Çekme dayanımı testi, esas olarak metal malzemelerin çekme işlemi sırasında hasara karşı koyma yeteneğini belirlemek için kullanılır ve malzemelerin mekanik özelliklerinin değerlendirilmesinde önemli göstergelerden biridir.
1. Çekme testi
Çekme testi, malzeme mekaniğinin temel prensiplerine dayanır. Malzeme numunesine belirli koşullar altında çekme yükü uygulanarak, numune kırılıncaya kadar çekme deformasyonuna neden olur. Test sırasında, farklı yükler altında deney numunesinin deformasyonu ve numune kırıldığında oluşan maksimum yük kaydedilir ve böylece malzemenin akma dayanımı, çekme dayanımı ve diğer performans göstergeleri hesaplanır.
Gerilim σ = F/A
σ çekme dayanımıdır (MPa)
F çekme yüküdür (N)
A, numunenin kesit alanıdır
2. Çekme eğrisi
Germe işleminin çeşitli aşamalarının analizi:
a. Küçük yük ile OP aşamasında uzama yük ile doğrusal bir ilişki içindedir ve Fp düz çizgiyi korumak için gereken maksimum yüktür.
b. Yük Fp'yi aştıktan sonra, çekme eğrisi doğrusal olmayan bir ilişki göstermeye başlar. Numune ilk deformasyon aşamasına girer, yük kaldırılır ve numune orijinal durumuna geri dönerek elastik olarak deforme olabilir.
c. Yük Fe değerini aştığında yük kaldırılır, deformasyonun bir kısmı geri döner ve kalan deformasyonun bir kısmı korunur; buna plastik deformasyon denir. Fe'ye elastik sınır denir.
d. Yük daha da arttığında, çekme eğrisi testere dişi şeklini alır. Yük artmadığında veya azalmadığında, deney numunesinin sürekli uzama olayına akma denir. Akma sonrasında, numune belirgin plastik deformasyona uğramaya başlar.
e. Akma sonrasında numune, deformasyon direncinde, iş sertleşmesinde ve deformasyon mukavemetinde artış gösterir. Yük Fb'ye ulaştığında, numunenin aynı kısmı keskin bir şekilde büzülür. Fb, mukavemet sınırıdır.
f. Büzülme olayı, numunenin taşıma kapasitesinde azalmaya neden olur. Yük Fk'ye ulaştığında numune kırılır. Buna kırılma yükü denir.
Akma Gücü
Akma dayanımı, bir metal malzemenin dış kuvvete maruz kaldığında plastik deformasyonun başlangıcından tam kırılmaya kadar dayanabileceği maksimum gerilim değeridir. Bu değer, malzemenin elastik deformasyon aşamasından plastik deformasyon aşamasına geçişindeki kritik noktayı belirler.
Sınıflandırma
Üst akma dayanımı: Akma meydana geldiğinde kuvvetin ilk kez düşmesinden önce numunenin maruz kaldığı maksimum gerilimi ifade eder.
Düşük akma dayanımı: Başlangıçtaki geçici etki göz ardı edildiğinde, akma aşamasındaki minimum gerilimi ifade eder. Düşük akma noktası değeri nispeten sabit olduğundan, genellikle akma noktası veya akma dayanımı adı verilen malzeme direncinin bir göstergesi olarak kullanılır.
Hesaplama formülü
Üst akma dayanımı için: R = F / Sₒ, burada F, akma aşamasında kuvvetin ilk kez düşmesinden önceki maksimum kuvvettir ve Sₒ numunenin orijinal kesit alanıdır.
Daha düşük akma dayanımı için: R = F / Sₒ, burada F, başlangıçtaki geçici etkiyi göz ardı ederek elde edilen minimum kuvvet F'dir ve Sₒ, numunenin orijinal kesit alanıdır.
Birim
Akma dayanımının birimi genellikle MPa (megapaskal) veya N/mm² (milimetrekare başına Newton)'dur.
Örnek
Örnek olarak düşük karbonlu çeliği ele alalım; akma sınırı genellikle 207 MPa'dır. Bu sınırdan daha büyük bir dış kuvvete maruz kaldığında, düşük karbonlu çelik kalıcı deformasyona uğrar ve eski haline dönemez; bu sınırdan daha düşük bir dış kuvvete maruz kaldığında ise, düşük karbonlu çelik orijinal haline geri dönebilir.
Akma dayanımı, metal malzemelerin mekanik özelliklerinin değerlendirilmesinde önemli göstergelerden biridir. Malzemelerin dış kuvvetlere maruz kaldığında plastik deformasyona direnme kabiliyetini yansıtır.
Çekme dayanımı
Çekme dayanımı, bir malzemenin çekme yükü altında hasara karşı direnç kabiliyetidir ve özellikle çekme işlemi sırasında malzemenin dayanabileceği maksimum gerilim değeri olarak ifade edilir. Malzeme üzerindeki çekme gerilimi, çekme dayanımını aştığında, malzeme plastik deformasyona veya kırılmaya uğrar.
Hesaplama formülü
Çekme dayanımı (σt) hesaplama formülü şöyledir:
σt = F / A
Burada F, numunenin kırılmadan önce dayanabileceği maksimum çekme kuvveti (Newton, N) ve A, numunenin orijinal kesit alanıdır (milimetre kare, mm²).
Birim
Çekme dayanımının birimi genellikle MPa (megapascal) veya N/mm²'dir (milimetrekare başına Newton). 1 MPa, metrekare başına 1.000.000 Newton'a eşittir, bu da 1 N/mm²'ye eşittir.
Etkileyen faktörler
Çekme dayanımı, kimyasal bileşim, mikro yapı, ısıl işlem süreci, işleme yöntemi vb. dahil olmak üzere birçok faktörden etkilenir. Farklı malzemelerin farklı çekme dayanımları vardır, bu nedenle pratik uygulamalarda, malzemelerin mekanik özelliklerine göre uygun malzemelerin seçilmesi gerekir.
Pratik uygulama
Çekme dayanımı, malzeme bilimi ve mühendisliği alanında çok önemli bir parametredir ve genellikle malzemelerin mekanik özelliklerini değerlendirmek için kullanılır. Yapısal tasarım, malzeme seçimi, güvenlik değerlendirmesi vb. açılardan çekme dayanımı dikkate alınması gereken bir faktördür. Örneğin, inşaat mühendisliğinde çeliğin çekme dayanımı, yüklere dayanıp dayanamayacağını belirlemede önemli bir faktördür; havacılık ve uzay alanında ise hafif ve yüksek dayanımlı malzemelerin çekme dayanımı, uçakların güvenliğini sağlamanın anahtarıdır.
Yorulma dayanımı:
Metal yorgunluğu, malzemelerin ve bileşenlerin döngüsel stres veya döngüsel deformasyon altında bir veya birkaç yerde kademeli olarak yerel kalıcı kümülatif hasar üretmesi ve belirli sayıda döngüden sonra çatlakların veya ani tam kırılmaların meydana gelmesi sürecini ifade eder.
Özellikler
Aniden meydana gelme: Metal yorulma arızası çoğu zaman kısa bir zaman diliminde, belirgin bir belirti göstermeden aniden meydana gelir.
Konumdaki yerellik: Yorgunluk arızası genellikle stresin yoğunlaştığı lokal bölgelerde meydana gelir.
Çevreye ve kusurlara karşı hassasiyet: Metal yorgunluğu, çevreye ve malzeme içindeki küçük kusurlara karşı çok hassastır ve bu durum yorulma sürecini hızlandırabilir.
Etkileyen faktörler
Gerilme genliği: Gerilmenin büyüklüğü metalin yorulma ömrünü doğrudan etkiler.
Ortalama gerilme büyüklüğü: Ortalama gerilme ne kadar büyükse, metalin yorulma ömrü o kadar kısa olur.
Döngü sayısı: Metal ne kadar çok döngüsel gerilim veya deformasyona maruz kalırsa, yorulma hasarının birikimi o kadar ciddi olur.
Önleyici tedbirler
Malzeme seçimini optimize edin: Daha yüksek yorulma limitlerine sahip malzemeleri seçin.
Gerilim yoğunluğunun azaltılması: Yuvarlatılmış köşe geçişleri kullanma, kesit boyutlarını artırma vb. gibi yapısal tasarım veya işleme yöntemleriyle gerilim yoğunluğunun azaltılması.
Yüzey İşlemleri: Metal yüzeyinde oluşan yüzey kusurlarını azaltmak ve yorulma dayanımını artırmak için yapılan parlatma, püskürtme vb. işlemlerdir.
Muayene ve bakım: Çatlaklar gibi kusurları derhal tespit etmek ve onarmak için metal bileşenleri düzenli olarak inceleyin; aşınmış parçaları değiştirmek ve zayıf halkaları güçlendirmek gibi yorulmaya eğilimli parçaların bakımını yapın.
Metal yorgunluğu, ani, yerel ve çevresel etkilere karşı hassasiyetle karakterize yaygın bir metal hasar türüdür. Gerilim genliği, ortalama gerilim büyüklüğü ve çevrim sayısı, metal yorgunluğunu etkileyen başlıca faktörlerdir.
SN eğrisi: Malzemelerin farklı stres seviyeleri altındaki yorulma ömrünü tanımlar; burada S stresi, N ise stres çevrimi sayısını temsil eder.
Yorulma dayanımı katsayısı formülü:
(Kf = Ka \cdot Kb \cdot Kc \cdot Kd \cdot Ke)
Burada (Ka) yük faktörü, (Kb) boyut faktörü, (Kc) sıcaklık faktörü, (Kd) yüzey kalite faktörü ve (Ke) güvenilirlik faktörüdür.
SN eğrisinin matematiksel ifadesi:
(\sigma^m N = C)
Burada (\sigma) gerilim, N gerilim çevrimi sayısı ve m ve C malzeme sabitleridir.
Hesaplama adımları
Malzeme sabitlerini belirleyin:
m ve C değerlerini deneylerle veya ilgili literatüre başvurarak belirleyin.
Gerilim yoğunlaşma faktörünü belirleyin: Parçanın gerçek şeklini ve boyutunu, ayrıca filetoların, kama yuvalarının vb. neden olduğu gerilim yoğunlaşmasını göz önünde bulundurarak gerilim yoğunlaşma faktörü K'yi belirleyin. Yorulma dayanımını hesaplayın: SN eğrisine ve gerilim yoğunlaşma faktörüne göre, parçanın tasarım ömrü ve çalışma gerilim seviyesiyle birleştirerek yorulma dayanımını hesaplayın.
2. Plastisite:
Plastisite, bir malzemenin dış kuvvete maruz kaldığında, dış kuvvet elastik sınırını aştığında bile kırılmadan kalıcı deformasyona uğrama özelliğini ifade eder. Bu deformasyon geri döndürülemezdir ve dış kuvvet ortadan kalksa bile malzeme orijinal şekline geri dönmez.
Plastisite indeksi ve hesaplama formülü
Uzama (δ)
Tanım: Uzama, numunenin orijinal ölçü uzunluğuna kadar çekme kırılması sonrasında ölçü kesitinin toplam deformasyonunun yüzdesidir.
Formül: δ = (L1 – L0) / L0 × %100
Burada L0 numunenin orijinal ölçüm uzunluğudur;
L1, numune kırıldıktan sonraki ölçü uzunluğudur.
Segmental indirgeme (Ψ)
Tanım: Segmental azalma, numunenin orijinal kesit alanına kırılmasından sonra boyunlanma noktasındaki kesit alanındaki maksimum azalmanın yüzdesidir.
Formül: Ψ = (F0 – F1) / F0 × %100
Burada F0 numunenin orijinal kesit alanıdır;
F1, numunenin kırıldıktan sonra boyunlanma noktasındaki kesit alanıdır.
3. Sertlik
Metal sertliği, metal malzemelerin sertliğini ölçmek için kullanılan bir mekanik özellik endeksidir. Metal yüzeyindeki yerel hacimdeki deformasyona karşı direnç kabiliyetini gösterir.
Metal sertliğinin sınıflandırılması ve gösterimi
Metal sertliğinin farklı test yöntemlerine göre çeşitli sınıflandırma ve temsil yöntemleri vardır. Başlıcaları şunlardır:
Brinell sertliği (HB):
Uygulama alanı: Genellikle malzeme daha yumuşak olduğunda, örneğin demir dışı metallerde, ısıl işlemden önce veya tavlamadan sonra çelikte kullanılır.
Test prensibi: Belirli bir test yükü büyüklüğü ile, belirli bir çaptaki sertleştirilmiş çelik bilye veya karbür bilye, test edilecek metalin yüzeyine bastırılır ve belirli bir süre sonra yük boşaltılarak, test edilecek yüzeydeki girintinin çapı ölçülür.
Hesaplama formülü: Brinell sertlik değeri, yükün girintinin küresel yüzey alanına bölünmesiyle elde edilen bölümdür.
Rockwell sertliği (HR):
Uygulama alanı: Genellikle ısıl işlem sonrası sertlik gibi daha yüksek sertliğe sahip malzemeler için kullanılır.
Test prensibi: Brinell sertliğine benzer, ancak farklı problar (elmas) ve farklı hesaplama yöntemleri kullanılır.
Çeşitleri: Uygulamaya göre HRC (yüksek sertlikteki malzemeler için), HRA, HRB ve diğer çeşitleri mevcuttur.
Vickers sertliği (HV):
Uygulama alanı: Mikroskop analizleri için uygundur.
Test prensibi: Malzeme yüzeyine 120 kg'dan az bir yük ve 136° tepe açılı elmas kare konik bir girinti ucu ile bastırılır ve malzeme girinti çukurunun yüzey alanı yük değerine bölünerek Vickers sertlik değeri elde edilir.
Leeb sertliği (HL):
Özellikler: Taşınabilir sertlik ölçüm cihazı, ölçümü kolaydır.
Test prensibi: Darbe bilyalı başlığın sertlik yüzeyine çarpması sonucu oluşan sıçramayı kullanın ve sertliği, numune yüzeyinden 1 mm uzaklıktaki yumruğun geri tepme hızının darbe hızına oranına göre hesaplayın.
Gönderim zamanı: 25 Eylül 2024
