TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN"

Temel Erdal
10 yıl önce
İzleme sayısı:

1 TOKLUK VE KIRILMA Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

2 TOKLUK Tokluk bir malzemenin kırılmadan önce sönümlediği enerjinin bir ölçüsüdür. Bir malzemenin kırılmadan bir darbeye dayanması yeteneği söz konusu olduğunda önem kazanan bir mühendislik özelliğidir. Tokluğun en basit ölçme yöntemlerinden birisi darbe deneyidir.

Bir malzemenin kırılmadan bir darbeye dayanması yeteneği söz

3 Bir yapıya veya elemana uygulanan dış yük, tabii titreşim periyodunun üçte birinden daha kısa zamanda uygulanırsa, bu yüklemeye darbe denir. Cisimlerin darbeye dayanıklılığı malzemenin atom bağları (kohezyon dayanımı) ile yakından ilişkilidir.

4 Malzemenin darbe dayanımına etki eden faktörler Gerilme yığılmasının şiddeti (çentik derinliği ve keskinliği) Örneğin şekli ve boyutu sıcaklık Kuvvetin uygulanma hızı

5 Çentik darbe deneyi için Ġzod ve Charpy deney yöntemleri vardır

6 10 mm Açılan bu çentikler aslında sünek malzemelerde kırılmayı kolaylaştırmak amacıyla yapılmaktadır. 55 mm Çentik 10 mm Ancak Sert-kırılgan (gevrek) malzemelerin darbe deney numunelerine çentik açılmaz. 45 2mm 2mm 5 mm 2mm V-Çentik Anahtar deliği U-Çentik

55 mm Çentik 10 mm Ancak Sert-kırılgan (gevrek) malzemelerin

7 Çentik Darbe Ġşi Ġlk durumda h 2 yüksekliğindeki çekiç numuneyi kırdıktan sonra h 1 kadar yükselir. Ġki yükseklik arasındaki potansiyel enerji farkı Çentik Darbe Ġşi dir.

8 Çentik Darbe Tokluğu Çentik darbe işinin, kırılan kesit alana bölünmesiyle Çentik Darbe Tokluğu elde edilir. Malzemelerin (özellikle hacim merkezli kübik kristal yapılı) çentik darbe toklukları sıcaklıkla değişir. Örneğin; tipik bir çeliğin sünekliği sıcaklık 27ºC den -40ºC ye düştüğünde çentik darbe dayanımı 95 Nm den 14 Nm ye düşebilir. Malzemeler, 27 J ve daha düşük çentik darbe işi olması durumunda gevrek kabul edilir.

Malzemelerin (özellikle hacim merkezli kübik kristal yapılı) çentik darbe toklukları sıcaklıkla değişir.

9 Geçiş Sıcaklığı Malzemenin tokluğunu kaybederek gevrekleştiği sıcaklığa çentik darbe tokluğu geçiş sıcaklığı denir. Düşük sıcaklıklarda çalışacak malzemeler için bu özellik önem kazanmaktadır.

10 Geçiş sıcaklığına etki eden faktörler % karbon oranı Malzemeye mangan katılması Kalıntılar Mikro yapı kristal yapı Sertlik Boyut

11 Kristal yapının etkisi Metalik malzemelerin geçiş sıcaklıkları ve darbe dirençleri kristal yapılarına göre de değişir. Çoğunlukla YMK yapılı malzemelerin kırılma dirençleri daha fazladır. HMK yapılı malzemelerde daha belirgin bir geçiş sıcaklığı tespit edilebilir.

Çoğunlukla YMK yapılı malzemelerin kırılma dirençleri daha

12 Kırılma Enerjisi YMK yapılı malzeme HMK yapılı malzeme Yüksek mukavemetli ve yüksek sertlikteki malzeme Sıcaklık

14 Mikro yapının etkisi Mikro yapıdaki ikinci sert fazlar varsa bunların morfolojisi de darbe dirençlerini etkiler. Bu sert kırılgan fazlar keskin köşeli ve sivri uçlu ise darbe dirençlerini zayıflatır. Örneğin Küresel grafitli dökme demir gri dökme demirden daha fazla darbe dayanımına sahiptir. Gri dökme demirde sert kırılgan grafitler sivri, keskin köşeli ve birbirleri ile bağlantılı olduğundan bu yapılar çentik etkisi yapmaktadır.

Örneğin Küresel grafitli dökme demir gri dökme demirden daha fazla darbe dayanımına sahiptir.

15 % Karbon oranının etkisi: Çeliğin karbon miktarı arttırılırsa geçiş sıcaklığı da artma göstermektedir.

16 Mangan ilavesinin etkisi Mn veya Ni eklendiğinde darbe enerjisi artmakta, geçiş sıcaklığı azalmaktadır. Dolayısıyla düşük sıcaklıklarda çeliğin tokluğunu korumak için Mn ve Ni gibi alaşım elementleri kullanmak faydalı olacaktır.

Dolayısıyla düşük sıcaklıklarda çeliğin tokluğunu

17 KIRILMA Katı bir cismin gerilmeler altında iki veya daha çok parçaya ayrılması olayı KIRILMA olarak adlandırılır.

18 Kırılma Türleri Kırılma türleri Kırılma yüzeyinin kristalografik yapısına göre Kırılma yüzeyinin görünüşüne göre Deformasyon durumuna göre Kayma kırılması Ayrılma kırılması Lifli kırılma Tanesel kırılma Sünek kırılma Gevrek kırılma

göre Deformasyon durumuna göre Kayma kırılması Ayrılma

19 Kırılma Yüzeyinin Kristalografik Yapısına Göre Kayma Kırılması: Kristalin kayma düzleminde oluşur.bu düzlemler atomların en yoğun olduğu düzlemlerdir. Örneğin HMK yapılarda (110) düzlemi gibi. Ayrılma Kırılması: Bu kırılma, atomların en az yoğun olduğu klivaj düzlemlerde oluşur. Örneğin HMK yapılarda (100) düzlemi gibi.

Örneğin HMK yapılarda (110) düzlemi gibi.

20 Kırılma yüzeyinin görünüşüne göre Lifli Kırılma (Fibrous Fracture):Yüzey pürüzlü olur. Yüzeyde çukurcuklar vardır. Tanesel Kırılma (Granular Fracture) : Yüzey pürüzsüz ve parlak olur.

21 Deformasyon Durumuna Göre Sünek Kırılma : Büyük enerji gerektirir. Gevrek Kırılma : Az enerji gerektirir.bu tip kırılma istenmez. Çünkü ani ve zamansız olur. Çok tehlikelidir. Kış aylarında sıkça görülür.

22 Deformasyon durumuna göre

23 Kırılma Mekanizmaları Tane İçi Kırılma Taneler Arası Kırılma Sünek Tarzda Tane İçi Kırılma Gevrek Tarzda Tane İçi Kırılma Taneler Arası Sünek Kırılma Taneler Arası Gevrek Kırılma

24 Tane Ġçi Kırılma

25 Tane içi kırılma

26 Sünek Tarzda Tane Ġçi Kırılma Mikro boşluklarda ; tane içindeki metal oksitler, metal sülfürler ve alüminatların ara yüzeyinde oluşurlar. Boşlukların arasındaki bağ incelerek (kayma yolu ile) kopar ve çatlak yayılır. Oluşan kırılma yüzeyi lifli olur. Pürüzlü olur. Yüksek enerjili bir kırılmadır. Çünkü plastik deformasyonla meydana gelmiştir.

27 Gevrek Tarzda Tane Ġçi Kırılma Buna ayrılma kırılması adı da verilir. Az enerji gerektiren bir kırılmadır. Atomların en az yoğun olduğu kristal düzlemlerinde ayrılma olur. Pürüzsüz, parlak bir yüzey görüntüsü vardır. Hızlı ve tehlikelidir.

28 Taneler Arası Kırılma

29 Taneler arası kırılma

30 Taneler Arası Sünek Kırılma Mikro boşluklar taneler arasındaki tane sınırlarında oluşursa, bu tip kırılma meydana gelir. Yüksek enerjili kırılma tipidir.

31 Taneler Arası Gevrek Kırılma Az enerjili, hızlı ve tehlikeli bir kırılma tipidir. Plastik deformasyon çok az oluşur yada oluşmaz.

32 Kırılmanın gelişimi Boyun verme Boşluk çekirdeklenmesi Boşlukların büyümesi ve birleşmesi Yüzeyde kesme Kırılma Boşluk Çekirdeklenmesine olanak sağlayan partiküller

33 Çekme ve kesme yüklemeleri sonucu oluşan kırılma yüzeyleri Çekme yüklemesi sonucu oluşan küresel çukurlar Kesme yüklemesi sonucu oluşan parabolik çukurlar

34 Gevrek kırılmanın oluşmasına neden olabilecek faktörler Çok eksenli gerilme durumları (çentik) Hızlı zorlamalar (darbe) Düşük sıcaklık

35 KIRILMA TOKLUĞU Yük altında malzemenin çatlak yayılmasına karşı direncinin sayı ile ifade edilmesidir. K = σ (π.a)½ formülü ile gösterilir. K sı büyük olan malzemeler çatlak yayılmasına karşı daha dirençli olacaklardır.

36 Bazı metalik malzemelerin kırılma tokluğu değerleri Malzeme Kırılma tokluğu (MPa m) Akma sınırı (MPa) Demir Alüminyum alaşımı (7075) Yüksek dayanımlı DDK Düşük dayanımlı DDK SAE 4340 çeliği (425 C de tavlanmış) 87, SAE 4340 çeliği (260 C de tavlanmış) Yumuşak çelik Yüksek karbonlu çelik Bakır > Pirinç Titanyum alaşımları Bronzlar

37 Bazı seramik ve polimer malzemelerin kırılma tokluğu değerleri Malzeme Kırılma tokluğu (MPa m) Alüminyum oksit 3-5 Silisyum karbür 3-5 Soda kireç camı 0,7-0,8 Beton 0,2-1,4 polimetil metakrilat polistiren

Benzer belgeler

DARBE DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Metalik Malzemelerin Darbe Deneyi

DARBE DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Metalik Malzemelerin Darbe Deneyi 1. Metalik Malzemelerin Darbe Deneyi Darbe deneyi gevrek kırılmaya neden olabilecek şartlar altında çalışan malzemelerin mekanik özelliklerinin saptanmasında kullanılır. Darbe deneyinin genel olarak amacı,