TMM niçin kullanılırız?

Transkript

1 Malzeme Muayenesi

2 Malzeme Muayenesi Malzeme yapı ve özelliklerini incelemek amacıyla malzeme muayeneleri tahribatlı ve tahribatsız (TMM) olmaz üzere ikiye ayrılır. Malzeme Muayenesi Tahribatsız Muayene Tahribatlı Muayene Ultrasonik Muayene Çekme Testi Penetrent Yorulma Manyetik Patiküller Sertlik Radyografi Çentik Darbe Eddy akımları Burulma Eriksen Çökertme Metalografi Malzeme Bilimi Slaytları 2/50

3 TMM niçin kullanılırız? Hata belirleme ve değerlendirme Sızıntı tespiti Hata yeri belirleme Boyut ölçümleri Yapı ve mikroyapı karakterizasyonu Mekanik ve fiziksel özellik belirleme Gerilme belirleme Malzeme türü ve kimyasal kompozisyon belirleme Malzeme Bilimi Slaytları 3/50

4 TMM ne zaman kullanılırız? Ürün geliştirmeye yardımcı olmak Malzeme türünü belirlemek Üretimi gözlemek, geliştirme yada kontrol etmek için Isıl işlem gibi uygulanan işlemlerin sonucu gözlemlemek Hata tespitinde Çalışma esnasında hasarları tespit etmek Malzeme Bilimi Slaytları 4/50

5 Ultrasonik Muayene Özel muayene başlıkları vasıtasıyla, ultrases dalgaları üreterek malzemelerin iç kısımlarında görünmeyen hataları tespit etme işlemidir. Ayrıca kalınlık tespiti, elastisite modülü ve tane yapısını belirlemek içinde Ultrason kullanılabilir. Ultrason veya ultrases, ses ötesi anlamına gelir. Titreşim frekansı 20 khz den büyük olan seslere denir. Bu sesler insan kulağı tarafından duyulamaz. Ultrases titreşim frekansı ile doğar, titreşim hareketi olarak yayılır ve algılanır. Quartz kritali gibi özel malzemelere elektriki gerilim uygulandığında boylarında uzama ve kısalma görülür. Böylelikle ultrases üretilerek malzeme içerisine gönderilir. Ultrasonik dalgalar malzeme içerisinde doğrusal olarak yayılırlar, ancak malzeme içinde farklı özelliklere sahip bölgeler var ise (boşluk, çatlak gibi) bu bölgelerin sınır yüzeylerinden yansıma ilerleyen dalga şiddetinde azalma meydana gelir. Bu bilgiler alınarak osiloskop ekranında değerlendirilir. Başlangıç sinyali prob Çatlak ekosu Yüzey bitiş ekosu çatlak levha Osiloskop Malzeme Bilimi Slaytları 5/50

6 Ultrasonik Muayene Malzeme Bilimi Slaytları 6/50

7 Penentrent ile Muayene Yüzeyde oluşan çatlaklara penentrent sıvının uygulanması ve sıvı yüzeyden uzaklaştırıldığında hata içerisinde kalan sıvının dışarı çıkarılması sonucunda çatlakların tespit edildiği yöntemdir. Penentrentle muayene daha çok sızıntı ve çatlak tespitinde kullanılır. Bu işlem basit, ucuz ve her türlü malzemeye uygulanabilirliği ile kullanışlı bir yöntemdir. Penentrent tatbiki Developer tatbiki İnceleme Malzeme Bilimi Slaytları 7/50

8 Manyetik Partiküller Herhangi bir mıknatısın bir noktasına çentik açılırsa manyetik kuvvet çizgileri bu çentiğin etrafını dolaşarak yoluna devam edecektir. Çünkü elektrik kendine en az direnç gösteren yolu tercih eder. Eğer çentiğin açıldığı bölgeye demir tozu dökülecek olursa, çentiğin olduğu bölgede mıknatıslanma söz konusudur. Burada demir tozları elektrik akımının geçmesine bir köprü vazifesi görmektedir. Deney sonucu malzeme üzerinde demir tozu kalan kısımlar hatalı bölgelerdir. Malzeme Bilimi Slaytları 8/50

9 Radyografi Radyografi testinde kullanılan radyasyon düşük dalga boylu-yüksek enerjili elektromanyetik dalgadır. Radyasyon X-ray tüpü vasıtasıyla sağlanır. Yüksek elektrik potansiyeli + Elektronlar - X-Ray tüpü Radiation Penetrate the Sample Exposure Recording Device Malzeme Bilimi Slaytları 9/50

10 Radyografi Film Radyografi Parça radyasyon kaynağı ve film parçası arasına yerleştirilir. Daha kalın ve daha yoğun olanlar daha fazla radyasyon engelleyecektir. X-ray film Filmin karanlık görüntüsü test parçasından geçerek filme ulaşan radyasyon miktarı ile değişir. Ortaya çıkan filmin üsten görünüşü = az yansıma = çok yansıma Malzeme Bilimi Slaytları 10/50

11 Radyografi Malzeme Bilimi Slaytları 11/50

12 Eddy Akımları ile Muayene Eddy akım testi bir test bobini tarafından oluşturulan değişken manyetik alanın iletken malzemeler üzerinde Eddy akamı denen küçük dairesel akımlar oluşturması temel ilkesine dayanır. Malzemenin özellikleri oluşan bu akımı etkiler. Eddy akımları bir manyetik alan oluşturur ve test bobini tarafından oluşturulan manyetik alanı etkiler. Amaç malzemenin iletkenliğinde etkin işlemleri belirlemek. Bobin Bobinin manyetik alanı Eddy akımlarını oluşturduğu manyetik alan Eddy akımları İletken metal Malzeme Bilimi Slaytları 12/50

13 TMM için örnekler Malzeme Bilimi Slaytları 13/50

16 Tahribatlı Muayeneleri Niçin Kullanırız? Mekanik özellikleri belirlemek İç yapı tespiti Gevreklikten sünekliğe geçiş sıcaklığı Süneklik, tokluk gibi özellikler Sertlik Sıcaklıkla mukavemette değişim Dinamik şartlarda dayanım Şekil verilebilirlik Malzeme Bilimi Slaytları 16/50

17 Elastik Deformasyon Çekme Testi 1. Başlangıç 2. Küçük yük 3. Yüksüz bağlar gerilir d İlk hale dönüş F Elastik. Geri dönebilir F Lineer elastik d Non-Lineerelastik Malzeme Bilimi Slaytları 17/50

18 Çekme Testi Plastik Deformasyon (Metal) 1. Başlangıç 2. Küçük yükler 3. Yüksüz bağlar gerilir & düzlemler kesilir düzlemler halen kesilmiş d elastik + plastik F d plastik Plastik kalıcı! F lineer elastik d plastik lineer elastik Malzeme Bilimi Slaytları 18/50 d

19 Mühendislik Gerilmesi Çekme Testi Çekme gerilmesi, s: F t Kayma gerilmesi, t: F t F Alan, A Alan, A F s s = F t lb f = 2 A o in F t or N 2 m Yüklemeden önceki alan t = F s A o F s Gerilme birimi: N/m 2 F t Malzeme Bilimi Slaytları 19/50 F

20 Gerilme Halleri Çekme Testi Basit çekme: kablo F F A o = kesit alanı (yüksüz) s = F A o s s Burulma : Mil A c M 2R M F s A o t = F s A o Not: t = M/A c R Malzeme Bilimi Slaytları 20/50

21 Çekme Testi Basit basma: A o s = F A o Not: s < 0 Malzeme Bilimi Slaytları 21/50

22 Çekme Testi Bi-eksenel çekme: Hidrostatik basma: s q > 0 s z > 0 s < 0 h Malzeme Bilimi Slaytları 22/50

23 Mühendislik Şekil Değiştirme Çekme uzaması: e = d L o w o d /2 L o Çekme Testi Yanal şekli değiştirme: - d e L = L w o Kayma modülü: q x d L /2 g = x/y = tan q y 90º 90º - q Şekil değiştirme daima boyutsu Malzeme Bilimi Slaytları 23/50

24 Çekme Testi Çekme test makinesi Çekme numunesi Yük hücresi extensometre numune Hareketli karşı çene ölçü uzunluğu Malzeme Bilimi Slaytları 24/50

25 Lineer elastik özellikler Çekme Testi Elastisite modulü, E: Hooke kanunu: s = E e s F E Lineerelastik e F basit çekme testi Malzeme Bilimi Slaytları 25/50

26 Poisson oranı, n Çekme Testi Poisson oranı, n: e L e n = - L e e metaller: n ~ 0.33 seramikler: n ~ 0.25 polimerler: n ~ n Birimler: E: [GPa] n: boyutsuz Malzeme Bilimi Slaytları 26/50

27 Diğer elastik özellikler Elastik kayma modülü, G: t = G g t G g M Çekme Testi Basit burulma testi Elasti hacim modülü, K: P = - K V V o P K V V o P M P P Basınç testi Malzeme Bilimi Slaytları 27/50

28 Plastik (kalıcı) deformasyon (düşük sıcaklıklarda, T < Terg/3) Çekme Testi Basit çekme testi: engineering stress, s Elastik+Plastik Elastik başlar kalıcı (plastik) (Yük kaldırıldıktan sonra) e p Mühendislik şekil değiş., e plastik uzama Malzeme Bilimi Slaytları 28/50

29 Akma mukavemeti, s y Çekme Testi Plastik deformasyon oluşturan gerilme. e p = s y Çekme gerilmesi, s s y = akma mukavemeti e p = e Malzeme Bilimi Slaytları 29/50

30 mühendislik gerilmesi Çekme mukaveti Çekme Testi Mühendislik gerilme-şekil değiştirme diyagramında max. gerilme s ç s y F = kırılma gerilmesi Typical response of a metal Boyun vererek kopma strain Mühendislik şekil değiş. Metaller: Metallerde boyum verme anında. Polimerler: Polimer zincirleri kırıldığında Malzeme Bilimi Slaytları 30/50

31 Çekme Testi Önemli Terimler Orantı sınırı (σo): Gerilme uzama diyagramında Hooke kanunun geçerli olduğu kısımdır. Yani, σ = E.ε ifadesinin geçerli olduğu bölgedir. Elastik sınır (σe): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik uzamanın meydana geldiği en yüksek gerilmeye denir. Genellikle aralarında çok az fark olduğu için elastik sınır ile orantı sınır birbirine eşit kabul edilir. Malzeme Bilimi Slaytları 31/50

32 Çekme Testi Akma dayanımı (σa): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme dayanımın düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilmedir. Akmanın başladığı gerilme değerine üst akma, devam ettiği ortalama gerilmeye de alt akma denir. Gevrek ve Al gibi malzemeler belirgin akma özelliği göstermezler. Bu tür malzemelerin akma gerilmesini bulmak için %0.2 lik şekil değiştirmenin olduğu bölgeden elastik kısmın eğrisine paralel çizilir ve eğrinin kesildiği noktaya akma gerilmesi dener (Şekil 2.a). Çekme gerilmesi (σç): Eğrideki maksimum gerilmedir. σç = Fç/Ao formülü ile hesaplanır. Ao ilk kesit alanına göre malzemenin alanıdır. Bu gerilme değerini aşınca malzeme homojenliğini kaybeder, yani boyun verir (Şekil 3). Kopma gerilmesi (σk): Malzemenin kopma anındaki gerilme değeridir. σk = Fç/Ao formülü ile hesaplanır. Uzama: Uygulana gerilmeye göre malzemenin boyunda meydana gelen değişimdir. Yani Δl = lson-lilk dir. Şekil değiştirme ise ε = Δl/lilk Büzülme: Çekme numunesini kesitinde meydana gelen daralmadır. %Büzülme=(Ailk-Ason)/Ailk Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerjidir. Eğrinin elastik kısmının altında kalan bölgedir. Rezilyans=σa2/(2E) dir. Tokluk: Malzemenin kırılıncaya kadar depoladığı enerjidir. Malzeme Bilimi Slaytları 32/50

33 Çekme Testi Çekme diyagramı çizilirken şekil değiştirme hızı sabit tutulduğu için malzemede homojenlik kaybolduktan sonra gerilme değeri azalmaktadır. Oysa bu olay gerçekte böyle gelişmez. Bu nedenle mühendislik ve gerçek olmak üzere iki farklı eğri vardır. Dolayısıyla gerçek gerilme ve şekil değiştirme değerlerinin hesaplanması gerekir. Gerçek değerler hesaplanırken hacim eşitliğinden faydalanılır. Gerçek e g dl = = ln l l l o l l o e = l - l l o o = l l o -1 Gerilme Mühendislik (e 1) = l l o ln( e 1) = ln l l o Şekil değiştirme e g = ln( e 1) A o. l o = Al. s = g F A s g = F.l l A o o Malzeme Bilimi Slaytları 33/50

34 Pekleşme (sertleşme) Plastik deformasyon nedeniyle s y de artış s Çekme Testi s y 1 s y 0 Küçük sertleşme Büyük sertleşme s T = K ( e ) n T Sertleşme üsteli: n = 0.15 (bazı çelikler) - n = 0.5 (bazı bakırlar) gerçek gerilme (F/A) gerçek şekil değiş.: ln(l/l o ) e Malzeme Bilimi Slaytları 34/50

35 Metalografi Faz, tane, tane sınırı, iç yapı kusurları, çatlaklar, segregasyonlar, kalıntılar gibi malzemenin içi yapısı ile ilgili bilgi edinmek için kullanılan test yöntemidir. Metalografi testinde incelenecek numune aşağıdaki adımlardan geçmek zorundadır: Kalıplama Taşlama Parlatma Dağlama Mikroskobik inceleme Platin üzerine yerleşmiş karbonmonoksit atomları Bakır üzerine yerleşmiş demir atomları Metalografi testi üzerine dökülen asitle malzemenin korozyona uğraması sonucu gerçekleştirilir. Malzeme Bilimi Slaytları 35/50

36 Optik mikroskop Metalografi 2000 büyütmeye kadardır Mikroskop Yüzeydeki çizikler parlatma ile giderilir Parlatılmış ve dağlanmış yüzey Dağlama ile yönlenmeler ortaya çıkar. Mikroskop parlatılmış yüzey (a) Yüzey ayrışması Tane sınırı ASTM tane numarası 0.75mm N = 2 n -1 Fe-Cr alloy (b) Tane sayısı/in 2 100x büyütmede Malzeme Bilimi Slaytları 36/50

37 Sertlik Testi Malzemenin çizilmeye, plastik deformasyona gösterdiği dirençtir. Büyük sertlik; --plastik deformasyona yada basınç altında çatlamaya dirençlidir --aşınma özellikleri daha iyidir manasına gelir. örneğin 10 mm küre Kuvvet uygulanır Yük kalktıktan sonra İz büyüklüğü ölçülür D d Küçük boyutlu İz büyüklüğü Setlik yüksek manasına gelir Çoğu plastik pirinç Kolay işlenebilen Al alaşımları çelikler sertlik artar Yüksek C lu Kesici takımlar çelik nitrürlenmiş çelikler elmas Malzeme Bilimi Slaytları 37/50

38 Sertlik Testi Brinell sertlik ölçme yöntemi: Sertleştirilmiş çelik ve tungsten karbürden imal edilmiş bilye belirli bir yük ile malzeme yüzeyine bastırılır ve malzeme yüzeyinde meydana gelen izin çapı ölçülür. Aşağıdaki bağıntı ile brinell sertlik değeri hesaplanır. Çeliklerde brinell sertlik değerinin 0.35 katı çekme mukavemetini verir. Vickers sertlik ölçme yöntemi: Piramit biçiminde ve tabanı kare olan batıcı uç kullanılır. Elmastan yapılan piramidin tepe açısı 136 dir. Vickers sertlik değeri, yükün belirli bir süre malzemeye bastırılmasıyla oluşan izin köşegen uzunluklarının ölçülmesinden ibarettir. Malzeme Bilimi Slaytları 38/50

39 Sertlik Testi Rockwell sertlik ölçme yöntemi: Standart batıcı uç yardımıyla önce sabit belirli bir küçük yükle (10 kg) bastırıldığında meydana gelen izin dip kısmı başlangıç noktası alınarak yük daha yüksek bir belirli bir değere artırılıp daha sonra tekrar önceki yüke dönülmek suretiyle, başlangıçtaki ize nazaran meydana gelen iz derinliğindeki net artışla ters orantılı bir değerdir. Kullanılan elmas knik ucun koniklik açısı 120 dir. Elde edilen sertlik değerine göre Rockwell A, B, C, D gibi çeşitlere ayrılır. Knoop sertlik ölçme yöntemi: Daha çok mikrosertlik ölçümü için yapılır ve genelde kullanılan yük g arasındadır. Kullanılan uç elmastan yapılmış piramit şeklinde olup uzun köşenin uzunluğunun kısa köşeye oranı 7 dir. Piramitin tepe açışı 172 dir. Daha çok ince filmlerin sertliğinin ölçümünde kullanılır. Malzeme Bilimi Slaytları 39/50

40 Çentik Darbe Testi Malzemelerin kullanıma hazır hale getirildiğinde gevrek olup olmadığını Malzemelerin çentik etkisinden dolayı gevrek kırılıp kırılmadığını Malzemelerin, özellikle çeliklerin, yaşlanma meyillerinin olup olmadığını Malzemelerin geçiş sıcaklıklarının ne olduğunu anlamak amacıyla çentik darbe deneyi yapılır. Ölçek (Charpy) Gösterge Başlangıç pozisyonu Çekiç Numune Çentik Darbe Son yükseklik Örs Başlangıç yükseklik Malzeme Bilimi Slaytları 40/50

41 Çentik darbe enerjisi Gevreklikten sünekliğe geçiş sıcaklığı Çentik Darbe Testi YMK metaller (Cu, Ni) HMK metaller (Fe - T < 914 C de) polimerler Gevrek Sünek Yüksek mukavemetli çelikler ( s y > E/150) Gevreklikten sünekliğe Geçiş sıcaklığı Sıcaklık Malzeme Bilimi Slaytları 41/50

42 Yorulma Testi Değişken gerilmelere maruz makine elemanlarında hasar statik mukavemet sınırların çok altında gerçekleşir ve hasara yorulma hasarı denir. Mekanik hasarların %90 ının sebebi yorulmadır. numune Üstte bası yük yük motor sayıcı Altta çeki kaplin Çatlak başlangıcı Malzeme Bilimi Slaytları 42/50

43 Yorulma Testi Yorulma; tekrarlı yükleme neticesinde oluşan hasar olduğundan; pek çok yorulma testlerinde minimum ve maksimum gerilme arasında tekrarlı yüklemelerle malzemelerin yorulmaya karşı davranışı belirlenir. Tekrarlı yüklemelerle ilgili büyüklükler aşağıdaki şekilde verilmiştir: Malzeme Bilimi Slaytları 43/50

44 wöhler diyagramı (yorulma diyagramı) Yorulma Testi Yorulma eğrisi; sabit bir ortalama gerilme değeri için değişik gerilme genliğinde numunenin kopuncaya kadar yüklenmesi ve bir seri Gerilme- Ömür değerlerinin elde edilmesiyle çizilir. YORULMA EĞRİSİNİN ÖZELLİKLERİ İki kısımdan oluşur ve eğik olarak inen kısmına ait mukavemet değerlerine zaman mukavemeti denir. Eğrinin yatay kısmındaki değerler ise sürekli mukavemet sınırı olarak adlandırılır. s s : Yorulma limit değeri N0 : Sonsuz (sürekli) ömür S-N EĞRİSİ Malzeme Bilimi Slaytları 44/50

45 Yorulma Testi YORULMA DENEYİ TÜRLERİ Çalışma esnasında bir parçaya gelecek gerilme değişik tür ve şiddette olabilir. Ancak yorulma deneylerinde, malzemelerin tekrarlanan dinamik zorlamalar karşısında göstereceği direnç hakkında kantitatif bilgiler edinebilmek için, uygulamada en sık rastlanan belirli gerilme türleri ele alınmıştır. Bu tür gerilmelerin düzgün periyodlarla uygulanması halinde elde edilen sonuçlar kriter kabul edilerek teknik yorumlar yapılabilmektedir. Deneyde kullanılan gerilme türü, yorulma deneyine de adını vermektedir. Gerilme türüne göre başlıca yorulma deneyi türleri şunlardır : Eksenel gerilmeli yorulma deneyi, Eğme gerilmeli yorulma deneyi, Burma gerilmeli yorulma deneyi, Bileşik yerilmeli yorulma deneyi. Malzeme Bilimi Slaytları 45/50

46 Yorulma Testi Malzemede Yorulma Olayına Etki Eden Faktörler: Malzeme Cinsinin, Bileşiminin Ve Yapısının Etkisi, Yüzey Özelliklerinin Etkisi, Çentik Etkisi, Gerilmelerin Etkisi, Korozyonun Etkisi, Sıcaklığın Etkisi, Frekansın (Deney Hızının) Etkisi. Malzeme Bilimi Slaytları 46/50

47 Yorulma Ömrünü artırma Yorulma Testi 1. Yüzeyde bası gerilmeleri oluşturma S = stress amplitude Increasing s m near zero or compressive s m moderate tensile s m Larger tensile s m N = Cycles to failure --Method 1: bilye püskürtme bilyet yüsyde bası gerilmesi --Method 2: karbürleme C-ca zengin gaz 2. Gerilme yoğunlaşmasını azaltmak kötü iyi kötü iyi Malzeme Bilimi Slaytları 47/50

48 Basma Testi Basma deneyi işlem itibarı ile çekme deneyinin tamamen tersidir. Basma deneyi de çekme deneyi makinelerinde yapılır. Basma kuvvetlerinin uygulandığı malzemeler genellikle basma deneyi ile muayene edilir. Tatbikatta basma kuvvetlerinin uygulandığı yerlerde kullanılan malzemeler genellikle gevrek malzemelerdir. Gri dökme demir, yatak alaşımları gibi metalik ve tuğla, beton gibi metal dışı malzemelerin basma mukavemetleri, çekme mukavemetlerinden çok daha yüksek olduğundan, bu gibi malzemeler basma kuvvetlerinin uygulandığı yerlerde kullanılırlar ve basma deneyi ile muayene edilirler. Basma deneyi ile de malzemelerin mekanik özellikleri tespit edilebilir. Basma deneyi sırasında numunenin kesiti devamlı olarak arttığından, çekme deneyinde görülen «Boyun» teşekkülü problemi yoktur. Basma deneyi bilhassa gevrek ve yarı gevrek malzemelerin sünekliğini ölçmede çok faydalıdır, zira bu malzemelerin sünekliği çekme deneyi ile hassas olarak ölçülemez. Bu malzemelerin çekmede % uzama ve % kesit daralması değerleri hemen hemen sıfırdır. Basma deneyinin diğer bir avantajı da çok küçük numunelerin bile kullanılabilmesidir. Bu avantaj, bilhassa çok pahalı malzemelerle çalışıldığında veya çok az miktarda malzeme bulunduğu durumlarda çok faydalıdır. Basma Deneyi Grafik 1 Grafik 2 Malzeme Bilimi Slaytları 48/50

49 Sürünme Testi Malzemenin akma gerilmesinin altında sürekli olarak uygulanan sabit gerilme nedeniyle oluşan yavaş deformasyona sürünme denir. Malzeme Bilimi Slaytları 49/50

50 e e s s s s s s. e Zaman. e n = 1 difüzyonal sürünme n = 3-5 dislokasyonal sürünme n ~20 partiküller nedeniyle eşik gerilmeler Sürünme Testi Zaman Malzeme Bilimi Slaytları 50/50