T.C. KIRIKKALE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNA LABORATUVARI - II DENEY FÖYLERİ 016 017 Bahar Yarıyılı 4. Sınıf Makina Mühendisliği Bölümü Başkanlığı Şubat 017, Kırıkkale
ÖNSÖZ Makina Laboratuvarı Dersi, mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olduğundan büyük bir öneme sahip olup bu yönüyle de diğer derslerden ayrılmaktadır. Bu nedenle, diğer derslerde öğrenilen konuların özümsenebilmesi, laboratuvar derslerine verilen önemle mümkün olacaktır. Bütün deneylere girilmesi, deney raporlarının irdelenerek kapsamlı bir şekilde hazırlanması, daha önce teorik olarak incelenmiş olan birçok konunun daha iyi anlaşılmasına büyük katkı sağlayacaktır. Öğrencilerimizin laboratuvar derslerine daha donanımlı bir şekilde katılımlarını sağlamak ve deney föylerini temin etmek için her deneyden önce zaman harcamalarının önüne geçmek, bu kitapçıkların hazırlanmasında temel hareket noktası olmuştur. Bununla birlikte, bütün deney föylerinin bir arada bulunması, öğrencilerimizin mesleki yaşamlarında başvurabilecekleri bir kaynak oluşturması açısından da önemlidir. Hazırlanan bu kitapçığın tüm öğrencilerimize yararlı olmasını temenni ederken, kitapçıkların hazırlanmasında asıl katkı sahipleri olan bölümümüz öğretim elemanlarına teşekkürlerimi sunarım. Şubat 017, Kırıkkale Prof. Dr. Ali ERİŞEN Makina Mühendisliği Bölüm Başkanı V. i
İÇİNDEKİLER Sayfa No 1. GİRİŞ... 1 1.1. Dersin Amacı ve Kapsamı... 1 1.. Deneysel Çalışmaların Temelleri / Önemi... 1 1..1 Deneysel Hatalar ve Hata Analiz Yöntemleri... 1 1.. Belirsizlik Analizi Yöntemi... 1.3. Ders ile İlgili Genel Düzenlemeler... 3 1.3.1 Ders İle İlgili Genel Hususlar... 3 1.3. Deney Raporu Hazırlanışı... 3 1.4. Deney Grupları ve Tarihleri... 4 1.5. Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları... 5 1.6. Döneme ait ilave notlar... 5. DENEY FÖYLERİ... 6.1 Bilgisayar Destekli İmalât - II Deneyi... 6. Statik ve Dinamik Dengeleme Deneyi... 1.3 Çentik Darbe Deneyi... 6.4 Metalografi ve Yoğunluk Ölçümü Deneyi... 3.5 Düz Güneş Kolektörü Verim Ölçümü Deneyi... 4.6 Işınımla Isı Geçişi Deneyi... 51.7 İklimlendirme Deneyi... 56.8 Gözeneklilik Ölçümü Deneyi... 6.9 Basma Deneyi... 71 ii
1. GİRİŞ Makina Laboratuvarı dersi, mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olduğundan büyük bir öneme sahip olup bu yönüyle de diğer derslerden ayrılmaktadır. Bu nedenle, diğer derslerde öğrenilen konuların daha iyi kavranabilmesi, laboratuvar derslerine verilen önemle mümkün olacaktır. Bütün deneylere girilmesi, deney raporlarının irdelenerek kapsamlı bir şekilde hazırlanması, daha önce teorik olarak incelenmiş birçok konunun daha iyi anlaşılmasına büyük katkı sağlayacaktır. 1.1 Dersin Amacı ve Kapsamı Makina Laboratuvarı dersi bir uygulama dersi olup, öğrencilerin lisans öğrenimi süresince derslerde teorik olarak gördükleri birçok kanunun geçerliliğinin deneylerle gösterilmesi amacına yöneliktir. Bu uygulama dersi kapsamında yapılacak deneylerle; Malzeme dersinden Termodinamik dersine, Mukavemet dersinden Isı Transferi dersine kadar birçok dersin temel prensiplerinin izahına çalışılacaktır. Bu yönüyle, bir anlamda lisans öğreniminin özetlendiği bir ders işlevi görmekte olup konuların pekiştirilebilmesi için bir fırsat sağlamaktadır. 1. Deneysel Çalışmaların Temelleri / Önemi Deneysel çalışmaların, derslerde teorik olarak işlenen konuların özümsenebilmesinde büyük bir etken olduğu hususu açıktır. Ancak bu amaca ulaşılabilmesi için; deneylerin büyük bir titizlikle ve sabırla yapılmış olması, deneylerde kullanılacak cihazların mutlaka kalibre edilmiş olmaları, deneylerin yeteri kadar sayıda tekrar edilmiş olması, deney tesisatı sürekli rejim şartlarına ulaştıktan sonra ölçümlerin alınmış olması gibi birçok şartın yerine getirilmesi gerekir. Ancak, bütün bu şartlar yerine getirilse bile, bütün deneysel çalışmalar yine de hatalar içerir. Deneysel çalışmalarda meydana gelen çeşitli hatalar ve bu hataların analizi aşağıda özetle açıklanmıştır. 1..1 Deneysel Hatalar ve Hata Analiz Yöntemleri Deneysel çalışmaların tümü, çeşitli nedenlerden dolayı hata içerir. Deneysel çalışmalarda yapılan bu hatalar genellikle üç gurupta toplanabilir. Bunlardan birincisi, deney yapan araştırmacının dikkatsizlik ve tecrübesizliğinden ileri gelen hatalardır. Deney tesisatlarında kullanılan ölçme cihazlarının yanlış seçiminden veya ölçme sistemlerinin yanlış tasarımından kaynaklanan hatalar bu gurup içinde düşünülebilir. İkinci gurup hatalar, sabit veya sistematik 3
hatalar olarak adlandırılan hatalardır. Bunlar genellikle tekrar edilen okumalarda görülen ve nedenleri çoğunlukla tespit edilemeyen hatalardır. Üçüncü gurup hatalar ise rastgele hatalardır. Bunlar ise; deneyi yapan kişilerin değişmesinden, deneyi yapanların dikkatlerinin zamanla azalmasından, elektrik geriliminin değişmesinden, ölçme aletlerindeki histerizis olaylarından veya cihazların ısınması nedeniyle elektronik ölçme aletlerinde oluşan salınımlardan kaynaklanabilmektedir [1]. Deneysel sonuçların geçerliliğinin belirlenmesi için mutlaka bir hata analizi yapmak gerekmektedir. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak hesaplanan parametrelere ait sabit hata miktarlarının (veya oranlarının) tespiti için pratikte bir kaç yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemler içerisinde, belirsizlik analizi (uncertainty analysis) ve akılcı yaklaşım (commonsense basis) yöntemleri en çok kullanılanlarıdır [1]. 1.. Belirsizlik Analizi Yöntemi Herhangi bir deney tesisatı aracılığı ile tespit edilmesi/hesaplanması gereken büyüklük R, bu büyüklüğe etki eden n adet bağımsız değişkenler ise; x 1, x, x 3,...,x n olsun. Bu durumda; R R( x, x, x,..., x ) (1) 1 yazılabilir. Deneylerde etkili olan her bir bağımsız değişkene ait sabit hata değerleri; w 1, w, w 3,...,w n ve R büyüklüğünün sabit hata değeri w R ise, belirsizlik analizi yöntemine göre; 3 n şeklinde verilmektedir. R R R 1 1 w R w w... wn () x x xn 1 4
1.3 Ders İle İlgili Genel Düzenlemeler Mühendislik fakülteleri öğrencileri için, lisans öğrenimleri süresince görmüş oldukları derslerin bir uygulaması olan laboratuvar dersinin amacına ulaşabilmesi için, aşağıda yer alan genel hususlara uyulması ve deney raporu hazırlamaya gereken önemin verilmesi kaçınılmazdır. Buna göre aşağıdaki düzenlemelere uyulması gerekmektedir. 1.3.1 Ders İle İlgili Genel Hususlar Dersin daha etkin olabilmesi için aşağıdaki kurallara uyulması gerekmektedir. Buna göre; 1) Deneylere gelmeden önce ilgili deney föyü detaylı olarak incelenecektir. ) Deney föyü yanında olmayan öğrenci kesinlikle deneye alınmayacaktır. 3) Her öğrenci kendi grubu ile beraber deneylere girecektir. 4) Öğrenci, deneylerin % 80 ine katılmak ve bu deneylere ait raporların tamamını teslim etmek zorundadır. Ancak; deney raporlarına ilişkin not ortalaması, toplam deney sayısı dikkate alınarak hesaplanacaktır. 5) Deney raporlarında, bu kitapçıkta Ek-1 de gösterilen kapak sayfası kullanılacaktır. 6) Deney raporları, ilgili deneyde yapılan ölçümlerin yer aldığı tabloyu da içerecektir. 7) Deney raporları, bilgisayar ortamında hazırlanabildiği gibi el yazısı ile de yazılabilir ve raporun kapak sayfası hariç, kâğıtların her iki tarafı da kullanılacaktır. 8) Deney raporları, deneyin yapıldığı tarihten itibaren en geç 1 hafta içinde teslim edilecektir. Geç rapor teslimi kesinlikle bir seçenek değildir. Geç teslim edilen raporlar değerlendirilmeye alınmayacaktır. 9) Deney raporları, bizzat öğrenci tarafından ilgili uygulama sorumlusuna teslim edilecektir. Kendisine yöneltilecek olan sorulara vereceği cevaplar, ilgili deney raporundan alacağı nota büyük oranda etki edecektir. 10) Dönem sonlarında Telafi Deneyi yapılmayacaktır. 1.3. Deney Raporu Hazırlanışı 1) Deney raporlarında, bu kitapçıkta Ek-1 de gösterilen kapak sayfası kullanılacaktır. ) Deney raporunda; kapak sayfası, deneyin amacı, deney tesisatının şematik gösterimi, deney tesisatının ana elemanları ve bu elemanların tanıtımı ile görevleri yer alacaktır. 3) Yine deney raporunda; ilgili deneyde yapılan ölçümlerin yer aldığı tablo, hesaplamalar, sonuçların yer aldığı tablo, sonuçlardan hareketle çizilecek grafikler ile sonuç ve yorum bölümleri yer alacaktır. 5
4) Deney Grupları ve Tarihleri Tablo 1 Öğrenci Numarasına Göre Deney Grupları Grup Numarası Öğrenci Numarası (N.Ö.) Öğrenci Numarası (İ.Ö.) 1. Grup 00000-100064 09050039-1050006. Grup 100067-1300011 105001-105008 3. Grup 1300013-130009 13050003-13050019 4. Grup 1300030-1300046 1305000-13050055 5. Grup 1300048-1300071 13050058-13050088 6. Grup 130007-1400060 13050090 140500 Tablo. Deney Haftaları ve Kapsadığı Tarih Aralığı Yarıyıldaki Hafta Tarih Aralığı 1. Hafta 13 Şubat 17 Şubat. Hafta 0 Şubat 4 Şubat 3. Hafta 7 Şubat - 3 Mart 4. Hafta 6 Mart - 10 Mart 5. Hafta 13 Mart - 17 Mart 6. Hafta 0 Mart - 4 Mart 7. Hafta 7 Mart - 31 Mart 8. Hafta 3 Nisan - 7 Nisan 9. Hafta 10 Nisan - 14 Nisan Vize Haftası 10. Hafta 17 Nisan - 1 Nisan 11. Hafta 4 Nisan - 8 Nisan 1. Hafta 1 Mayıs - 5 Mayıs 13. Hafta 8 Mayıs -1 Mayıs 14. Hafta 15 Mayıs -19 Mayıs 15. Hafta Mayıs -6 Mayıs Tablo 3 Deney Grupları ve Deney Tarihleri Grup No 1. Deney. Deney 3. Deney 4. Deney 5. Deney 6. Deney 7. Deney 8. Deney 9. Deney 1.Grup 10.hafta 11.hafta 1.hafta 13.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta.Grup 11.hafta 1.hafta 13.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta 10.hafta 3.Grup 1.hafta 13.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta 10.hafta 11.hafta 4.Grup 13.hafta 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta 10.hafta 11.hafta 1.hafta 5.Grup 4.hafta 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta 10.hafta 11.hafta 1.hafta 13.hafta 6.Grup 5.hafta 6.hafta 7.hafta 8.hafta 10.hafta 11.hafta 1.hafta 13.hafta 4.hafta 6
1.5 Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları Söz konusu yarıyılda yapılacak deneylerin ismi ve bu deneylerden sorumlu olan öğretim elemanları Tablo 1.4 de gösterilmiştir. Tablo 1.4 Deney Listesi ve İlgili Öğretim Elemanları 1.6 Döneme ait ilave notlar 1. Ders kapsamında 1 adet arasınav notu olacaktır. Arasınav: Deney raporlarından oluşan ortalama rapor notu.. Dersten devam alınabilmesi için; deneylerin %80 ine katılım olması ve katılım olan deneyler için geçerli deney raporunun teslim edilmesi gerekmektedir. Ortalama rapor notu, toplam deney sayısı üzerinden hesaplanır. 3. DVLT olanlar deneylere katılmayacaklar, sınavlara katılacaklardır. Bunlar için. arasınav notu olarak, 1. arasınavdan aldıkları not sisteme girilecektir. 4. Ders ile ilgili diğer düzenlemeler için, Deney Föyleri kitapçığının 1.3 Ders İle İlgili Genel Düzenlemeler bölümünü gözden geçiriniz. 5. Döneme ait yenilenmiş Deney Föyleri kitapçığı, Bölüm web sitesinden ve Fakültedeki fotokopiciden temin edilebilir. 6. Deneyler hakkında bilgi almak için, öncelikli Uygulama Sorumlusu ve Deney Sorumlusu ile görüşülebilir. Ders ile ilgili genel bilgiler için Bölüm Başkanlığı ile görüşülebilir. 7
. DENEY FÖYLERİ.1. BİLGİSAYAR DESTEKLİ İMALÂT-II DENEYİ 1. DENEY İLE İLGİLİ GENEL BİLGİLER Deneyin Adı Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhında Parça Üretiminde Kullanılmak Üzere Program Yazılımı ve Tezgâhta Uygulanması. Deneyin Amacı ve Kapsamı Bilgisayar Destekli İmalat hakkında genel bilgi edindirme. Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhında çeşitli işlemleri yapmak üzere kullanılacak, üretilecek parçaya göre program yazılımı, bu programın tezgâhta uygulanması, işleme değişkenlerinin tespit edilmesi, bağımlı değişkenlerin hesap edilmesi ve parçaların üretiminin gerçekleştirilip, kalite kontrolünün yapılması hedeflenmektedir. Kullanılan Cihazlar Bilgisayar Kontrollü Dik İşleme Merkezi Tezgâhı ve bu tezgâhta kullanılacak ilgili kesici ve iş bağlama donanımları.. DENEYİN YAPILIŞI Şekilde verilen parçayı işlemek üzere bir parça programı yazılır, daha sonra malzeme tezgâha sabitlenir. Kesici sistemleri tezgâh üzerindeki yerlere sabitlenir, malzeme çifti ile ilgili sabitlere ilgili tablolardan (Metal Mesleğinde Tablolar kitabı veya kesici katalogları) bakılır ve bu değerler tezgâhın atadığı değerlerle karşılaştırılır. İşlemlerle ilgili değişkenler hesaplanır ve talaş kaldırma işlemi gerçekleştirilir. Sonuçta hesaplanan bilgilerle çıktılar karşılaştırılır. 3. İŞLENECEK PARÇA d WPC z WPC y x z 8
4. ÖRNEK PROGRAM UN o. 0 Bu program x = 100, y = 80, z = 5, d = 1 ve z = 1 değerleri için MAZATROL dilinde yazılmıştır. MAT ALUMI N INITI ALZ 100 () ATCM ODE 0 (3) MULTIM ODE OFF (4) MULTIF PITC PITC LAG HX HY W CS F R P R A A A M M FI G (13) PTN 1 SQUAR E (16) Un o. P1X/C X 0 (17) P1Y/C Y 0 (18) (15) P3X/R P3Y CN1 CN CN3... -100 (19) UNIT DIA DEPTH CHMF 3 DRILLI NG (1) SN o. TOOL 1 CTR- DR (5) 1 () 5 (3) 0 (4) -80 (0) (1) UN UNIT ADD X Y Z 4 o. WPC 1 WPC-1-500 -300 0-450 0 (5) (6) (7) UN UNIT DEPT SRV-Z SVR-R BTM WAL FIN- FIN o. H Z -R FACEM 1 1 0 ILL (8) (9) (10) (11) (1) SN TOOL NOM- No. APRCHX APRCH TYPE ZFD DEP o. Y Z R1 80 AUTO AUTO AU F-MILL (14) XBI TO NOM- 0 (6) No. HOLE HOLEDE P PRE- D PR- DE RG H D EP CS P F R 1 90 A A (7) DRILL (8) 1 (9) 1 (30) 10 (31) DR T5 A A FI PTN Z X Y AN1 AN G 1 POINT -1-50 -40 (3) (33) (34) (35) Un UNIT X Y Z o. 4 END -100 M M 9
5. PROGRAMDA KONTROL EDİLEN DEĞİŞKENLER (1) İşlenecek parçanın malzemesi. () Z-ekseni emniyet mesafesi. (3) Geri hareket: 0 = Önce Z sonra X ve Y yönlerinde hızlı hareket. 1 = X, Y ve Z yönlerinde aynı anda hızlı hareket. (4) Aynı anda tablada birden fazla parça işlenirse ON, aksi takdirde OFF. (5) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına X koordinatındaki uzaklığı. (6) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına Y koordinatındaki uzaklığı. (7) Makine sıfır noktasının parça sıfır noktasına Z koordinatındaki uzaklığı. (8) Yüzey frezeleme işlemi. (9) Parça sıfır noktasının işlenmiş yüzeye Z koordinatındaki uzaklık. (10) Kesme derinliği (İşlenmiş yüzeyin işlenmemiş yüzeye Z koordinatındaki uzaklık). (11) İşlenmiş yüzeyin kalitesi. (1) Son pasoda verilecek kesme derinliği. (13) Alın frezeleme kesicisi. (14) Kesici çapı. (15) Kesme yönü. (16) İşlenecek parçaya ait şekil (square-dikdörtgen). (17) Şeklin başlangıç noktasının X-eksenindeki koordinatı (parça sıfır noktasına göre). (18) Şeklin başlangıç noktasının Y-eksenindeki koordinatı (parça sıfır noktasına göre). (19) Şeklin diğer köşegeninin X-eksenindeki koordinatı(parça sıfır noktasına göre). (0) Şeklin diğer köşegeninin Y-eksenindeki koordinatı(parça sıfır noktasına göre).delme işlemi. (1) Delinecek çap. () Delinecek derinlik. (3) Pah genişliği. (4) Puntalama matkabı. (5) Kesici çapı. (6) Delik çapı. (7) Delme matkabı. (8) Kesici çapı. (9) Delik çapı. (30) Delik derinliği. (31) Tek delik. (3) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına Z-yönündeki uzaklığı. (33) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına X-yönündeki uzaklığı. (34) Deliğin merkezinin parça sıfır noktasına Y-yönündeki uzaklığı. WR-Width of Radius-Kesiciye ait kesme genişliği CSP-Cutting Speed-Kesme Hızı FR-Feed Rate-İlerleme A değeri gözüken satırlara, MAZATROL programı malzeme ve işlem cinsine göre, değeri otomatik olarak atamaktadır. 10
6. YAPILACAK İŞLEMLER 1. Yukarıdaki program tezgâha girilip, örnek parça işlenecek.. Her öğrenci tarafından farklı farklı seçilecek olan x, y, z, z (yüzey frezelemede talaş derinliği), d değerleri (farklı çap ve boylarda tane delik delinecek) ve WPC noktası için, örnek programa benzer bir program öğrenci tarafından hazırlanacak ve sonuç ve değerlendirmeler kısmındaki tabloya işlenecek. Öğrenciye ait parçanın yapım resmi, ilgili kutuya çizilecek ve WPC noktası yapım resmi üzerinde gösterilecek. 3. Tezgahın atadığı işleme değişkenleri tabloya işlenecek, öğrenci tarafından bulunan değerlerle karşılaştırılacak. Fark varsa nedeni tartışılacak. 4. Deneyi gerçekleştirilen yüzey frezeleme ve delik delme işlemleri için zaman ve güç hesaplamalarını rapor föyüne yapınız. 7. SONUÇ VE DEĞERLENDİRMELER Yapım resmini yan tarafa çiziniz. 1. Parçanın işlenmesi için gereken programı yazınız. UN o. MAT INITIA LZ ATCM ODE MULTIM ODE MULTIF LAG PITC HX PITC HY 0 UN o. (1) UNIT () (3) (4) ADDW PC X Y Z 4 1 UN o. WPC-1 UNIT DEPT H (5) (6) 0 (7) 0 SRV-Z SVR-R BTM WAL FIN-Z FIN- R (8) (9) (10) (11) (1) 11
SN o. TOOL NOM- No. APRCHX APRCHY TYPE ZFD DEP Z W R CS P F R M M R1 FI G (13) PTN (14) P1X/C X AUTO AUTO (15) AU TO P1Y/CY P3X/R P3Y CN1 CN CN3... A A A 1 Un o. (16) (17) (18) (19) (0) UNIT DIA DEPTH CHMF 3 SN o. (1) () (3) (4) TOOL NOM- No. HOLE HOLEDE P PRE- D PR- DE RG H DE P CS P F R M M 1 (5) (6) (7) 90 A A DR T5 A A (8) (9) (30) (31) FI G PTN Z X Y AN1 AN 1 Un o. (3) (33) (34) (35) UNIT DIA DEPTH CHMF 4 SN o. (1) () (3) (4) TOOL NOM- No. HOLE HOLEDE P PRE- D PR- DE RG H DE P CS P F R M M 1 (5) (6) (7) 90 A A DR T5 A A (8) (9) (30) (31) FI G PTN Z X Y AN1 AN 1 (3) (33) (34) (35) END 1
. Aşağıdaki tabloda verilen değişkenlere ait sizin bulduğunuz değerleri tabloya girerek, yaptığınız hesaplamaları gösteriniz. Değişkenler Kesme derinliği (a p ) Yüzey pürüzlülüğü (R a ) Yüzey frezeleme Tezgahın atadığı Hesaplan an/bulun an Değişkenler Kesme derinliği (a p ) Yüzey pürüzlülüğü (R a ) Delik delme Tezgahın atadığı Hesaplan an /Bulunan Kesme hızı (v c ) Kesme hızı (v c ) İlerleme (f) İlerleme (f) İşleme zamanı (t) İşleme zamanı (t) Harcanan güç (P) Harcanan güç (P) 3. Yukarıda gerçekleştirilen yüzey frezeleme ve delik delme işlemleri için zaman ve güç hesaplamalarını aşağıya yapınız. Yüzey Frezeleme Zaman Hesabı Zaman Hesabı Delik delme Güç Hesabı Güç Hesabı 13
. STATİK VE DİNAMİK DENGELEME DENEYİ 1. GİRİŞ Dengeleme: İstenmeyen eylemsizlik kuvvetlerinin yok edilmesi ya da en aza indirilmesini sağlayacak düzenlemelerin yapılmasıdır. Dengelenmemiş makine parçaları yüksek atalet kuvvetlerine sebep olup, bu parçalar tehlikeli sarsıntılar meydana getirirler. Dönen uzuvlardaki dönme kuvvetleri tekrar eden yükler oluşturur. Bu yükler de zamanla makine parçalarında, özellikle yataklarda zamanla yorulmaya ve kalıcı hasara sebep olurlar. Sallama ya da sarsma kuvvetleri yok edilmediği ya da en aza indirilmediği takdirde, makineyi destekleyen temelleri sarsacak, sallayacak ve genliği tehlikeli olabilecek boyutlara varabilecek titreşimler yaratacaktır. Bu titreşimlerin ise istenmeyen pek çok etkileri vardır. Bunlardan birisi makine parçaları üzerinde değişken gerilmelere neden olarak yorulma olayına yol açmalarıdır. Bu ise makinenin kullanım ömrünü azaltacak ve onu ekonomik olmaktan çıkaracaktır. Ayrıca kullanıcılar üzerinde makineyi işletme güçlükleri oluşturacak ve makinenin işlevini tam yerine getirmesini engelleyecektir. Gürültü de yine istenmeyen etkileri arasındadır.. DENEYİN AMACI Çalışma esnasında dönen millerin kesinlikle dengelenmesi gerekmektedir. Aksi halde en ufak bir dengesizlik milin darbeli çalışmasına ve tahmin edilenden önce kırılmasına sebep olacaktır. Bunu önlemek için de daha tasarım aşamasındayken makinelerin dengelerini sağlamamız gerekmektedir. Örneğin, eğer bir arabanın ön tekerleğinde az bir dengesizlik varsa, bu direksiyonda bir titreşim olarak hissedilebilir. Bununla beraber, tekerlekteki dengesizlik, aracın kontrolünü zorlaştırabilir. Özellikle, titreşim frekansı sistemin herhangi bir doğal frekansı ile çakıştığında ve tekerlek rulmanları ve süspansiyon sisteminde hızlı bir aşınma oluşabilir. Bu problemler, küçük bir kütle tekerlek jantının üzerine dikkatli bir şekilde tespit edilen noktalara yerleştirilerek önlenebilir. Dengelemenin amacı makine parçalarında statik ve dinamik anlamda dengesizlik miktarının belirlenmesi ve bunun düzeltilmesi için gerekli yöntemlerin ortaya konmasıdır. 3. DENEY DÜZENEĞİ Deney düzeneği iki ucundan yataklanmış bir mil ve mil üzerine yerleştirilmiş 4 adet kütleden oluşmaktadır. Her kütlenin ağırlığı birbirinden farklı olup, kütlelerin açısal konumları mile bağlı bir açı göstergesi aracılığıyla belirlenmektedir. Mil bir kayış aracılığıyla bir motor tarafından döndürülmekte ve milde dinamik denge olmadığı zaman yatak tepkileri milin üzerine konumlandığı platform üzerinde titreşim ve sarsıntı meydana getirmektedir. 14
Dengelenmemiş Bloklar Elektrik motoru Tahrik kayışı Motor sürücü mili Uzatma Mili ve kasnağı Lineer ölçek Kayıcı 1 V Besleme Ünitesi Güvenlik Kabı Şekil 1. Deney Düzeneği Yüksek hızda dönen millerin titreşime sebep olmaması için, dikkatli bir şekilde dengelenmeleri gerekir. Eğer şaft sadece dengesizliğe sahipse ve düşük hızda dönüyorsa, titreşimler sadece bir sıkıntıya sebep olabilir, fakat yüksek hızlarda dengesizlik küçük olsa bile yıkıcı etkiler oluşabilir. 4. TEORİ Eğer mil statik olarak dengelenmiş ise herhangi bir açısal pozisyonda dönmeden kalabilir. Eğer mil dinamik olarak dengelenmiş ise, otomatik olarak statik denge altındadır, fakat bunun tersi doğru değildir. 4.1. Statik Denge Statik dengesizlik halinde, sistemin ağırlık merkezi bir çevrimdeki en alçak noktaya gelinceye kadar mil, ağırlık merkezinin mil ekseninden olan uzaklığıyla doğru orantılı bir döndürme momenti altında dönecektir. 15
r 1 r 1 W 1 W Şekil. Basit iki kütleli sistem Şekil, üzerine iki kütle monte edilmiş basit bir durumu göstermektedir. Eğer mil statik dengede ise, mili saat yönünde dönmeye zorlayan (1) nolu kütlenin ağırlığı sebebiyle oluşan döndürme momenti, mili saatin tersi yönünde dönmeye zorlayan () nolu kütleye eşit olmalıdır. Bu durumda statik denge; (1) W 1. r1 W. r Şekil 3'te gösterildiği gibi eğer mil üzerine monte ikiden fazla kütle varsa aynı prensip yine geçerlidir. Statik denge için; () W. 1 r1.cos1 W. r.cos W3. r3. cos 3 Tablo 1: Kütlelerin dengesizliği yüzünden oluşan momentlerin şaftı döndürme eğilimi Kütle No Moment Yön 1 W 1. r1. cos1 Saat yönü tersi W. r. cos Saat yönü 3 W 3. r3. cos 3 Saat yönü 16
Kütleler ve şaftın şematik gösterimi Şekil 3. Üç Kütleli Sistem Eğer iki kütlenin açısal pozisyonu sabitlenmişse, üçüncünün pozisyonu ya trigonometrik olarak ya da çizim yöntemi ile bulunabilir. Çizim yönteminde Şekil 4 b de gösterildiği gibi momentlerin vektörlerle gösterilebileceği fikri kullanılır. Statik dengenin sağlanabilmesi için, moment üçgeni kapalı olmalı ve bilinmeyen momentin yönü buna göre seçilmelidir. Eğer 3 ten fazla kütle varsa momentler Şekil 5.b. de gösterildiği gibi kapalı bir poligon olmalıdır. a) Üç kütleli sistem b) Üç kütleli sistem için moment üçgeni 17
Şekil 4. 3 kütleli sistemlerin statik denge konumu için moment poligonları W 4 W 1 W W 3 a) Dört kütleli sistem b) 4 kütle için Moment Poligon örnekleri Şekil 5. 4 kütleli sistemlerin statik denge konumu için moment poligonları 4.. Dinamik Denge Mil dönerken kütleler merkezkaç kuvvetlerine tabiidir. Mil dönerken titreşime neden olmaması için iki koşulun yerine getirilmesi gerekir: a) Mili eğilmeye zorlayan dengesiz bir merkezkaç kuvveti olmamalıdır. 18
b) Mili burulmaya zorlayan dengesiz bir moment veya moment çifti olmamalıdır. Bu şartlar yerine getirilmediği takdirde, mil dinamik olarak dengede değildir(şekil 6.). (a) şartını Şekil 6 da gösterilen milin üzerindeki her iki kütleye etkiyen merkezkaç kuvveti için uygularsak; Merkezkaç kuvveti mr veya W g r ise F1 F (3) Bu durumda W g W g 1 r 1 r (4) Rulman Ani burulma momenti Şekil 6. İki kütleli sistem için dinamik dengesizlik hali Her bir kütle için açısal dönme hızı aynı olduğu için dinamik denge için; (5) W 1. r1 W. r Elde edilen bu eşitlik, (1) deki eşitliğin aynısıdır. Sonuç olarak bir sistem dinamik olarak dengede ise statik olarak da dengededir. 19
İkinci koşul (b), seçilen bir noktaya göre örneğin 1 nolu rulmana göre moment alınarak sağlanabilir; (6) a. F 1 F1 a. Fakat 3 nolu denklemin sağlanabilmesi için( F1 F ) a1 a olmalıdır. Böylece bu durum için dinamik denge, sadece kütleler mil boyunca aynı noktaya bağlandığında sağlanabilir. 4..1. Üç Kütlenin Dinamik Olarak Dengelenmesi Şekil 7 de gösterilen durumu ele alalım; 3 nolu kütle kolaylık sağlamak için düşey olarak yerleştirilir. Dinamik denge için ise Şekil 8 de gösterilen durum, hem yatay hem de dikey düzlemlerdeki merkezkaç kuvvetleri için momentler eşitlenerek matematiksel olarak ifade edilebilir. Denklemleri basitleştirmek için, 1 nolu kütle ile ilgili momentleri çekmek daha uygundur, böylece bu kütle üzerine gelen kuvvet nedeniyle oluşan momentler ortadan kalkmış olur. Yatay yöndeki moment; (7) Düşey yöndeki moment; (8) M x M y 0 a. F.cos 0 a F. F.sin a3. 0 3 (7) nolu denklem için bu koşullar a 0 0 yada 90 yada 70 Bu değerler 8 nolu denklemde yerine yazılırsa; (a) 0 0 olduğunda sağlanır. Bu koşul için a 3 0 olur. Böylece a ve a3 keyfi değerleri için üç kütlenin de mil boyunca aynı noktada yer alması gerekir. Yani; 0 (b) 90 yada 70 0 Bu koşullar için, çözümler elde etmek için daha fazla denklem yazmak gereklidir. 0
Şekil 7. Üç kütleli sistem(mil ve kütleler) Dinamik denge için toplam kuvvet dengesi koşulu uygulanırsa; Yatay yöndeki kuvvet; (9) Düşey yöndeki kuvvet; (10) F y F x 0 F 1.cos1 F. cos 0 F 3 F1.sin1 F. sin 0 0 0 Eğer 90 ise (9) nolu denklem de 1 90 yada 70 olur. O zaman (10) nolu eşitlik; F 3 F1 F olur. Hem de a. F a3. F3 şeklini alır. Bu iki eşitlikten F 1 çekilirse; 1
(11) a F1 F3 1 a 3 Eğer Şekil 7 deki gibi a a3 ise Şekil 8 deki gibi F 1 negatif yönde ve 1 70 olmalıdır. Dinamik denge için kütlelerin konfigürasyonu Şekil 8 de gösterilmiştir. 0 Şekil 8. Üç kütleli sistem için Dinamik Denge durumu Böylece, kütleler eğer mil boyunca dağıtılırsa, aşağıdaki koşulların dinamik bir denge için sağlanması gerekir; (a) Merkez kütlenin diğer iki kütleyle arasındaki açı 180 olmalı (b) Kütleler öyle bir seçilmeli ki; (c) Kütleler mil boyunca şeklinde dağıtılmalıdır: F a F1 F3 F a3.. F 4... Üç Kütleden Fazla Kütle Olması Durumunda Dinamik Dengeleme 3 (1) (13) Mil üzerinde 4 kütle varsa, kütlelerin mil üzerindeki konumları ve açısal pozisyonları için geçerli olan özel kısıtlamalar yoktur ve çözümleri elde etmek için dinamik denge için genel koşullar uygulanmalıdır. Kütlelerin açısal konumları statik denge şartından, ayrıca
dinamik dengenin ilk şartından hesaplanarak bulunabilir. Bu işlemler hesaplama yoluyla yapılabildiği gibi Şekil 9 da görüldüğü gibi çizim yöntemiyle de yapılabilir. Şekil 9. Dört kütleli sistem(mil ve kütleler) Burulma momentleri yatay düzlemler mil burulma eğilimi bileşenleri içine çözümlenir. Milin dinamik dengeli olması ise her düzlemde net momentin sıfır olması ile olur. Denklemleri basitleştirmek için, 1 nolu kütle ile ilgili momentleri çekmek daha uygundur, böylece bu kütle üzerine gelen kuvvet nedeniyle oluşan momentler ortadan kalkmış olur. Şekil 9 a göre dört kütle sistemi için moment denklemleri: (1) nolu kütleye göre Yatay yöndeki moment; M x 0 a. F.cos a3. F3.cos3 a4. F4.cos4 (14) (1) nolu kütleye göre Düşey yöndeki moment; 0 3
(15) M y 0 a. F.sin a3. F3.sin 3 a4. F4.sin4 0 5. DENEYİN YAPILIŞI Statik Denge ve Dinamik Dengesizlik Gösterisi 1. Emniyet kapağını ve mil kayışını çıkarınız.. Dikdörtgen bloklardan diskleri çıkarınız. 3. İki dikdörtgen bloğu Şekil 10(a) da ki şekilde milin üzerine yerleştiriniz. 4. Milin herhangi bir açısal pozisyonu için statik olarak dengede kaldığını gözlemleyiniz. 5. TM10 aparatını 1 VDC besleme için cihazına bağlayın. Sonra şaft-kayışını takın ve emniyet kapağını kapatın. 6. Motoru çalıştırıp mildeki dinamik dengesizliği gözleyin. 4 Kütle Kullanılarak Milin Dinamik olarak Dengelenmesi 1. Emniyet kapağını çıkarıp, 4 adet dikdörtgen bloğu Şekil 10(b) de ki şekilde milin üzerine yerleştiriniz.. Milin statik olarak dengede olduğunu test edin. 3. TM10 aparatını 1 VDC besleme için cihazına bağlayın. Sonra şaft-kayışını takın ve emniyet kapağını kapatın. 4. Motoru çalıştırıp mildeki dinamik dengesizliği gözleyin. a) İki kütleli sistem için statik denge 4
b) Dört kütleli sistem için statik ve dinamik denge Şekil 10. Statik ve Dinamik Denge Gösterileri için Konfigürasyonlar W.r Değerlerinin Deneysel Olarak Hesaplanması 1. Emniyet kapağını ve mil kayışını çıkarınız.. Uzatma makarasını motor tarafından tahrik edilen milin ucundaki makaraya ekleyiniz. 3. Deney aletini masanın kenarına getirip, ağırlık kutusunun kordonunu uzatma makarasının üzerine birkaç tur dolayınız. 4. Tam ölçü skalasından 0º yi okuyacak şekilde (1) nolu dikdörtgen bloğu mile yerleştirerek sabitleyiniz. 5. Dikdörtgen blok 90º oluncaya kadar ağırlık kutusuna çelik bilyelerden atınız. 6. Bloğun 90º ye ulaşması için gerekli bilye sayısını kaydediniz. Bu bloğun dengesizlik momenti (W.r) ile orantılıdır. 7. Aynı işlemi diğer bloklarla(, 3 ve 4 nolu) yaparak her biri için gerekli olan bilye sayısını bulunuz. Denge için Blok Pozisyonlarının Hesaplanması (a) Tablo yi kullanarak (1) ve () nolu bloklar için uygun açısal ve mil yönü konumlarını seçiniz. (b) (3) ve (4) nolu blokların açısal konumlarını hesaplama ya da çizim yoluyla bulunuz. (c) (3) ve (4) nolu blokların mil yönündeki yer değiştirmesini hesaplama ya da çizim yöntemiyle bulunuz. 5
(d) Blokları verilen ve hesaplanan konumlarda sürgüyü kullanarak yerleştiriniz. Sürgüyü bir uca iterek bloklardan uzaklaştırınız. (e) Milin statik olarak dengede olup olmadığını kontrol ediniz. (f) Tahrik kayışını ve emniyet kapağını yerleştirerek motoru çalıştırınız ve milin dinamik dengede olup olmadığını kontrol ediniz. (g) Eğer mil dengede değilse hesaplamalarınızı ve blokların konumlarını kontrol ederek hatayı gidermeye çalışınız. (h) Mil tam olarak dengeye geldiğinde bloklardan birisini çok küçük miktarda kaydırarak denge üzerine etkisini gözlemleyiniz. Tablo : Blokların mil üzerindeki yerleşim referansları 6
6. İSTENENLER (a) Statik ve Dinamik denge şartlarını yazınız. (b) Deney verilerini kullanarak yaptığınız hesaplamaları gösteriniz. (c) Moment-Vektör diyagramını milimetrik kâğıda çiziniz. (d) Teorik ve deneysel sonuçların karşılaştırılmasını yapınız. Meydana gelen farklılıkların neden ileri geldiğinin irdeleyiniz. (e) Deney sonuçlarını yorumlayınız. 7
.3. ÇENTİK DARBE DENEYİ 1. DENEYİN AMACI Darbe deneyleri malzemelerin çarpma dayanımlarını veya kırılma enerjilerini ölçmek amacı ile yapılır. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar çentik tokluğunun bir ölçüsü olup, metallerin kırılma davranışının tespit edilerek karşılaştırılmasında kullanılırlar. Yani bu deneyden elde edilen sonuçlar tasarıma yönelik mühendislik hesaplarında doğrudan kullanılmazlar. Çünkü hem deney numunesinin absorbe edeceği enerji numunelerin boyutlarına, konstrüksiyonlardaki gerilme durumuna, yüklemenin seyrine bağlı olup, boyutlar ve çentik geometrisi çok farklıdır.. GİRİŞ Bazı makine parçaları veya yapı elemanları darbeli yüklere maruz kalırlar. Bu elemanların çarpma dayanımları yavaş yükleme durumundaki statik mukavemet değerlerinden çok daha düşüktür. Darbe deneyinde, standart çentikli bir numunenin darbe etkisi ile kırılması için gereken enerji ölçülür. Genelde Joule cinsinden ölçülen bu enerji değeri malzemelerin darbe direnci ya da darbe dayanımı olarak tanımlanır. Darbe dayanımı toklukla ilişkilidir. Tokluk, bir malzemeyi kırmak için, malzemenin birim hacmine uygulanması gereken enerji miktarı olarak tanımlanır ve çekme deneyi sonucunda elde edilen gerilme-şekil değiştirme diyagramının altındaki alanla ölçülür. Bu nedenle mukavemeti ve sünekliği yüksek malzemelerin, tokluğu da yüksektir. Aynı malzeme değişik işlemlerden geçirildiğinde, mekanik özellikleri önemli ölçüde değişebilir. Örneğin haddelenmiş pirincin mukavemeti, yumuşatma tavlamasına tabi tutulmuş pirinçten daha yüksektir. Buna karşılık haddelenmiş pirincin sünekliği, tavlanmış pirinçle kıyaslanamayacak kadar azdır. Sonuçta tavlanmış pirinç, haddelenmiş pirinçten daha toktur (mukavemeti düşük olmasına rağmen). Bu durum tüm malzemeler için aynıdır. Ayrıca malzemelere katılan alaşım elementleri yine mukavemeti arttırmalarına rağmen sünekliği azaltırlar. Sonuçta alaşım maddesinin tokluğa etkisi, mukavemetteki artışla süneklikteki azalış arasındaki dengeye bağlıdır. Örneğin çeliğin içerisindeki karbon oranı arttıkça mukavemet artar, süneklik azalır. Aynı şekilde çeliğin içine üçüncü bir alaşım elementi katıldığında yine aynı etki görülür. Uygulamada yaygın olan iki çeşit darbe deneyi vardır. Bunlardan biri Charpy, diğeri de Izod darbe deneyidir. Charpy deneyinde, iki mesnede yatay olarak yaslanan basit bir kiriş 8
mm 6 mm durumundaki numunenin çentik tabanına bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe yapılıp, çentik tabanında meydana gelen çok eksenli gerilmenin etkisi ile söz konusu numunenin kırılması için harcanan enerji ölçülür. Izod darbe deneyinde ise, numune kavrama çenesine dikey olarak yerleştirilerek yüzeyine, kavrama çenesinden belirli yükseklikte bir sarkacın ucundaki çekiçle darbe uygulanır. Çekiçle darbe yapılması sonucu çentik tabanında oluşan çok eksenli gerilmeler etkisiyle numune kırılır. Darbe deneylerinde kullanılan numunelere genellikle çentik açılmaktadır. Buradaki amaç, malzemede oluşacak gerilme konsantrasyonunu (gerilme yığılmalarını) çentik tabanında oluşturarak, malzemenin dinamik zorlamalara karşı göstereceği direnci tespit etmektir. Gri dökme demir numunelerinde, malzeme içerisindeki lamel grafitler çentik etkisi yaratacağından ayrıca çentik açmaya gerek yoktur. Charpy deneyinde kullanılan standart numunenin şematik resmi Şekil 1 de görülmektedir. 44 mm 6 mm R-0.5 mm Şekil 1. Deneyde kullanılan Charpy deney numunesinin boyutları Numunelerin cihaza yerleştirilme şekilleri Şekil de görülmektedir. Darbe deneylerinde yaygın olarak kullanılan sarkaçlı bir darbe makinesinin şematik resmi ise Şekil 3 te görülmektedir. 9
a) b) Şekil. Deney numunelerinin cihaza yerleştirilmesi a) Charpy deney numunesi b) Izod-Darbe deney numunesi h 1 h Şekil 3. Sarkaçlı Charpy darbe makinesinin görünüşü 30
3. DENEYİN YAPILIŞI Çalışma prensibi Şekil 4 te görülen Charpy deneyinde, ağırlığı G olan bir sarkaç h 1 yüksekliğine çıkarıldığında potansiyel enerjisi G h1 olur. Sarkacın salınım düzlemi ile numunedeki çentik merkezi çakışacak şekilde ayarlanır. Enerjiyi okumak için kullanılan ibre, başlangıç noktasına getirilir ve sarkaç serbest bırakılır. Sarkaç bu yükseklikten serbest bırakıldığında düşey bir düzlem içerisinde numuneye çarparak onu kırar ve diğer yönde h yüksekliğine kadar çıkar. Numunenin kırılmasından sonra sarkacın sahip olduğu potansiyel enerji farkı cihazın kadranı üzerinden okunur. Sürtünme kayıpları ihmal edilerek kırılma enerjisi aşağıdaki formülle belirlenir: Kırılma Enerjisi = Sarkacın ilk enerjisi Sarkacın son enerjisi K. E. G h1 G h G. l.(cos cos) h 1 = düşme yüksekliği h = çıkma yüksekliği l = sarkaç boyu α = düşme açısı β = yükselme açısı Darbe direncinin birimi genelde Joule (J) olarak alınır, ancak bazı durumlarda J/m kgm veya kgm/cm cinsinden de ifade edilebilir. Kırılma enerjisi yüksek olan malzemelerin çentik tokluğu da yüksek olur. Şekil 4. Charpy deney tesisatı çalışma prensibi 31
a) Sünek kırılma b) Gevrek kırılma Resim 1: Numunelerin deney sonucu sünek ve gevrek kırılma resimleri 10 160 0 0.4 4. RAPORDA İSTENENLER 1. Gerilme-Şekil değiştirme eğrisi altındaki alan neden tokluğun ölçüsüdür?. Darbe direncini etkileyen faktörleri açıklayınız. 3. Deney sırasında okunan Kırılma Enerjisi ile yukarıdaki bağıntıdan elde edilen Kırılma Enerjisi değerini karşılaştırınız. 4. Düşük karbonlu çeliğin ve tavlanmış pirincin özellikleri aşağıda tabloda verilmiştir. MALZEME A (MPA) M (MPA) SÜNEKLİK (%) E (GPA) Düşük karbonlu çelik 330 450 36 00 360 Pirinç 70 70 65 10 190 K (MPA) A = Akma mukavemeti M K = Maksimum çekme mukavemeti = Kopma mukavemeti E = Elastisite modülü 3
Süneklik: Malzemenin koptuktan sonraki boyu ile orijinal boyu arasındaki farkın, orijinal boya oranının yüzdesidir. l f l 0 l x100 ( l f = koptuktan sonraki boy, l 0 = orijinal boy) l 0 Bu verilerle her iki malzemenin gerilme-şekil değiştirme diyagramlarını kabataslak çiziniz. Bu diyagramlara bakarak hangi malzemenin darbe dayanımının daha iyi olacağını söyleyiniz. 5. Deney sonucu tahmin ettiğiniz gibi mi çıktı? Çıkmadıysa bunun sebepleri ne olabilir? NOT: Elimizdeki malzemelerin tam özellikleri bilinmemektedir, alaşım maddesi içerip içermedikleri, üretim aşamasında hangi işlemlerden geçtikleri ve ısıl işlem yapılıp yapılmadığı konusunda elimizde bir bilgi yoktur. Yukarıdaki tabloda verilen değerler elimizdeki malzemeler için geçerli olmayabilir. 5. soruyu buna göre yanıtlayınız. 33
.4. METALOGRAFİ ve YOĞUNLUK ÖLÇÜMÜ DENEYİ GİRİŞ Metal ve alaşımların iç yapılarını mikroskop (optik metal), elektron (SEM,TEM),x ışınları kırılması (XRD) veya mekanik deneyler yoluyla inceleyen malzeme bilim dalına metalografi denir. Metalografik çalışmalarda başarı numune hazırlamada gösterilen itinaya bağlıdır. Kötü hazırlanmış numunelerde en gelişmiş mikroskoplarda bile iyi sonuç alınamaz. Numune hazırlamanın amacı; düzgün, çizik ihtiva etmeyen, parlak bir yüzey elde etmektir. DENEY AMACI Isıl işlemler sonucunda malzemenin yapısı üzerindeki değişimleri tanımlamak soğuk şekillendirmeden sonra kristallerin değişimiyle yeniden kristalleşme taramasından sonraki kristallerin yeniden oluşumunu gözlemlemek malzeme hatası olarak lifleşme,lunker ve gaz boşluklarını ve sıcak şekillendirilen malzemelerde meydana gelebilecek lifleşme,çatlak gibi yapısal değişiklikleri görmek,faz analizi ve tane boyutu gibi kavramları incelemek. METALOGRAFİK NUMUNE HAZIRLAMA Metalografik numune hazırlamada amaç; Numune ana parçanın özelliklerini taşımalıdır. Tüm yapısal elementler olduğu gibi kalmalıdır. Yüzeyde çizik ve deformasyon olmamalıdır. Yüzeyde hiç bir yabancı madde olmamalıdır. Numune düz, pürüzsüz ve son derece yansıtıcı olmalıdır. Numune başına en uygun işlem maliyeti sağlanmalıdır. Tüm numune hazırlama işlemleri %100 tekrarlanabilir olmalıdır. Bizim ilgilendiğimiz, teorik olarak, bize analiz edeceğimiz yapının tam görüntüsünü gösteren bir numune yüzeyini incelemektir. Mükemmel bir numune hazırlama işleminden aşağıdakileri elde etmeyi bekleriz: Deformasyon içermeyen yüzey Çizik içermeyen yüzey Kopma boşlukları içermeyen yüzey Yabancı element içermeyen yüzey Bulaşma içermeyen yüzey Kabartı veya kenar yuvarlanması içermeyen yüzey Isı hasarı içermeyen yüzey Numune Hazırlamanın Aşamaları Numune Alma : Malzeme muayenesinde numune alma işlemi çok önemlidir. Numune incelenecek malzemenin özelliklerine sahip olmalıdır. Örneğin bir malzemede kırılma incelenecekse 34
numune kırılma bölgesinden alınmalı ve muayene sonucu aynı parça üzerinde kırılma olmayan bölgeden alınan bir numune ile karşılaştırılmalıdır. Diğer tipik bir örnek haddelenmiş yapı çeliğinin muayenesidir. Haddelenmiş yapı çeliğinin iç yapısında hadde yönüne paralel yönde uzamış inklüzyonlar mevcuttur. Şekilde görüldüğü gibi hadde yönündeki kesitte bu inklüzyonlar incelenebildiği halde numune hadde yönüne dik alınırsa inklüzyonlar yuvarlak (globuler) görüneceğinden hataya yol açar. Hadde Yönü Haddelenmiş Levha (Hadde yönüne paralel kesit) (Hadde yönüne dik kesit) Numune almada ikinci adım uygun bir kesme tekniği kullanarak numune alınması işlemidir. Numune almada daha sonraki işlemleri kolaylaştırmak ve hızlandırmak için, mümkün olduğu kadar az deformasyon içeren düzgün bir yüzey gereklidir. Eğer malzeme yumuşak ise (örneğin Al veya Al-alaşımları) numune bir demir testeresi ile kesilebilir. Sert malzemeler ise özel kesme teknikleri (aşındırıcı sulu kesme) ile kesilebilir. Aşındırıcı sulu kesme işlemi sırasında aşındırıcı ve bağlayıcı malzemeden oluşan kesme diski kullanılır. Malzeme kesme işlemi esnasında aşırı ısınırsa iç yapısında değişiklikler olabilir. Bundan kaçınmak 35
kaçınmak için disk üzerine soğutma sıvısı uygulanır. Soğutma sıvısı ayrıca kesme bölgesindeki partikülleri de ortadan kaldırır. Kırılma yüzeyi incelenmesi için malzeme bir çekiç yardımı ile veya çekme deneyinde olduğu gibi yük uygulanarak kırılır. Kaba Aşındırma: Kesme yüzeyi çok pürüzlü ise bakalite alma öncesi veya bakalite alma yapılmayacaksa düz bir yüzey elde etmeyi kolaylaştırmak için bir eğe veya taş ile pürüzler giderilir. Bu işlem esnasında numunenin ısınmasını engellemek için numune sık sık soğuk suya daldırılır. Bakalite Alma: En çok kullanılan gömme malzemesi bakalit olduğu için bu işlem genellikle bakalite alma diye bilinir. Fakat bu işlem aslında numune elde tutulup parlatılamayacak kadar küçük veya şekilsiz ise sentetik bir malzeme içerisine gömülmesinden ibarettir. İyi hazırlandığı taktirde bu sentetik malzemeler dağlamada kullanılan kimyasal solüsyonlardan etkilenmezler. 3 çeşit bakalite alma yöntemi vardır. 1. Sıcak Bakalite Alma: Numune kalıplama presi içine yerleştirilir, reçine eklenir, ve numune yüksek basınç altında ısı ile işleme tabi tutulur. İki çeşit sıcak bakalite alma reçinesi bulunmaktadır: Termoset reçineler yüksek sıcaklıklarda katılaşırlar (donarlar). Duroplastik olarak da adlandırılırlar. Termoplastik reçineler yüksek sıcaklıklarda yumuşar veya erirler ve soğutma esnasında katılaşırlar. 36
. Soğuk Bakalite Alma: Numune kalıp içerisine yerleştirilir. Doğru miktarlarda iki veya üç bileşen hacimce veya ağırlıkça dikkatli olarak ölçülür. Daha sonra karıştırılır ve numune üzerine dökülür.üç çeşit soğuk bakalite alma reçinesi bulunmaktadır. Epoksi reçineler tüm soğuk bakalite alma reçineleri arasında en düşük büzülme oranına sahip reçinelerdir. Donma süresi nispeten uzundur, bir çok malzemeye yapışma kabiliyeti mükemmeldir. Ayrıca vakum altında bakalite alma işlemi için de kullanılırlar. Doğru oranlarda karıştırıldıktan sonra kimyasal bir reaksiyon sonucu polimerize olurlar. Sertleşmiş epoksi duroplastiktir, ve düşük sıcaklıklardan veya kimyasallardan etkilenmez. Akrilik kısa donma süreleri olan ve ihmal edilebilecek oranda büzülme gösterebilen kullanımı son derece kolay reçinelerdir. Bir katalizör ile sertleşen kendi kendine polimerize olabilen bileşiklerden oluşurlar. Sertleşmiş akrilik termoplastiktir ve kimyasal olarak dirençlidir. Polyester akrilikler gibi katalize edilmiş sisteme aittirler. Donma süreleri nispeten kısadır ve sertleşmiş numune duroplastiktir. 3. Vakum Altında Bakalite Alma: Seramikler veya sprey kaplamalar gibi gözenekli malzemelerin vakum altında bakalite alınması gerekmektedir. Yüzeyle bağlantısı olan tüm gözenekler reçine ile doldurulmaktadır. Sonuç olarak, reçine bu narin malzemeleri daha dayanıklı hale getirir. Dökülme, çatlak veya üstü kapalı gözenek gibi numune hazırlama hataları minimum hale getirilebilir. Düşük vizkozite ve buhar basıncına sahip olduklarından vakum altında bakalite alma işlemi için sadece epoksi reçineler kullanılabilir. Florasan ışık altında doldurulmuş tüm gözeneklerin kolayca tanımlanabilmesi için Epoksi ile florasan boya Epodye karıştırılabilir. 37
4. Zımparalama: Zımparalama, malzeme yüzeyinde çentikler oluşturan sabitlenmiş aşındırıcı parçacıkları kullanarak numune yüzeyinden malzeme alınması işlemidir. Amaç parlatma işlemi esnasında mümkün olan en kısa sürede kolayca giderilebilecek minimum hasar içeren düzgün yüzeyler elde etmektir. Bakalite alma sonucu, numune sırası ile 40, 400, 800, 100, 400 ve 4000 e kadar incelikte (gradlı) SiC (silisyum karbür) zımpara kağıtları ile yüzey düzeltme işlemine tabi tutulur. Zımparalama esnasında su soğutma yapılmalıdır. SiC zımparalar su soğutma ile birlikte kullanılır ve iyi sonuç verir. Zımparalama işleminde bir zımparadan diğerine geçilirken numune yüzeyindeki çiziklere dik olarak çevrilir ve tüm çizikle yeni çiziklerle yokedilinceye kadar zımparalamaya devam edilir. Bu işlem dönen disk üzerinde veya elle yapılabilir. 5. Parlatma: Parlatma mekanik, elektrolitik ve kimyasal metotlarla yapılabilir. Biz sadece en yaygın olan mekanik parlatma üzerinde duracağız. Gamma alüminyum oksit (demir bazlı ve bakır bazlı malzemeleri parlatmak için), seryum oksit (Al, Mg ve alaşımları için). Elmas tozu, krom oksit ve magnezyum oksit bzı parlatma tozlarıdır. Bu tozlar (uygun miktarlarda) uygun bezlerin üzerine dökülür ve ıslak iken dönen disk üzerinde parlatma yapılır. Genellikle parlatma tozlarının çapı 6 mikrondan 0.5 mikrona kadar değişir. Bu işlemde zımparalamadan gelen yüzey çizikleri tamamen giderilir. Genellikle yüzey parlaktır. Dikkat edilecek bir husus toz inceliği değiştirilirken numune su ile yıkanmalı ve alkolle temizlenip kurutulmalıdır. 6. Dağlama: Dağlama numune yüzeyindeki malzeme yapısının görülebilir hale gelmesini sağlar. Dağlama solüsyonu malzeme yüzeyinde farklı aşındırmalar yaparak taneleri ve diğer yapı hatalarını gözlemlememizi mümkün kılar. Dağlama parlatılmış ve kurutulmuş numune yüzeyinin uygun bir kimyasal karışıma daldırılması şeklinde yapılır. Dağlama süresi sade 38
karbonlu çelikler için birkaç saniye iken, paslanmaz çeliklerde birkaç dakika olabilir. Demirbazlı malzemelerin dağlanmasında nital ve pikral kullanılır. DAĞLAMA SOLÜSYONU BİLEŞİMİ SONUÇLARI Ferrit tane sınırlarını görünür NİTAL yapar (düşük C lu çeliklerde) 1-5 ml NH 3 Perlit, sementit veya ferriti 100 ml etanol veya metanol farklı miktarlarda aşındırarak ayırt edilmelerini sağlar Perlit, martenzit ve beynit PİKRAL yapılarının detaylarını Etanol ve metanol içerisinde görünür yapar çok miktarda pikrit asit Çözünmemiş karbür partiküllerini ortaya çıkarır. NUMUNE HAZIRLAMADA KARŞILAŞILABİLECEK YÜZEY HATALARI HATA ADI ÖRNEK HATA ADI ÖRNEK Çizikler Deformasyon Yüzey Bulaşması Kenar Yuvarlanması 39
Kabartı Dökülme Boşluklar Çatlaklar Sahte Gözeneklilik Kuyruklu yıldız Kirlenme Aşındırıcı gömülmesi Metalurjik Mikroskop Metalurjik mikroskobun diğer optik mikroskoplardan tek farkı yansıtılmış ışık kullanılmasıdır. Bunun sebebi metalurjik malzemelerin opak olmasıdır. Işık yansıması yarı gümüş simli ayna vasıtası ile sağlanır. Mikroskobun objektif lens ve görüntü lensi (oküler) olmak üzere iki lensi vardır. Objektif lens elde edilen görüntü kalitesi açısından daha kritiktir. Objektif lensin ince detayları ayırt edebilmesi (rezolusyon) gerekir. Mikroskobun rezolusyon gücü oldukça önemlidir. Rezolusyon gücü birbirine yakın görülebilir iki çizgi üretimidir. Rezolusyon gücü lensin nümerik aralığı ile orantılıdır. Nümerik Aralık = Sinα Rezolusyon Gücü = Sin 40
Rezolusyon Limiti = Sin YOĞUNLUK ve POROZİTE ÖLÇÜMÜ Maddenin birim hacminin ağırlığının hacmine oranına yoğunluk denir ve ρ ile gösterilir. Yoğunluk maddelerin en ayırt edici özelliğidir. Her maddenin yoğunluğu birbirinden farklıdır. m (gr/cm 3 ) v Yoğunluk ölçümü; hassas terazi ve yoğunluk ölçüm kiti ile yapılır. Hassas teraziye öncelikle yoğunluk ölçüm kiti takılır ve terazi sıfırlanır. Daha sonra yoğunluğu ölçülecek olan numune kefenin üst tarafına konulur ve numunenin havadaki ağırlığı G(havada) tartılarak kaydedilir. Numune kefenin üst tarafındayken terazi tekrar sıfırlanır. Daha sonra numune kefenin alt gözüne konularak içerisinde distile su bulunan kaba daldırılarak numunenin sudaki ağırlığı G(suda) ölçülür. Bu ölçüm değeri de kaydedilir. Bu esnada kapta bulunan distile suyun sıcaklığı ölçülerek kaydedilir. Suyun sıcaklığına bağlı olarak tabloda verilmiş olan yoğunluk değeri (f) tablodan okunur. Daha sonra aşağıdaki formülle gerçek yoğunluk hesaplanır. 41
G( havada) deneysel f (gr/cm 3 ) G( havada) G( suda) Porozite; malzeme içerisindeki gözenek miktarıdır ve ölçümü için teorik yoğunluğun hesaplanması gerekir. Bunun için numune hassas terazide tartılır ve numunenin hacmi hesaplanır. Daha sonra numunenin ağırlığı hacmine bölünerek teorik yoğunluk hesaplanmış olur. m teorik v Daha sonra numunenin porozite yani gözenek miktarı aşağıdaki gibi belirlenir. teorik deneysel Porozite x100 teorik METALOGRAFİ ve YOĞUNLUK ÖLÇÜMÜ DENEYİ RAPORUNDA İSTENENLER 1. %10, %0, %30, %40, %5 takviye-hacim oranlarında SiO ve Al7075 tozlarla kompozit malzemeler üretilecektir. Her bir takviye oranı için 105 μm SiO ve Al7075 tozlarının miktarlarını belirleyiniz. ( SiO. 65 kg/dm 3,. Al 7075 81 kg/dm 3 ). %0-30-40 takviye-hacim oranındaki kompozitin gözenek miktarını bulunuz. 3. Mikroskopta incelediğiniz ve gözenek miktarını belirlediğiniz kompozitin mikroyapısı (tane dağılımı, porozite miktarı) hakkında yorumunuz nedir? 1. YOL TAKVİYE HACİM ORANININ BELİRLENMESİ toz V V gerçek V gözenek V gözenek m V gerçek (m = ağırlık, ρ = tozun özgül ağırlığı). YOL V gerçek V...... % takviye-hacim oranı Bu hacim boşluksuz toz olsaydı; m teorik.v m m gerçek teorik.... % takviye-hacim oranı 4
50 mm ÖRNEK HESAP TOZ MİKTARLARININ HESAPLANMASI Takviye elemanı MgO ve matris malzemesi Al olan ve %10-0-30-40-5 takviyehacim oranlarına sahip kompozitlerin MgO ve Al tozlarından hazırlanması; Ø8mm V Şekildeki hacme; (50mm) 105μm MgO tozu doldurulduğunda m=4.40gr olarak ve (41mm) 105μm Al tozu doldurulduğunda m=.468gr olarak ölçülüyor. MgO tozunun yoğunluğu 3.36 olduğuna göre: m V takviye 4.40 3.36 1.3095 V takviye V 1.3095 0.51x100 %5 (T-H oranı).51 3 3 Al.7kg / dm ve Mg 1.7kg / dm Al matris %97 Al ve %3 Mg dan oluştuğuna göre; Matrisin yoğunluğu: matris (0.97x.7) + (0.03x1.7).67 kg/dm 3 matris T-H oranı (%) (m) MgO (gr) (h) MgO (mm) (h) Al (mm) geriye kalan yükseklik (m) Al (gr) 5 4.40 (ölçüldü) 50 ----------------- ----------------- 40 3.3846 37 50-37= 13 1.117 30.5384 6 50-6= 4 1.575 0 1.693 18 50-18= 3 1.973 10 0.8461 9 50-9= 41.468 (ölçüldü) 43