MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ"

Umut Günaydın
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ 1

2 MEKANİK ÖZELLİKLER Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır: Young modülü (Young s modulus), Akma mukavemeti (Yield strength), Çekme mukavemeti (Tensile strength), % Uzama (Elongation), Basma modülü (Compressive modulus), Basma mukavemeti (Compressive strength), Eğme modülü (Flexural modulus), Kayma modülü (shear modulus), Hacim modülü (bulk modulus), Poisson oranı, Şekil faktörü, Vikers sertlik derecesi, Yorulma mukavemeti, 10^7 çevrimde (fatigue strength), Mekanik kayıp katsayısı (mechanical loss coefficient) ve bu özelliklerin sıcaklıkla olan etkileşimleri bazında seçim yapılabilmektedir. 2

3 SERTLİK Sertlik: Bir malzemenin plastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir. Malzeme yüzeyinde plastik deformasyon oluşturmak için, yüzeye sert batıcı bir uç bastırarak, yüzey üzerine sivri bir uç ile çizik oluşturarak gibi farklı yöntemlerle ölçülmektedir. Sertlik değerleri malzemelerin dayanımları ile doğrudan alakalı olduğu için büyük önem taşır. Malzemenin mukavemetini ölçmekten daha basit bir şekilde tahribatsız olarak ölçülebilmektedir. 3

4 4

5 5

9 9 / 45

10 10 / 45

11 11 / 45

12 12 / 45

14 MEKANİK ÖZELLİKLER Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır: Young modülü (Young s modulus), Akma mukavemeti (Yield strength), Çekme mukavemeti (Tensile strength), % Uzama (Elongation), Basma modülü (Compressive modulus), Basma mukavemeti (Compressive strength), Eğme modülü (Flexural modulus), Kayma modülü (shear modulus), Hacim modülü (bulk modulus), Poisson oranı, Şekil faktörü, Vikers sertlik derecesi, Yorulma mukavemeti, 10^7 çevrimde (fatigue strength), Mekanik kayıp katsayısı (mechanical loss coefficient) ve bu özelliklerin sıcaklıkla olan etkileşimleri bazında seçim yapılabilmektedir. 14

15 YORULMA Sertlik ve darbe deneyinde malzemeye uygulanan yükler statik ve darbe yüklemeleri şeklinde idi. Çoğunlukla gerçekte malzemeye uygulanan zorlamalar ise sürekli bir tarzda değil; yükle bırak, yükle bırak şeklinde tekrarlı uygulanmaktadır. Bu tekrarlı uygulanan gerilmelerin etkisi ile malzeme iç yapısında oluşan değişimlerin sonucunda malzeme, elastik sınırın altında uygulanan bir gerilmede kırılmaya maruz kalır. Statik koşullarda malzemelerin çekme ve akma dayanımlarından daha düşük değerlerdeki tekrarlı gerilmelerin etkisinde, belirli bir çevrim sonrasında kırılması ile oluşan hasara Yorulma Hasarı denir. 15

16 YORULMA Tekrarlı yükleme yalnızca enerji harcamaz, bir çatlak oluşturur, onu büyütür ve en sonunda yorulma hatası ile son buldurur. Çalışan malzemelerin bozulmalarının büyük ekseriyeti yorulma yüzünden, yorulmanın da % 90 tasarım ve üretim hatası ndan meydana geldiği belirtilmektedir. 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35

MEKANİK ÖZELLİKLER Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır: Young modülü (Young s modulus), Akma mukavemeti (Yield strength), Çekme mukavemeti (Tensile strength), % Uzama

36 MEKANİK ÖZELLİKLER Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır: Young modülü (Young s modulus), Akma mukavemeti (Yield strength), Çekme mukavemeti (Tensile strength), % Uzama (Elongation), Basma modülü (Compressive modulus), Basma mukavemeti (Compressive strength), Eğme modülü (Flexural modulus), Kayma modülü (shear modulus), Hacim modülü (bulk modulus), Poisson oranı, Şekil faktörü, Vikers sertlik derecesi, Yorulma mukavemeti, 10^7 çevrimde (fatigue strength), Mekanik kayıp katsayısı (mechanical loss coefficient) ve bu özelliklerin sıcaklıkla olan etkileşimleri bazında seçim yapılabilmektedir. 36

37 KAYIP KATSAYISI- TİTREŞİM SÖNÜMLEME Metaller, camlar ve seramiklerin hepsi çalıştıkları yerlerde titreşime maruz kaldıklarında düşük tabii sönümleme özelliğine sahiptirler. Elastomer karakterli malzemelerin sönüm kapasiteleri oldukça yüksektir. Tabii sönümleme, kayıp katsayısı ile ölçülür. Kayıp katsayısı, bir malzemenin titreşim enerjisini, ısıya çevirerek yok etmedeki derecesini ölçer. "tan δ" olarak da bilinir. 37

38 KAYIP KATSAYISI- TİTREŞİM SÖNÜMLEME Hipoötektik, ötektik ve hiperötektik gri dökme demirlerin sönüm kapasitelerine dikkat! 38

39 KAYIP KATSAYISI- TİTREŞİM SÖNÜMLEME Malzeme Sönüm Oranı Çelik Yay 0,005 Dogal Kauçuk 0,05 Neopren 0,05 Keçe ve mantar 0,06 Sürtünme Sönümlü Yay 0,33 39

40 40

41 41

42 ÇENTİKLİ DARBE DENEYİ Bu deney, malzemenin gevrek kırılmaya olan eğilimini belirlemek için yapılır. Bu deneyde üzerinde çentik açılmış deney numunesi, bir sarkaç çekiç yardımıyla kırılır. Çekicin salınma yüksekliği kaybından parçanın kırılması için harcanan enerji hesaplanır. Bu şekilde hesaplanan kırılma enerjisinin sayısal değeri, tasarım hesaplamalarında bir sayısal değer olarak kullanılamaz. Sadece malzeme davranışının bir göstergesi olarak değerlendirilir. 42

43 43

44 SÜNEK GEVREK GEÇİŞ SICAKLIĞI Ortam sıcaklığı azaldıkça malzemelerin gevrek kırılma eğilimi de artar. Özellikle HMK kristal yapıya sahip malzemeler (örneğin, ostenitik yapıya sahip çeliklerin dışındaki diğer çelikler) keskin bir sünek-gevrek geçiş sıcaklığı gösterirler. Yani, belirli bir sıcaklığın altında darbe enerjisi çok düşer ve malzeme gevrek davranmaya başlar. Bu sıcaklığın belirlenmesi için en uygun yöntem, farklı sıcaklıklarda bir seri darbe deneyi yaparak darbe enerjisinin sıcaklıkla nasıl değiştiğini belirlemektir. 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 49

50 50

51 51

52 52

53 Süneklik indeksi Beklenen kırılma modundaki ortam koşullarında ve orta seviyedeki deformasyon hızlarında yüksek süneklik indeksi değerleri sünek kırılmayı ve düşük değerler ise gevrek kırılmayı karakterize eder. Tasarımda belirlenen yükün de üzerinde bir yük uygulandığında malzemenin emniyetli bir şekilde deformasyonu için süneklik indeksi yüksek olan malzemeler seçilmelidir. Malzeme cinsi Tipik değerler Açıklamalar Seramik-cam Typically brittle failure mechanism, unless undergoing a toughening mechanism Metaller Transition behavior (i.e. around 0.01 and brittle failure for cast irons, around 2 and ductile failure for lead) Polimerler Elastomerler 5-75 Typically ductile failure Transition behavior (i.e. around 0.1 and brittle failure for PMMA, around 100 and ductile failure for LDPE) 53

54 TASARIMDA SGGS Sünek Gevrek Geçiş Sıcaklığı-SGGS (Ductile Brittle Transition Temperature-DBTT) gösteren malzemelerde; Darbe özellikleri dikkate alınarak yapılan tasarımlarda, seçilen malzemenin sünek/gevrek geçiş sıcaklığının kullanım sıcaklıklarına tekabül etmemesi ve hatta mümkün olduğu kadar düşük olması gerekir. Böylece, soğuk havalarda, ani zorlamalar altında malzeme beklenmedik gevrek kırılma göstermeyecektir. Örneğin, gemi gövdelerinde kullanılan sacın, -20 C de en az 70 J lük darbe enerjisine sahip olması gerekir. Bu değer farklı uygulamalar için değişebilir. 54

55 55

56 56

57 57

58 Kırılma mekaniği, çatlak içeren cisimlerin yük altında davranışını inceleyen bir bilim dalıdır. Kırılma Mekaniği yapıda bulunabilecek en küçük çatlak uzunluğunun tahribatsız muayene ile tesbit edilemeyen (gözden kaçabilecek) çatlak uzunluğuna karşılık geldiğini kabul eder. Bu da bir çok halde 3 mm ve altındaki çatlak boyuna karşılık gelir. Klasik mukavemet biliminin tasarıma yaklaşımında ise; malzemenin ve yapının hata içermediği kabul edilir. Uygulanan gerilme (yükleme) ve malzemenin mukavemeti (malzeme özelliği) esas alınır. Emniyetli bir tasarım için uygulanan gerilme, akma mukavemetinin altında olmalıdır. Değilse akma hasarı meydana gelir. 58

59 Kırılma Mekaniğinin Tasarıma Yaklaşımı Kırılma Mekaniği yaklaşımı tüm malzeme ve yapıların doğal olarak «hata/çatlak» içerdiğini, bu nedenle hasarın klasik mukavemete göre hesaplanmış statik mukavemet değerinin çok altında meydana gelebileceğini kabul eder. Kırılma mekaniğinde tasarım yönünden 3 parametre öne çıkar: Uygulanan gerilme (yükleme), Kırılma tokluğu (malzeme özelliği) ve Çatlak uzunluğu (kalite kontrol). 59

60 60

61 Kırılmanın nasıl olacağı malzemeye bağlı olduğu gibi; uygulanan gerilmeye, sıcaklığa ve şekil değiştirme hızına da bağlıdır. Gevrek kırılmada kalıcı şekil değişimi önemsiz düzeydedir ve çatlağın oluşması ve önceden mevcutsa ilerlemesi büyük bir hızla olur. Aniden ortaya çıkan bu kırılma türü çok tehlikelidir. Özellikle tokluğu düşük yüksek mukavemetli metaller, seramikler ve bazı plastikler gevrek davranış gösterir. Yapıda çentik etkisi yapan süreksizliklerin (örneğin çatlak, mikro gözenek, kalıntı vb.) bulunduğu noktalardan gevrek olarak kırılırlar. 61

62 62

63 63

Benzer belgeler

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Farklı üretim yöntemleriyle üretilen ürünler uygulama koşullarında üzerlerine uygulanan kuvvetlere farklı yanıt verirler ve uygulanan yükün büyüklüğüne bağlı olarak koparlar,