MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY www.fatihay.net fatihay@fatihay.net
GEÇEN HAFTA KRİSTAL KAFES NOKTALARI KRİSTAL KAFES DOĞRULTULARI KRİSTAL KAFES DÜZLEMLERİ DOĞRUSAL VE DÜZLEMSEL YOĞUNLUK KRİSTAL VE KRİSTAL OLMAYAN MALZEMELER
BÖLÜM IV METALLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ ANELASTİKLİK MALZEMELERİN ELASTİK ÖZELLİKLERİ ÇEKME ÖZELLİKLERİ GERÇEK GERİLME VE GERÇEK BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME BASMA, KESME VE BURULMA DEFORMASYONU SERTLİK
ÖĞRENECEKLERİNİZ: Mühendislik gerilmesi ve birim şekil değiştirmesini tanımlayabilirsiniz Hook kanunu yazabilir ve hangi durumlarda geçerli olduğunu bilirsiniz Poisson oranını tanımlayabilirsiniz Verilen bir gerilme-birim şekil değiştirme eğrisinden (a) elastiklik modülünü (b)%0,2 akma dayanımını (c) çekme dayanımını ve (d) yüzde kopma uzamasını belirleyebilirsiniz
GİRİŞ
ASTM : American Society for Testing and Materials (Amerikan Malzemeler ve Deneyleri Derneği) Yapıların tasarımıyla uğraşan mühendislerin görevi, doğru bir şekilde tanımlanmış olan yüklerin etkisi altında, sistemi oluşturan her bir parçadaki gerilme ve dağılımlarını belirlemektir. Bunun için, deneysel test teknikleri ve/veya teorik ve matematiksel gerilme analizlerinden yararlanılır.
GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ Yük (kuvvet), statik veya zamanla çok az değişiyor ve parçanın kesit alanına veya yüzeyine üniform şekilde uygulanıyorsa malzemenin mekanik davranışı gerilme-birim şekil değişimin elde edilebileceği basit bir deneyle belirlenebilir. Gerilme Deneyleri: 1- Yük çekme 2- Basma 3- Kayma
GERİLME VE BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ (a) Çekme (b) Basma (c) Kayma ve Burulma deneyleri
Çekme Deneyi: Gerilme-birim şekil değişimi verilerinin elde edilmesi için kullanılan en yaygın deneylerden biridir. Numune, ekseni doğrultusunda yavaşça artan şekilde uygulanan bir yükün etkisi altında çoğunlukla kırılana kadar şekil değiştirir. Kesit alanı genelde daireseldir, dikdörtgen kesitli numuneler de kullanılır. Dairesel kesitli standart bir çekme numunesi
Çekme Deneyi:
Deney sonuçları yük-uzama olarak kaydedilir. Parça büyüklüğüne bağlıdır Kesit alanı iki kat büyükse, aynı uzamanın olabilmesi için iki kat büyüklükteki kuvvete ihtiyaç duyulur
σ: Mühendislik Gerilmesi F: Yük (Uygulanan kuvvet) Newton A 0 : Numunenin ilk kesit alanı (m 2 ) Gerilme 1 MPa = 10 6 N m 2
: Mühendislik birim şekil değişimi l 0 : Yük uygulanmadan önceki ilk boy l i : Yük uygulandığı sıradaki anlık boy ölçümü Şekil değişimi Birimsiz
www.youtube.com/watch?v=w5a8gu37wgg
Basma Deneyi: Çalışma koşullarında yükler basma türünde ise basma zorlanmasında gerilme-birim şekil değişimi verilerinin elde edildiği basma deneyi yapılır. Basma deneyi, kuvvetin basma olması ve numunenin gerilme ekseni boyunca sıkıştırılması dışında, çekme deneyine benzer şekilde yapılır. Kural olarak basma kuvveti negatif alındığından, gerilim negatif işaretlidir. Dairesel kesitli standart bir çekme numunesi
www.youtube.com/watch?v=6xxql540jkw
www.youtube.com/watch?v=yfymwplo8_o
Kayma ve Burulma Deneyi: γ = tanθ τ Kayma Gerilmesi θ: Şekil değişimi açısı γ: Kayma birim şekil değişimi
Burulma saf kaymanın bir çeşididir Burma kuvvetleri, elemanın ekseni boyunca bir ucunun diğerine göre dönme hareketi yapmasına yol açar. Burulma deneyleri genellikle silindirik şaft ve tüplerle yapılır
GERİLME-BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ KAVRAMI (Elastik Şekil Değiştirme) Bir yapıda oluşan deformasyon veya şekil değişiminin miktarı uygulanan gerilmenin büyüklüğüne bağlıdır. Metallerin çoğu nispeten küçük çekme gerilmelerine maruz bırakıldığında, oluşan gerilme ile birim şekil değişimi arasındaki ilişki σ = E Hooke Kanunu : Mühendislik birim şekil değişimi σ: Mühendislik Gerilmesi E: Orantı sabiti Elastiklik modülü veya Young Modülü (Gpa)
Gerilme ile orantılı olarak değişen şekil değişimine (veya deformasyona) elastik şekil değişimi adı verilir.
Elastik şekil değişimi kalıcı değildir Gerilme-birim şekil değişimi arasında doğrusal bir ilişki vardır Doğrusal olan kısmın eğimi elastiklik modülüne (E) karşılık gelir Elastiklik modülü, bir malzemenin elastik şekil değişimine karşı gösterdiği dirençtir Elastiklik modülünün yüksek olması uygulanacak bir kuvvet altında malzemede meydana gelecek değişimin küçük olması anlamına gelir
Anelastiklik: Gerilmenin uygulanması sonrasında, elastik şekil değişimi bir süre devam eder ve yük kaldırıldıktan sonra elastik şekil değişiminin tamamen geri dönmesi için belirli bir sürenin geçmesi gerekir. Bu şekilde zamana bağlı olarak meydana gelen elastik davranış anelastiklik olarak bilinir. Metaller için anelastik bileşen küçüktür ve çoğunlukla ihmal edilir. Ancak polimer esaslı malzemelerde anelastik bileşen önemli oranda büyüktür.
Örnek: Başlangıç boyu 305 mm olan bakır bir parçaya 276 MPa lık çekme gerilmesi uygulanmaktadır. Şekil değişimi tamamen elastik olduğuna göre, oluşan uzamayı belirleyiniz
MALZEMELERİN ELASTİK ÖZELLİKLERİ
Poisson oranı (θ): Yanal doğrultudaki birim şekil değişiminin, eksenel doğrultudaki birim şekil değişimine oranı
Örnek: 10 mm çapındaki silindirik pirinç çubuğa eksenel doğrultuda çekme gerilmesi uygulanacaktır. Şekil değişimi tamamen elastik olduğuna göre, çapta 2,5x10 3 mm lik bir daralmanın oluşması için gerekli yükün büyüklüğünü hesaplayınız.
PLASTİK DEFORMASYON Bir çok metalik malzemede elastik davranış yaklaşık 0,005 birim şekil değişimi miktarına kadar devam eder. Malzeme bu noktadan daha fazla deforme edildiğinde artık gerilme ile birim şekil değişimi arasındaki orantı ortadan kalkar (Hooke kanunu geçerliliğini yitirir) Kalıcı yani geri dönmeyen, plastik deformasyon oluşur. Atomsal açıdan, plastik deformasyon çok sayıda atomun veya molekülün, birbirlerine göre hareketleri sırasında, komşuları ile sahip oldukları bağları koparmaları ve yeni komşularıyla yeni bağlar oluşturmalarıdır.
PLASTİK DEFORMASYON Gerilme kaldırıldığında atomlar eski konumlarına dönmezler. Bu deformasyon kristal ve amorf yapılar için farklıdır Kristal katılarda deformasyon dislokasyon hareketi adı verilen kayma olayı ile gerçekleşir. Kristal olmayan yapılarda (ve sıvılarda) plastik deformasyon, viskoz akış mekanizmasıyla oluşur.
Akma Noktası: Elastik-plastik geçişin belirgin olmadığı, geçişin aşamalı olarak gerçekleştiği metallerde, gerilme-birim şekil değişimi eğrisinin doğrusallıktan ilk ayrıldığı yerdir (P noktası). ÇEKME ÖZELLİKLERİ
ÇEKME ÖZELLİKLERİ Akma Dayanımı: P noktasının yerinin kesin olarak belirlenmesi zor olduğu için, 0,002 olarak belirlenen şekil bir değişimi değerinden, eğriye paralel çizilir. Eğri ile kesiştiği noktadaki gerilme akma dayanımı, σ Ak, olarak tanımlanır.
Belirgin Akma Dayanımı: Gerilmebirim şekil değişimi eğrisinde doğrusal elastik kısmın sona erdiği noktada oluşan ani süreksizlikten dolayı, plastik plastik deformasyonun çok açık bir biçimde gözlemlenebildiği bu davranış belirgin akma olayı olarak adlandırılır. ÇEKME ÖZELLİKLERİ
Belirgin Akma Dayanımı: Üst akma noktasında, plastik deformasyonun başlaması ile birlikte gerilmede farkedilir bir düşüş meydana gelir. Deformasyon oluşumu, alt akma noktası olarak adlandırılan sabit bir gerilme değeri civarında devam eder sonrasında artan deformasyon ile birlikte gerilmede artış gözlemlenir. ÇEKME ÖZELLİKLERİ
ÇEKME ÖZELLİKLERİ Çekme Dayanımı: Gerilme-birim şekilde değişimi eğrisindeki maksimum noktadır (M). Bu çekme zorlanması altında bir yapının taşıyabileceği maksimum gerilmeye karşılık gelir. Kopma dayanımı, kopma (kırılma) anındaki gerilmeyi işaret eder (F).
Örnek: Şekilde verilen pirinç numuneye ait gerilme-birim şekil değişimi eğrisinden aşağıdaki özellikleri belirleyiniz. a) Elastiklik modülü b) 0,002 birim şekil değişimi için akma dayanımı c) Orijinal çapı 12.8 mm olan silindirik numune tarafından taşınabilecek maksimum yük d) 345 MPa lık çekme gerilmesinin etkisi altında ilk boyu 250 mm olan numunenin uzunluğundaki değişim
7. DERSİN SONU