Transcript Sürünme Deneyi
Slide 1
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
METALÜRJİ EĞİTİMİ BÖLÜMÜ
MEKANİK VE TAHRİBATSIZ MUAYENE
YÖNTEMLERİ DERSİ
SÜRÜNME DENEYİ
Kontrol:
Doç. Dr. Tülay Yıldız
Hazırlayan:
Sinan İnci (091122105)
[email protected]
Slide 2
SÜRÜNME DENEYİ
Resim 1: Sürünme Deney Aleti
(Instron Model 3367)
Slide 3
SÜRÜNME DENEYİ
Malzemeler
yüksek
sıcaklıkta sabit bir
yük altında (hatta
kendi ağırlıkları ile
bile) zamanla kalıcı
plastik şekil
değiştirmesine
sürünme denir.
Şekil 1: Tipik Sürünme Deney Aleti Şeması
Slide 4
SÜRÜNME DENEYİ
Sürünme deneyi, malzemenin statik bir yük
altındaki karakteristiğini belirlemek için kullanılır.
Sürünme deneyi, metalik malzemelerde
sürünme ergime sıcaklığının ~1/3’ünde
seramik malzemelerde ergime sıcaklıklarının
~2/5 sıcaklıklarında gerçekleşir.
Standartlara göre hazırlanan sürünme test
numunesi test cihazında tutma başlarından
tutturularak yüksek sıcaklıkta sabit yük
uygulanır.
Slide 5
SÜRÜNME DENEYİ
Malzemenin sürünme davranışını
etkileyen faktörler:
»
»
»
»
Malzeme Cinsi,
Sıcaklık,
Yükleme Cinsi,
Yükleme Miktarı
Bunlara çevre şartları ve malzeme
özellikleri de eklenebilir.
Slide 6
SÜRÜNME DENEYİ
Zamana bağlı olarak her zaman diliminde
numunede meydana gelen uzama oranı
kaydedilerek Zaman-Uzama grafiği elde edilir.
Ölçümlerin uzatılmış bir zaman aralığında ve
yüksek sıcaklıklarda, sabit gerilme ile yapılması
sonucunda teknik bir 'Sünme Eğrisi' gözlenir.
Bu sünme eğrisi zamanla oluşan deformasyona
tekabül eder.
Tipik bir sürünme grafiği Şekil 2’deki gibidir.
Slide 7
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 2: Tipik bir sürünme eğrisi
(Sabit sıcaklık ve yük altında)
Slide 8
SÜRÜNME EĞRİLERİ
A`dan B`ye olan birinci bölgede sürünmede
dislokasyon hareketliliği çok hızlı olmaktadır.
İkinci bölgede (B`den C`ye olan bölge)
sürünme gerinim hızının zamana bağlı olarak
artış oranı sabit kalmaktadır.
C`den D`ye olan üçüncü bölgede iç boşluk
oluşumları vuku bulur.
Slide 9
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Malzemenin sürünme özelliklerine sıcaklık gerilme
hızı ve mikro yapıları daha çok etki eder (Şekil 3).
Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki faktördeki
artış sürünme eğrisinde benzer etkilere neden
olmaktadır.
Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme hızlarındaki
artış, kararlı sürünme süresinin kısalması ve üçüncü
sürünmenin daha çabuk başlaması ve erken
kırılmadır.
Slide 10
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 3: Sürünme eğrisi üzerine
sıcaklık ve gerilmenin etkisi
Slide 11
KARARLI SÜRÜNME HIZI
Arrhenius Eşitliği (sıcaklıkla aktive edilmiş fiziksel
Burada A ve H birer mutlak sabit değil basınç,
sıcaklık ve metalürjik değişkenlere bağlıdır.
bir süreçte hız-oran) ile yakından ilgilidir.
εos = A e -H/RT
» εos kararlı sürünme hızı,
» H aktivasyon enerjisi,
» R genel gaz sabiti,
» T mutlak sıcaklık
» A sabit sayıdır.
Slide 12
KARARLI SÜRÜNME HIZI ve
BASINÇ
Kararlı sürünme hızı basınç artışı ile de artar.
Her ikisi arasındaki ilişki daha çok "Güç Kanunu
Eşitliği" ile ifade edilir.
εos = β σn
» β sabit değer
» n sabit değer
( n, 3 veya 8 arasında bir değer alabilir)
Aşağıdaki eşitlikte sıcaklık ve basınç birlikte
kullanılmıştır.
εos = K σn e-H/RT
Slide 13
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil
4`te artan sıcaklık ve basıncın
sürünme grafiğine etkisini göstermektedir.
Şekilden
de anlaşılacağı üzere her iki
faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer
etkilere neden olmaktadır.
Bunlar
başlangıç ve kararlı sürünme
hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin
kısalması ve üçüncü sürünmenin daha
çabuk başlaması ve erken kırılmadır.
Slide 14
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 4: Artan sıcaklık veya basıncın
sürünme gerinimi üzerine etkisi
Slide 15
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Sürünme hareketi belli zaman aralıklarında
üç farklı davranış gösterir (Şekil 5):
1. Birincil Aşama
2. İkincil Aşama (Kararlı Aşama)
3. Üçüncül Aşama
Slide 16
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Sürünme Hızı= ε=tan=/t
Şekil 5: Tipik bir sürünme eğrisi
(Sabit sıcaklık ve yük altında)
Slide 17
Birincil Sürünme Bölgesi
Yükün etkisiyle numune uzar, burada
dislokasyon hareketleri hakimdir.
Numunede deformasyon sertleşmesi olur.
Diğer taraftan yüksek sıcaklık nedeni ile iç
gerilmeler giderilir.
Kendine gelme, toparlanma oluşur.
Deformasyon sertleşmesi hakim
olduğundan sürünme hızı gittikçe düşer.
Slide 18
İkincil Sürünme Bölgesi
Bu bölgede deformasyon sertleşmesi ile kendine
gelme hızı birbirine eşittir.
Bu bölgeye Kararlı Sürünme Bölgesi de denir.
Bu bölge sürünmeye karşı direnmede en yüksek
değere sahiptir. Uygulamada çok önemlidir.
Mühendislik hesaplarında saatteki belli sıcaklıktaki
sürünme hızı “SÜRÜNME MUKAVEMETİ” olarak
alınır.
Örnek olarak % saatte 105–107 gibi.
Slide 19
Üçüncül Sürünme Bölgesi
Bu bölgede sürünme hızı tekrar artar.
Numune boyun vermeye başlar.
Hızdaki bu değişim malzemenin iç
yapısındaki değişimden, boşluk
oluşumundan, boşlukların birleşmesinden ve
tane sınırlarının kaymasından dolayı hızlı bir
plastik deformasyon oluşur.
Sonunda kopma meydana gelir.
Slide 20
SÜRÜNME DENEYİ
Yüksek sıcaklıklara veya gerilmelere
maruz kalan malzemelerin sürünme
hareketlerini kısıtlamak için malzemenin iç
yapısında değişiklikler yapmak yaygın bir
yöntemdir.
Bu sayede malzemenin, sürünme davranışına
karşı direnç göstermesi sağlanır.
Slide 21
SÜRÜNME DENEYİ
Günümüzde yüksek sıcaklık uygulamaları
» Türbinler
» Kimyasal ve petrokimyasal endüstriler
» Nükleer Reaktör alanlarında görülür.
Sürünme genel bir kural olarak;
Metaller için : T > (0.3-0.4) Tm
Seramikler için : T > (0.4-0.5) Tm
şartlarında başladığı bilinmelidir.
(Tm malzemenin Kelvin cinsinden ergime sıcaklığı)
Slide 22
Sürünmeye Dayanıklı Alaşımlar
Sürünmeye dayanıklı alaşımların geliştirilmesi
dislokasyon hareketliliğinin zor olduğu malzemelerin
üretilmesi ile mümkündür.
Ergime
sıcaklığı çok yüksek bazı metaller,
» W-V (Tm 3377 oC) işlenmesi çok zordur,
» Mo (Tm 2607 oC) uçucu oksitler oluşturur ,
» Os (Tm 3027 oC) ise çok pahalıdır.
Bu
nedenle günümüzde
» Ni (Tm 1453 oC) ve Co (Tm 1492 oC) kullanılmaktadır.
Slide 23
SÜRÜNME DENEYİ
Sıcaklık
ve yükleme miktarı arttıkça
sürünme hareketinde de artış meydana gelir.
Üretilen
bazı ürünlerin malzemeleri yüksek
sıcaklıklara maruz kalmaktadır.
» Gaz türbinlerinde bulunan türbin pervaneleri (Resim 2),
» Uçak türbin kanadı (Resim 3) buna örnek olabilir.
Slide 24
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 2: Gaz türbin
kanadındaki sürünme
sebebiyle oluşan çatlak
Resim 3: Uçak türbin kanadında
taneler arası çatlama ve
tipik sürünme deformasyonu
Slide 25
Sürünme Hasarları
Kırılma
olsun ya da olmasın
parçanın yüksek sıcaklık ve
gerilme altında aşırı plastik
deformasyona veya çarpılmaya
uğraması bir sürünme
hasarıdır.
Slide 26
Yüksek Sıcaklıkta Kırılma
Bir kırılmanın şekli malzemeye, sıcaklığa ve
uygulanan gerilmeye bağlıdır.
Yüksek sıcaklıkta altında kırılma (Resim 4);
» Kopma şeklinde (a)
» Taneleri keserek sürünme şeklinde (b)
» Taneler arası sürünme şeklinde olur. (c)
Slide 27
Yüksek Sıcaklıkta Kırılma
Resim 4: Yüksek Sıcaklık Altında Kırılmalar
Slide 28
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 5: Çeşitli Malzemelerde ki Sürünme Hasarı Örnekleri
Slide 29
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 6: Sürünmede boşluk ve küçük çatlaklar
Resim 7: Taneler arası kırılma
Slide 30
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 8: Sürünme
testinden sonra düşük bir
sıcaklıkta darbe ile kırılmış
bir numunenin kırılma
yüzeyindeki sürünme
boşlukları TEM de 5000X
büyütme
Resim 9: Uçak türbin
kanadındaki sürünme
sebebiyle germe ve boyun
teşekkülü
Resim 10: 618 °C
östenitik paslanmaz
çeliğin gerilme kırılma
yüzeyine yakın 300X
büyütmedeki yapısı
Slide 31
Faydalanılan Kaynaklar:
Prof. Dr. İrfan AY, Sürünme Hasarları,
http://w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/ha/lecture4.pdf
Doç. Dr. Ali Osman KURT, "Malzemelerin Yüksek Sıcaklık
Davranışları“ Ders Notu,
http://web.sakarya.edu.tr/~aokurt/dersler/malzyuk/ders_notu.pdf
Yrd. Doç. Dr. Ahmet GÜRAL, “Mekanik” Ders Notu,
http://w3.gazi.edu.tr/~agural/Mekanik.doc
ODTÜ Merkezi Laboratuarı, Mekanik Test Cihazları, Sürünme Test
Cihazı, http://www.centrallab.metu.edu.tr/?q=node/21
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
METALÜRJİ EĞİTİMİ BÖLÜMÜ
MEKANİK VE TAHRİBATSIZ MUAYENE
YÖNTEMLERİ DERSİ
SÜRÜNME DENEYİ
Kontrol:
Doç. Dr. Tülay Yıldız
Hazırlayan:
Sinan İnci (091122105)
[email protected]
Slide 2
SÜRÜNME DENEYİ
Resim 1: Sürünme Deney Aleti
(Instron Model 3367)
Slide 3
SÜRÜNME DENEYİ
Malzemeler
yüksek
sıcaklıkta sabit bir
yük altında (hatta
kendi ağırlıkları ile
bile) zamanla kalıcı
plastik şekil
değiştirmesine
sürünme denir.
Şekil 1: Tipik Sürünme Deney Aleti Şeması
Slide 4
SÜRÜNME DENEYİ
Sürünme deneyi, malzemenin statik bir yük
altındaki karakteristiğini belirlemek için kullanılır.
Sürünme deneyi, metalik malzemelerde
sürünme ergime sıcaklığının ~1/3’ünde
seramik malzemelerde ergime sıcaklıklarının
~2/5 sıcaklıklarında gerçekleşir.
Standartlara göre hazırlanan sürünme test
numunesi test cihazında tutma başlarından
tutturularak yüksek sıcaklıkta sabit yük
uygulanır.
Slide 5
SÜRÜNME DENEYİ
Malzemenin sürünme davranışını
etkileyen faktörler:
»
»
»
»
Malzeme Cinsi,
Sıcaklık,
Yükleme Cinsi,
Yükleme Miktarı
Bunlara çevre şartları ve malzeme
özellikleri de eklenebilir.
Slide 6
SÜRÜNME DENEYİ
Zamana bağlı olarak her zaman diliminde
numunede meydana gelen uzama oranı
kaydedilerek Zaman-Uzama grafiği elde edilir.
Ölçümlerin uzatılmış bir zaman aralığında ve
yüksek sıcaklıklarda, sabit gerilme ile yapılması
sonucunda teknik bir 'Sünme Eğrisi' gözlenir.
Bu sünme eğrisi zamanla oluşan deformasyona
tekabül eder.
Tipik bir sürünme grafiği Şekil 2’deki gibidir.
Slide 7
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 2: Tipik bir sürünme eğrisi
(Sabit sıcaklık ve yük altında)
Slide 8
SÜRÜNME EĞRİLERİ
A`dan B`ye olan birinci bölgede sürünmede
dislokasyon hareketliliği çok hızlı olmaktadır.
İkinci bölgede (B`den C`ye olan bölge)
sürünme gerinim hızının zamana bağlı olarak
artış oranı sabit kalmaktadır.
C`den D`ye olan üçüncü bölgede iç boşluk
oluşumları vuku bulur.
Slide 9
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Malzemenin sürünme özelliklerine sıcaklık gerilme
hızı ve mikro yapıları daha çok etki eder (Şekil 3).
Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki faktördeki
artış sürünme eğrisinde benzer etkilere neden
olmaktadır.
Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme hızlarındaki
artış, kararlı sürünme süresinin kısalması ve üçüncü
sürünmenin daha çabuk başlaması ve erken
kırılmadır.
Slide 10
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 3: Sürünme eğrisi üzerine
sıcaklık ve gerilmenin etkisi
Slide 11
KARARLI SÜRÜNME HIZI
Arrhenius Eşitliği (sıcaklıkla aktive edilmiş fiziksel
Burada A ve H birer mutlak sabit değil basınç,
sıcaklık ve metalürjik değişkenlere bağlıdır.
bir süreçte hız-oran) ile yakından ilgilidir.
εos = A e -H/RT
» εos kararlı sürünme hızı,
» H aktivasyon enerjisi,
» R genel gaz sabiti,
» T mutlak sıcaklık
» A sabit sayıdır.
Slide 12
KARARLI SÜRÜNME HIZI ve
BASINÇ
Kararlı sürünme hızı basınç artışı ile de artar.
Her ikisi arasındaki ilişki daha çok "Güç Kanunu
Eşitliği" ile ifade edilir.
εos = β σn
» β sabit değer
» n sabit değer
( n, 3 veya 8 arasında bir değer alabilir)
Aşağıdaki eşitlikte sıcaklık ve basınç birlikte
kullanılmıştır.
εos = K σn e-H/RT
Slide 13
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil
4`te artan sıcaklık ve basıncın
sürünme grafiğine etkisini göstermektedir.
Şekilden
de anlaşılacağı üzere her iki
faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer
etkilere neden olmaktadır.
Bunlar
başlangıç ve kararlı sürünme
hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin
kısalması ve üçüncü sürünmenin daha
çabuk başlaması ve erken kırılmadır.
Slide 14
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Şekil 4: Artan sıcaklık veya basıncın
sürünme gerinimi üzerine etkisi
Slide 15
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Sürünme hareketi belli zaman aralıklarında
üç farklı davranış gösterir (Şekil 5):
1. Birincil Aşama
2. İkincil Aşama (Kararlı Aşama)
3. Üçüncül Aşama
Slide 16
SÜRÜNME EĞRİLERİ
Sürünme Hızı= ε=tan=/t
Şekil 5: Tipik bir sürünme eğrisi
(Sabit sıcaklık ve yük altında)
Slide 17
Birincil Sürünme Bölgesi
Yükün etkisiyle numune uzar, burada
dislokasyon hareketleri hakimdir.
Numunede deformasyon sertleşmesi olur.
Diğer taraftan yüksek sıcaklık nedeni ile iç
gerilmeler giderilir.
Kendine gelme, toparlanma oluşur.
Deformasyon sertleşmesi hakim
olduğundan sürünme hızı gittikçe düşer.
Slide 18
İkincil Sürünme Bölgesi
Bu bölgede deformasyon sertleşmesi ile kendine
gelme hızı birbirine eşittir.
Bu bölgeye Kararlı Sürünme Bölgesi de denir.
Bu bölge sürünmeye karşı direnmede en yüksek
değere sahiptir. Uygulamada çok önemlidir.
Mühendislik hesaplarında saatteki belli sıcaklıktaki
sürünme hızı “SÜRÜNME MUKAVEMETİ” olarak
alınır.
Örnek olarak % saatte 105–107 gibi.
Slide 19
Üçüncül Sürünme Bölgesi
Bu bölgede sürünme hızı tekrar artar.
Numune boyun vermeye başlar.
Hızdaki bu değişim malzemenin iç
yapısındaki değişimden, boşluk
oluşumundan, boşlukların birleşmesinden ve
tane sınırlarının kaymasından dolayı hızlı bir
plastik deformasyon oluşur.
Sonunda kopma meydana gelir.
Slide 20
SÜRÜNME DENEYİ
Yüksek sıcaklıklara veya gerilmelere
maruz kalan malzemelerin sürünme
hareketlerini kısıtlamak için malzemenin iç
yapısında değişiklikler yapmak yaygın bir
yöntemdir.
Bu sayede malzemenin, sürünme davranışına
karşı direnç göstermesi sağlanır.
Slide 21
SÜRÜNME DENEYİ
Günümüzde yüksek sıcaklık uygulamaları
» Türbinler
» Kimyasal ve petrokimyasal endüstriler
» Nükleer Reaktör alanlarında görülür.
Sürünme genel bir kural olarak;
Metaller için : T > (0.3-0.4) Tm
Seramikler için : T > (0.4-0.5) Tm
şartlarında başladığı bilinmelidir.
(Tm malzemenin Kelvin cinsinden ergime sıcaklığı)
Slide 22
Sürünmeye Dayanıklı Alaşımlar
Sürünmeye dayanıklı alaşımların geliştirilmesi
dislokasyon hareketliliğinin zor olduğu malzemelerin
üretilmesi ile mümkündür.
Ergime
sıcaklığı çok yüksek bazı metaller,
» W-V (Tm 3377 oC) işlenmesi çok zordur,
» Mo (Tm 2607 oC) uçucu oksitler oluşturur ,
» Os (Tm 3027 oC) ise çok pahalıdır.
Bu
nedenle günümüzde
» Ni (Tm 1453 oC) ve Co (Tm 1492 oC) kullanılmaktadır.
Slide 23
SÜRÜNME DENEYİ
Sıcaklık
ve yükleme miktarı arttıkça
sürünme hareketinde de artış meydana gelir.
Üretilen
bazı ürünlerin malzemeleri yüksek
sıcaklıklara maruz kalmaktadır.
» Gaz türbinlerinde bulunan türbin pervaneleri (Resim 2),
» Uçak türbin kanadı (Resim 3) buna örnek olabilir.
Slide 24
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 2: Gaz türbin
kanadındaki sürünme
sebebiyle oluşan çatlak
Resim 3: Uçak türbin kanadında
taneler arası çatlama ve
tipik sürünme deformasyonu
Slide 25
Sürünme Hasarları
Kırılma
olsun ya da olmasın
parçanın yüksek sıcaklık ve
gerilme altında aşırı plastik
deformasyona veya çarpılmaya
uğraması bir sürünme
hasarıdır.
Slide 26
Yüksek Sıcaklıkta Kırılma
Bir kırılmanın şekli malzemeye, sıcaklığa ve
uygulanan gerilmeye bağlıdır.
Yüksek sıcaklıkta altında kırılma (Resim 4);
» Kopma şeklinde (a)
» Taneleri keserek sürünme şeklinde (b)
» Taneler arası sürünme şeklinde olur. (c)
Slide 27
Yüksek Sıcaklıkta Kırılma
Resim 4: Yüksek Sıcaklık Altında Kırılmalar
Slide 28
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 5: Çeşitli Malzemelerde ki Sürünme Hasarı Örnekleri
Slide 29
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 6: Sürünmede boşluk ve küçük çatlaklar
Resim 7: Taneler arası kırılma
Slide 30
Sürünme Hasarı Örnekleri
Resim 8: Sürünme
testinden sonra düşük bir
sıcaklıkta darbe ile kırılmış
bir numunenin kırılma
yüzeyindeki sürünme
boşlukları TEM de 5000X
büyütme
Resim 9: Uçak türbin
kanadındaki sürünme
sebebiyle germe ve boyun
teşekkülü
Resim 10: 618 °C
östenitik paslanmaz
çeliğin gerilme kırılma
yüzeyine yakın 300X
büyütmedeki yapısı
Slide 31
Faydalanılan Kaynaklar:
Prof. Dr. İrfan AY, Sürünme Hasarları,
http://w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/ha/lecture4.pdf
Doç. Dr. Ali Osman KURT, "Malzemelerin Yüksek Sıcaklık
Davranışları“ Ders Notu,
http://web.sakarya.edu.tr/~aokurt/dersler/malzyuk/ders_notu.pdf
Yrd. Doç. Dr. Ahmet GÜRAL, “Mekanik” Ders Notu,
http://w3.gazi.edu.tr/~agural/Mekanik.doc
ODTÜ Merkezi Laboratuarı, Mekanik Test Cihazları, Sürünme Test
Cihazı, http://www.centrallab.metu.edu.tr/?q=node/21