Mekanik Testler - Kocaeli Üniversitesi | Mühendislik Fakültesi
advertisement
Mekanik Testler Doç. Dr. Mustafa ÇÖL 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. Kuvvet-Uzama veya Kuvvet-Zaman diyagramı Mühendislik Gerilme-Şekil Değiştirme diyagramı • Sürekli akma ve önemli deney sonuçları • Süreksiz akma ve önemli deney sonuçları 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 • Elastik bölgede Hook kuralı geçerlidir • E-modül malzemenin elastik şekil değiştirmeye direncini belirler. 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 d0 d l 0 v d 0 l • % 0.2 Proporsiyonel Sınır • % 0.1 Proporsiyonel Sınır R p02 F 0.002 A0 R p01 F 0.001 A0 Kırılma (Kopma) • Kopma uzaması • Kırılma (kopma) kesit daralması f Z l f l0 l0 A0 A f A0 • Gerçek Gerilme= anlık kuvvet / anlık kesit alanı Fi g Ai 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 d g l l1 dl g ln l1 ln l0 l l0 l1 g ln l0 l l0 l1 ln 1 g ln ln l0 l0 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 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 • Brinel sertliği HB: HB 0,102 2 F D D D2 d 2 • 0,102 faktörü N ile Kp birimlerini bağlıyor – 1 Kp=9.80665 N 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 Seçilen malzemelerin Brinell sertlikleri ve kullanılan yüklenme dereceleri (1-30 arasında) Brinell yönteminde sertlik ölçümü VICKERS Sertlik Ölçüm Yöntemi (DIN EN 50133) • günümüzde en çok kullanılan yöntem • ölçülebilir sertlik – çok düşük • 3HV (örneğin kurşun) – çok yüksek değerler arasında • 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 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 Çentikli Darbe Tokluk Testi • günümüzde en çok kullanılan test – Ekonomik ve basit – Standartlarda var Çentikli darbe tokluk test sistemi (şematik) • Sabit sıcaklıkta tokluk özelliği – kalite sınıflandırması – karşılaştırılabilir • Dezavantajları – sonuçlar sadece kalitatiftir • numune geometrisine bağlıdır • konstrüksiyona bire bir taşınamaz • Test sonuçları farklı malzemelerde karşılaştırılabilir. Çentikli Darbe Numunesinin Hazırlanması ve Testin Uygulanması • Charpy Çentikli Darbe Tokluk testi – DIN EN 10045 Avrupa standartında Çentikli darbe numunesi • Test – ortasına çentik açılan numune ile • düzenek üzerinde ve L biçiminde bir yuvaya oturtulur • sarkaç çekici tarafından çentik arka yüzeyinden darbe uygulanmak suretiyle bir vuruş ile kırılır. • Kırılma için harcanan enerji Joule (J) • darbe tokluk enerjisi olarak – kesite orantılanmış spesifik değeri J/cm2 – Darbe tokluk enerjisi, darbe altında kırılmalara karşı malzemenin gösterdiği direnç olarak tanımlanır. • Standartta iki farklı numune – ucu yuvarlak – ucu sivri çentik – 55 mm uzunluğunda – 10 mm kenar uzunluğunda kare kesitli • Çentik önemli – kenar uzunluğu boyunca – numune uzunluğunun tam ortasında olmalı – Daha ince malzemeler • kalınlığı 10 mm den daha az olan saclar için • daha farklı numune geometrileri mümkün – Oda sıcaklığından farklı test sıcaklıkları için istenilen sıcaklık, numunenin her yerinde aynı olmalıdır Testin Uygulanması • Sarkaçlı çekiç – ucu h0 yüksekliğinde – çentiğin arka yüzeyine çarpar – Numuneyi kırar – tokluğa göre değişen h1 yüksekliğine çıkar. – h1 ne kadar fazlaysa kırılma için o kadar az enerji harcanır. Test Sonuçları • Darbe tokluğu-sıcaklık eğrisi – Sigmoidal görünüşe sahip. – eğriyi 3 bölgeye ayırmak mümkün • Düşük Tokluk Bölgesi : Deformasyonsuz gevrek kırılma, min tokluk • Geçiş Bölgesi : Artan sıcaklık ile gevrek kırılma oranı azalır, tokluk artar • Yüksek Tokluk Bölgesi : Kırılma sünek malzeme en yüksek tokluk değerlerine bu bölgede ulaşır. Çentikli darbe tokluğu-Sıcaklık diyagramı • Geçiş bölgesi ve geçiş sıcaklığı (Tg , K) – gevrek kırılmadan sünek kırılmaya geçiş – önemli bir sonuçtur – Geçiş bölgesi geniş olabilir • Tg nin hassas belirlenmesi zorlaşır • Bu durumda bazı kabuller yapılır: – En az darbe tokluk enerjisinin bulunduğu sıcaklık • örneğin: 27 J veya 40 J T27 ve T40 – Yüksek tokluk bölgesindeki darbe tokluk değerinin yarısının bulunduğu sıcaklık. T Av max/2 – Kırılma yüzeyinde %50 sünek kırılmanın gözlendiği sıcaklık : FATT 50 (Fracture Appearance Temperature 50 % Shear-Fracture). Çentik darbe numunelerinin kırılma tipine göre değişen kırılma yüzeyleri soldan, düşük tokluk bölgesi, geçiş sıcaklığı ve yüksek tokluk bölgesi
