ÇEKME DENEYİ Genel Bilgi Çekme deneyi, malzemelerin statik yük altındaki mekanik özelliklerini belirlemek ve malzemelerin özelliklerine göre sınıflandırılmasını sağlamak amacıyla uygulanan, mühendislik açısından çok önemli bir mekanik deneydir. Deney, mekanik özellikleri belirlemek amacıyla bir deney parçasının, genellikle kopuncaya kadar, gerilmesini kapsar. Belirlenecek mekanik özellikler: a) Elastisite katsayısı e) Çekme dayanımı (Maksimum gerilme) b) Elastiklik sınırı f) Uzama (%) c) Rezilyans g) Kesit daralması (%) d) Akma gerilmesi Elastisite katsayısı (E): Gerilme (σ) ile birim şekil değişimi ( ) arasındaki ilişkiyi belirleyen malzemenin temel özelliği olan sabit. σ = E ε Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir. Rezilyans (u r ): Elastik şekil değişimi esnasında numunenin depoladığı enerji anlamına gelir. Bu enerji, gerilme-birim şekil değişimi eğrisinin altında kalan alana eşittir. Deney numunenin kırılması ile sonuçlanırsa bu enerji geri verilir. Gerilme ile birim şekil değişimi arasında lineer bir orantının kabul edilebildiği en yüksek gerilme değeri olan orantısal gerilme (σ pl ) diyagramdan okunarak u r değeri aşağıdaki formül ile bulunabilir. 1 1σ = σ ε = 2 2 E u r pl pl Akma Gerilmesi: Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına rağmen plastik şekil değişiminin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği gerilme değeridir. Alüminyum alaşımlarında, akma gerilmesi diyagram üzerinde tam belirli olmadığından, Şekil 1 deki yöntem uygulanarak akma gerilmesi bulunur. Bu yönteme göre, %.2 birim şekil değişiminden başlayarak eğrinin elastik bölgesine paralel çizilen doğrunun eğriyi kestiği nokta akma gerilmesi değerini verir. 2 pl
Şekil 1. Gerilme-birim şekil değişimi diyagramı Çekme Dayanımı (Maksimum gerilme): Numunenin kopmadan dayanabileceği ve diyagramdaki en yüksek gerilme değeridir. Uzama (%): Son ölçü uzunluğu ile ilk ölçü uzunluğunun farkının ilk ölçü uzunluğuna oranının yüzde olarak ifadesidir. δ L L = L u (%) 1 Kesit daralması (%): İlk kesit alanı ile son kesit alanı farkının ilk kesit alanına oranının yüzde olarak ifadesidir. Deney Numunesi Daralma S S = u S (%) 1 Deney parçasının şekli ve boyutlandırılması Şekil 2 ve Tablo 1 de gösterilmiştir. Orantısız deney parçası kullanıldığından, TS 138 EN 12-1 standardı ile belirtildiği şekilde ilk ölçü
uzunluğu, ilk kesit alanından bağımsız olarak alınır. Numune, AA661 alüminyum alaşımından (Tablo 2) yapılmıştır. Malzemenin mekanik özellikleri Tablo 3 te gösterilmiştir. Şekil 2. Dikdörtgen kesitli deney parçası Tablo 1. Deney parçası boyutlandırılması Sembol Değer Anlam b 2 mm Kalınlık B 2 mm Genişlik Lc 11 mm Paralel Uzunluk Lt 18 mm Toplam Uzunluk So 4 mm 2 İlk Kesit Alanı Tablo 2. AA661 Element Oran Alüminyum (Al) % 97.9 Bakır (Cu) %.28 Magnezyum (Mg) % 1. Krom (Cr) %.2 Silisyum (Si) %.6 Tablo 3. AA661 Mekanik Özellikler Özellikler Değerler (25 C için) Yoğunluk (x1 kg/m 3 ) 2.7 Elastisite Modülü (GPa) 7-8 Poisson Oranı.33 Çekme Dayanımı (MPa) 115 Akma Dayanımı (MPa) 48 Uzama Yüzdesi (%) 25
Deney Cihazı MTS Universal Test Cihazı, havacılık ve uzay teknolojilerinde kullanılan metal, seramik ve kompozit malzemelerin çekme, basma, eğilme ve yorulma testlerini yapmak amaçlı kullanılmaktadır. Servo-hidrolik çalışan makine, -4 ile +177 ºC aralığında 1kN a kadar statik ve dinamik kapasiteli deneylerde kullanılabilmektedir. Minimum ±1 Hz ve minimum ±1 mm. dinamik test yeteneğine sahiptir. Farklı numunelerin analizi için farklı tipte çeneler kullanılmaktadır. Ayrıca çoklu uzama yeteneğine sahip ekstansometreler, -129ºC ve +315 Cº aralığında çalışabilen iklimlendirme odası ve yan eksen yükleme özellikleri mevcuttur. Deneyin Yapılışı Aksi belirtilmedikçe deney 1 C ile 35 C arasındaki bir sıcaklıkta yapılır. Kontrollü şartlarda yürütülen deneyler 23 C ± 5 C sıcaklıkta yapılabilir. Cihaz yazılımı çalıştırılır ve aşağıdaki işlemler uygulanır: Deney, MTS Universal Test Cihazı nın hidrolik basınç kademelerinin çalıştırılması ile başlar. Numune, düzenekteki çenelere iki ucundaki genişleyen bölümlerinden sıkıştırılarak yerleştirilir. Dikkat edilecek husus, sıkıştırma için kullanılan basıncın uygun olması ve çenelerin, numune başlarını ezip, bu kısımlardan kopmaya yol açmamasıdır. Daha sonra, cihazın yazılımın içinde bulunan prosedür editörü kullanılarak Şekil 3 teki programlama yapılır. Prosedürün limit kısmında, numunenin 1 mm uzamaya uğraması istenerek, gerekli kopmanın olması sağlanır. Otomatik ofset işlemi yapılarak, sinyal yoluyla gelen kuvvet ve uzama değerleri sıfırlanır. Deneye başlanır. Yazılım yardımıyla bilgisayardan uzama ve kuvvet değişimleri izlenir. Şeffaf koruma paravanlarını kullanarak çıplak gözle de numune izlenebilir. Numune kopana kadar deney devam eder. Kopmanın ardından deney dataları incelenir ve kuvvet-uzama ve gerilme-birim şekil değişimi diyagramları çizilir. Mekanik özellikler hesaplanır.
Şekil 3. Deneyin Programlanması İlgili Standartlar Türk Standardı TS 138 EN 12-1 Metalik Malzemeler-Çekme Deneyi Bölüm 1:Ortam Sıcaklığında Deney Metodu Türk Standardı TS EN ISO 75-2 Metalik Malzemeler - Tek Eksenli Statik Deney Makinelerinin Doğrulanması - Bölüm 2: Çekme Sürünme Deney Makineleri - Uygulanan Yükün Doğrulanması ISO 6892 Metallic Materials - Tensile Testing at Ambient Temperature Second Edition European Standard EN 22-1 Aerospace Series - Metallic Materials - Test Methods - Part 1: Tensile testing at Ambient Temperature Kaynaklar Türk Standardı TS 138 EN 12-1 Metalik Malzemeler-Çekme Deneyi-Bölüm 1:Ortam Sıcaklığında Deney Metodu, TSE, Nisan 24 Hibeler R.C., Mechanics of Materials, Fourth Edition, Prentice Hall, 2 http://www.efunda.com/materials/alloys/aluminum/show_aluminum.cfm?id=aa_661&sho w_prop=all&page_title=aa%2661 MTS User s Manual Volume 1, MTS Systems Corporation, 25