4.Hafta: Metallerin Mekanik Özellikleri

MAZEME BİİMİ MA201 4.Hafta: Metallerin Mekanik Özellikleri Metaller ve metal alaşımları mekanik tasarımda en çk tercih edilen malzeme grubundandır. Metallerler özellikle kuvvet taşıyan elemanlarda yaygın larak kullanılırlar. Bu nedenle malzemelerin mekanik özelliklerini bilmek büyük önem taşır. Malzemelerin mekanik özellikleri şu başlıklarda incelenecektir: Çekme/basma (tensile /cmpressin) Sertlik (hardness) Darbe (impact) Kırılma (fracture) Yrulma (fatigue) Sürünme (creep) 1. ÇEKME ÖZEİKERİ: Tasarımda en çk önemsenen özellikler, malzemelerin ne kadar dayanıklı ldukları ve ne ölçüde şekil değiştirebilme kabiliyetine sahip lduklarıdır. Malzemelerin dayanım ve şekil değiştirme özelliklerini belirlemede kullanılan en yaygın test; ÇEKME DENEYİ dir. Çekme deneyi, bu amaç için hazırlanan bir test numunesinin (çekme numunesi) çekme makinesine bağlanarak çekme kuvvetine maruz bırakılmasıdır. Etki eden kuvvet numune kparılana kadar arttırılır. Bu esnada, etki eden kuvvet ve test numunesinde meydana gelen uzama sistem tarafında sürekli larak kaydedilir. 140

Bu verilerin, mühendislik larak daha anlamlı labilmesi için gemetrinin etkisinin giderilmesi gerekir. Bu nedenle kuvvet-uzama (F - l) diyagramının gerilme - birim şekil değiştirme (σ - ε) diyagramına dönüştürmek gerekir. Gerilme = Çekme kuvveti / Kuvvete dik kesit alanı σ = F A Birim şekil değişimi = Uzama miktarı / İlk ölçü byu ε = l l = l l l Bu şekilde nkta nkta saptanan değerlerlerden gerilme birim şekil değiştirme diyagramına geçilir. Çekme deneyi sırasında parça, önce EASTİK şekil değişimine daha snrada PASTİK şekil değişimine maruz kalır. Daha snra parça kırılarak kpar. (a) Elastik Şekil Değişimi: Elastik şekil değişimi, σ - ε diyagramının dğrusal larak değiştiği ilk bölümünde gerçekleşmektedir (σ σ a ). Burada uygulanan gerilme ve bu gerilmenin meydana getirdiği elastik birim şekil değişimi arasında Hke kanunu geçerlidir (σ = E.ε). Elastik şekil değişiminde etkin lan malzeme özelliği (parametresi), EASTİKİK MODÜÜ, E, dir. 241

σ σ a Bir malzeme özelliği lan, diğer bir değişle malzemeden malzemeye farklı değer alan Elastiklik mdülü, atmlar arası bağların kuvvet altında esnemelerinden kaynaklanır (daha önceki ntlarda açıklanmıştı). Bağ kuvveti atmlar arası mesafe diyagramında F=0 civarında teğetin eğimi elastiklik mdülünü belirlemektedir. Dlayısıyla, dik eğime sahip malzemelerin elastiklik mdül değerleri de büyük lacaktır. Bu malzemeler kuvvet altında daha az elastik şekil değiştirecek ve daha rijit davranacaklardır. Malzemelerin elastiklik mdülü, iki parametreden çk etkilenir: (a) Kimyasal bileşim, (b) Ortam sıcaklığı. Diğer bir değişle atmsal arası bağları etkileyen etmenler elastiklik mdülünü de etkiler. Öte yandan aynı malzeme için malzeme dayanımı diğer bir değişle ısıl işlem elastiklik mdülünü etkilemez. Örneğin, sertleştirilmiş aynı bileşime sahip çeliğin sert ve yumuşak halleri aynı elastiklik mdülü değerini gösterir. 3 42

Malzemelerin elastik özelliklerini belirleyen diğer bir parametrede pissn ranı dır. Çekmeye veya basmaya maruz kalan bir malzemenin elastik şekil değiştirmesi sırasında, atmlarının birbirine yaklaşması veya uzaklaşması söz knusu lduğu için hacminde de genleşme veya sıkışma şeklinde bir değişiklik söz knusu lacaktır. Bu şekilde hacim değişikliğine uğrayan bir malzemenin, zrlanma yönüne dik yönde uzanan dğrultulardaki byutsal değişimi pissn ranı (ν) ile hesaplanabilir. Bu değer hemen hemen tüm metaller için 0.28-0.32 arasında bulunmakla beraber bir çk uygulamada genelde 0.3 değeri aldığı kabul edilir. Diğer yandan, plastik şekil değişimine maruz kalan bir malzemenin kafesinde genleşme veya sıkışma meydana gelmez, hacim şekil değişimi öncesi veya snrası aynı değerdedir, diğer bir değişle plastik şekil değişimi sırasında hacim sabit kalır. Bu durumda, pissn ranı 0.5 değeri alır (şekil değişiminin yarısı x, diğer yarısı da y yönünde gerçekleşir). (b) Plastik Şekil Değişimi: Malzemelerin AKMA DAYANIM değerinin üzerinde gerilme uygulanması durumunda plastik yani kalıcı (geri dönüşümsüz) şekil değişimi başlamış lur. Bu durumda kayma mekanizması çalışır diğer bir değişle dislkasynlar hareket etmeye başlar ve plastik şekil değişimi gerçekleşmeye başlar. Ortam sıcaklık değerinin, plastik şekil değişimini mekanizmaları üzerinde çk büyük etkisi vardır. Sıcaklık seviyelerine bağlı larak plastik şekil değişimi (a) sğuk plastik şekil değişimi, (b) ılık 4 43

plastik şekil değişimi, (c) sıcak plastik şekil değişimi şeklinde lur. Bu iki mekanizmadan hangisinin etkin lduğu, T B, BENZEŞ SICAKIK (Hmlgus temperature) kavramı ile belirlenir. Benzeş sıcaklık değerine göre, şekil değişim tipleri; 0 < T B < 0.25 Sğuk şekil değişimi 0.25 < T B < 0.5 Ilık şekil değişimi 0.5 < T B < 1 Sıcak şekil değişimi T = B T T Ç G T E = Malzemenin erime sıcaklığı ( K) T Ç = Malzemenin çalıştığı sıcaklık ( K) Benzeş sıcaklığının da tanımından anlaşılacağı üzere herhangi bir çalışma sıcaklığı, metalin erime sıcaklığına bağlı larak sğuk şekil değiştirme veya sıcak şekil değiştirme labilir. Örneğin da sıcaklığı, Fe, Al, Cu gibi birçk metal için sğuk şekil değiştirme bölgesinde kalır. Diğer yandan, Pb, Sn gibi düşük erime sıcaklığına sahip metaller için da sıcaklığı sıcak şekil değişimi bölgesindedir. Sğuk ve Sıcak Şekil Değişiminde Etkin lan Mekanizmalar: 1. Sğuk Şekil Değişimi (Cld defrmatin): Sğuk şekil değiştirme, nrmal bir σ - ε eğrisinin plastik şekil değiştirme kısmı kullanılarak klaylıkla açıklanabilir. Nrmal larak iki çeşit sğuk şekil değiştirme mekanizması mevcuttur. Bunlar; (a) kayma, (b) ikizlemedir. 544

Sğuk şekil değişiminde en etkin defrmasyn mekanizması KAYMA (Slip) dır. Kristal yapı içerisinde, dislkasynların kayması ile plastik şekil değişimi gerçekleşir. Kayma ile hareket eden dislkasynlar, yeni dislkasynlar luşmasına sebep lurlar. Böylece, dislkasyn yğunluğu artar. Diğer yandan, yğunluğu artan dislkasynların hareketi, gerek diğer dislkasynlar gerekse bşluk, arayer, yeralan, çökelti, tane sınırı gibi diğer engeller tarafından engellenmeye başlanır. Başka bir değişle dislkasynların hareketlerini sürdürebilmeleri için gereken gerilme değeri gittikçe artar. Bu duruma DEFORMASYON SERTEŞMESİ (strain hardening, wrk hardening, strain aging, etc.) veya PEKEŞME adı verilir. Bu nedenle, σ - ε diyagramının plastik bölgesinde artan şekil değiştirme ile gereken gerilme sürekli artma gösterir. Bu plastik şekil değişimi sırasında byu sürekli artan deney parçasında hacmi sabit kalacak şekilde kesiti sürekli larak azalma gösterir. Bu bölgede, kesitin azalması (σ = F / A) frmülü gereği aynı gerilmeyi sağlamak için gereken kuvvet değerinin sürekli azalması anlamına gelir. Öte yandan, pekleşme mekanizması ise şekil değişimini sürdürebilmek için gereken kuvvetin sürekli artmasını gerektirir. Pekleşmenin etkisinin baskın lması durumunda, ihtiyaç duyulan kuvvet sürekli artmaya devam edecektir. Ne var ki, plastik şekil değişimi devam ettikçe pekleşme etkisi dminantlığını kaybeder. σ - ε diyagramında öyle bir nkta vardır ki (bu nkta max. nktadır), burada pekleşmenin etkisi kesit daralmasının etkisi ile birbirini dengeler. Bu nktadan snra kesit daralmasının etkisi pekleşmenin etkisine göre daha baskın hale gelir ve şekil değişimi için gereken gerilme sürekli larak azalır ve parça byun vermeye (plastik kararsızlık) başlar, diyagram aşağı dğru yönlenir. Diyagram kpmanın meydana geldiği nktada sn bulur. Byun vermenin başladığı bu nktada, yani maximum nktadaki gerilme değeri ÇEKME DAYANIMI 6 45

larak adlandırılır. Kpmanın gerçekleştiği nktadaki gerilme değerini, KOPMA DAYANIMI adı verilir. Sğuk şekil değişiminde kaymanın gerçekleşemediği nktalarda, İKİZEME mekanizması da aktif hale gelebilir. Fakat bu mekanizmanın plastik şekil değişimine katkısı ldukça sınırlıdır. ÇEKME DİYAGRAMINDAN EDE EDİEN VERİER: Malzemeler, akma nktasındaki davranışlarına göre iki şekilde ele alınabilir; (a) belirgin akma gösteren malzemeler, (b) belirgin akma göstermeyen malzemeler. Belirgin akma (a) Belirgin akma göstermeyen malzemeler: Bu malzemelerde % 0.2 kalıcı (plastik) şekil değişimine sebep lan gerilme değeri AKMA DAYANIMI (yield strength) larak adlandırılır ve σ 0.2 larak simgelendirilir. (Bazı özel durumlarda kalıcı (plastik) şekil değişim sınırı % 0.2 yerine % 0.1 veya % 0.05 alınabilir. Fakat bu durumların belirtilmesi gerekir. Belirtilmiyrsa sınır % 0.2 dir). Diyagramda en büyük gerilme, ÇEKME DAYANIMI (ultimate tensile strength) larak adlandırılır ve σ Ç larak simgelendirilir. Diyagramın elastik bölgesindeki lineer kısmın eğimi, EASTİKİK MODÜÜNÜ (mdulus f elasticity) verir ve bu değer E larak simgelendirilir. Malzemenin sünekliğini, δ, KOPMA UZAMASI (percent elngatin) ve ψ, KESİT DARAMASI (reductin f area) değerleri belirler. Kesit daralması değerini diyagramdan elde edebilme imkânı yktur. Deney snrasında kırık kesitin alanı ölçülür ve başlangıç alanı ile kırık kesit alanı farkının, başlangıç alanına bölünmesi ile elde edilir. Kpma uzaması değeri, diyagramdan elde edilebileceği gibi kpan parçaların tekrar bir araya getirilip ölçü byunun sn uzunluğunu belirlenmesi ve daha snra bu değer ile ilk ölçü byu arasındaki farkın ilk bya bölünmesi şeklinde elde edilebilir. δ = l l k l l k = l = Kpma anında ölçü byu İlk ölçü byu 746

ψ = A A A k A k = Kpmadan snra ölçülen kesit alanı A = İlk kesit alanı Maksimum gerilmenin luştuğu, kalıcı birim şekil değişimine ( nktadaki tplam şekil değişiminden elastik kısım çıkarılmalı) ünifrm uzama adı verilir ve ε ün şeklinde simgelenir. Deney sırasında kırılana kadar malzemenin harcadığı defrmasyn enerjisi STATİK TOKUK (tughness) larak adlandırılır ve U p ile gösterilir. Bu değer, σ - ε diyagramının altında kalan alana eşittir. Malzemenin sadece elastik bölgesinde akmaya kadar gerektirdiği enerji REZİYANS larak adlandırılır. Bu değer ise, σ - ε diyagramında elastik bölgenin altında kalan alana eşittir. 2. Sıcak Şekil Değişimi (Ht defrmatin): Malzemenin maruz kaldığı defrmasynun sıcak larak sınıflandırılan bölgede gerçekleşmesi durumudur. Bu durumda defrmasyn mekanizmalarında bazı değişiklikler söz knusu lur. Artan sıcaklık, bazı nktasal kusurlarda yayınma mekanizmasının çalışması için gereken ısıl aktivasynu sağlayabilir, böylece hareketleri sırasında bazı engellere takılan dislkasynların (pekleşme) bu engellerden kurtulmaları mümkün hale gelir. Örneğin, kenar disllasynlar, TIRMANMA mekanizması ile, vida dislkasynlar ÇAPRAZ KAYMA mekanizması ile 847

kayma düzlemlerini değiştirebilirler. Böylece pekleşme mekanizması işlemez hale gelmeye başlar. Yine sağlanan ısıl aktivasyn ile pzitif ve negatif kenar dislkasynlar yan yana ve alt alta dizilerek enerjilerinin minimize etmeye çalışırlar. İki ters işaretli dislkasynun bir araya gelmesi ile eksik lan düzlem tamamlanmış lacağından dislkasynlar yk lur ve bu şekilde dislkasyn yğunluğu azalır. Diğer bir değişle, sıcak defrmasyn sırasında dislkasyn luşması ve yk lması aynı anda geliştiği için dislkasyn yğunluğunda artış lmaz. Dlayısıyla bu etkinin de pekleşme layına bir katkısı söz knusu değildir. Sıcak şekil değiştirmede sıcaklığın artması ile malzemenin elastiklik mdülü azalır, diğer yandan tkluğu artar, kırılma daha geç gerçekleşir. Bunun nedeni, dislkasynların belli engellerde yığılmalarının ve böylece mikrçatlak luşumlarının güçleşmesidir. Yüksek sıcaklıklarda aktif hale gelen diğer bir mekanizmada TANE SINIRI KAYMASI (grain bundary sliding) dır. Artan sıcaklıkla taneleri bir arada tutan kuvvet azalır ve etki eden gerilmelerin etkisi ile tanelerin birbirleri üzerinde kaymaları mümkün hale gelir (bu mekanizma sürünme de etkindir). GERÇEK σ - ε DİYAGRAMI: Şu ana kadar anlatılan gerilme ve birim şekil değiştirme değerleri mühendislik değerler larak nitelendirilir. Mühendislik değerlerin hesaplanması, deney parçasının deney öncesi byutları dikkate alınarak yapılmıştır. Ancak plastik defrmasynla birlikte parçanın byunda sürekli bir uzama gerçekleşir ve buna bağlı larak plastik şekil değiştirmede hacim sabitliği prensibine dayanarak kesitinde azalma gerçekleşir. Bu ölçüler esas alınarak elde edilen gerilme birim şekil değiştirme değerleri, gerçek değerler larak nitelendirilir (σ g, ε g ). Tasarımda, küçük miktarlarda şekil değiştirmeler söz knusu lduğu için mühendislik değerleri kullanmak yeterli lur. Ne var ki, imalatta büyük miktarlarda şekil değişimleri söz knusu lduğu için mutlaka gerçek değerleri kullanmak gerekir. 948

BİRİM ŞEKİ DEĞİŞTİRME: Mühendislik birim şekil değişimi: ε = = ε + 1 = 1 Gerçek birim şekil değişimi: dε ε ε g g = = d d = ln = ln(1 + ε ) d = Bydaki artış miktarı = O andaki by GERİME: Mühendislik Gerilme: σ = F A PŞD de hacim sabitliğinden: A. A = A = A. 49 10

Gerçek Gerilme: σ σ g g = F A F. = A = σ (1 + ε ) elde edilir. Eğer mühendislik değerler biliniyrsa yukarıdaki dönüşüm uygulanarak gerçek gerilme gerçek birim şekil değişimi değerleri saptanabilir. Gerçek değerlerle çizilen gerilme birim şekil değişimi (σ g - ε g ) eğrisine akma eğrisi (flw curve) adı verilir. Metallerin akma eğrileri, HOOMAN BAĞINTISI ile ifade edilir: σ = K. ε g n K, n; malzeme sabitleri K = Dayanım sabiti n = pekleşme üsteli Bu bağıntının her iki tarafının lgaritması alınırsa: ln σ = ln K + nlnε g g Bu bağıntı lgaritmik skalada bir dğru denklemi verir (y = a.x + b). Nt: Max nktada birim şekil değişim değeri ε u = n Dğrunun eğimi n, pekleşme üsteline eşittir. Gerçek birim şekil değişimini 1 yapan gerilme değeri de dayanım sabiti larak adlandırılır. Metalik malzemelerde pekleşme üsteli, 0 < n < 0.4 arasında değişir. Pekleşme üsteli, n, malzemenin defrmasyn sertleşmesine uğrama ve defrmasynla dayanımını arttırma kabiliyetini belirlemektedir. Pekleşememe durumunda (sıcak defrmasyn) n değeri sıfıra yaklaşır. Birçk mühendislik malzemesi için n; 0.15 ile 0.25 arasında değerler alır. Dayanım sabiti ise dğrudan malzemenin dayanımı hakkında fikir vermektedir. Diğer bir değişle K değeri yüksek lan malzemelerin dayanımları da yüksektir. 11 50

BEİRGİN AKMA DAVRANIŞINA SAHİP OAN MAZEMEERİN σ-ε DİYAGRAMARI; Bazı metalik malzemeler elastik şekil değişiminden plastik şekil değişimine geçerken akma layını belirgin bir şekilde gerçekleştirirler. Bu malzeme gurubuna en iyi örnek yumuşak durumdaki (herhangi bir sertleştirme işlemi uygulanmamış) basit ve çğunlukla düşük karbnlu çeliklerdir. Demir dışı metaller ve yüksek sıcaklıklarda metallerin hiçbiri belirgin akma özelliği göstermezler. Bu lay arayer atmlarının mevcudiyeti ile açıklanmaktadır. Örneğin, karbn ve azt (nitrgen) tan arındırılan çeliklerde belirgin akma görülmemeye başlar. Bu arayer atmlarının dislkasynların altındaki bşluklara yerleşerek dislkasynları kilitledikleri düşünülmektedir. Bu atm gruplarına COTTRE ATMOSFERİ adı verilmektedir. Grafikte görülen üst akma nktası, bu atmsferin dislkasynları kilitleme etkisinin kırıldığı gerilme değerini ifade etmektedir. İlk akmanın meydana geldiği kayma bandında bu atmsfer tarafından pekleşme meydana getirilmesi ile kayma 12 51

durur. Diğer bir bölgede akma layı başlar. Üst akma nktasından snra gelişen testere dişi görünümündeki bölge kesit byunca tüm kayma bantlarında akmanın gerçekleştiğini gösterir. Oluşan bu bantlara ÜDERS BANTARI adı verilir. Bu lay tamamlanınca malzeme kesit byunca hmjen pekleşmeye uğrar. Bu gerilmenin en yüksek lduğu nktaya kadar hmjen şekil değiştirme sürer (malzemenin byu arttıkça kesit alanı bylamasında her nktada eşit daralır). Tepe nktasından itibaren ise heterjen şekil değişimi başlar, diğer bir değişle malzeme byun vermeye başlar, bu byun daralır ve en snunda malzeme kesiti etki eden kuvveti taşıyamayacak hale gelince kpma gerçekleşir. Hmjen PŞD bölgesine kadar zrlanmış daha ileri zrlamalara maruz kalmamış malzemelerde ikinci bir akma layı gözlenebilir. Bu ikinci akmanın luşabilmesi için yukarıdan da anlaşılacağı gibi Cttrell atmsferinin etkin rl ynaması gerekir. Bu ise ısıl aktivasyn gerektirir. Şöyle ki, sğuk plastik şekil değiştirmeye maruz kalmış, belirgin akma gösteren bir malzeme, gereken ısıl aktivasynu sağlamak amacıyla belli bir sıcaklığa kadar ısıtılıp (100-200 C) sğutulduktan snra tekrar plastik şekil değişimine maruz bırakılırsa, daha yüksek gerilme değerlerinde belirgin akma layı bir kez daha gerçekleşir. Bu laya DEFORMASYON YAŞANMASI (Strain aging) adı verilir. (a) (b) (a): Test durduluktan hemen snra tekrar yüklseme yapılıp teste devam ediliyr. (b): Test durduluktan hemen snra 100-200 de ısılılıp sğutulduktan snra teste devam ediliyr. 41 52

STATİK TOKUK VE REZİYANS: Malzemelerin çekme diyagramlarının altında kalan alan STATİK TOKUK larak isimlendirilir. Bu değer, malzemenin plastik şekil değiştirme sırasında ne kadar enerji yutacağını göstermektedir. Bu değer birim hacim başına mekanik şekil değiştirme işine eşdeğerdir: Tkluk :U p = σ. dε σ - ε eğrisinde, elastik bölge altında kalan alana REZİYANS adı verilir. Malzemenin elastik davranışı sırasında depladığı enerjiyi ifade eder. Rezilyans: U p ε e σ.. e ε = σ dε = e 2 0 Bir de dinamik tkluk kavaramı vardır. Bu kavram darbe özellikleri knusunda görülecektir. SÜNEKİK / GEVREKİK/TOKUK Süneklik: Bir malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetini ifade eder. Bu değerin büyümesi, malzeme kpana kadar daha büyük plastik şekil değiştirme gerçekleştirebiliyr anlamına gelir. Kpma uzaması ve alan daralması parametreleri ile ifade edilebilir. Gevreklik: Plastik şekil değiştirme kabiliyetinin lmaması durumunu ifade eder. Eğri bazen elastik sınırda bazen de elastik sınıra çk yakın bir nktada sn bulur. Tkluk: Malzemenin kpana dek absrbe ettiği tplam enerjiyi ifade eder. Sünek malzemelerin tkluğunun daha yüksek, gevrek malzemelerin tkluğunun da düşük lduğu anlamı çıkarılabilir. 42 53

SERTİK VE SERTİK ÖÇÜM YÖNTEMERİ: Bir malzemenin yüzeyine batırılan sert bir cisme karşı gösterdiği dirençtir. Sertlik değerleri direk larak malzemelerin dayanımları ile alakalı lduğu için büyük önem taşır ve dlayısıyla malzemelerin dayanımları ile ilgili bağıl değerler verir. Malzemelerin sertlik değerleri sertlik testleri ile saptanır. Bu sertlik deneyleri; batıcı ucun gemetrisine ve uygulanan kuvvet büyüklüğüne göre çeşitli isimler alır. Bunlardan en yaygın lanları: Brinell sertlik ölçme metdu Vickers sertlik ölçme metdu 43 54

Rckwell sertlik ölçme metdudur Brinell sertlik ölçme metdu: Yüzeyi düzgün bir şekilde hazırlanan malzemenin yüzeyine sert bir bilye (batıcı uç) belli bir kuvvetle bastırılır ve luşan iz ölçülür. Standart Brinell testinde, 10mm çaplı sert bilye ve 3000kgf yük kullanılır. Fakat luşan iz büyük ve uygulanan kuvvet de nispeten yüksek lduğu için pratikte daha küçük yük/çap kmbinasynları kullanılmaktadır. Bu yöntemin en büyük dezavantajı, malzemeye göre değişen yük/çap ranları seçme gereğinden kaynaklanır. Malzeme A Demir / Çelik 30 Cu / Pirinç / Brnz 10 Al / Pb vb. 5 Bu deneyde uygulanacak yük şu frmülle hesaplanır. F(kgf) = A.D 2 (mm 2 ). A malzemenin türüne bağlıdır ve aşağıdaki tabldan seçilebilir. Örneğin; 2.5mm bilye ile çelik ölçülüyrsa, 187.5 kgf, Al ölçülüyrsa 31.25kgf yük gerekir. Batıcı uç larak sertleştirilmiş çelik bilye kullanılması durumunda 400BSD ne kadar, sinterlenmiş karbür bilye kullanılması durumunda ise 550BSD ne kadar ölçüm yapılabilir. Bu mett daha büyük sertliklere sahip malzemeleri test etmek için uygun değildir. Çünkü, sert malzeme ile kuvvet arasında kalan bilye ezilmeye başlar bu ise yanlış ölçümler yapılmasına neden lur. Brinell sertlik ölçümünden snra aşağıdaki eşitlik kullanılarak sertlik değeri bulunabilir. BSD = πd[ D 2F D 2 d 2 ] BSD = Birinell sertlik değeri D = Bilya çapı F = Uygulanan kuvvet d = izin çapı. 44 55

TSE de gösterimi 340 BSD/187.5/2,5/30 Uygulanan Kuvvet Bilya çapı Uygulama süresi Brinell sertliği ölçülen bir malzemenin sertlik değeri Türk standartlarına göre aşağıdaki şekilde verilebilir. Metallerde BSD ile σ ç arasında 400BSD ye kadar dğrusal ilişki vardır. Aşağıdaki eşitlik kullanılarak sertlik değerinde mukavemet değerine geçilebilir. σ ( kgf ç / mm σ ( MPa) ç 2 ) BSD( kgf / mm 3 BSD( kgf / mm 3 2 2 ) ) 10 Vikers sertlik ölçme metdu: Bu yöntemde, batıcı uç larak tepe açısı 136 lan elmas piramit kullanılır. Elmasın bilinen en sert malzeme lması nedeniyle, bu yöntem tüm malzemelere uygulanabilir. Kuvvet seçiminde malzeme kriteri yktur. Çk küçük yüklerde dahi (5grf) sertlik ölçümü yapılabilir. Elmas piramit belli bir kuvvetle parça yüzeyine bastırıldıktan snra yüzeyde luşan kare şeklindeki izin köşegenleri mikrskpla ölçülür. Bu nedenle bu yöntemde mikrsertlik testi adı da verilir. Daha snra rtalama köşegen byu hesaplanır ve aşağıda verilen eşitlik kullanılarak Vikers sertlik değeri hesaplanır. d 1 + d d 2 rt = 2 1.72F VSD = 2 d rt VSD = Birinell sertlik değeri F = Uygulanan kuvvet d rt = izin köşegen rtalaması. Vikers sertliği ölçülen bir malzemenin sertlik değeri Türk standartlarına göre aşağıdaki şekilde verilebilir. 45 56

TSE de gösterimi 255 VSD/100/30 Uygulanan Kuvvet Uygulama süresi Bu yöntem, BSD değeri gibi çekme dayanımının tespitinde kullanılabilir. Rckwell sertlik ölçme metdu: Önceki iki metttan farklı larak bu mettta, batıcı ucun yüzeyden içeri dğru battığı derinlik dikkate alınır. Ölçüm sırasında, cihaz batma derinliğini tmatik larak ölçebilecek ekipmanlara sahiptir. Batma derinliği, sertlik değerine cihazın kadranında çevrilir. Dlayısıyla kadrandan kunan değer, sertlik değeri lur. Bu yöntemde, sertliği ölçülen malzemeye göre değişik uç/yük kmbinasynu seçilebilir. Cihaz, bu şekilde plastik malzemelerden metallere kadar birçk malzeme çeşidinin ölçüm için farklı skalalara sahiptir. En çk C ve B skalaları kullanılır. C skalası; sert metaller için kullanılır. Bu skala, 150kgf yük ve tepe açısı 120 lan elmas kni uç için düzenlenmiştir. B skalası yumuşak metallerin ölçümüne uygundur. Bu skala, 100kgf yük ve 1/16 çapında sert bilye için düzenlenmiştir. Bu yöntemde, diğer yöntemlerde lduğu gibi ölçüm yüzeyleri temiz lmalıdır. Deney parçası yeterli kalınlıkta lmalı, kenara yakın ve birbirine yakın ölçümler yapılmamalıdır. Sağlıklı snuç için en az 3 ölçüm yapılmalı ve bunların rtalaması alınmalıdır. DARBE ÖZEİKERİ: Nrmal şartlarda sünek malzemeler, bazı şartlar altında gevrek davranış gösterebilir. Bu şartlar; Üç eksenli yükleme hali (çentik bulunması) Düşük sıcaklıkta zrlama Kuvvetin ani uygulanması (darbe) Bu şartlardan biri veya bir kaçı gerçekleşmişse malzeme gevrek davranabilir. Gevrek davranış eğiliminin başlıca sebebi malzemelerin plastik şekil değişimine imkanı 46 57

bulamamalarıdır. Sünek malzemelerin gevrek kırılmaya lan eğilimlerini ölçmek amacıyla Charpy (üç nktadan eğme) veya Izd (ankastre eğme) darbe deneyleri gerçekleştirilir. Charpy deneyinde, belli bir ptansiyel enerjiye sahip kütle V-çentik açılmış numuneye ani larak çarptırılır. Numunenin kırılması için gereken enerji Darbe Enerjisi - E k (J veya Nm) saptanır. Ek = mg ( h h') Darbe enerjisine etki eden faktörler: a) Dayanım b) Kristal yapı, c) Sıcaklık d) Kimyasal bileşim Dayanım: Darbe deneylerin dinamik tkluğu belirlemektedir. Diğer yandan, statik tklukla (σ-ε grafiğinin altındaki alan) arasında ilişki vardır. Dayanımı yüksek ve sünekliği düşük malzemelerin darbeye karşı direncinin zayıf, düşük dayanımlı fakat yüksek sünekliğe sahip malzemelerin darbe dirençlerinin yüksek labileceklerini söylemek yanlış lmaz. Kristal yapının etkisi: Çentik darbe tkluğu, malzemelerin kristal yapılarından önemli ölçüde etkilenir. YMK; sünek ve tk, SDH; gevrek, HMK; bazı şartlarda gevrek bazılarında tk davranmaktadır. 47 58

Belirli bir sıcaklık altında HMK tkluğunu yitirerek gevrek davranış göstermeye başlar. Bu sıcaklığa Sünek-gevrek geçiş sıcaklığı adı verilir (ductile-brittle transitin tempera ture). HMK metallerde ani darbe enerjisi azalmaları ara yer atmlarının kafeste sebebiyet verdikleri düşük dislkasyn hızına bağlanmaktadır. Artan sıcaklık ile birlikte dislkasynların engellerden kurtulmaları mümkün hale geldiği için daha tk davranış sergilemeye başlarlar. Kimyasal yapının etkisi: HMK yapılı metallerin geçiş sıcaklığında kimyasal bileşenin de önemli bir etkisi vardır. Örneğin, çeliğin karbn miktarı arttırılırsa geçiş sıcaklığında artma göstermektedir. Aynı zamanda darbe enerjisi de azalma göstermektedir. Mn veya Ni eklendiğinde ise darbe enerjisi artmakta, geçiş sıcaklığı azalmaktadır. Dlayısıyla düşük sıcaklıklarda çeliğin tkluğunu krumak için Mn ve Ni gibi alaşım elementleri kullanmak çk akıllıca lacaktır. Tasarımda, çelik malzemelerin kullanımında geçiş sıcaklıklarının dikkate alınması büyük önem arz eder. En önemli tasarım kriterlerinden biri, seçilen malzemenin sünek gevrek geçiş sıcaklığının kullanım sıcaklıklarına tekabül etmemesi, bu sıcaklığın mümkün lduğu kadar düşük lmasıdır. Böylece, sğuk havalarda, ani zrlamalar altında malzeme beklenmedik gevrek kırılma göstermeyecektir. Bu tasarım kriterlerine bir örnek; gemi gövdelerinde kullanılan sacın, - 20 C de en az 70J lük darbe enerjisine sahip lması gerekliliğidir. Bu değer farklı uygulamalarda değişebilir. 48 59