MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Sürünme, eğme ve burma deneyleri Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2011-2012 Bahar Yarıyılı
2. Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi 2.3. Sürünme (Sürünme kopması deneyi) 2.3.1. Genel 2.3.2. Uzama-zaman eğrilerine etkiler (Sürünme eğrileri) 2.4. Eğme deneyi 2.3. Torsiyon (Burma) deneyi 2 Genel Bakış
2. Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi 2.3. Sürünme (Sürünme kopması deneyi) 2.3.1. Genel 2.3.2. Uzama-zaman eğrilerine etkiler (Sürünme eğrileri) 2.4. Eğme deneyi 2.3. Torsiyon (Burma) deneyi 3 Genel Bakış
Neden yüksek sıcaklıklarda mukavemet elde etmek istiyoruz? Yüksek sıcaklıkta çalışan makinelerde performans ve kapasite artışı elde etmek (Stelth-Bomber) Makine ve cihazların ömrünün artırılması (Fırın mardeneleri) Ekonomik fizibiliteyi ve teknik uygulanabilirliği iyileştirme (fırınlar) Kaynakların korunması (Ergitme prosesleri enerji yoğundur). Yüksek sıcaklığa dayanıklı çeliklerin kullanımı Brill, 2006 4
Nikel ve nikel alaşımları kullanımı Gaz türbini 5
Nikel ve nikel alaşımları kullanımı Jet motoru 6
Sıcaklık, K Sıcaklık, C 4000 W Ergiyik Ta 3000 T m Mo Nb Hf 2000 Cr Ti Fe Ni Mn Cu Ca Al Mg Zn Pb Sn 2000 0,4.T m 1000 0 0 Elementler Ergime ve kritik sıcaklıkları Bleck, 2008 7
% 1 akma mukavemeti, sürünme sınırı Darbe testi Çekme testi Sıcak çekme testi Sürünme testi süresi Test sıcaklığı Sıcaklığın ve sürenin mukavemete etkisi Berns, 2008 8
Ergime noktası ile ortam sıcaklığının yakınlığına bağlı; Su borusu için malzeme seçimi -> Pb Korozyona dayanıklı Kolay şekillendirme ve kaynaklanabilme Ses absorbe edebilme Estetik görünüm Ancak; sürünme sıcaklığı oda sıcaklığı yakınlarında ( 50 ºC). Oda sıcaklığında uygun yük altında sürünme oluşabilir. Metallerde sürünme http://thayer.dartmouth.edu/defmech/ 9
Sürünmenin görüldüğü uygulamalar Uçak motorları Nükleer reaktörler Sürünme ile ilgili uygulamalar http://thayer.dartmouth.edu/defmech/ http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/mphil/mp6-14.pdf 10
Brügel, 2006 11 Sürünme sırasında oluşan yöresel deformasyon
( t) ( t) el pl K 0 K 0 el pl el pl =elastik uzama =plastik uzama Sürünme kopması eğrisinin elde edilmesi (zamana bağlı uzama değerleri) 12
Dehnung Uzama, [%] % 0.20 0.15 konstante Kraft Sabit kuvvet A konstante Sabit Spannung gerilme B 0.10 0.05 0.00 0 200 400 600 800 1000 1200 Zaman, Zeit [h] saat Sürünme deneyinde elde edilen teknik (A) ve fiziksel (B) eğriler 13
Kalıcı uzama, Bleibende Dehnung B tr i Geçiş Stationärer Kriechbereich Kararlı (ikincil) sürünme bölgesi s Kopma Bruch Hızlı Übergangs- (birincil) kriechen sürünmesi tertiärer (üçüncül) Kriech- sürünme bereich bölgesi i = 0 = el + pl tr = f(t) = 0 +. ln(1+. t) B : Kopma Dehnung uzaması bei Bruch t B : Kopmanın Zeit bis zum oluştuğu Bruch süre s : stationäre Kararlı sürünme Kriech-hızgeschwindigkeit 0 Yükleme Belastungsdauer süresi, t t B Sürünme kopması deneyi ile elde edilen sürünme eğrisi, çok yüksek sıcaklıkta (T s civarında) 14
log Gerilme Dehnung log Uzma hızı Uzama B1 a tr g 3 2 Zaman Zeit t Spannung Gerilme 1 < 2 < 3 1 1 t B1 lg Spannung t B t ( g ) lg Dehnrate 3 2 1 b log Zaman lg Zeit t d log lg Dehnung Uzama c Bt 0,2t Sürünme kopması deney sonuçlarının değerlendirilmesi 15
10-1 10-2 Andrade- Kriechen sürünmesi / G 10-3 10-4 10-5 10-6 logarithmisches Logaritmik sürünme Kriechen anelastisches Anelastik sürünme Kriechen Herring- Nabarro- Kriechen sürünmesi 10-7 0 0.25 0.5 0.75 1 T/T S Sürünme tipleri 16
bleibende Kalıcı uzama Dehnung pl [%] Zugbeanspruchung Çekme gerilmesi [MPa] 500 400 300 200 100 80 40 10 5 1 0.5 1%-Dehngrenze akma sınırı 0,2%-Dehngrenze akma sınırı Zeitstandschaubild Sürünme diyagramı Zeitdehnlinien Zaman uzama eğrileri Prüfbean- Test 400 spruchung gerilmesi : 26(54) 20(42) 14(24) 10(17) Zeitbruchlinie Kopma süresi eğrisi 5(5) 2,5(2) Zeitstandbruchdehnung Sürünme uzaması 300 350 250 200 150 MPa 0.1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 Zaman, 10 5 saat Zeit [h] 1 2 4 6 10 20 40 100 400 1000 Zeit Zaman, [d] gün Sürünme diyagramının oluşturulması 17
Dehnung [-] Uzama, birimi yok 0.8 0.7 0.6 = 40,5 MPa T = 700 o C Nickel Nikel 0,25% % titanyum Titan 0.5 0.4 0.3 % 1% 1 titanyum Titan 0.2 0.1 % 2% 2 titanyum Titan 0 0 20 40 60 80 100 120 Zeit Zaman, saat [h] Katı ergiyik sertleşmesinin sürünme eğrilerine etkisi (Nikelin titanyum alaşımlanması) 18
Dehnung [-] Uzama, birimi yok 0.4 0.3 0.2 Kobalt T = 500 o C = 84 MPa 0.1 Kobalt + 1% Cr 2 O 3 Kobalt + % 1 Cr 2 O 3 0 0 40 80 120 160 200 240 280 Zaman, Zeit [h] saat Çökelti sertleşmesinin sürünme eğrilerine etkisi 19
Dehnung [-] Uzama, birimi yok 0.4 0.3 0.2 Korndurchmesser: Tane çapı: 0,009 mm T = 704 o C = 67 MPa 0,082 mm 0.1 0 0 160 320 480 640 Zeit [h] Zaman, saat Tane inceltmenin sürünme eğrilerine etkisi 20
2. Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi 2.3. Sürünme (Sürünme kopması deneyi) 2.3.1. Genel 2.3.2. Uzama-zaman eğrilerine etkiler (Sürünme eğrileri) 2.4. Eğme deneyi 2.3. Torsiyon (Burma) deneyi 21 Genel Bakış
Plastik deformasyon Plastik deformasyon b M b b Y W b M I Simetrik olarak eğilmiş bir parçada gerilme dağılımı 22
Basma Nötr eksen Eğme momenti Çekme Kesme kuvveti Üç nokta eğme testi (Eğme momenti ve kesme kuvveti eğrileri) 23
Basma Eğme momenti Nötr eksen Kesme kuvveti Çekme Dört nokta eğme testi (Eğme momenti ve kesme kuvveti eğrileri) 24
Basma (d) toplam Nötr eksen toplam Çekme (z) Elastik alanın üzerinde eğme uygulanan bir eğme çubuğunda gerilme ve gerinme dağılımı 25
Basma gerilmesi Çekme gerilmesi Daralma Uzama Numunenin kırılması Çekme-Basma deneyleri: Gri dökme demirde simetrik olmayan gerilme-gerinme eğrisi 26
Nötr eksen Eğme uygulanan bir gri dökme demir çubukta kırılmadan hemen önce kesitteki eğme gerilmeleri dağılımı 27
Eğme momenti Eğme mukavemeti ( b,b ), % 0,2 uzamada eğme gerilmesi ( b,0,2 ), eğme akma sınırı ( b,el ) ve kırılmadaki sehim f kırılma f kırılma Sehim 28 Eğme momenti-sehim eğrisi
2. Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi 2.3. Sürünme (Sürünme kopması deneyi) 2.3.1. Genel 2.3.2. Uzama-zaman eğrilerine etkiler (Sürünme eğrileri) 2.4. Eğme deneyi 2.3. Torsiyon (Burma) deneyi 29 Genel Bakış
M t F d İki eksenli Torsiyon (Burma) Bir çubukta torsiyon gerilmesinde oluşan gerilmeler 30
Kayma gerilmesi ( R ) Kayma ( ) 31 Kayma gerilmesi-kayma eğrisi
Torsiyon için eşdeğer gerilme Akma kriteri Varsayımsal (Hipotektik) torsiyon akma sınırı Normal gerilme varsayımı v max v s s s Kayma gerilmesi varsayımı v max min 2 v 2 s s 0, 5 s Şekil değişimi varsayımı 1 v 4 2 3 2 2 2 3 0, 58 v s s s Farklı akma kriterleri ile belirlenen varsayımsal torsiyon akma sınırları 32
Torsiyon akma sınırı F Normal gerilme varsayımı Şekil değişimi varsayımı Kayma gerilmesi varsayımı Deneysel değerler Akma sınırı R e Gerçek gerilme-gerinme diyagramlarına etkiyen önemli parametreler 33