MalzemelerinMekanik Özellikleri II

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MalzemelerinMekanik Özellikleri II"

Bercu Kuş
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 MalzemelerinMekanik Özellikleri II Doç.Dr. Derya Dışpınar 2014

2 Sünek davranış Griffith, camlarileyaptığıbuçalışmada, tamamengevrekmalzemelerielealmıştır Sünekdavranışgösterenmalzemelerde, sadeceyüzeygeriliminihesaplamak yeterli olmaz!

3 Sünek davranış Bu eksikliğiirwin veorowanirdelemişlerdir; ve sünekmalzemelerdeharcananenerjinin tamamınınyeniyüzeyoluşturmakiçin kullanılmadığınıgöstermişlerdir. Çatlağınilerlemesiiçingereklienerjinin olabilecektümenerjideğişimlerineetkiettiğini göstermişve kritikdeformasyonenerji teriminiilerisürmüşlerdir: G c

4 Griffith denklemi olarak verilmiştir. = Bu durumda: σ: kırılma oluşumu için gerekli minimum gerilim E: elastik modül a: çatlak boyutu G c : üretilenkritikdeformasyonenerjisi

5 DeHavilland Comet 1950 lerdeki uçak kazası kırılma mühendisliği açısında çok önemli bir yer tutmaktadır. Burada, Al alaşımınıngcdeğeri5 Nmm/mm 2 vekabin içi basınç 140 MPa çıkabilmektedir. Dolayısıyla: = =5.7

6 5.7 mm kritikçatlakboyuolarak hesaplanmaktadır. Bu boyutta bir çatlak herhangi bir tahribatsız muayene ile kolaylıkla ölçülebilecek bir uzunluktur = Fakat bu çatlaklar ilerleyip, pencerelere kadar ulaştığında, pencelerin çevresi toplam çatlak uzunluğuna eklenecek şekilde bir ortam oluşturmuştur Günümüzde, pencere ve çevresinde çatlak ilerlemesiniengelleyecek tear strip tasarımları bu yüzden yer almaktadır

8 Gordon un gemisi

9 Gerilim yoğunluğu normal kayma kayma I II III

10 Gerilim şiddet faktörü =

11 kırılmatokluğu(gerilim şiddet faktörü) = = = 1

14 Liberty T2

15 Gevrek (klijav) kırılma 1. Yükün 3 eksenli dağılımı 2. Düşük sıcaklık 3. Yüksek deformasyon hızı (veya ani ve hızlı yük etkisi) Yeni arayüzey oluşturmak için gerekli olan enerji, dislokasyonları hareket ettirebilmek için gerekli enerjiden daha az ise KIRILMA olacaktır. 15

16 16

17 Darbe deneyi Video 1 Video 2 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 video 22

23 kg.mm 23

24 24

25 sıcaklık Plastik Kırılma Sıcaklığı Sıfır Süneklik Sıcaklığı 25

26 26

27 27

28 .. < > 28

29 gaz sıvı katı Yeni arayüzey oluşturmak için gerekli olan enerji, dislokasyonları hareket ettirebilmek için gerekli enerjiden daha az ise KIRILMA olacaktır. 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 = 37

38 Yorulma 1850 den beri bilinen bir durum vardır: sürekli ve tekrarlanan yükler altında çalışan bir malzeme, zamana bağlı olarak bir süre sonra akma noktasından bile çok çok düşük yükler altında kırılma gösterecektir. Dinamik yükler altındaki şartlarda belirli bir süre sonra karşılaşılan kırılmalara «yorulma» denir. Yapıda herhangi bir şekilde gözle görülür bir değişiklik veya belirti olmadan bu kırılma oluşabilmektedir. Dolayısıyla tipik olarak gevrek kırılma olarak karşımıza çıkar.

39 otomotiv uçak pompa türbin kompresör Metalurji vematerials Malzeme andmühendisliği Chemistry

40 Wöhler

42 Yorulmaya sebep veren 3 önemli nokta 1. Yeterince yüksek değerlerde maksimum çekme gerilmesi 2. Maruz kalınan gerilimin yeterince geniş değişimi 3. Yükün yeterince çok sayıda çevirimlerden oluşması

43 gerilme genlik gerilme aralığı

44 aralık - genlik ortalama gerilim oranı

47 S-N eğrileri

52 İstatistiksel yaklaşım

53 Weibull istatistiği P σ σ m şekil parametresi Weibull Modülü ( σ ) = 1 e o değişken olasılık karakteristik değer (%63 temsil eden) ln ln 1 1 P( σ ) = m.ln( σ ) m ln( σ o )

55 çevirim ln (çevirim) numune P ln(ln(1/(1-p)) 152,8 5,03 1 0,95-2,97 152,9 5,03 2 0,85-1,82 154,0 5,04 3 0,75-1,25 154,6 5,04 4 0,65-0,84 155,3 5,05 5 0,55-0,51 155,7 5,05 6 0,45-0,23 156,2 5,05 7 0,35 0,05 159,3 5,07 8 0,25 0,33 161,5 5,08 9 0,15 0,64 166,0 5, ,05 1,10

56 ln ln 1 1 P( σ ) = m.ln( σ ) mln( σ ) o ln (çevirim sayısı)

58 Düşük Çevrimli Yorulma

59 Yorulmanın yapısal etkileri 1. Çatlak oluşumu:yorulmanın başlangıcında görülür ve basit bir temperleme ile (veya sıcaklık artışı ile) giderilebilinir 2. Kayma düzlemlerinde çatlak oluşumu:ilk çatlak oluşumunun ilerlemesi ve kayma düzlemleri boyunca derinleşmesi (I. Evre Çatlak Büyümesi) 3. Düzlemler boyunca çatlak büyümesi:maksimum çekme gerilmesine dik yöndeki düzlemlerde çatlağın büyümesi (II. Evre Çatlak Büyümesi) 4. (Sünek) Kırılma:Numune kesit alanının, oluşan çatlağı taşıyamaması ve kırılma

65 Yüksek gerilim Düşük gerilim

67 Yorulma çatlak ilerlemesi İlerleme hızı σ a : genlik Çatlak boyu sabit

68 Kırılma tokluğuna göre çatlak ilerlemesi = ve K: kırılma tokluğu (veya gerilim şiddet faktörü) A: malzemeye bağlı sabit: sıcaklık, çalışma şartları, frekans, gerilim genliği p: metale göre 1 ile 6 arası değişen sabit

69 Paris eğrileri = alaşım p A Çelik Alüminyum Nikel Titanyuö

70 Miner Kanunu 1924 te Palmgren tarafından öne sürülen ve 1945 te Miner tarafında geliştirilen hipoteze göre: k kadar farklı gerilim büyüklükleri, S i kadar spektrumda varsa, (1 i k), n i S i kadar çevirimde, N i S i kadar çevirimde kırılma oluyorsa; Kırılmayı şöyle formülüze edebiliriz: = Cdeğeri deneysel olarak bulunur ve 0.7 ile 2.2 arasındadır ve genellikle 1 olarak alınır.

71 Miner Kanunu σ 1 geriliminde N 1 çevirimde dayanım sınırı varsa, σ 2 geriliminde N 2 çevirimde dayanım sınırı varsa, Herhangi bir n 1 çevirim sayısından sonra, daha ne kadar dayanım sınırı kaldığı: Eğer yük σ 2 ye çıkartılırsa, daha ne kadar dayanımı kaldığı ise: + =1 =

72 Goodman Diagramları genlik DAYANIM SINIRI ortalama maksimum çekme gerilmesi

73 Gerilim bölgelerinin yorulmaya etkisi Numune üzerinde var olabilecek Çentik Boşluk Şerit Çizgi Çıkıntı Metalurjik faktörler Porozite İnklüzyon İkinci fazlar

74 Gerilim etkisi Teorik gerilim konsantrasyon faktörü: K t Yorulma dayanımı faktörü: K f Gerilim etkisi, q:

75 Gerilim etkisi Yorulma dayanımı, içerdiği gerilim bölgelerinden etkilenmiyorsa, K f =1 olur ve bu durumda = =0 yani malzeme gerilimlerden etkilenmiyor demektir. Eğer gerilim bölgesi, teorik olan tüm etkiyi gösterebiliyorsa, K f =K t olur ve bu durumda = 1 1 =1

77 Boyutun etkisi

81 Boyut Boyut değiştikçe, Hacim Kesit alanı Yorulma dayanımı, kritik gerilme değerinin numunenin yüzeyinde başlayan bir noktadan belirli bir derinlikte kırılmaya sebep vermesi ile belirlenir. Bu yüzden, laboratuvar boyutunda yapılan deneysel sonuçlar ile gerçek değerler arasında fark olabilir

82 =. σ f1, Vkritik hacmindeki yorulma dayanım sınırı σ f0, bilinen V 0 hacmindeki bilinen yorulma dayanım sınırı

83 =. Çapı 5, boyu 100 mm olan numune: Hacmi= 7800 mm MPa da kopuyorsa; Hacmi mm 3 olan numunede (yani 10 kat artarsa) 92 MPa olacaktır Numune çapı (cm) Yorulma ömrü (MPa)

84 Yüzeyin yorulmaya etkisi Pratik olarak tüm yorulma etkisi yüzeyden başladığı için, malzemelerin yüzey karakteristiği yorulma dayanımı üzerine büyük etkisi vardır. Çünkü yorulma deney presibine göre maksimum gerilme yüzeyde oluşur. Numunenin merkezinden yüzeyine doğru ilerledikçe uygulanan gerilimin etkisi artar. Dolayısıyla Yüzey pürüzlülüğü Yüzey yapısı (kaplama, karbürizasyon, nitrasyon v.b. yüzey işlemleri) Korozyon

86 6063: 60 HV 200 MPa 7075: 180 HV 360 MPa

90 Korozyon yorulması «Gerilimli Korozyon Çatlağı»

92 Aşınma yorulması

93 Ortalama gerilmenin yorulmaya etkisi

95 Termal yorulma σ: gerilme α: ısıl genleşme katsayısı E: elastik modül T: sıcaklık farkı video σ f : gerilme k : termal iletkenlik

96 Burma testi Çekme testi kadar popüler olamayan bir test Fakat «plastik davranış» hakkında çok değerli bilgiler veriyor Malzemelerin Kayma elastisitesi (γ) Kayma akma noktası (τ) Kırılma modülü (G)

99 = =

100 M T θ

101 D=2a L=10D = 32 = 16 = =

102

103 Birim uzunluktaki açı = = = 3 2

104 = Kayma gerilmesi Kayma modülü Kayma genlemesi = = 2(1+ )

105 sünek gevrek

106

107

108

109

110 Çekme testi σ y =σ max σ z =σ x =0 = 2 = 2 = = = 2 Burma testi σ y =-σ x σ z =0 = 2 2 = = = =0 = 3 2 = =2

111

Benzer belgeler

YORULMA HASARLARI Y r o u r l u m a ne n dir i?

YORULMA HASARLARI Y r o u r l u m a ne n dir i? YORULMA HASARLARI 1 Yorulma nedir? Malzemenin tekrarlı yüklere maruz kalması, belli bir tekrar sayısından sonra yüzeyde çatlak oluşması, bunu takip eden kopma olayı ile malzemenin son bulmasına YORULMA