YAPI MALZEMESĐ I DERSĐ AŞINMAYA DAYANIKLILIK

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐ I DERSĐ AŞINMAYA DAYANIKLILIK 1

2 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Aşınma sürtünen yüzeylerden malzeme kaybı olarak tanımlanır. Aşınma miktarı malzemenin türüne, sürtünen yüzeylerin biçimine, sürtünme koşullarına ve çevrenin kimyasal etkilerine bağlıdır. Sürtünen hareketli parçaların bulunduğu aletler, üzerinden hareketli cisimlerin geçtiği yol, döşeme vb. malzemeler zamanla aşınma etkisine girerler.

3 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Adezif Aşınma Cisimlerin yüzeylerine y mikroskopla bakıld ldığı zaman, gözle g çok düzgd zgün n görünen g yerlerin aslında girintili çıkıntılı olduğu u anlaşı şılır. Böylece iki cismin sürts rtünmesi ile cismin yüzeyindeki y belirli tepe noktalarda gerilme yığıy ığılmaları oluşur. ur. ekil değişimlerinin imlerinin ve sıcakls caklığın n artımı ile sürts rtünen iki cisimden kesme dayanımı küçük k olandan bazı parçalar alar kopar. Bu tip aşıa şınmaya adezif aşınma denir.

4 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Abrazif Aşınma Sürtünen cisimlerden biri yumuşak diğeri sert ise, sert cisim yumuşak olanı çizerek ve kazıyarak aşıa şınmaya neden olabilir. Bu tip aşıa şınmaya abrazif aşınma denir. Endüstride üretim teknolojisinde taşlama ve parlatma işlemleri bu aşıa şınma türüne t dayanır. Çok iyi parlatılm lmış ve sertleştirilmi tirilmiş yüzeylerde abrazif aşınma en düşük d düzeydedir. Sertlik yanında nda malzemenin aşıa şınmasını etkileyen diğer faktörler, malzemeye uygulanan basınç ve aşıa şındırma süresidir. s

5 5

6 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Korozif Aşınma iki cisim arasında suyun veya başka bir sıvının s bulunması,, bunlarla katı cisimler arasında bazı kimyasal reaksiyonların oluşmas masına neden olur. Bu reaksiyonlar sonunda oluşan maddelerin cisimlerden ayrılmas lması ile cisim aşıa şınır. Bu tip aşıa şınmaya Korozif aşınma denir.

7 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Metallerde aşıa şınma olayı ve deneyi İnşaat MühendisliM hendisliğinde inde metallerde aşıa şınma olayına, demiryolu raylarında rastlanır. r. Metalik malzemelerin aşıa şınmaya dayanıkl klılık k deneyi zor bir deneydir. Genellikle deney belirli bir basınç ile malzeme yüzeyine y temas ettirilen ve bir eksen etrafında dönen d millerle yapılır. Malzeme örneği, deney öncesi ve sonrası tartılıp, ağıa ğırlıktaki azalma deney süresine bölünerek, b aşıa şınmaya dayanıkl klılık k g/dak cinsinden tanımlan mlanır.

8 8

9 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Yapı mühendisliğinde inde özellikle taş bünyeli elemanlar aşıa şınma olayının etkisinde kalırlar. Bu nedenle beton yol, hava meydanı,, merdiven basamakları,, döşemeler d gibi yerlerde kullanılan lan malzeme aşıa şınmaya dayanıkl klı olmalıdır.

10 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Bu tür t r malzemenin deneyi, bir düşey d eksen etrafında ve yatay düzlem d içinde i inde dönen d 60 cm çaplı madensel bir tabladan oluşan Dorry (Böhme)) aygıtı ile yapılır. Tablanın üzerine dönüşd sırasında belirli özelliklere sahip aşıa şındırıcı toz akıtılmaktad lmaktadır. Bu şekilde pürüzlp zlü yüzeyde, malzeme dönen d ağıa ğırlıkların n altında aşınır.

11 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Tabla dakikada devirlik hızla döner. d 440 devir sonra malzeme tartılarak veya hacmi ölçülerek aşınma miktarı saptanır. Bu deneyin ıslak yapıld ldığı cihazlarda vardır. r. Bu tip deneyler daha çok karo plak gibi yüzeysel y elemanlar üzerinde yapılır.

12 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Ahşap, linolyum, plastik gibi döşeme kaplamalarının n aşıa şınma miktarı Taber aleti ile bulunur. Bu deneyde, dönen d yatay bir tabla üzerine tespit edilen deney numunesi üzerine malzeme türüne t göre g seçilen bir çift aşıa şındırıcı disk belirli bir yükle y bastırılır. r. Yatay tabla döndd ndürülerek belirli bir süre s sonunda ağıa ğırlık k kaybı ölçülür. Birim mesafede aşıa şınan miktar aşıa şınma direnci olarak tanımlan mlanır.

13 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Yollarda kullanılan lan beton veya asfalt gibi kaplama malzemelerinin iskeletini oluşturan çakıl l veya kırmataşların aşınma deneyleri için i in ise Los Angeles deneyi uygulanır. İçerisinde bir raf bulunan standart boyutlardaki bir silindirik tamburun içine ine belirli ağıa ğırlıkta (P) ve tane dağı ğılımında deney örneği i konulur. Tamburun içine i ine ayrıca deney örneği i tipine bağlı olarak belirli sayıda çelik küre yerleştirilip, silindir kapatılır.

14 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Tambur dakikada devirlik hızla 500 devir döndd ndürülür. r. Kürelerin ağıa ğırlığı ve dinamik etkisi ile parçalanan alanan malzeme 12 no lu elekten elenir. Bu eleğin üstünde kalan malzeme P u ağırlığında ise, aşıa şınma yüzdesi U şöyle bulunur: U = P P P u 100

15 AŞINMAYA DAYANIKLILIK Taş yapılı cisimlerde aşıa şınma olayı ve deneyi Hesaplanan aşıa şınma yüzdesi y (U) ne kadar küçük üçük k ise, agreganın n aşıa şınma dayanımı o kadar yüksektir. y ASTM standartlarına na göre g bu kayıp p yüzdesinin y beton agregasında 100 devir için i in % 10 u, 500 devir için i in % 50 yi, yol agregası için in 500 devirde % 30 u u geçmemesi istenir.

16 ĐŞLENEB LENEBĐLĐRLĐK 16

17 ĐŞLENEB LENEBĐLĐRLĐK Metalik Malzemelerde İşlenebilirlik Bazı malzemeler yapıda kullanılmadan lmadan önce bazı mekanik işlemlere tabi tutulabilir. Örneğin, betonarmede kullanılan lan donatının, n, betona yapış ışmasının (aderansın)) sağlanmas lanması amacıyla uçlaru larına kanca yapılır. Eğer deney örneği i bu işlemler i sırass rasında, çatlıyorsa veya düktilite, dayanım m gibi özelliklerini kaybediyorsa, o malzemeyi yapıda kullanmak sakıncal ncalı olabilir. Mekanik işlemler i sonucunda, malzemenin özelliklerinde önemli bir değişiklik iklik olmaması haline işlenebilme i özelliği i denir. Metalik malzemenin bu özelliği pilyaj deneyi sonucunda belirlenir

18 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK 18

19 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Tokluk Ve Darbeye Dayanıkl klılık Tokluk bir malzemenin kırılmadan k önce sönümlediği i enerjinin bir ölçüsüdür. Bir malzemenin kırılmadan k bir darbeye dayanması yeteneği i söz s z konusu olduğunda unda önem kazanan bir mühendislik özelliğidir. idir. Tokluğun un en basit ölçme yöntemlerinden y birisi darbe deneyidir.

20 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Tokluk Ve Darbeye Dayanıkl klılık Bir yapı veya yapı elemanı statik denge konumundan uzaklaştırılarak larak bırakb rakıldığında bir titreşim im hareketi yapar. Dış bir zorlama olmadığı takdirde bu hareket doğal titreşim im hareketi olarak tanımlan mlanır. Bu harekette hareketin kendini bir kere tekrarı için in geçen en zaman doğal titreşim im periyodu olarak tanımlan mlanır.. Bir yapıya veya elemana uygulanan dışd yük, doğal titreşim im periyodunun üçte birinden daha kısa k zamanda uygulanır r ise bu yüklemeye y darbe denilir.

21 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Tokluk Ve Darbeye Dayanıkl klılık Yapı malzemeleri bazı koşullarda, örneğin ağır r bir cismin düşmesi d ile darbe etkisinde kalırlar. Çok yüksek y hızla h uygulanan kuvvet malzemede ani büyük b k gerilmelere yol açmaktadır. Cisimlerin darbeye dayanıkl klılığıığı malzemenin atom bağlar ları (kohezyon dayanımı) ) ile yakından ilişkilidir. Malzemelerin darbeye dayanıkl klılıkları,, karmaşı şık k bir olgu olup, ancak özel deneylerle saptanabilir.

22 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Tokluk Ve Darbeye Dayanıkl klılık Darbe etkisinde malzeme dışd kuvvetlerin yapmış olduğu u bir işi etkisinde kalmaktadır. Bu işi i i dengelemek için, i in, malzeme şekil değiştirerek içi iş oluşturur. Eğer bu şekil değişim im işi i i belirli bir kritik değeri eri aşarsa a arsa malzeme darbe tesiriyle göçg öçer. Bu tip göçg öçmelere daha çok köprk prü,, yol ve havaalanlarında nda kullanılan lan malzemelerde rastlanır. r.

23 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Tokluk Ve Darbeye Dayanıkl klılık Malzemenin darbeye dayanıkl klılığına örneğin şekli ve boyutu, kuvvetin uygulama hızı, h gerilme yığıy ığılmasının şiddeti (çentik( derinliği i ve keskinliği) i) ve sıcaklık etki eder.

24 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) Malzemelerin darbeye dayanımını belirlemek için i in çentik darbe deneyi olarak da adlandırılan deneyler kullanılmaktad lmaktadır. Deneylerde kullanılacak lacak örnekler üzerinde gerilme yığıy ığılmasını sağlamak üzere çentik açılır. Uygulamada metaller için i in en çok kullanılan lan darbeye dayanıkl klılık deneyi Charpy deneyidir.

25 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) Charpy darbe deneyi, büyük b k ani bir darbe nedeniyle malzemenin absorbe ettiği enerjinin miktarını ölçer ve malzemenin gevrekliğini ini değerlendirmede erlendirmede kullanılır. Hatalı ısıl l işlem i veya başka nedenlerden doğan kırılganlk lganlığı çekme deneyi ile tespit etmek mümkm mkün n olamayabilir. Çentik darbe deneyi ile bu kırılganlk lganlık rahatlıkla gözlenebilir. g

26 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) Deneyde belirli ağıa ğırlıktaki tokmaklı bir pandül l belirli bir h 2, yüksekliğinden inden serbest olarak daha aşağıa ğıda mesnet üzerine konmuş,, malzeme örneği üzerine düşürülür. r. Tokmak yörüngesi y üzerindeki örneği i zayıflat flatılmış kesitinden kırarak yoluna devam eder ve çarpma nedeniyle potansiyel enerjinin bir kısmk smını kaybettiğinden inden h 2 den küçük üçük k bir h 1 yüksekliğine ine çıkar.

27 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) Zayıflat flatılmış kesitin (çentik)( derinliği, i, açısı deney sonuçlar larını etkilemektedir. Genellikle çentik 2 mm derinlikli ve 45º açılıdır. Çentik dibi eğrilik e yarıçap apı 0.25 mm dir dir. Tokmağı ğın çıktığı yükseklik yutulan enerji arttıkça a azalacaktır. Deney sırass rasında yutulan enerji birim alana düşen d enerji ile ifade edilir. Sünek malzemeler gevrek malzemelere kıyasla çok daha fazla enerji yutarlar.

28 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) P ile pandülün n ağıa ğırlığı,, W ile malzemenin kırılmask lması için in harcanan iş gösterilirse ve sürts rtünme gibi diğer etkiler ihmal edilirse; P h 2 = P hp 1 +W W = P (h( 2 h 1 ) Deney aletindeki özel bir düzenek d ile W doğrudan doğruya ölçülür.

29 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe deneyi (Charpy( Deneyi) Hazırlanan örnek darbe etkisi ile kırılırken k rken ; Bazen tamamen kopabilir. Bazen de tamamen iki parça a haline gelmez

30 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK İzod deneyi - Charpy Deneyi Benzer bir darbeye dayanıkl klılık k deneyi de İzod deneyidir. İzod ve Charpy deneyleri arasındaki fark, deney örneğinin boyutu, örneğin mesnetleniş ve yükleniy kleniş şeklidir.

31 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe tokluğunun unun sıcakls caklıkla kla değişimi imi Malzemelerin (özellikle( hacim merkezli kübik k kristal yapılı cisimler) çentik darbe toklukları sıcaklıkla kla değişir. ir. Malzeme yüksek y sıcakls caklıklarda klarda tok iken, düşük d k sıcakls caklıklarda klarda gevrek hale gelir. Normal yumuşak (hacim merkezli kübik k kristal yapılı) çelik yapılar ların çentik darbe dayanımı genellikle atmosfer sıcakls caklığının altında aniden azalır. Örneğin tipik bir çeliğin in sünekliği sıcaklık k 27ºC C den - 40ºC düştüğünde çentik darbe dayanımı 95 Nm den 14 Nm e düşebilir.

32 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe tokluğunun unun sıcakls caklıkla kla değişimi imi malzemenin tokluğunu unu kaybederek gevrekleşti tiği i sıcakls caklığa çentik darbe tokluğu u geçiş sıcaklığı denir. Düşük k sıcakls caklıklarda klarda çalışacak malzemeler için i in bu özellik önem kazanmaktadır. Örneğin, sıcak s iklim şartlarında kullanılacak lacak şekilde tasarlanmış bir petrol tankeri Kuzey Buz Denizinde dalgaların n veya rüzgarr zgarın n oluşturdu turduğu darbe etkisiyle hasar görebilirg

33 Liberty Ships 33

34 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe tokluğunun unun sıcakls caklıkla kla değişimi imi Malzemelerin davranışı kesitlerinde ani bir değişiklik iklik olması durumunda farklıdır. r. Çentik hassasiyeti olarak bilinen bu davranışı ışın n incelenmesinde çentik darbe deneyi iyi bir metottur. Bazı malzemeler bu etkiye karşı daha duyarlıdır. r. Böylece farklı malzemelerin çentik hassasiyeti de bu deney ile kıyaslanabilir.

35 TOKLUK ve DARBEYE DAYANIKLILIK Çentik darbe tokluğunun unun sıcakls caklıkla kla değişimi imi Kırılma sonuçlar ları çıplak gözle g de incelenmelidir. Genellikle iki farklı bölge gözlenmektedir. g Düz z ipeksi bölgede b düktil kırılma başlam lamıştır. Kaba taneli bölgede b ise gevrek kırılma k oluşmu muştur

36 Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü YAPI MALZEMESĐ I DERSĐ DĐĞER MEKANĐK ÖZELLĐKLER 36