Malzemelerin Mekanik zellikleri Mekanik tasarm ve imalat srasnda
- Slides: 76
Malzemelerin Mekanik Özellikleri Mekanik tasarım ve imalat sırasında malzemelerin mekanik davranışlarının bilinmesi çok önemlidir. Başlıca mekanik özellikler: – – – Çekme / basma (tensile /compression) Sertlik (hardness) Darbe (impact) Kırılma (fracture) Yorulma (fatigue) Sürünme (creep) 1
Bu Gün • Çekme deneyi ve Gerilme (stress) / Birim uzama (strain-gerinim) kavramları • Gerilme-Birim uzama eğrileri 2
Çekme deneyi Malzemenin statik kuvvetler altında dayanımı vs mekanik özelliklerinin test edilmesinde kullanılır. Çekme deneyi 3
: Gerilme : Birim şekil değiştirme Çekme deneyinden elde edilen F- L (kuvvet uzama) eğrisi F- L deki verilerinde elde edilen - (Gerilme-Birim uzama) eğrisi 4
Malzemenin plastik şekil değiştirmeye başladığı gerilme değerine “akma dayanımı” adı verilir. 1. Belirgin akma göstermeyen malzemeler 2. Belirgin akma gösteren malzemeler 0. 2 Belirgin akma noktası a Belirgin olmaması durumunda, akma dayanımı % 0. 2 kalıcı pşd oluşturan gerilme değerine eşittir. p =0. 002 = % 0. 2 . e 5
Elastik Bölge Boyun verme (necking) Plastik Bölge Heterojen PŞD Homojen PŞD Ç x Akma noktası (akma dayanımı) a = 0. 2 Elastik sınır 0. 002 x x Çekme dayanımı (boyun verme başlangıcı) Kırılmakopma 6
Elastik Şekil Değişimi 7
Ç K k sti e g l ö B Ela 0. 2 Plastik Bölge 0. 002 8
Elastik Şekil Değişimi E, Elastiklik modülü Elastik şekil değişiminde atomsal bağlardaki uzamalar. 9
Elastik şekil değişimi • • Elastik bölgede Hook kanunu geçerlidir. Gerilme ile birim uzama lineer olarak değişir. Kuvvet kalkınca, elastik uzama ortadan kalkar. E, Elastiklik Modülü, lineer kısmın eğimine eşittir – Malzemenin karakteristik özelliğidir (malzemeden malzemeye değişir) – E büyüdükçe malzeme daha rijit hale gelir yani gerilme ile daha az şekil değişimi gösterir. Küçüldükçe daha elastik davranır. 10
Hook Kanunu Normal gerilme = Birim şekil değişimi E = Elastiklik modülü Kayma gerilmesi t = Kayma gerilmesi = Kayma birim şekil değişimi G = kayma modülü 11
E ye etki eden parametreler: • Kimyasal bileşim (Al ve çelikte farklı) • Ortam sıcaklığından etkilenir. • Isıl işlemden etkilenmez. (Aynı çeliğin yumuşak hali ile sertleştirilmiş hali aynı E ye sahiptir). 12
Kimyasal kompozisyonun etkisi E, bir malzeme özelliğidir. E, kimyasal kompozisyondan etkilenir. Çelik Alüminyuma göre daha rijittir. 13
Sıcaklığın etkisi Sıcaklık arttıkça E, azalır. 14
Poisson Oranı • Malzemelerin elastik özelliklerini belirleyen diğer bir parametredir. • Elastik şekil değişimi sırasında malzeme hacminde değişiklik olur (plastik deformasyonda hacim sabit kalır). • Çekme yönünde malzeme uzarken buna dik yönde kısalma gerçekleşir. • Aradaki oran poisson oranı ile belirlenir. 15
• Metaller için 0. 28 ile 0. 32 arasında değişir. Genelde 0. 3 tür (elastik ş. d. ). • Plastik şekil değişiminde hacim sabit kalır ve poisson oranı 0. 5 değeri alır. 16
Plastik Şekil Değişimi 17
• Malzemelerin dayanımını ifade eden Akma dayanımının üzerinde gerilmeler uygulanması durumunda plastik şekil değişimleri (kalıcı-geri dönüşsüz) (PŞD) başlar. • Bu noktada PŞD, dislokasyonlar kaymaya başlamasıyla meydana gelir. 18
• • • PŞD de sıcaklık seviyelerine bağlı olarak farklı şekil değiştirme mekanizmaları mevcuttur. Bunlar; 1. Soğuk plastik şekil değiştirme, 2. Sıcak Plastik şekil değiştirme 3. Ilık Plastik şekil değiştirme Bu sıcaklık seviyeleri benzeş sıcaklık ile belirlenir. 19
Benzeş sıcaklık (homologous temperature): TE = Malzemenin erime sıcaklığı TÇ = Çalışma sıcaklığı 0 < TB < 0. 25 < TB < 0. 5 < TB < 1 Soğuk Şekil Değişimi Ilık Şekil değişimi Sıcak Şekil değişimi 20
Oda sıcaklığı; • Fe, Cu, Al gibi bir çok metal için soğuk şekil değişim bölgesi iken • Pb, Sn gibi düşük erime sıcaklığına sahip malzemeler için sıcak şekil değişim bölgesi olur. 21
Soğuk Şekil Değiştirme Soğuk şekil değişiminde iki tür şekil değiştirme mekanizması etkin olabilir. 1. Kayma 2. İkizleme PŞD, Kayma ile yani dislokasyonların kayarak hareket etmeleri ile gerçekleşir. Kaymanın zor olduğu durumlarda plastik şekil değişimi ikizleme (twinning) ile gerçekleşir. 22
Soğuk Şekil Değiştirme Ç K 0. 2 Normal çekme deneyi soğuk Şekil Değiştirme alanında gerçekleştiği için aynı eğri elde edilir. 23 0. 002
KAYMA: PEKLEŞME KAVRAMI • Plastik deformasyon sırasında, dislokasyonlar kayma düzlemlerinde kayarak hareket ederler. • Fakat bu sırada yeni dislokasyonlar meydana gelir ve yoğunlukları artar. • Sayılarının artması ile birbirlerinin hareketini engellemeye veya başka engellere (boşluk, yer alan, ara yer, tane sınırı, çökelti, vs. ) takılmaya başlarlar. • Böylece hareketleri için daha yüksek gerilmeler gerekir. • Bu durum deformasyon sertleşmesi veya PEKLEŞME (strain hardening-work hardening) olarak adlandırılır. 24
HOMOJEN PŞD BÖLGESİ • - eğrisinin akma noktası ile tepe noktası (boyun verme) arasında kalan kısmıdır. Açıklama: • PŞD de parça uzunluğu sürekli artar. Hacim sabit kalır ve uzunluktaki artış kesit alanında daralma ile dengelenir. • Akma noktasından sonra tepe noktasına kadar malzeme pekleşir ve daha çok gerilme gerekir fakat pşd oldukça kesit küçülür böylece gerilme artar bu iki durum birbirini dengeler. 25
HETOROJEN PŞD BÖLGESİ • - eğrisinin tepe noktası (boyun verme) ile kopma noktası arasında kalan kısmıdır. Açıklama: • Tepe noktasından (çekme dayanımı) sonra plastik kararsızlık başlar. Kesit bir bölgede hızla daralmaya başlar ve malzeme boyun (neck) verir. • Şekil değişimi için gereken kuvvet azalır. Bu nedenle eğri aşağı doğru döner. Belli bir noktada kopma gerçekleşir. 26
Akma noktasından sonra homojen PŞD. (pekleşme / kesit daralması dengesi) Boyun verme başlangıcı Max noktadan sonra heterojen PŞD. (dengenin bozulması) Ç 0. 2 Kırılma (kopma) 0. 002 27
28
Tablo 6. 1: Çekme dayanım değerleri. 29
Çekme diyagramından elde edilen veriler • • • E, Elastiklik modülü a, Akma dayanımı ç, Çekme dayanımı k, Kopma gerilmesi , Kopma uzaması , Kesit daralması ün, Üniform uzama Statik tokluk Rezilyans Ayrıca her hangi bir noktada • Elastik şekil değişim miktarı • Plastik şekil değişim miktarı, vs bulunabilir 30
Plastik deformasyon Elastik Sınır Elastik deformasyon Ç; Çekme dayanımı A noktası k; Kopma gerilmesi A; Akma dayanımı Elastiklik modülü Kopma uzaması P E T (= E + P) 31
Süneklik / Gevreklik / Tokluk / Rezilyans • Süneklik: plastik şekil değiştirme kabiliyetini ifade eder. Bu değerin büyümesi, malzeme kopana kadar daha büyük plastik şekil değiştirme göstermesi anlamına gelir. Kopma uzaması ve alan daralması parametreleri ile ifade edilebilir. • Gevreklik: Plastik şekil değiştirme kabiliyetinin olmaması durumunu ifade eder. Eğri bazen elastik sınırda bazen de elastik sınıra çok yakın bir noktada son bulur. • Tokluk: Malzemenin kopana dek absorbe ettiği toplam enerjiyi ifade eder. - eğrisinin altında kalana eşittir. Sünek malzemelerin tokluğu gevrek malzemelere göre daha yüksektir. • Rezilyans: Malzemenin elastik şekil değişimi sırasında depoladığı enerjidir. - eğrisinde elastik bölgenin altında kalana eşittir. 32
Süneklik • Kopma uzaması; lk, eğriden de bulunabilir. lk = Kopma anında ölçü boyu lo = ilk ölçü boyu • Kesit daralması: Ak, Eğriden bulunamaz. Ao = İlk kesit alanı Ak = Kopmadan sonra ölçülen kesit alanı 33
Statik Tokluk malzeme kırılıncaya kadar harcadığı enerjiyi ifade eder - eğrisinin altında kalandır 34
Statik Tokluk Gevrek Orta süneklik Yüksek süneklik Malzemenin kırılana kadar ne kadar enerji yutacağının göstergesidir. 35
Rezilyans, - eğrisinde, elastik bölge altında kalandır. Elastik davranış sırasında depoladığı enerjiyi ifade eder. Yay çelik Basit karbonlu çelik 36
37
Gerçek Gerilme-birim şekil değiştirme • Şu ana kadar hesaplamalarda başlangıç geometrik veriler kullanıldı. Bu şekilde hesaplanan veriler “Mühendislik” değerlerdir. • Gerçekte plastik şekil değiştirme ile birlikte kesit alanı (hacmin sabit kalması ile) sürekli azalır. • Bu şekilde edilen verilere “Gerçek” değerdir. • Özellikle metal şekillendirme uygulamalarında gerçek değerler kullanılır. 38
Gerçek birim uzama. Mühendislik birim uzama. PŞD de Hacim sabit kalır. Mühendislik Gerilme. Gerçek gerilme. 39
4’ x 3’ x x x 4 2’ xx 3 1’ x 2 1 Şekil 6. 7: Gerçek ve mühendislik - (Gerilme-Gerinme) eğrileri. Gerçek değerlere göre çizilen gerçek gerilme-birim uzama eğrisine “Akama eğrisi” (Flow curve) de denir. • Elastik bölgede fark yoktur. • Boyun vermeden sonra homojen olmayan şekil değişiminden dolayı uzama hesaplanamaz. 40
Akma Eğrileri • Akma eğrileri: genelde Holloman bağıntısı ile ifade edilir. K = Dayanım sabiti n = Pekleşme üsteli K ve n; malzeme sabitleri g n=0 g g n=0. 15 g g n=0. 4 g 41
• Doğrunun eğimi, n, pekleşme üstelini verir. • n, pekleşme (deformasyon sertleşmesi) kabiliyetini gösterir. • n arttıkça boyun verme zorlaşır, homojen şd. kabiliyeti artar. • 0 < n < 0. 4 arasında değerler alır. • Bir çok mühendislik malzemede 0. 15 < n < 0. 25 • Sıcak deformasyonda n 0 • K, doğrudan malzemenin dayanımı hakkında bilgi verir. 42
Tablo 6. 2: Çeşitli metal ve alaşımlar için pekleşme parametre değerleri. 43
Çekme diagramı 1. Belrigin akma gösteren malzemelerin - diyagramları 2. Belirgin akma göstermeyen malzemeler - diyagramları Belirgin akma noktası 44
Belirgin akma gösteren malzemeler Çekme dayanımı Pekleşme Luders bantlarının oluşumu Boyun verme Büzülme Kırılma-kopma Şekil 6. 10: Düşük karbonlu çelik belirgin akma noktası gösterir. Ayrıca 2 adet akma noktası tanımlanmıştır: (a)Üst akma noktası, (b) Alt akma noktası. 45
Belirgin akma ve Cottrel atmosferi • Bu olaya C, N gibi arayer atom kümelerinin dislokasyonların alt kısmına yerleşip hareketlerini kilitlemesinin sebep olduğu düşünülür. • Bu arayer atom bulutuna “Cottrell atmosferi” adı verilir. • C ve N den arındırılmış malzemeler belirgin akma göstermiyor. 46
• Üst akma noktası mekanik olarak bu kilitlerin kırılmasını ifade eder. İlk akmanın meydana geldiği kayma bandının pekleşme ile kilitlenmesinden sonra diğer düzlemlerde akma meydana gelir. • Bu olayın kesit boyunca devamı ile luders bantları oluşur. • Bu olay tamamlanınca homojen şekil değişimi başlar. Üst akma noktası Akma uzaması Alt akma noktası Lüders bantlar Akmamış bölge 47
Deformasyon yaşlanması Normal malzemenin davranışı. A. Eğer deney x te durdurulup, beklenmeden devam ettirilirse, eğri kaldığı yerden devam eder. B. Eğer deney y de durdurulup 100 -200 o. C civarında ısıl aktivasyon uygulanırsa ve soğutulan malzemeye yeniden çekme uygulanırsa, belirgin akma noktası tekrar görülür. 48
49
Sıcak şekil değiştirme Şekil değişiminin sıcakta gerçekleşmesi ile ısıl aktivasyon mekanizmaları aktif hale gelir. • Pekleşme olamaz: – Kenar dislokasyonlarda tırmanma (climb) – Vida dislokasyonlarında çapraz kayma (cross slip) Mekanizmaları aktif hale gelir ve dislokasyonlar engellerden kurtularak kaymaya devam ederler • Dislokasyon yoğunluk artışı olmaz. Pozitif ve negatif kenar dislokasyonları üste dizilip tam düzlem haline gelir ve dislokasyon yoğunluğunu azalır. • Tane sınırı kayması olur: Artan sıcaklıkla birlikte taneleri bir arada tutan kuvvet azalır. Difüzyon mekanizmasının etkinleşmesi ile taneler birbirleri üzerinde kayarlar. 50
(a) Dislokasyon tırmanması: artan atom arayer veya boşluklara yerleşebilir (b) Fazla atomların eklenmesi dislokasyon aşağı inebilir. Sıcaklığın artması ile; • Elastiklik modülü azalır, • Pekleşme etkisi azalır veya ortandan kalkar. 51
KAYMA: PEKLEŞME KAVRAMI • Plastik deformasyon sırasında, dislokasyonlar kayma düzlemlerinde kayarak hareket ederler. • Fakat bu sırada yeni dislokasyonlar meydana gelir ve yoğunlukları artar. • Sayılarının artması ile birbirlerinin hareketini engellemeye veya başka engellere (boşluk, yer alan, ara yer, tane sınırı, çökelti, vs. ) takılmaya başlarlar. • Böylece hareketleri için daha yüksek gerilmeler gerekir. • Bu durum deformasyon sertleşmesi veya PEKLEŞME (strain hardening-work hardening) olarak adlandırılır. 52
HOMOJEN PŞD BÖLGESİ • - eğrisinin akma noktası ile tepe noktası (boyun verme) arasında kalan kısmıdır. Açıklama: • PŞD de parça uzunluğu sürekli artar. Hacim sabit kalır ve uzunluktaki artış kesit alanında daralma ile dengelenir. • Akma noktasından sonra tepe noktasına kadar malzeme pekleşir ve daha çok gerilme gerekir fakat pşd oldukça kesit küçülür böylece gerilme artar bu iki durum birbirini dengeler. 53
HETOROJEN PŞD BÖLGESİ - eğrisinin tepe noktası (boyun verme) ile kopma noktası arasında kalan kısmıdır. Açıklama: • Tepe noktasından (çekme dayanımı) sonra plastik kararsızlık başlar. Kesit bir bölgede hızla daralmaya başlar ve malzeme boyun (neck) verir. • Şekil değişimi için gereken kuvvet azalır. Bu nedenle eğri aşağı doğru döner. Belli bir noktada kopma gerçekleşir. 54
Akma noktasından sonra homojen PŞD. (pekleşme / kesit daralması dengesi) Boyun verme başlangıcı Max noktadan sonra heterojen PŞD. (dengenin bozulması) Ç 0. 2 Kırılma (kopma) 0. 002 55
56
Tablo 6. 1: Çekme dayanım değerleri. 57
Sertlik • Sertlik: Bir malzemenin yüzeyine batırılan sert bir cisme karşı gösterdiği dirençtir. • Sertlik değerleri direk olarak malzemelerin dayanımları ile alakalı olduğu için büyük önem taşır. • Sertlik deneyi; malzemelerin dayanımları ile ilgili bağıl değerler veren tahribatsız bir test yöntemidir. • Sertlik ölçme yöntemleri: Batıcı ucun geometrisine ve uygulanan kuvvet büyüklüğüne göre: – Brinell sertlik ölçme metodu – Vickers sertlik ölçme metodu – Rockwell sertlik ölçme metodu 58
• Sertlik ölçme yöntemleri: Batıcı ucun geometrisine ve uygulanan kuvvet büyüklüğüne göre: (a) Brinell, (b)Vickers, (c) Rockwell sertlik ölçüm metotları. 59
Brinell Yöntemi • Standart test: 10 mm çaplı sert bilye ve 3000 kgf yük ile yüzeye bastırılır. • Yüzeyde bıraktığı iz dikkate alınır: izin çapı ölçülür. • Pratikte daha küçük yük/çap kombinasyonları mevcut. • Yük: F(kgf) = A. D 2(mm 2) • A malzemenin türüne bağlıdır. • 2. 5 mm bilye ile çelik ölçülüyorsa, 187. 5 kgf, Al ölçülüyorsa 31. 25 kgf yük gerekir. BSD = F = d = iz Brinell sertlik değeri Bilye çapı Uygulanan kuvvet izin çapı. Malzeme A Demir / Çelik 30 Cu / Pirinç / Bronz 10 Al / Pb vb. 5 60
Brinell • Yüzeyi düzgün hazırlanması gerekir. • Malzemeye göre değişen yük/çap oranları • Sertleştirilmiş çelik bilye ile 400 BSD ne kadar, sinterlenmiş karbür bilye ile 550 BSD ne kadar ölçüm yapılabilir. • Bu metot daha büyük sertliklere uygun değildir. • Eğer bilye ezilmeye başlarsa yanlış ölçümler yapılır. 61
62
Brinell • Metallerde BSD ile çek arasında 400 BSD ye kadar doğrusal ilişki vardır. 63
64
Vickers • Batıcı uç tepe açısı 136 o olan elmas piramit yüzeye bastırılır. • Yüzeyde bıraktığı iz dikkate alınır: Kare şeklindeki izin köşegenleri mikroskopla ölçülür. • Sert veya yumuşak tüm malzemelere uygulanabilir. • Kuvvet seçiminde malzeme kriteri yoktur. • BSD değeri gibi çekme dayanımının tespitinde kullanılabilir. VSD= Birinell sertlik değeri F = Uygulanan kuvvet dort = izin köşegen ortalaması. 65
Rockwell metodu • • Batıcı uç olarak sertleştirilmiş çelik bilye veya elmas koni kullanılır. Ucun yüzeye battığı derinlik dikkate alınır. Malzemeye göre uç/yük kombinasyonu seçilmelidir. Plastik malzemelerin ölçümü de yapılabilir: bir çok skalası mevcuttur. • C skalası; sert metaller için kullanılır: 150 kgf yük ve tepe açısı 120 o olan elmas koni uç kullanılır. • B; 100 kgf yük ve 1/16” çapında sert bilye kullanılır. 66
67
• Ölçüm yüzeyleri temiz olmalıdır. • Deney parçası yeterli kalınlıkta olmalı, kenara yakın ölçümler yapılmamalı, birbirine yakın ölçümler yapılmamalı, en az 3 ölçüm yapılmalıdır. 68
Çentik/Darbe Çentik darbe deneyi, malzemeyi gevrek davranmaya iten şartlar altında malzemenin dinamik tokluğunu ölçmek için yapılır Normal şartlarda sünek malzeme • Üç eksenli yükleme hali • Düşük sıcaklıkta zorlama • Kuvvetin ani uygulanması (darbe) durumlarında plastik şekil değişimine imkan bulamaz ve gevrek davranış gösterirler. Bu şartlardan biri veya bir kaçı gerçekleşmişse malzeme gevrek davranabilir. Bu amaç için Charpy (üç noktadan eğme) veya Izod (ankastre eğme) deneyleri mevcuttur. 69
• Belli bir potansiyel enerjiye sahip kütle V-çentik açılmış numuneye çarptırılır. • Numunenin kırılması için gereken enerji “Darbe Enerjisi - Ek” saptanır. 70
Darbe enerjisine etki eden faktörler: a) b) c) d) Dayanım Kristal yapı, Sıcaklık Kimyasal bileşim a) Dayanım: • Darbe deneylerin dinamik tokluğu belirlemektedir. • Fakat statik toklukla ( - grafiğinin altındaki alan) arasında ilişki vardır. • Dayanımı yüksek malzemeler darbeye karşı direnci zayıf olurken düşük dayanımlı malzemelerin darbe dirençleri yüksek olabilir. 71
72
Kristal Yapı • YMK; sünek ve tok , • SDH; gevrek, • HMK; bazı şartlarda gevrek bazılarında tok davranmaktadır. • Belirli bir sıcaklık altında HMK tokluğunu yitirerek gevrek davranış göstermeye başlar. Bu sıcaklığa “Sünek-gevrek geçiş sıcaklığı” adı verilir (ductile-brittle transition temperature). 73
Kristal Yapı /Sıcaklık SDH HMK da ki bu düşüşün sebebinin arayer atomalarının düşük sıcaklıklarda, dislokasyon hareketlerini engellemesi olarak düşünülür. Nispeten yüksek sıcaklıklarda dislokasyonlar engellerden kurtulabildiği düşünülmekte ve bu yüzden darbe enerjisini arttığı varsayılmaktadır. 74
Sünek-gevrek geçiş Sıcaklığı 75
Kompozisyon • HMK da geçiş sıcaklığı, kimyasal bileşimden çok etkilenir. • Örneğin, C artarsa Tg artar. Mn (ve Ni) artarsa Tg azalır. Düşük sıcaklıklarda yüksek tokluk için ideal alaşım elementleridir. 76
- Belirgin akma gösteren malzemeler
- Zellikleri
- Harwood araştırmaları
- Web tasarm
- Malzeme bilgisi
- Keuntungan mekanik pada katrol ganda ditentukan oleh
- Döner mafsal
- Mekanik ventilatör modları
- Rasyonellik ve mekanik
- Mekanik dalgalar özellikleri
- Gempa mekanik adalah
- Mekanik
- Dian mendorong sebuah beban seberat 600
- Politeknik mekanik swiss itb
- Pengertian alat ukur mekanik
- Contoh fixed automation
- 1
- Perhatikan gambar berikut untuk mengangkat beban 1000
- Monitoring sterilisasi dengan indikator mekanik yaitu
- Kalkulator mekanik adalah
- Satuan skala pengukuran pada alat ukur mekanik adalah :
- Snittkrafter
- Besinleri çalkalar karıştırır ve ezer
- Mekanik ventilasyona başlama kriterleri
- Katrol majemuk rumus
- Fluid mekanik
- Beton fck
- Persamaan umum gelombang stasioner
- Interferensi gelombang
- Mekanik formler
- Aktuator mekanik
- Body mekanik
- Ergos nomos
- Mekanik ve kimyasal sindirim nedir
- Yay sıkışma formülü
- Hukum archimedes
- Keuntungan mekanik dari katrol di atas adalah
- Uji mekanik adalah
- Body mekanik pada ibu hamil
- Uraikan yang dimaksud mekanik robot
- Energi
- Polyomino nedir
- Gambar logo r
- Peloidlerin mekanik etkileri
- Body mekanik
- Getaran mekanik
- Taşıt
- Penggolongan alat pengolahan data dibagi atas
- Bantlı götürücüler