm bölgesine ait
Sertlik testi ve sonuçları aşağıda verilen
testler ile uygulanabilir:
Yüzeyin çizilmesi
Statik yüklenme ile sert ucun malzeme yüzeyine
batırılması
Dinamik yüklenme ile sert ucun malzeme
yüzeyine batırılması
Sertlik ölçüm sonucu nümerik
Bunun için batma ile sertlik ölçüm yöntemleri
Yüklenme statik (sabit yük)
sert uçların şekil ve malzemesi farklıdır
Böylece malzeme yüzeyinde bölgesel şekil
değiştirme meydana gelir.
Şekil değiştirme bölgesinde iz oluşur.
Sertlik değeri bu izin
Yüzey alanı
Derinliği üzerinden hesaplanır.
Statik sertlik ölçüm yöntemlerinde sadece
plastik şekil değiştirme dikkate alınır.
Farklı sertlik ölçüm yöntemlerinin karşılaştırılması
Sertlik Ölçüm
Yöntemi
İsmi
Brinell
Vickers
Vickers
(Düşük
yük)
Sertlik Ucu
Simgesi
HB30
HV
HV
Knoop
HK
Rockwell A
HRA
Rockwell C
HRC
Rockwell B
HRB
Şekli
Çelik
Küre
Çapı
(mm)/Açısı
10
5
29430
7358
2,5
1839
Düzgün
Yüzlü
Elmas
Piramit
136°
Rombik
elmas
piramit
172° ve
130°
Elmas
piramit
120°, Uç
eğrilik çapı
0,2 mm
Çelik
küre
Toplam
Test
Kuvveti
(N)
98-589
2-49
1/16
1-10
Ölçüm Şekli
Yüklenme
sonrası
sertlik izinin
çapı
Yüklenme
sonrası iz
diyagonalleri
Ön
Yük
(N)
-
Açıklamalar
F
30
2
D
98, 294, 589 N standart
yükler
-
Yüklenme
sonrası iz
diyagonalleri
-
Yüklenme
sonrası iz
derinliği
98,07
Standart yük yok, sertlik yüke
bağlı
İnce katman sertlik ölçümleri
için, Standart yük yok, sertlik
yüke bağlı
588
1471
981
HRA 100 t 0,002mm
t=ölçüm skalası
Günümüzde kullanılan sertlik ölçüm yöntemleri
kuvvete göre sertlik ölçüm yöntemleri
makro sertlik F>49N
düşük yük makro sertlik F=2-49N
mikro sertlik F<2N
Brinell Sertlik Ölçüm Yöntemi (DIN
EN 10003-1)
günümüzde çok sık kullanılan, en eski
Sert uç malzeme yüzeyine bastırılır
sertleştirilmiş çelik küre (HBS)
sert metal küre (HBW)
oluşan izin çapı
Brinell sertlik değeri (HB)
HB= f(iz çapı (d, mm), sert küre çapı (D, mm), kuvvet (F, N))
Brinel sertliği HB:
HB
0,102 2 F
D D D d
2
2
0,102 faktörü N ile Kp birimlerini bağlıyor
1 Kp=9.80665 N
yüklenme derecesi c, D ve yüklenme süresi
(t) ile değiştirilebilir.
0,102 F
c
2
D
Malzeme
HB
Çelik
Gri Dökme Demir
Bakır ve Alaşımları
Hafif Metaller ve
Alaşımları
Kurşun ve Kalay
<140
≥140
<35
35-200
>200
<55
55-130
>130
-
N
c(
)
2
mm
1
1
1
1
11
Seçilen malzemelerin Brinell sertlikleri
ve kullanılan yüklenme dereceleri (1-30 arasında)
Örneğin
Çelik için c= 30 olması gerekir.
10 mm çapında bir küre için F=29240 N olur.
Kuvveti uygulama zamanı 2-8 s arasında
10-15 s kuvvetin sabit tutulmalı
Brinell yönteminde sertlik ölçümü
Brinell sertlik değerleri (ölçülebilir 3-450 HB)
Önce sertlik değeri verilir
Sonra sert uç (HBS veya HBW)
Sonra test koşulları
Küre çapı (mm), Kuvvet (N), Uygulama Süresi (s)
Örnek : 350 HBS 5/750
Brinell sertliği 350
5 mm çapında çelik küre uç
750 Kp (7,355 KN) test kuvveti.
Malzeme yüzeyi
Temiz, düzgün ve alt yüzeye paralel olmalı
numune altında şekil değiştirme olmamalı
Numune yeterince kalın
Numunede seçilecek kalınlık (smin)
malzeme sertliğine test koşullarına bağlı
450 HB sertliğe kadar aşağıda verilen eşitlik geçerli,
i: kürenin batma derinliği (mm)
smin 8 i
iz çapı 0,24-0,6D arasında olması gerekir.
d<0,24D iz kenarları net değil
d>0,6D iz kenarlarında kuvvetli şekil
değiştirme
Malzeme
Çelik
Kurşun
Alaşımları
Alüminyum
Alaşımları
Bakır ve
Alaşımları
Çinko
S235JR
100Cr6
43CrMo4
Akü
Alaşımları
Yatak
Alaşımları
AlMgSi1
AlZnMgCu1,5
Bronz
Pirinç
Alman
Gümüşü
Döküm
Preslenmiş
Haddelenmiş
HB
110
200
255
4-18
18-28
100
160
160
150
140
40-45
35-40
32-34
Seçilen malzemelerin Brinell sertlikleri
VICKERS Sertlik Ölçüm Yöntemi
(DIN EN 50133)
günümüzde en çok kullanılan yöntem
ölçülebilir sertlik
çok düşük
çok yüksek değerler arasında
3HV (örneğin kurşun)
1500 HV (örneğin sert metal)
özellikle çok sert malzemelerde tercih edilir
çok küçük numuneler ve yüzey kaplamalarının
sertlik ölçümü için uygundur.
Vickers sertlik ölçüm yöntemine göre sertlik ölçüm prensibi
üç kuvvet bölgesi
mikro sertlik ölçümlerinde <1,96 N
düşük yüklenmelerde 1.96-49 N
normal yüklenmelerde 49-980 N
sert uç
kare tabanlı basit elmas piramit
tepe açısı 136°
Brinell ile karşılaştırılabilir olması için
F>49N ve Brinell sertliğinde c=30 ve 470 HV için
HB 0,95 HV
Indenter seçilen kuvvet ile numune yüzeyine
basar
İz oluşur
İzin her iki çapraz köşe mesafeleri (diyagonalleri)
ölçülür
ortalamaları alınır
sertlik hesaplanır.
Vickers HV birimi ile
arkasına kuvvet eklenir
Vickers sertlik değeri:
F
F
HV 0,102 0,189 2
A
d
↓ kuvvetler ile numune kalınlığı ↓
En az numune kalınlığı (z: köşe diyag.)
s min
z1 z 2
1,5
1,5 z
2
Numune kalınlığı ile sertlik değişimi
diğer avantaj da
Karşılaştırılabilirlik
HV 10 –HV 100 arasında
Kuvvet sertlik değerlerine etki etmiyor
aynı ölçüm koşullarında mümkün
diyagonal mesafeler hassas ölçülebilir
hassas ölçüm için yüzey deformasyonu ↓
ROCKWELL Sertlik Ölçüm Yöntemi
(DIN EN 10109)
Rockwell A, B ve C gibi çeşitler
Rockwell C ve A sık kullanılıyor
Rockwell C sertleştirilmiş çelik ve sert
alaşımlar için
ölçüm bölgesi 20-70 HRC arasında
çok sert malzemeler için
HRA ile
Örneğin Tungsten karbür
sertlik aralığı 60-88 HRA
Rockwell ile Brinell arasında
HB
HRC
10
hassas çevrim tabloları da vardır
sivri uçlu elmas piramit (indenter)
iki aşamalı olarak malzemeye batırılır.
iz derinliği (tb) ölçülür
bu derinlik ile sertlik hesaplanır:
HRA 100 t 0,002mm
Rockwell sertlik ölçüm testinde kullanılan elmas sert uç
ve yüke göre sertlik derinlik değişimleri.
ön kuvvet (F0) =98 N
sonra ölçüm kuvveti (F1) uygulanır
HRA için 490N
HRC için ise 1373N
sonra ölçme için uygulanan kuvvet (F1)
kaldırılır
ön kuvvet altında iz derinliği (tb) ölçülür.
Hassas ölçüm için
yüzeyin hassas olarak hazırlanması
Yüzey pürüzlülüğünün artışı sonuçları etkilemekte
her iki yüzeyin paralel
Sertlik ölçüm süresi
plastik şekil değiştirme yeteneğine bağlı
Zamana bağlı olarak şekil değiştirme yoksa
ön kuvvette 2
toplam süre de 5-8 saniye
Sertlik izleri arası mesafe
kısıtlama yoksa diğer sertlik izlerinden ve kenardan 3 mm
diğer yöntemlere göre
çok hızlı
tam otomatik
ölçüm hassasiyeti sert ucun eğrilik yarıçapı
nedeniyle daha düşüktür.
Rockwell sertlik ölçüm sistemi (şematik)
Malzemelerin Tokluk Özelliklerinin
Belirlenmesi ve Tokluk Testleri