MALZEME MUAYENESİ
[ Giriş
e
Malzemelerin yapı ve özelliklerinin incelenmesi anlamına gelen malzem
ayenesi tahcibatlı ve tahribatsız muayene olmak üzere iki ana gruba ayrılır.
k
bölümde, her iki gruba giren yöntem ve teknikler ayrı ayrı ele alınara
lenmektedir.
Malzeme seçiminde daha çok sertlik, mukavemet ve süneklik gibi temel
kanik özelliklere bakılır. Söz konusu mekanik özellikler de malzemelerin
iyi
apılarına bağlıdır. Bu nedenle, malzemelerin yapı ve özelliklerinin
e
nmesi gerekir. Malzemelerin yapı ve özellikleri bir takım tahribatlı malzem
.
ndirilir
değerle
ar
sonuçl
edilen
elde
erek
ayenesi yöntemleriyle incelen
tane
ı
ile
oranlar
ve
ı
dağılım
türü,
n
tlzemelerin yapılarını oluşturan fazları
belirlenir.
Vüklüğü gibi yapısal özellikler metalografi deneyleri ile
plastik
ı
kısacas
ılzemelerin kesilmeye, delinmeye ve aşınmaya
brmasyona karşı direnci sertlik deneyleri ile ölçülür. Malzemelerin statik
altındaki davranışı ve statik yüke dayanımı çekme ya da basma
ıeyleriyle belirlenir. Malzemelerin darbeli yük altındaki davranışları darbe
ya çarpma deneyleriyle incelenir ve bu deneyler değişik sıcaklıklarda
sıcaklıkları belirlenir.
sünek-gevrek geçiş
ılarak malzemelerin
ri
ılzemelerin tekrarlı gerilme altındaki davranışları ve kullanım ömürle
yük
sabit
rulma deneyleri ile belirlenir. Malzemelerin yüksek sıcaklık ve
ındaki davranışları ise sürünme deneyleri ile incelenir. Yapılan deneylerden
[e edilen sonuçlar mühendislik uygulamaları için malzeme seçiminden başka
ute kontrolü ve malzeme geliştirme amaçları için de kullanılabilir.
Tasarıma yönelik mühendislik hesaplarında ve malzeme seçiminde
lır.
ıribatlı malzeme muayenesi yöntemleriyle elde edilen veriler kullanı
ıcak mekanik deneylerde kullanılan numuneler ya tahribata uğrar ya da
namen kırılır. Malzemelerde bulunan hatalar, bunlardan imal edilen
rçaların mukavemetinin büyük ölçüde azalmasına neden olur. Bu nedenle
ak, nükleer reaktör ve türbin yapımı gibi uygulama alanlarında kullanılan
lzeme ve parçaların tahribatsız yöntemlerle dikkatli bir biçimde muayene
ilmeleri gerekir. Tahribatsız malzeme muayenesi bir malzeme veya parçanın
revini yapmasını engellemeden veya herhangi bir zarar vermeden yapılan
celeme anlamına gelmektedir. Tahribatsız malzeme muayenesi malzemelerin
tpısal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi için değil, maizemede bulunan
Ltaların cinsinin ve yerlerinin belirlenmesi için yapılır. Tahribatsız malzeme
uayenesi yöntemleri İkinci Dünya Savaşından itibaren hızlı bir tempoda
liştirilmiş ve günümüzde üretim ve kalite kontrolü aşamalarında, bakım
ıarım çalışmalarında ve araştırma-geliştirme faaliyetlerinde yaygın olarak
ıllanılmaktadır.
88 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Bilindiği gibi hiçbir malzeme mükemmel değildir ve mükemmellikten
erhangi bir sapma kusur veya hata olarak değerlendirilir. Ancak her kusur
ıalzemenin işlevini yapmasına engel teşkil etmeyebilir. Tahribatsız muayene
e malzemenin ideal durumdan ne kadar saptığı belirlenebilir. Eğer muayeneye
Lbi tutulan malzeme için bir kabul edilebilirlik standardı belirle
nmiş ise,
tuayene sonuçlarına bakılarak o malzemenin kullanılıp kullanılamayacağı
nusunda karar verilebilir. Böylece hatalı ham madde, malzeme ve yarı
amuller işlenmeden, hazır parçalar ise yerine takılmadan önce ayrılabilirler.
ahribatsız muayene yöntemlerine örnek olarak gözle muayene, girici
enetran) sıvı ile muayene, manyetik tozla muayene, ultrasonik dalga ile
uayene, eddy (girdap) akımı ile muayene ve radyografi ile muayene
intemleri verilebilir.
Tahribatlı ve tahribatsız malzeme muayenesi yöntemleri aşağıda bir sıra
ıhilinde ele alınarak açıklanmaktadır.
).2 Tahribatlı Malzeme Muayellesi
Tahribatlı malzeme muayenesi metalografi, sertlik, çekme, basma, darbe,
>rulma, sürünme, eğme, çökertme ve burulma deneylerini içermektedir. Bu
neyler sırasıyla aşağıda açıklanmaktadır.
.2.1 Metalografi Deneyi
Malzemelerin içyapılarının incelenmesini konu alan bilim dalına
talografi denir. Malzemelerin içyapıları makroskobik ve mikroskobik
ntemlerle incelenir. Makroskobik incelemeler ya çıplak gözle ya da büyütm
e
cü düşük olan araçlarla yapılır. Makroskobik inceleme yöntemi
ile
ılzemelerin geniş bölgelerinin yapıları hakkında bilgi edinilebilir. Örneği
n
ılzemelerdeki segregasyonlar, metal olmayan bazı kalıntılar, büyük boyutl
u
iksel hatalar ve mekanik etkiler makroskobik incelemelerle belirlenebilir
.
tcak, malzemelerin içyapıları daha çok mikroskobik yöntemlerle incelen
ir.
ılzemelerin özellikleri içyapılarına bağlı olduğundan yapısal ayrıntıların
iyi
inmesi gerekir. Metalografi yöntemiyle malzemelerin faz ve
tane
ılarından başka çatlak, gözenek ve segregasyon gibi yapısal kusurları
da
elenebilir. Yapısal incelemelerde kullanılacak araç ve gereçlerin
iyi
ilmesi gerekir. Metalografik incelemelerde kullanılan mikroskoplar
ışık
kroskopları ve elektron mikroskopları olmak üzere iki ana gruba ayrılır.
rmal yapısal incelemeler için ışık mikroskopları kullanılır. Yapısa
l
‘ıntıların, yönlenme ilişkilerinin, kristal yapıların ve kristal kusurla
rının
denmesi için de ayırt etme gücü yüksek olan elektron mikroskoplar
ı
lanılır. Ancak burada yalnız ışık mikroskobu ile yapılan optik metalografisi
alınmaktadır.
Malzeme Muayenesi 289
).2.1.1 Metalografik İncelemeler
ma ve
Metalografi deneylerinde numune alma, numune hazırla
aşama söz
tikroskobik inceleme ve değerlendirme olmak üzere başlıca üç
nusudur. Bu aşamalar aşağıda kısaca açıklanmaktadır.
0.2.1.1.1 Numune Alma
Gerekirse
Alınan numunenin malzemeyi temsil etmesi gerekir.
e
hakkında
malzem
k,
alınara
e
ıalzemenin farklı bölgelerinden ayrı ayrı numun
malzeme
sonra
ndikten
yrıntılı bilgi edinilebilir. Numune alma yeri belirle
veya
diskli
keski,
,
ygun bir alet ve yöntemle kesilir. Bu işlem için testere
aletler
bu
esici taşlı makina, torna ve oksiasetilen alevi kullanılır. Ancak
olabilir.
esme sırasında malzemenin ısınarak içyapısının değişmesine neden
lır. Esas
u yüzden bu tür aletler büyük boyutlu parçaların kesilmesinde kullanı
lması
kullanı
lerin
yöntem
eyen
etkilem
tumunelerin kesilmesinde ise, yapıyı
en az
ve
ya
ısınma
az
en
için
emesi
erekir. Malzemelerin içyapılarının etkilem
e
Numun
edilir.
tercih
leri
lastik şekil değişimine neden olan kesme yöntem
ları
makina
kesme
:esme işleminde daha çok su ve yağ ile soğutulan diskli
3), silisyum
:ullanılır. Bu makinaların kesme diskleri alüminyum oksit (A120
kadar
:arbür (SiC) ve elmas gibi aşındıncılar içerirler. Elle tutulamayacak
ilecek
tutulab
elle
k,
alınara
e
içerisin
üçük olan numuneler kalıp veya bakalit
rine
)üyüklükteki numuneler ise kalıba alınmadan taşlama ve parlatma işlemle
abi tutulurlar.
[0.2.1.1.2 Numune Hazırlama
a ve
Numune hazırlama aşamasında sırasıyla kalıplama, taşlama, parlatm
ır.
lağlama işlemleri yapılır. Bu işlemler aşağıda kısaca açıklanmaktad
n
a) Kalıplama: Çok küçük boyutlu ya da elle tutulması mümkün olmaya
kalıpta
rıumunelerin kalıplanması gerekir. Numuneler sıcak preste ya da soğuk
için
nması
kalıpla
altında
basınç
ve
kalıplanırlar. Alınan numunenin sıcakta
lır.
kullanı
eler
malzem
lastik
bakalit, lusit, tenit ve transoptik gibi termop
basınç
lik
kg/cm2
00
Kalıplamada kullanılan pres otomatik olup, işlem 500-10
lan
altında yaklaşık 5 dakikada gerçekleştirilir. Kalıplama sıcaklığı, kullanı
sıcaklık
sentetik termoplastiğin ergime sıcaklığına göre ayarlanır ve bu
bir
150°C’yi geçmemelidir. Söz konusu sıcaklığın malzeme yapısında önemli
ma
kalıpla
soğuk
yerine
ma
kalıpla
değişime neden olması söz konusu ise, sıcak
eler
yapılır. Soğuk kalıplama yönteminde polyester, epoksi ve akrilik malzem
yarı
epoksi
,
kullanılır. Katılaşma tamamlandıktan sonra polyester saydam
ve
saydam, akrilik ise opak görünüme sahip olur. Bu malzemeler reçine
n sonra,
sertleştiriciden oluşurlar. Bu bileşenler belirli oranlarda karıştırıldıkta
ğında
sıcaklı
oda
Karışım
rler.
dökülü
kalıba
içerisinde numune bulunan
o
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
limerizasyona uğrayarak belirli bir süre sonra katılaşır. Katılaşma süresi
tianılan malzemeye bağlı olarak 30 ile 60 dakika arasında değişir.
b) Taşlama: Kalıba alınan numuneler, genellikle SiC taneleri içeren
aparalar ile taşlanır. Bu yüzden, bu işleme bazen zımparalama da denir.
npara numarası aşındırıcınrn tane boyutuna bağlı olup, tane boyutu
üldükçe zımpara numarası artar. Ancak, bazı zımparalar alümina (A1203) ve
gnetit (Fe203) tozu içerebilir. Taşlama işlemi genelde döner disk üzerine
leştirilen zımparalarla yapılır. Bu disklerin dönme hızları 100-500 dev/dak
sında değişir. Numunelerin aşırı ölçüde ısınmamaları için taşlama işleminin
u ortamda yapılması gerekir.
Taşlama işleminde kaba zımparalama ve ince zımparalama aşamaları söz
ıusudur. Kaba zımparalama, genelde numunenin kalıplanmasından önce
nlır. İnce zımparalama işleminde kademeli olarak numaraları gittikçe
:selen zımparalar kullanılır. Kaba zımparalamada $0- 150 numaralı
[paralar, ince zımparalamada ise 240-1200 arasındaki numaralara sahip
Lparalar kullanılır. Taşlamada numune elle tutulur ve zımpara kağıdına
ifçe bastırılır. Bir zımparadan diğer bir zımparaya geçildiğinde numune 90
ece çevrilerek bir önceki zımparalama izlerine dik doğrultuda zımparalanır.
ıparalama sırasında numune üzerinde oluşan çizikler ve deformasyona
ayan tabaka bir sonraki zımparalama ile ortadan kalkar. Her zımparalama
Enasından sonra numune gözle kontrol edilir.
c) Parlatma: Parlatma işleminde aşındırıcı olarak ya alümina tozu ya da
as pasta kullanılır. Bu aşındırıcılar dönen bir disk üzerindeki çuhaya
ilerek uygulanır. Aşındırıcının disk üzerinde homojen bir şekilde
ıhmının sağlanması için numune disk üzerinde ya diskin dönme yönüne ters
de ya da diskin merkezi ile çevresi arasında ileri-geri hareket ettirilir
.
nune, her parlatma kademesinden sonra su ile yıkanır ve son parlatm
a
emesinden sonra da su ve alkolle yıkanarak kurutulur. Parlatma sonucunda
Ksiz ve ayna yüzeyini andıran bir yüzey elde edilir. Çok sayıda numun
e
riamak için otomatik parlatma cihazları kullanılır. Bazı durumlarda,
ıune yüzeylerinin bozulmaması için mekanik parlatma yerine elektrolitik
atma yapılır. Bunun için, kaba parlatma işlemine tabi tutulan numune önce
.00 V arasında gerilim uygulayan bir doğru akım kaynağının pozitif ucuna
anarak anot yapılır. Katot olarak da alüminyum veya paslanmaz çelik
nılır. Elektrolitik parlatma işleminde çözeltinin bileşim ve sıcaklığının,
fianan gerilimin, akım yoğunluğunun ve parlatma süresinin iyi seçilmeleri
kir.
d) Dağlama: Parlatılan numunelerin içyapılarının ortaya çıkarılması için
ama yapılır. Dağlama işleminde, parlatılmış numune genelde bir asit
itisi olan dağlama ayıracına daldırılır. Bazı durumlarda ise dağlama ayıracı
uk yardımıyla numune üzerine sürülür. Bazı metal ve alaşımların
anmasında kullanılan dağlama ayıraçları Tablo 10.1 ‘de verilm
iştir.
Malzeme Muayenesi 291
ığianan numuneler önce saf su ve daha sonra da alkol ile yıkanarak kurutulur.
ygulamada daha çok kimyasal dağlama yöntemi kullanılır. Kimyasal dağlama
ntemi ile dağlanması zor olan veya mümkün olmayan malzemeler
ktrolitik dağiama yöntemiyle, elektrolitik yöntemle dağlanması zor olan
rçalar ise iyon demeti yöntemi ile dağlanır. Elektrolitik dağlamada uygun bir
ktrolit içersine yerleştirilen numune anot yapılır ve katot olarak platin veya
trbon kullanılır. Bu işlemde uygulanan gerilim parlatmada kullanılan
rilimden çok daha düşük olup, bu değer genelde 2-6 V arasında değişir.
ıblo 10.1
yıraçları
Bazı Metal ve Alaşımların Dağlanması İçin Kullanılan Dağlama
Malzeme
af Al
J-Cu alaşımları
d-Sı aiaşımları
d-Mg aiaşımiarı
d—Zn aiaşımları
1 mi HF
200 mi H20
Kullanım Biçimi
Dağlama ayıracı pamukla numune
yüzeyine sürülür veya numune 15
saniye süreyle dağlama ayıracına
daidırılır.
Numune dağlama ayıracına daldırılıp,
10-20 saniye bekletildikten sonra
yıkanarak kurutuiur.
2 mi HF
3 mi HCi
5 mI HNO3
190 mi H20
Numune 10-20 saniye süreyie dağiama
ayıracına daldırıldığı gibi, dağlama
ayıracı pamuk yardımıyla numune
yüzeyine sürülür.
1 g NaOH
100 mi H20
Ya dağlama ayıracı 10 saniye süreyle
numune yüzeyine sürülür ya da
numune 15 dakika dağlama ayıracına
daldırılır.
Dağlama Ayıracı
1 mi HF
200 mi H20
2mlHF
3 mi HC1
5 mi HNO3
190 mi H20
1 mi HF
200 mi H20
2m1HF
3 mi HC1
5 mi HNO3
190 mi H20
1 mi HF
200 mi H20
2 mi HNO3
98 mi metanoi
Numune 10-20 saniyeiik bir süre
dağlama ayıracına daldırılır.
Dağlama ayıracı pamuk ile 15 saniye
kadar numune yüzeyine sürülür
Numune 10-20 saniyelik bir süre
dağlama ayıracına daldırılır.
Dağlama ayıracı pamuk ile 15 saniye
süreyle numune yüzeyine sürülür
Numune 10-20 saniye kadar bir süre
dağlama ayıracına daldırılır.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
c Cu
5 g FeCi3
10 mi HCI
50 mi Giiserin
30 mi 1-120
Dağiama ayıracı 16-60 saniye arasında
seçilen bir süre pamuk ile numune
yüzeyine sürülür.
50 mi NH4OH
20-25 mi H202 (%3)
0-50 mi 1-120
Numune bir dakika kadar dağlama
ayıcacına daldırıiır veya dağlama
ayıcacı numunenin yüzeyine sürüiür.
5 g FeCi3
50 mi HC1
100 mi H20
5 g FeCi3
50 mi HC1
100 mi H20
Numune bir kaç dakika dağlama
ayıracına daidırılır veya dağiama
ayıracı numunenin yüzeyine sürüiür.
Numune ya bir kaç dakika dağiama
ayıcacına daidırıiır ya da dağlama
ayıracı numunenin yüzeyine sürülür.
-Al aiaşımları
-Ni aiaşımiarı
Sn aiaşımiarı
Zn alaşımiarı
(Pirinç)
2 g FeCi3
5 mi HC1
30 mI H20
60 mi etanoi veya
metanoi
1 g sodyum di kromat
1 g NaCi
94 mi H2S04
250 mi H20
60 g Cr03
100 mi H20
10 g Cr03
2-4 damla HCİ
100 mi H20
60 mi HC1
40 mi HNO3
Au
Zn
1-5 g Cr03
100 HCi
a) 40 g Cr03
3 g Na2SO4
200 mi H20
b) 40 g Cr03
200 mi_H20
Dağiama ayıracı numune yüzeyine
birkaç dakika sürüiür.
Dağlama ayıracı numune yüzeyine bir
kaç saniye sürüiür.
Dağlama ayıracı ya 5-10 saniye
numune yüzeyine sürülür ya da
numune dağiama ayıcacına daidırıiır.
Numune 3-30 saniyelik bir
dağiama ayıracına daidırılır.
süre
Numune çeker ocakta bir kaç saniye ile
bir dakika arasında değişen bir süre
dağiama ayıcacına daidırıiır.
Numune, ya bir dakikadan daha az bir
süre dağiama ayıracına daidırıiır ya da
ayıraç numune yüzeyine sürülüc.
Numune a çözeitisine bir kaç saniye
daldırıp, hafifçe hareket ettiriiir ve
sonra da b çözeitisine daidırıiır.
Malzeme Muayenesi 293
2m1 HNO3
98 mi etil veya metil
Alaşımsız ve az alkol (Nital)
Nital veya
alaşımlı çelikler
4 g pikrik asit
100 mi alkol (Pikrai)
5 mi HC1
1 g pikrik asit
100 mi etil
veya metil alkol
5 g FeCi3
50 mi HC1
100 mi damıtık su
5 g CuCl2
Alaşımlı çelikier
100 mi HCi
100 mi etii alkol
100 mi saf su
5 mi HNO3
1 miHF
44 mi saf su
5 mi HCİ
1 mi pikrik asit
100 mi etii
veya metii alkol
a ayıracı
2,5g amonyum per
sülfat
100 mi H20
b ayıracı
Dökme demirier
a ayıracı + 1,5 g Kİ
c ayıracı
b ayıracı +1,5 g HgCi2
d ayıracı
e ayıracı + 1,5 mi
H2S04
Numune, bir kaç saniye ile bir dakika
arasında kalan bir süre dağlama
ayıracına daidırılır.
Numune dağlama ayıracına daldırılır.
Yapı görünene kadar numune dağiama
ayıracına daidırılır.
Numune çeker ocakta soğuk dağiama
ayıracına dikkatiice daldırılır.
Numune dağiama ayıracına daidırıiır
veya dağiama ayıracı numune üzerine
sürülür.
Numunenin yüzeyine a ayıcacıl5
dakika, b ayıracı 10 dakika, c ayıracı 5
dakika ve d ayıracı da 5 dakika kadar
sürülerek içyapı açığa çıkarılır.
10.2.1.1. 3 Mikroskobik İnceleme ve Yapısal Değerlendirme
Dağlanan numunelec mikroskop aitında incelenecek yapıiarı hakkında
yararlı bilgiler elde edilir. Metaiografik incelemelerde genelde ışık mikroskobu
kullanılır. Bu amaçia kullanılan ışık mikroskobuna metal mikroskobu da denir.
Bir metal mikroskobu objektif, oküier ve aydınlatma sistemi olmak üzere üç
ana bölümden oluşur. Tipik bir metal mikroskobunun optik diyagramı Şekil
10.1 ‘de verilmiştir. Yaygın olarak kullanılan bir metal mikcoskobunun
fotoğrafı ise Şekil 10.2’de görülmektedir.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
İlk görüııtü
clüzİerni
—
Konclenser
açıldığı
Işık
Ana
kaynağı
Konclenseı
ıııerceği
clüzlerni
Objektif merceği
Numuııe
10.1 Metal mikroskobunun optik diyagramı.
10.2 Bir metal mikroskobunun fotoğrafı.
Malzeme Muayenesi 295
Bir ışık mikroskobu büyütme yeteneği, nümerik açıklık (NA), ayırt etme
;ücü ve derinliğine ayırt etme gücü gibi dikkate alınması gereken başlıca dört
inemli özelliğe sahiptir. Mikroskobun büyütme yeteneği, objektifin ön
üyütmesı ile okülerin ön büyütmesinin çarpımına eşittir. Nümerik açıklık, bir
nerceğin ışık toplama yeteneğini gösterir. Bir merceğin yapısal ayrıntıları ayırt
etme yeteneği, bu merceğe giren ışık miktarı ile orantılı olduğundan nümerik
ıçıklık büyüdükçe merceğin ayırt etme gücü de artar. Bir objektifin nümerik
ıçıklığı gelen ışık konisinin yarım açısının (a) sinüsü ile objektif ile numune
yüzeyi arasındaki ortamın kırılma indisinin çarpımına eşittir. Nümerik açıklık
NA) = ı sina bağıntısı ile belirlenir. Burada ı ortamın kırılma indisidir.
Kırılma indisi r = 1 olan hava ortamında kullanılan kuru objektifin nümerik
ıçıklığı sina, kırılma indisi 1,5 olan yağ ortamında kullanılan yağlı objektifin
rıümerik açıklığı (NA) ise 1,5 sina olur. Bir objektifin nümerik açıklığı Şekil
1O.3’de şematik olarak gösterilmiştir.
Bir merceğin veya mercek sisteminin en önemli özelliklerinden biri ayırt
etme gücüdür. Ayırt etme gücü, bir merceğin ya da mercek sisteminin birbirine
yakın ayrıntıları ayırt edebilme yeteneğinin bir ölçüsüdür. Ayırt etme gücü,
merceğin nümerik açıklığına ve kullanılan ışığın dalga boyuna bağlıdır ve
aşağıdaki bağıntı ile belirlenir.
Aytrt etme gucu
=
2NA
2
=
277 sina
2
Burada kullanılan ışığın dalga boyudur. Bir merceğin ayırt etme gücü yerine
daha çok ayırt etme sınırı kullanılır. Ayırt etme sınırı ise bir merceğin veya
mercek sisteminin ayırt edebildiği en yakın iki nokta arasındaki uzaklık olarak
tanımlanır. Ayırt etme sınırı ayırt etme gücünün tersi olup, aşağıdaki bağıntı ile
hesaplanır:
Ayırt etme
sınırt
1
=
=
ayırt etme gücü
2
2.NA
2
=
217 sina
Bir mercek sisteminin ayırt etme sınırı ne kadar küçük olursa, o sistemin ayırt
etme gücü o derece yüksek olur.
Derinliğine ayırt etme gücü ise, bir merceğin pürüzlü yüzeylerden net
görüntü oluşturma yeteneğidir. Alan derinliği anlamına gelen derinliğine ayırt
etme gücü, objektifin nümerik açıklığı ile büyütme yeteneğine bağlıdır.
Merceklerde nümerik açıklık ve büyütme gücü azaldıkça alan derinliği veya
derinlemesine ayırt etme gücü artar. Ancak, ışık mikroskopları tarayıcı elektron
mikroskoplarına göre çok daha düşük alan derinliğine sahiptir.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Objektif
Numune
1 10.3 Bir objektifin nümerik açıklığınm şematik olarak gösterimi.
Değerlendirme aşamasında mikroskoplarla elde edilen yapısal görüntüler
:ıplak gözle ya da görüntü analiz aygıtlarıyla incelenerek yorumlanır.
sa! görüntülerin değerlendirilmesi ve yorumu deneyim gerektirir.
dografik incelemeler sonucunda malzemelerin içerdiği fazların türü,
ımı ve oranları ile tane büyüklüğü gibi yapısal özellikler belirlenir. Bir
1 malzemenin içyapısının şematik görüntüsü Şekil 10.4’de verilmiştir. Bu
de, malzemenin x ve f3 fazlarından oluşan tane yapısı görülmektedir.
tl mikroskobu ile görüntülenen metalografik yapılara örnek olarak da
lmüş durumdaki Zn-22Al alaşımı, SAE 65 bronzu (CuSnl2) ve x pirinci
3OZn) ile soğuk deforme edildikten sonra tavlanmış a pirincinin içyapıları
tyla Şekil 1 0.5a-d’de verilmiştir.
10.4 Bir metal malzemenin içyapısının şematik resmi.
Malzeme Muayenesi 297
ekil 1O.5a Zn-22A1 alaşımının dökülmüş durumdaki
Şekil 1O.5b SAE 65 bronzunun (CuSnl2) içyapısı.
içyapısı.
8 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
•
.
e
.
t
.I•.
.,,
cxfazı
•
3fazı
•
S
1
•
•..
••
<d
•
•
5Oım
il 1O.5c x pirincinin Cu-3OZn) alaşımının dökülmüş
durumdaki
içyapısı.
1
10 trn
1O.5d Soğuk deforme edildikten sonra tavla
nmış x pirincinin (Cu-Zn
ii) içyapısı.
Malzeme Muayenesi 299
L2 Sertlik Deneyi
karşı
Malzemelerin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye
elerin
terdiği dirence sertlik denir. Bilimsel anlamda ise, malzem
direnç
okasyon hareketine veya plastik deformasyona karşı gösterdikleri
lik olarak ifade edilir.
kesici
Sertlik deneyinde bir malzemenin yüzeyine batırılan bir uca veya
koni
veya
t
pirami
bilye,
tma karşı gösterdiği direnç ölçülür. Batıcı uçlar
karbür
n
tungste
iminde olup, genellikle sertleştirilmiş çelik, sinterlenmiş
olan
a elmas gibi, sertliği deney malzemesinin sertliğinden çok daha yüksek
e
Izemelerden yapılır. Standart deneylerin çoğunda yük, batıcı ucu malzem
Sertlik
:eyine dik doğrultuda ve yavaş yavaş bastıracak şekilde uygulanır.
Sertlik
a)
ır:
şunlard
ı
bazılar
ardan
ümünde dikkat edilmesi gereken hususl
e
birbirin
ve
düzgün
nin
yüzeyi
nunesinin ölçüm yapılan yüzeyi ile oturma
az
en
ğinin
derinli
iz
ğı,
alel olmaları gerekir. b) Sertlik numunesinin kalınlı
re
katı olmalıdır. c) Batıcı uç, numune kenarlarına yakın bölgele
n
köşege
a
ulanmamalı ve izler arasında en az iz çapının veya ortalam
sertliği,
ınluğunun üç katı kadar bir uzaklık bulunmalıdır. Bir malzemenin
gulanan yüke bağlı olarak ya numune yüzeyinde oluşan izin yüzey alanına
nan
da batıcı ucun batma derinliğine göre belirlenir. Genelde sertlik, uygula
r.
bulunu
esiyle
bölünm
kün numunede oluşan kalıcı izin yüzey alanına
,
Brinell
a
inümüzde en çok kullanılan sertlik ölçme tekniklerinin başınd
sertlik
ckers ve Rockwell yöntemleri gelmektedir. Ancak bunlardan başka
Kuzey
me yöntemleri de vardır. Örneğin Knoop sertlik ölçme yöntemi
dır.
lmakta
nerikada yaygın olarak kullanı
.2.2.1 Brineli Sertlik Deneyi
Bu deneyde sertleştirilmiş çelik veya tungsten karbürden yapılan bir bilya
ır ve
ya bilye belirli bir yük veya kuvvet ile malzemenin yüzeyine bastırıl
nde
deneyi
sertlik
ılzeme yüzeyinde meydana gelen izin çapı ölçülür. Brinell
a
1O.6’d
ıllanılan batıcı uç ve elde edilen izin şematik gösterimi Şekil
rilmiştir. Uygulanan yük (F), malzeme yüzeyinde oluşan izin küresel yüzey
e
ınına (A) bölünerek Brineil Sertlik Değeri (BSD) bulunur. Malzem
ırD(D_.JD2_d2)
tzeyınde oluşan kuresel ızın yuzey alanı, A =
Brinell sertlik değeri ise, BSD =
=
A
formulu
2
2F
rcD(D_JD2_d2)
(kgf/mm2)
ığıntısı ile belirlenir. Bu bağıntıda yer alan F uygulanan yükü (kgfl, D bilye
anan
tpını (mm), d ise iz çapını (mm) gösterir. Bu bağıntı yardımıyla hesapl
de
birimi
n
sertliği
bu
ve
lir
gösteri
olarak
rinell sertlik değeri ise kısaca BSD
bilye
olan
mm
10
çapı
rında
f/mm2 olarak verilir. Standart deney koşulla
)O Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
ıllanılır. Ancak, bazı durumlarda çapları 10 mm’den daha küçük olan
rneğin 1,25, 2,5 ve 5,0 mm) bilye biçimindeki uçlar da kullanılabilir.
Yük,
aizemenin cinsine göre seçilir ve uygulama süresi 10—15 saniye arasında
ğişir.
(])ç
R
İz
kil 10.6 Brineil sertlik ölçme deneyinde kullanılan batıcı uç ve elde edilen
n şematik gösterimi.
.2.2.2 Vickers Sertiik Deneyi
Bu yöntemde, piramit biçiminde ve tabanı kare olan bir batıcı uç
Ilanılır. Elmastan yapılan piramidin tepe açısı 136 derecedir. Vickers sertlik
ıeyi söz konusu batıcı ucun malzemenin yüzeyine, malzeme cinsine göre
ilen bir yük altında belirli bir süre batıcılması ile oluşan izin köşegen
ınluklarının ölçülmesinden ibarettir.
Vickers sertlik deneyinde kullanılan batıcı uç ile elde edilen izin şematik
mi Şekil 10.7’de verilmiştir. Vickers sertlik değeri (VSD), uygulanan
vvetin (F) oluşan izin alanına (A = 1
bölünmesi anlamına gelen VSD
1,8544
F
1,8544
bağıntısı ıle bulunur. Burada 1 ızın ortalama köşegen uzunluğu
—-
11+12
p, 1
=
2
formulu ıle hesaplanır.
F
E%piramjtuç
İzşekli
il 10.7 Vickers sertlik deneyinin prensip şeması.
Malzeme Muayenesi 301
.2.3 Rockwell Sertlik Deneyi
e 10 kg gibi
Rockwell sertlik deneyinde, standart bir batıcı uç geneld
dip noktası
izin
oluşan
ve
1k bir yük ile malzeme yüzeyine bastırılır
çıkartılıp,
değere
bir
angıç noktası olarak alınır. Daha sonra yük yüksek
artışa
gelen
na
ar önceki değerine indirilir. Ucun batma derinliğinde meyda
batıcı
nde
Rockwell sertlik değeri belirlenir. Rockwell sertliğinin ölçümü
koninin tepe açısı
)larak ya elmas koni ya da çelik bilye kullanılır. Elmas
oluşur. Bilye
olup, tepe noktası yarıçapı 0,2 mm olan bir küre parçasından
ve 12,7 mm
mm
6,35
mm,
3,2
deki batıcı uçların çapları yaklaşık 1,6 mm,
)ilir.
e verilmiştir.
Rockwell sertlik deneyinin prensip şeması Şekil 10.8’d
ölçek) birine
kwell sertliği, standart skalalardan (gösterge çizelgesi veya
sayı ile gösterilir.
e ölçülür ve batma derinliğine karşı gelen birimsiz bir
seçilir. Rockwell
göre
ne
düzeyi
ilik skalası malzemenin yapı ve sertlik
belirlenmesinde
n
sertliği
ve
rı
.lik skalaları, bunlara ilişkin deney koşulla
lanılan formüller Tablo 10.2’de verilmiştir.
yükün değeri
Sertlik ölçümünde kullanılan batıcı ucun tipi ile uygulanan
değişik deney
sembolle gösterilir. Bu nedenle, farklı skalalara göre yani
, RSD-C,
ullarmda ölçülen farklı düzeydeki sertlik değerleri RSD-A, RSD-B
Çok sert
D-D, RSD-E, RSD-F ve RSD-G gibi simgelerle birlikte verilir.
rak 150
kullana
uç
elmas
ndeki
izemelerin Rockwell sertliği koni biçimi
ak
Yumuş
ir.
belirtil
ile
i
lık yük altında ölçülür ve sonuçlar RSD-C simges
bilye
çelik
olarak
lzemelerin Rockwell sertliğinin ölçümünde ise batıcı uç
simgesi
lamhr ve 100 kg’lık yük altında elde edilen ölçüm sonuçları RSD-B
0, bilye uç
gösterilir. Konik uç kullanarak elde edilen sertlik değerleri 0—10
. Bir
değişir
a
arasınd
ı
sayılar
0
0—13
ise
ri
tlanarak elde edilen sertlik değerle
aşarsa
nı
rakamı
100
değeri
sertlik
lzemenin Rockwell cinsinden ölçülen
çok sert
:ıcı uç olarak bilye kullanılması tavsiye edilmez. Çünkü
hem
lması,
kullanı
tlzemelerin sertliğinin ölçülmesinde batıcı uç olarak bilye
olur.
neden
yenin deforme olmasına hem de ölçüm hassasiyetinin azalmasına
sayısından daha
ğer taraftan herhangi bir skalaya göre Rockwell Sertliği 20
ndeki elmas uç
şük olan malzemelerin sertliğinin ölçülmesinde koni biçimi
lianılması tavsiye edilmez.
her 0,002
Rockwell sertlik deneyinde kullanılan batıcı ucun malzemeye
skalası
ell
Rockw
n’lik batışında Rockwell sertlik değeri 1 sayı düşer.
malzemelerin
ılzemenin cinsine, sertliğine ve içyapısına göre seçilir. Bazı
İlke olarak
rtliğinin ölçümünde birden fazla Rockwell skalası kullanılabilir.
ölçüm
ükçe
büyüd
çapı
bilye
Çünkü
.
küçük bilye ile ölçüm yapılır
elerin
malzem
ak
yumuş
n
olmaya
en
ssasiyeti azalır. Ancak, yapısı homoj
ar
sonuçl
çi
gerçek
ve
doğru
rtliğinin ölçümünde büyük bilye kullanılırsa daha
le edilir.
___
________
_________________
W2 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
!‘:
-rn-w--
-
Nmnuw iize
-
‘
Referaiıs ÇiZgiSi
—
-
kil 10.8 Rockwell sertlik deneyinin prensip şeması.
ıblo 10.2 Rockwell Sertlik Skalaları, Bunlara ilişkin
Deney Koşulları ve
rtliğin Belirlenmesinde Kullanılan Formüller
ockwell
kalası
Uç
Gösteri m
Yük (kg)
Formül
Elmas koni
RSI)A
100500t
Çapı 1,6mm
olan çelik bilya
‘>
‘anı
mnı
t’ 3
olan çelik bılya
‘
-
-.
t: Batıcı ucun
100
60
RSD-B
RSD-F
=
150
RSD-G
=
100
RSD-E
=
=
130-500t
derinliği [rnrn]
2.2.4 Knoop Sertlik Deneyi
Daha çok mikrosertlik ölçümü için tercih edilen bu
deney 10 g—1000 g
;ında yük uygulanarak yapılır. Knoop sertlik deneyi
nde tepe açısı 172
ce olan piramit biçiminde elmas uç kullanılır ve
bu piramidin köşegen
nluklarının oranı 7/1 dir. Söz konusu ucun batma
derinliği, büyük köşegen
Malzeme Muayenesi 303
1/30’u kadardır. Knoop sertlik deneyinde kullanılan standart uç ile
edilen izin şematik resmi Şekil 10.9a ve b’de görülmektedir.
Knoop sertlik deneyinde elde edilen izin uzun köşegen uzunluğu, optik
oskobunun mikrometresi yardımıyla ölçülür ve uygulanan yük iz alanına
LlUgUflUfl
bölünerek Knoop sertlik değeri (KSD) bulunur. Bu sertlik değeri ya
ik tablosunda ölçülen köşegen uzunluğuna karşı gelen değer olarak
lenir ya da KSD
=
14,2
formülü yardımıyla hesaplanır. Bu formülde F
fianan yükü, lise uzun köşegen uzunluğunu gösterir.
b’t=-/ O()
4
(b)
il 10.9 (a) Knoop sertlik deneyinde kullanılan standart uç ve (b) elde edilen
görünümü.
Farklı yöntemlerle ölçülen sertlik değerleri yaklaşık olarak birbirine
Uştürülebilir. Ölçülen sertlik değerlerinin birbirine dönüşümü Tablo 10.3’de
lmiştir.
L2.5 Malzemelerde Sertlik-Mukavemet İlişkisi
Metalik malzemelerde sertlik arttıkça çekme dayanımı da artar. Çeliklerin
ıell ve Rockwell serfiik değerleri (BSD ve RSD-C) ile çekme dayanımları
arasındaki ilişkileri gösteren bağıntılar aşağıda verilmiştir.
o (kg/mm2) O,35 BSD (kg/mm2)
o (kg/mm2) 3,5 RSD-C
bağıntılar yardımıyla çeliklerin çekme dayanımını yaklaşık olarak
rlemek mümkündür. Ancak, Rockwell sertlik değerinin birimsiz bir
üklük olduğunu unutmamak gerekir.
304 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Tablo 10.3 Sertlik Dönüşüm Tablosu
Brineli
Sertlik Değeri
(3000 kg)
780
745
682
653
614
587
547
522
509
484
448
426
415
393
382
372
332
313
297
290
276
260
250
245
235
230
216
210
200
195
185
176
169
162
150
144
139
135
130
125
121
114
107
Rockwell Sertlik Değeri
C
B
(150 kg)
(100 kg)
70
68
64
62
60
58
55
53
52
50
47
45
44
42
41
40
36
34
32
31
29
26
24
23
21
20
18
16
13
12
9
7
4
2
120
119
119
117
116
115
114
113
112
110
109
108
107
106
104
103
102
100
98
97
96
95
93
92
90
88
86
84
80
78
76
74
72
70
68
64
60
Vickers
Sertlik Değeri
(10kg)
1076
940
800
746
697
653
595
560
544
513
471
446
434
412
402
392
354
336
318
310
294
272
260
254
243
238
Knoop
Sertlik Değeri
(500 g ve üzeri)
972
920
822
776
732
680
630
594
576
542
495
466
452
426
414
402
360
342
326
318
304
284
272
266
256
251
231
226
216
211
201
192
184
176
164
158
152
147
143
139
135
127
120
Çekme
Dayanımı
(MPa)
2646
2536
2392
2232
2165
2612
1910
1813
1765
1675
1538
1455
1414
1338
1296
1255
1117
1055
993
966
910
848
807
793
759
745
710
696
662
641
614
586
559
540
505
490
469
455
441
427
414
379
358
Malzeme Muayenesi 305
.2.3 Çekme Deneyi
.2.3.1 Deneyin Amacı
erinin belirlenmsi ve
Çekme deneyi, malzemelerin mekanik özelikl
yapılır. Çekme deneyi
la
kanik davranışlarına göre sınıflandırılması amacıy
an kullanılır. Bu
doğrud
arında
nucunda elde edilen veriler mühendislik hesapl
kullanılan tahribatlı malzeme
zden çekme deneyi en yaygın olarak
Lıayenesi yöntemlerinden birini oluşturur.
.2.3.2 Deneyin Yapilışı
nan deney numunelerinin tek
Çekme deneyi, ilgili standartlara göre hazırla
esi işlemidir. Bunun için,
:sende ve sabit bir hızla koparılıncaya kadar çekilm
standartlara uygun
işlemle
talaşlı
ıce incelenmesi istenen malzemeden
D, E ve F olmak
C,
B,
A,
138
ımuneler hazırlanır. Türk standartlarında TS
malzemenin
ölçüde
tipi büyük
ere altı numune tipi bulunur. Numune
nmış daire
hazırla
normuna göre
çimine göre seçilir. Şekil 10. 10’da TS 138 A
esi görülmektedir.
sitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numun
-—
—
:
h
iıumunesi.
ekil 10.10 Daire kesitli ve silindirik başlı çekme
ın çapını (1,2d0), 1v
Bu şekilde d0 numunenin çapını, d1 baş kısmın
uzunluğunu (5d0), h baş
nceltilmiş kısmın uzunluğunu (l + d0) l ölçü
uzunluğunu göstermektedir.
:ısmının uzunluğunu ve i numunenin toplam
nan çekme numunelerinde
yrıca uluslararası standartlara uygun olarak hazırla
bağıntısı geçerlidir. Burada ıI numunenin ilk kesit
;enelde, l = 5,65
ğu 60 mm olan çekme
ılanını göstermektedir. Çapı 12 mm ve ölçü uzunlu
ıumunesi 12 x 60 TS 138A şeklinde gösterilebilir.
takılarak deney yapılır.
Hazırlanan numune çekme makinasının çenelerine
görülmektedir. Deney
şekil 10.11 ‘de tipik bir çekme makinasının resmi
kuvveti uygulanır ve
çekme
artan
sırasında çekme numunesine sürekli olarak
ilir.
kayded
rıumunede kırılma anma kadar meydana gelen uzama
)6 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
:il 10.11 Tipik bir çekme makinası.
2.3.3 Çekme Deneyinden Elde Edilen Veriler
Çekme deneyi sırasında elde edilen gerilme ve uzama değerle
ri aşağıdaki
ıntılar yardımıyla bulunur.
Çekme gerilmesi (o.) = F/A0
Birim uzama (e veya e) = AllI0
Yüzde uzama (%e) = A1110x 100
ada F çekme kuvvetini, A0 deney numunesinin ilk
kesit alanını, 1
ıunenin ilk ölçü uzunluğunu ve l numunede meydana
gelen uzama
tarını gösterir.
Çekme deneyi sonucunda kuvvet (F)-uzama (LV) eğrisi elde
edilir. Ancak
ğri ile birlikte kullanılan numunenin boyutlarını da vermek
gerekir. Bu
nle, bu eğri yerine daha evrensel olan gerilme-birim
uzama eğrisi
anılır. Gerilme-birim uzama eğrisine çekme diyagramı
adı verilir. Şekil
2’de normalize edilmiş durumdaki düşük karbonlu bir
çeliğin gerilme
n uzama eğrisi verilmiştir. Esasında, gerilme-birim uzama
eğrisi çekme
inasından elde edilen kuvvet-uzama eğrisine benzer bir şekle
sahiptir.
Çekme deneyi sonucunda malzemenin orantı sınırı, elastik
lik sınırı, akma
ı ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma
uzaması, kopma
Malzeme Muayenesi 307
zülmesi ve tokluk gibi süneklik değerleri belirlenir. Malzemenin cinsine,
nyasal bileşimine ve metalografik yapısına bağlı olan bu özellikler aşağıda
asıyla açıklanmaktadır.
a) Orantı sınırı (oh): Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke
sasının, yani o = E. e bağıntısının geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlayan
rilme değeridir. Bu bağıntıdaki orantı katsayısına (E) elastiklik veya esneklik
)dülü denir ve bu katsayı çekme diyagramının elastik kısmını oluşturan
ğrunun eğimini gösterir. Ahşap, kauçuk ve deri gibi bazı malzemelerin
rilme (a)-birim uzama (E) diyagramında böyle bir doğrusal kısım
lunmadığı için sabit bir E değeri yerine, ancak belirli bir noktadaki teğetin
imi söz konusu olur. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar büyükse, o
ılzemenin rijitliği yani elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o ölçüde
yük olur. Bir malzemenin elastiklik modülü herhangi bir ısıl işlem veya
kanik işlemle değiştirilemez.
b) Elastiklik sınırı (o): Malzemeye uygülanan kuvvet kaldırıldığı zaman
stik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana
idiği en yüksek gerilme değeridir. Genellikle, elastiklik sınırı orantı sınırına
it kabul edilir. Pratikte a yerine %0,01 veya %0,005’lik plastik uzamaya
rşı gelen gerilme (o,oı veya a0,005) değerleri alınır.
c) Akma dayanımı (o): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak
bit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve
kme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme
ğeridir. Bu değer, aa = FJA0 formülü ile belirlenir ve bu formülde yer alan Fa
:ma kuvvetini, A0 ise malzemenin ilk kesit alanını gösterir. Akmanın başladığı
rilme değerine üst akma sınırı (aaü) ve akmanın devam ettiği ortalama
rilme değerine de alt akma sınırı (a) denir, Şekil 10.12. Düşük karbonlu
ımuşak çelik gibi bazı malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin
:ma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermemesi
ırumunda, genelde %0,2’lik plastik uzamaya (Epıastik = 0,002) karşı gelen
kme gerilmesi akma sınırı veya akma dayanımı olarak alınır. Şekil 10.13’de
lirgin akma göstermeyen bir malzemenin çekme diyagramı ile bu
alzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği görülmektedir.
d) Çekme dayanımı (G): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya
ıdar dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme,
kme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, o = F,t,ak/AO formülü ile
ılunur. Burada F,naks malzemeye uygulanan en yüksek kuvveti, A0 ise
Lalzemenin ilk kesit alanını gösterir. Bu gerilmeye ulaşılıncaya kadar deney
ımunesinin kesit alanı homojen olarak azalır, ancak bu gerilme değerinden
rnra numune bir bölgede yerel olarak büzülmeye başlar ve daha küçük bir
rilme altında kopar.
8 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Elastik def.
bölgesi
Plastik deformasyon bölgesi
Birim uzama (e veya r)
Şekil 10.12 Düşük karbonlu yumuşak bir çeliğin çekme diyagramı.
27/İ
%Uzama
il 10.13 Belirgin akma göstermeyen bir malzemenin akma dayanımının
rlenmesine ilişkin diyagram.
Malzeme Muayenesi 309
e) Kopma uzaması (KU): Çekme deneyine tabi tutulan numunenin
kme numunesi) boyunda meydana gelen en yüksek yüzde plastik uzama
ini olacak tanımlanır. Çekme numunesinin kopan kısımları bir araya
tirilerek son boyu ölçülür ve numune boyunda meydana gelen uzama z\l = ik
bağıntısı ile bulunur. Burada 10 numunenin ilk ölçü uzunluğunu, 1k ise
munenin kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise; KU (%) =
-
x100 bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer, malzemenin sünekliğini
sterir. Bir malzemede akma ve çekme dayanımlarını yükselten etkenler
ğunlukla sünekliği azaltırlar. Plastik şekil değişimine elverişli olmayan
alzemeye gevrek malzeme denir. Bu nedenle gevrek malzemeler teorik olarak
pma uzaması göstermezler, ancak uygulamada %1—2 gibi düşük oranlarda
pma uzaması gösteren malzemeler de gevrek kabul edilirler.
f) Kopma büzülmesi (KB): Çekme deneyine tabi tutulan numunenin
sit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı
A0-Ak
=
x 100 bağıntısı ıle hesaplanır. Burada A0 deney
up, KB (%)
ımunesinin ilk kesit alanını, Ak ise kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma
izeyinin alanını gösterir. Kopma büzülmesi, kopma uzaması gibi sünekliğin
.r göstergesidir. Sünek malzemelerde belirgin bir büzülme veya boyun verme
teydana gelirken, gevrek malzemeler büzülme göstermezler. Şekil 10. 14’de
vcek ve sünek malzemelerin kırılma davranışları şematik olarak
isterilmiştir.
g) Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan
ıerji veya elastik şekil değiştirme sırasında malzemenin depoladığı enerji
emektir. Bu enerji, gerilme (a)-birim uzama (a) eğrisinin elastik kısmının
[tında kalan alan
(0el6t
) ile belirlenir ve numune kırılınca geri verilir, Şekil
0.15.
aya
ii) Tokluk: Plastik şekil değişimine uğrayan bir malzemenin kırılınc
eya kopuncaya kadar depoladığı ya da soğurduğu toplam enerji miktarı olarak
ınımlanabilir. Malzemenin kırılmaya veya kopmaya karşı direncinin bir
içüsü olan tokluk, genellikle a-a eğrisinin altında kalan alanın (İcı. de)
esaplanması ile bulunur. Bu formüldeki 8k malzemede kırılıncaya kadar
ıeydana gelen en yüksek veya toplam birim şekil değiştirme miktarıdır.
‘okluğun gerilme—birim uzama eğrisi yardımıyla belirlenişi Şekil 10.15’de
;österilmiştir. Malzemenin kırılmaya karşı gösterdiği direncin bir ölçüsü olarak
:abul edilen tokluğun karşıtı olarak da gevreklik deyimi kullanılır.
0 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
(a) Gevrek malzemenin
kırılması (büzülme yok)
(b) Sünek malzemenin kırılması
(büzülme var)
d! 10.14 Gevrek ve sünek malzemelerin kırılma şekilleri.
ti=mn
Birim uzama (e veya r)
10.15 Gerilme-birim uzama eğrisi yardımıyla
ilerinin (rezilyans ve tokluk) belirlenmesi.
şekil
değiştirme
Malzeme Muayenesi 311
Malzemelerin mekanik özellikleri içyapılarına bağlıdır. İçyapılar ise ısıl
mle değiştirilebilir. Bu nedenle, malzemelerin mekanik davranışları
ulanan ısı! işleme göre değişir. C60 çeliğine uygulanan farklı ısı!
mlerden sonra elde edilen çekme diyagramları (Şekil 10.16) bu durumu
ilemektedir. Bu şekil söz konusu çeliğin su verilmiş durumda gevrek;
nevişlenmiş, normalize edilmiş ve yumuşatma tavı görmüş durumlarda ise
tek olduğunu göstermektedir. Şekil 10. 17’de çeşitli metalik malzemelerin
:me diyagramları verilmiştir. Bu diyagramlar yardımıyla söz konusu
lzemelerin mekanik davranışları karşılaştırılabilir.
0)
0)
Birim uzama (e)
kil 10.16 C60 çeliğine uygulanan farklı ısı! işlemlerden sonra elde edilen
cme diyagramları.
.2.3.4 Çekme Diyagramının İrdelenmesi
Buraya kadar çekme numunesinin son durumu ile ilk durumunun
rşılaştırılması ile elde edilen mühendislik veya teknolojik gerilme (o)-birim
ama (e veya E) eğrileri incelendi. Ancak çekme numunesinin ilk durumu
ney süresince sürekli değiştiğinden özellikle plastik şekil değişimi sırasında
[2 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
r noktadaki gerilme ve birim şekil değiştirme büyüklüklerinin o andaki
)yuta göre hesap edilmesi daha uygun olur. Bu nedenle, mühendislik veya
knolojik gerilme (o) ve teknolojik birim şekil değiştirme (e) kavramları
rine gerçek gerilme (0) ve gerçek birim şekil değiştirme (E) kavramlarını
filanmak gerekir.
iz
(D
Birim uzama (c)
kil 10.17 Çeşitli malzemelerin çekme diyagramları:
a) Yüksek mukavemetli çelik (yarı sünek)
b) Düşük karbonlu çelik (sünek)
c) Kır dökme demir (gevrek)
d) Tavlanmış bakır (sünek)
Mühendislik gerilmesi (oj = F/A formülü ile hesaplanır. Buradaki F1
rormasyonun herhangi bir i anında numuneye etki eden çekme kuvveti, A0
numunenin ilk kesit alanını gösterir. Mühendislik veya teknolojik birim
:11 değıştırme (e) ıse, e
“d£
=
=
£.—
z£
=—
bağıntısı ıle hesaplanır. Burada
ve £ sırasıyla numunenin ilk ve deformasyonun herhangi bir i anındaki
ü uzunluğunu göstermektedir.
Gerçek gerilme (0), uygulanan kuvvetin deney numunesinin o andaki en
ük kesit alanına bölünmesi ile elde edilir ve o = F/A1 bağıntısı ile
Malzeme Muayenesi 313
deney numunesine
saplanır. Burada F1 deformasyonun herhangi bir i anında
ndığı andaki kesit
uygula
in
d eden çekme kuvvetini, A ise numunenin kuvvet
mını gösterir.
na gelen değişimin
Gerçek birim uzama (e), numunenin boyunda meyda
belirlenir ve bunun için
£) o andaki boyuna (t) oranının entegrali alınarak
=
inŞi- bağıntısı kullanılır. Bu duruma göre gerçek birim uzama,
=
ki boyunun (t’) ilk
ney numunesinin deformasyonun herhangi bir i anında
anır.
çü uzunluğuna (t o) oranının logaritması olarak tanıml
değişmediği, yani
Plastik şekil değişimi sırasında numune hacminin (V)
V olduğu varsayılırsa, A = A0. t< /t olarak bulunur.
= A,. £, =
lühendislik birim uzama (e)
=
[de edilir. Buradan gerçek gerilme (o)
formülünden,
°
=
—-=
A,
‘
%t
=
1 + e bağıntısı
=Lx!
A/Q tQ
=
o(]+ e)
= in (1 + e) olarak
larak bulunur. Gerçek birim uzama (e) = in t ,l to
esi ve gerçek birim
azılabilir. Sonuçta gerçek gerilme ile mühendislik gerilm
aki ilişkiler,
ekil değiştirme ile mühendislik birim şekil değiştirmesi arasınd
o= o,, (1+ e)
e = in (1+ e)
, bu bağıntılar malzemede boyun vermenin
Ancak
ağmtıları ile gösterilebilir.
e ve gerçek birim
büzülme) başlama noktasına kadar geçerlidir. Gerçek gerilm
uygulanan yük,
ise,
ri
değerle
i
sonrak
ekil değiştirmenin bu noktadan
nir.
belirle
ek
ıumunenin ölçü uzunluğu ve kesit alanı ölçüler
e-birim uzama
Herhangi bir malzemeye ait mühendislik ve gerçek gerilm
daki birim
miktar
ğcileri Şekil 10.1 Ş’de görülmektedir. Her iki eğri, küçük
gibi, gerçek gerilme
ızamalar için aynı kabul edilebilir. Bu şekilde görüldüğü
enin büzülme de
wpma noktasına kadar sürekli artmaktadıc. Böylece malzem
söylenebilir. Bu
tiği
sertleş
da
sırasın
rme
1hil olmak üzere, plastik şekil değişti
lojik veya
Tekno
denir.
me
pekleş
:ür sertleşmeye deformasyon sertleşmesi veya
sında
oluşma
in
eğrisin
zıühendislik gerilmesi—mühendislik birim uzama (on-e)
pekleşme, değeri de
ol oynayan iki etkenden söz edilebilir. Bunlardan biri
um noktaya kadar
kesit daralmasıdır. Söz konusu o,-e eğrisinde maksim
lı azaldığından
devam
si
pekleşme etkisi ağır basar. Ancak, pekleşme derece
e eşit olur. Bu
maksimum noktada pekleşmenin etkisi kesit daralması etkisin
duruma geçer. Bir
noktadan sonra ise kesit daralmasının etkisi daha üstün
başka deyişle deney parçası büzülür.
4 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
b
>
(
Şirim uzama (e veya )
il 10.18 Mühendislik ve gerçek gerilme-birim uzama eğrileri: (a)
on-e
si, (b) oe eğrisi.
Basit bir çekme deneyi sonucunda elde edilen gerçek gerilme (cT)-g
erçek
n şekil değiştirme (e) eğrisine genellikle plastik akış eğrisi adı
verilir.
kü bu eğri, belirli bir deformasyon oranı için metal malzemenin
plastik
ak akışını sağlayan gerilmeleri verir. ae eğrisinin deney numunesinde
ki
ıojen plastik deformasyonu karakterize eden kısmı, matematiksel
olarak
Ke” bağıntısı ile ifade edilebilir. Holloman eşitliği olarak adlandırılan
bu
ntıda n deformasyon sertleşmesi üssü, K ise mukavemet katsayısı
olarak
ıilanır.
.4 Basma Deneyi
Basma deneyi, çekme deneyinin tersi olarak kabul edilebilir ve
genelde
çıe-basma makinalarında basma kuvveti uygulamak suretiyle
yapılır.
na kuvvetinin etkin olduğu uygulamalarda kullanılan gevrek malzem
elerin
avemet değerleri genelde basma deneyi ile belirlenir. Bu nedenle,
basma
yinden elde edilen sonuçlar gevrek malzemelerden üretilen
parçaların
ımda doğrudan kullanılabilir. Genelde yatak malzemeleri, dökme
demir,
tuğla, seramik ve odun gibi malzemeler basma deneyine tabi tutulur
lar.
ıa deneyinde genellikle silindicik veya daire kesitli numuneler kullanı
lır.
tk, bazı durumlarda kare ya da dikdörtgen kesitli numun
eler de
nılabilir. Basma deneyinde kullanılan numunelerin ilgili standa
rtlara
n biçimde hazırlanması gerekir. Bu deneyde, daha çok yüksekliğinin
(‘)
,
Malzeme Muayenesi 315
ına (d0 ) oranı 1,0—10 arasında değişen, yani 1,0
10 olan numuneler
ih edilir.
Basma makinasında, basma plakaları aracılığı ile ömeğe yük uygulanır.
k uygulanan plakalarm alt ve üst yüzeyleri numunenin düşey eksenine dik
birbirine paralel olmalıdır. Basma deneyinde, numune kesit alanı sürekli
:ığmdan çekme deneyinde görülen boyun verme olayı meydana gelmez.
;ma deneyine tabi tutulan sünek malzemelerde fıçılaşma olarak adlandırılan
rne olayı meydana gelir. Bu durum numune uçları ile basma plakaları
sında meydana gelen sürtünme kuvvetinden kaynaklanır. Basma deneyine
i tutulan bir sünek malzemede meydana gelen fıçılaşma durumu Şekil
19’ da görülmektedir.
Üst plaka
;
Alt plaka
(a)
(b)
(c)
kil 10.19 Basma kuvveti uygulanan bir sünek malzemede meydana gelen
:ılaşma: (a) Basma kuvveti yok, (b) basma kuvvetinin etkisiyle meydana
len fıçılaşmanın ilk aşaması ve (c) fıçılaşmanın tamamlanması.
Kopma uzaması ve kopma büzülmesi değerleri hemen hemen sıftr olan
vrek malzemelerin sünekliği çekme deneyi ile ölçülemez. Bu tür
lzemelerin sünekliği basma deneyi ile ölçülür. Basma deneyinde boyutları
k küçük olan numuneler bile kullanılabilir. Bu durum, deneye tabi tutulacak
aizemelerin pahalı ve çok az olması durumunda bazı yararlar sağlar.
Basma deneyi sonucunda, malzemelerin basma diyagramı elde edilir.
ısma diyagramı, genelde çekme diyagramına benzer. Basma diyagramının
astik deformasyonu gösteren kısmı, çekme diyagramının elastik
formasyonu gösteren kısmı gibidir ve akma sınırından sonra basma
yagramında da plastik deformasyon aşaması meydana gelir. Basma
yagramının plastik deformasyonu gösteren kısmının ilk aşaması, çekme
yagramının plastik deformasyonu gösteren kısmının ilk devresini andırır.
ncak, çekme diyagramında maksimum noktadan sonra gerilme değerinde bir
alma meydana gelirken, basma diyagramındaki gerilme değerinde belirli bir
)ktadan sonra ani bir artış meydana gelir. Bir başka deyişle basma eğrisinin
imi plastik deformasyonun son aşamasında ani bir artış gösterir. Bu durum,
__
6 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
munenin kesit alanının, plastik deformasyonun sonu
na doğru büyük oranda
masrndan kaynaklanır. Şekil 10.20’de metalik bir
malzemenin çekme ve
sma diyagramları görülmektedir.
Birim kısalma
Birim uzama
—
——
,7
—
—
-
Mühendislik gerilmesi-birim
uzama veya kısalma eğrisi
Gerçek gerilme-birim
uzama veya kısalma eğrisi
il 10.20 Bir metal malzemenin çekme ve basm
a diyagramları.
Basma deneyine tabi tutulan malzemelerin kırılm
a şekli de önemlidir.
‘rek malzemeler kayma düzlemlerine etkiy
en kayma gerilmesinin
Liklüğüne göre genelde üç şekilde kırılır. Basm
a kuvveti etkisiyle gevrek
emelerde meydana gelen kırılma türleri Şekil 10.2
1’de görülmektedir.
a
t
}LL
/
[ 111
Kayma konisi
veya saat cami
oluşumu
10.2 1
eri.
c
Kayma düzlemi
boyunca kırılma
(dökme demir ve
betonda görülür.)
/
HI
a
Kayma konisi
oluşumu
(betonda meydana
gelir.)
Gevrek malzemelerde basma etkisiyle meydana
gelen kırılma
Malzeme Muayenesi 317
.2.5 Darbe Deneyi
darbeli yüklere maruz kalırlar.
Bazı makina parçaları veya yapı elemanları
eme durumundaki statik
yükl
ş
ı elemanların çarpma dayanımları, yava
Darbe deneyleri malzemelerin
ukavemet değerlerinden çok daha düşüktür.
ni ölçmek için yapılır. Bu
trpma dayammlarını veya kırılma enecjileri
tokluğunun bir ölçüsü olup,
meylerden elde edilen sonuçlar çentik
nılır. Bir başka deyişle darbe
aizemelerin sınıftandırılması için kulla
lik mühendislik hesaplarında
neyinden elde edilen sonuçlar tasarıma yöne
ğrudan kullanılamazlar.
bir numunenin darbe etkisi ile
Darbe deneyinde, standart çentik içeren
Joule cinsinden ölçülen bu enerji
ırılması için gereken enerji ölçülür. Genelde
darbe dayanımı olarak tanımlanır.
eğeri malzemelerin darbe direnci ya da
yi vardır. Bunlardan biri Charpy,
Jygulamada yaygın olan iki çeşit darbe dene
yinde iki mesnede yatay olarak
iğeri de Izod darbe deneyidir. Charpy dene
in çentik tabanına bir sarkacın
aslanan basit bir kiriş durumundaki numunen
meydana gelen çok eksenli
cundaki çekiçle darbe yapılıp, çentik tabanında
in kırılması için harcanan enerji
;erilmenin etkisi ile söz konusu numunen
sine dikey olarak tespit edilen
lçülür. Izod darbe deneyinde ise, kavrama çene
li yükseklikteki bir noktadan bir
umunemn yüzeyine, kavrama çenesinden belir
kırılması için harcanan enerji
arkacın ucundaki çekiçle darbe uygulanarak
ilçülür.
art numunelerin şematik
Charpy ve Izod deneylerinde kullanılan stand
yerleştirilmesini gösteren
erin
unel
esimleri ve boyutları Şekil 1O.22’de, bu num
ir. Darbe deneylerinde yaygın
ematik resimler de Şekil 1O.23’de verilmişt
şematik resmi Şekil 1O.24’de
larak kullanılan sarkaçlı bir darbe makinasının
5’de verilen Charpy deneyinde,
görülmektedir. Çalışma prensibi Şekil 1O.2
ıldığında potansiyel enerjisi G x
ağırlığı G olan bir sarkaç h1 yüksekliğine çıkar
ılırsa düşey bir düzlem içersinde
Iı olur. Sarkaç bu yükseklikten serbest bırak
e h2 yüksekliğine kadar yükselir.
numuneye çarparak onu kırar ve diğer yönd
olduğu potansiyel enerji ise G x
Numunenin kırılmasından sonra sarkacın sahip
l enerjisi ile son durumundaki
h2 olur. Sarkacın ilk durumundaki potansiye
kırılması için gereken enerjiyi,
potansiyel enerjisi arasındaki fark numunenin
ihmal edildiğinde, sarkacın ilk
yani darbe direncini verir. Sürtünme kayıpları
olan darbe veya kırılma enerjisi
enerjisi ile son enerjisi arasındaki farka eşit
aşağıdaki formülle belirlenir.
Kırılma enerjisi
=
G.h1-G.h2 = G (h1-h2)
=
G.l.(cos/icoscz)
i, 1 sarkaç boyu, x düşme açısı
Burada h1 düşme yüksekliği, h2 çıkma yüksekliğ
i genelde joule (J) olarak verilir,
ve 3 yükselme açısıdır. Darbe direncinin birim
icm2 olarak da gösterilebilir.
ancak bazı durumlarda Jim2, kg.m veya kg.m
k tokluğu da yüksek olur.
Kırılma enerjisi yüksek olan malzemelerin çenti
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
C=0,25mm
_L
iOmmJm
a) V çentikli Charpy deney nurnunesi
2mm
1
1
55mm
——
1
15mm
r --1
111
10 mm
-
-
.10mm
) Anahtar deli gi çentikli Charpy
deney numunesi
1mm
iL
-
-
-
-
mm
10mm
-
) U çentikli Charpy deney numunesi
28 mm.4
1
lommf
75mm
1
_j
‘..
1
45°J
8mm
J0mm
0,25mm
) V çentikli Izod deney numunesi
10.22 Charpy ve Izod deneylerinde kullanılan çenti
kli numuneler: (a) V
:li Charpy deney numunesi, (b) U çentikli Char
py deney numunesi, (e)
r deliği çentikli Charpy deney numunesi ve (d) Izod
deney numunesi.
Malzeme Muayenesi 319
Çekiç
Numune
Deney
numunesi
Standart
çentik
Mengene
(b)
(a)
ki1 10.23 (a) Charpy ve (b) Izod deneylerinde kullanılan numunelecin
cleştirilmesi.
Skala
Salınırnm sonu
kil 10.24 Bir darbe makinasının şematik diyagramı.
O Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Mesnet noktası
1
di 10.25 Charpy deneyinin çalışma prensibi.
Darbe deneyleri değişik sıcaklıklarda yapılarak malzemenin kırılma
rjisinin sıcaklığa göre değişimini gösteren eğriler belirlenir. Şekil 1O.26’da
{K ve HMK yapılı metaller ile yüksek mukavemetli metallerin tipik sünek
‘rek geçiş eğrileri görülmektedir. Bu eğriler yardımıyla malzemelerin sünek
‘rek geçiş sıcaklığı (Tg) belirlenebilir. Sünek-gevrek geçiş sıcaklığı bir
izemenin %50 gevrek (klivaj) ve %50 sünek kırılma davranışı gösterdiği
ıklık olarak tanımlanabilir. Bu sıcaklık sünek ve gevrek durumda ölçülen
rji değerinin ortalaması olan enerjiye karşı gelen sıcaklık değeri olarak
ur. Sünek-gevrek geçiş sıcaklığının belirlenmesini gösteren diyagram Şekil
27’de verilmiştir.
Geçiş sıcaklığı metallerde mutlak ergime sıcaklığının %10-20’si arasında,
ımiklerde ise mutlak ergime sıcaklığının %50-70’i arasında yer alır. Bu
ıklık malzemenin kristal yapısına, kimyasal bileşimine, metalografik
ısma, tane büyüklüğüne, uygulanan ısıl işleme ve yüzey işleme yöntemine
lıdır. Geçiş sıcaklığı, malzeme seçiminde dikkat edilmesi gereken önemli
aslardan biridir. Geçiş sıcaklığı düşük olan malzemelerin tokluğu yüksek
ığundan mühendislik uygulamalarında geçiş sıcaklığı düşük olan
zemeler tercih edilir.
Malzeme Muayenesi 321
YMK yapılı metaller
fHMKyapılıve
düşük mukavemetli
metaller
_____
Yüksek mukavemetli
Sıcaklık
kil 10.26 Çeşitli metallerin kırılma enerjisi-sıcaklık eğrileri.
—
E0
-
—
—
—
—
—
—
-
1
E1
Gevcek
Sünek
Geçiş sıcaklığı
t
-i
‘0
Sıcaklık
ekil 10.27
liyagram.
Sünek-gevrek geçiş sıcaklığının (Tg) belirlenmesini gösteren
2 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
.2.6 Yorulma Deneyi
Bazı makina parçaları ve yapı elemanları tekrarlı yükler altında çalışırlar.
ıtik mukavemet değerlerinden daha düşük seviyelerdeki tekrarlı gerilmelere
truz kalan parçalarda zamanla çatlama ve kırılma şeklinde hasarlar meydana
[ir. Genel anlamda, tekrarlı yüklere maruz kalan malzemelerde zamanla
ydana gelen hasara veya hasar meydana gelmesi olayına yorulma denir.
rulma, uygulamalarda çok sık rastlanan bir hasar mekanizmasıdır. Nitekim
kina elemanlarında meydana gelen hasarların yaklaşık yüzde sekseni (%80)
rulmadan kaynaklanır. Yorulma olayına neden olan tekrarlı yük veya
ilmeler eksenel, kayma, eğilme ve burulma yüklerinden birinin veya bir
ının birlikte etkimesi ile oluşabilir. Örneğin uçak motorlarındaki piston
una 200 saatlik uçuş süresi içersinde yaklaşık 25 milyon tekrarlı gerilme
i eder. Miller, yataklar, cıvatalar, yaylar, dişliler, türbin kanatları, motor
çaları ve raylı sistem tekerlekleri tekrarlı gerilmeler altında çalışırlar. Bu
lenle bu elemanların tasarımında dikkate alınması gereken önemli
ametrelerden biri de yorulmadır. Tekrarlı veya dinamik yük altında çalışan
çaların yorulma davranışları hakkında doğru bilgi edinebilmek için bu
çaların ya gerçek kullanım şartlarında ya da bu şartlara yakın çalışma
ulları altında denenmeleri gerekir. Ancak, bu yöntem zaman alıcı ve pahalı
uğundan belirli standartlara göre hazırlanan numunelerle basit laboratuar
teyleri yapılarak malzemelerin yorulma davranışları hakkında bazı temel
;iler edinilebilir. Yorulma deneyleri için yaygın olarak kullanılan cihazların
ında Wöhler makinaları gelir. Bu makinaların en çok kullanılan iki tipinin
ıatik resimleri Şekil 10.28a ve b’de verilmiştir. Bu makinalarda kullanılan
rıunelerin biçim ve boyutları makinanın yükleme şekline göre değişir. Bu
dnalardan birinde (Şekil 10.28a) bir ucu serbest olan kiriş biçiminde
ıune kullanılır ve bu numune bir elektrik motoru ile döndürülen milin ucuna
lanır. Çapı gittikçe daralan bu numunenin serbest ucuna bir rulman aracılığı
tatik yük uygulanır. Numune döndükçe sinüzoidal olarak değişen gerilme
eyde en büyük değerine ulaşırken, merkezde sıfır değerini alır. Diğer tür
hler makinasında (ŞekillO.28b) ise kiriş biçiminde silindirik numuneler
anılır. Bu numunelerin yüzeyleri boyunca düzenli gerilme elde etmek için
ıanlı yataklar aracılığı ile iki uçtan statik yük uygulanır. Bu makinalardan
ok kullanılanı dönel eğmeli yorulma deney düzeneğidir. Bu düzeneğin
ntılı şematik resmi de Şekil 10.29’da verilmiştir. Yorulma makinalarının
ne-basma, çarpma, burma, eğme ve eğme-burma gerilmeleri uygulayan
tleri de vardır.
Yorulma deneylerinde numunelere farklı büyüklükte tekrarlı gerilmeler
alanır ve kırılmaları için gerekli çevrim sayısı ölçülür. Uygulanan tekrarlı
tmeler zamana göre sinüzoidal değişim gösterir. Şekil 10.30’da tipik bir
tlma gerilmesinin değişim periyodu görülmektedir. Bu şekilde yer alan
Malzeme Muayenesi 323
alama gerilme (t7ort), gerilme genhiği (o) ve gerilme aralığı (Ad) değerleri,
cadı gerilmenin en büyük (naks) ve en küçük (o) değerlerine göre
tğıdaki bağmtılar yardımıyla behirlenebilir.
mu
=
,
ort
2
a
=
?flIflI
111(1
2
ve Aci = 2cr k” = (T mC k 5
—
OttO
Serbest uçlu
kiriş
a)
Kiriş
b)
kil 10.28 Yorulma deneylerinde kullanılan Wöhler makinalarının prensip
maları.
kil 10.29 Dönel eğmehi yorulma deney makinasının şematik resmi.
4 Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Gerilme periyodu
Lu
Zaman
kil 10.30 Tipik bir yomlma gerilmesinin değişimi.
Deneylerden elde edilen sonuçlardan yararlanılarak uygulanan gerilmenin
:vrim sayısına göre değişimini gösteren eğriler çizilir. Bu eğrileri içeren
yagrama Wöhler diyagramı denir. Demir, çelik ve demir dışı malzemelerin
)rulma eğrileri veya Wöhler diyagramı Şekil 10.31 ‘de verilmiştir. Demir
lik grubuna giren malzemelerin yorulma eğrisi oda sıcaklığında belirli bir
rilme değerinde belirli bir çevrim sayısından sonra yatay hale gelir. Yorulma
yagramında eğrinin yatay duruma geldiği gerilmeye yorulma sınırı denir ve
t gerilmenin altındaki tekrarlı gerilmelerde malzemenin sonsuz çevrime
yanabileceği kabul edilir. Ancak, demir dışı malzemeler 100 milyon çevrim
yısından sonra bile belirgin bir yorulma sınırı göstermezler. Yorulma
;rilerden iki önemli büyüklük elde edilir. Bunlardan biri yorulma ömrü, diğeri
yorulma dayanımıdır. Yorulma ömrü, belirli büyüklükte tekrarlı gerilme
kiyen bir malzemenin kırılmasına kadar geçen çevrim sayısı demektir.
rulma dayanımı ise, bir malzemenin belirli bir çevrim sayısı sonunda
nlmasına neden olan gerilme değeri olarak tanımlanabilir. Demir-çelik
ubuna giren malzemelerde yorulma sınırı
ile çekme dayanımı (of) ve
inell sertliği (BSD) arasında aşağıda verilen bağıntının geçerli olduğu kabul
ilmektedic.
T 0,5 a
T 0,İ8BSD
konusu malzemelerin yorulma sınırı, Wöhler eğrisinde 10610b0 çevrim
yısı aralığına karşı gelmektedir. Demir dışı metallerde ise, yukarıda
lirtildiği gibi yorulma sınırı söz konusu değildir. Ancak, bu malzemelerde
>z
Malzeme Muayenesi 325
kme dayanımının () yaklaşık üçte birine eşit olan gerilme değeri yorulma
ıyanım sınırı (aydS) olarak alınabilir. Bunun formülü de aşağıda verilmiştir.
1
adS
+
oÇ
Malzemelerin yorulma ömürlerinin belirlenmesinde bir takım ampirik
>rmüller kullanılır. Bunların en yaygın olanlarından biri Basquin kanunu,
ğeri de Coffin-Manson eşitiiğidir. Söz konusu formüller aşağıda verilmiştir.
Ao N1
=
c1 (Basquin kanunu)
=
c2 (Coffin-Manson eşitliği)
gerilme aralığını, Nk yorulma ömrünü, Ae1 birim
lastik şekil değiştirme aralığını; a (1/8-1/15), b (0,5-0,6), c1 ve c2 malzeme
ıbitlerini göstermektedir. Gerilme aralığının (Ao ) malzemenin akma
u bağıntılarda yer alan
zIcT
ayanımından (aj düşük olması durumunda Basquin bağıntısı, yüksek olması
urumunda ise Coffin-Manson bağıntısı kullanılır.
500
400
elik
l0
ıo5
i6
ıo7
108
ıd°
Çevrim sayısı
ekil 10.31 Çelik ve demir dışı metaller için tipik yorulma eğrileri.
Sorulma sonuncunda kırılan malzemenin kırılma yüzeyi genelde iki farklı
)ölge içerir. Bu bölgelerden biri midye kabuğunda olduğu gibi aynı merkezli
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
ga izlerini içeren renksiz ve düzgün bir görünüme sahip olup, çatlağı
n bir
a daha fazla merkezden başlayarak yavaş ilerlediğini gösterir. Diğer
bölge
en son yırtılmayı gösteren kristalli veya lifti bir görünüme
sahiptir.
mima sonucunda kırılan bir malzemenin kırılma yüzeyinin şemati
k resmi
:il 1O.32’de, fotoğrafı ise Şekil 10.33’de verilmiştir. Yorulma hasan
çatlak
şumu ve ilerlemesi sonucunda meydana gelir ve yorulma kırılması ilerley
en
ima olarak tanımlanır. Yorulma çatlağı keskin köşe, çizik, çentik, korozy
on
urcuğu gibi gerilme yığılmasına neden olan noktalarda oluşur ve
belirli
arda ilerleyerek malzemenin kırılmasına yol açar. Bu nedenle, dinami
k yük
da çalışan parçaların tasarımında gerilme yığılmasına neden olan
keskin
e, çentik ve ani kesit değişiminden kaçınmak gerekir. Ayrıca,
tekrarlı
lmeye maruz kalan parçaların yüzeyleri taşlanarak veya
parlatılarak
ılma ömürleri uzatılabilir.
B,,,
çatlak başlangıcı, B: Çatlak ilerleme bölgesi, C: Kırılma veya
yırtılma
1 10.32 Yorulma sonucunda kırılan parçanın yüzeyinin şematik
resmi.
t
,
-S
T :1
10.33 Yorulma sonucunda kırılan bir parçanın yüzeyinin fotoğra
fi.
Malzeme Muayenesi 327
.2.7 Sücünme Deneyi
Sabit sıcaklıkta, sabit yük veya sabit gerilme altında tutulan malzemelerin
tnanla kalıcı şekil değişimine uğraması olayına sürünme denir. Sürünme,
tallerde mutlak ergime sıcaklığının yaklaşık %30’unun, seramiklerde ise
ıtlak ergime sıcaklığının %40’nın üzerindeki sıcaklıklarda meydana gelir. Bu
denle, sürünme deneyi bir yüksek sıcaklık deneyi olarak kabul edilir ve bu
ney standartlara uygun olarak hazırlanan numunelere sürünme makinalarında
Lit sıcaklıkta ve sabit yük ya da gerilme uygulamak suretiyle gerçekleştirilir.
bit sıcaklık ve sabit yük altında yapılan deneylerde numunenin boyunda
ydana gelen uzama miktarı bir uzama ölçer yardımıyla sürekli olarak
ülür. Sürünme deneylerinde ölçülen yüzde uzama veya birim uzamanın
mana göre değişimini gösteren eğriler çizilir ve bu eğrilere sürünme eğrileri
ı verilir. Şekil 1O.34’de tipik bir sürünme eğrisi verilmiştir. Bu eğride
rüldüğü gibi sürünme: (a) Yüklemeyi izleyen ani uzama, (b) birincil sürünme
ya geçiş sürünmesi, (c) ikincil veya kararlı sürünme ve (d) üçüncül sürünme
mak üzere dört devreden oluşur. Sürünmede etkin olan iki mekanizma vardır.
ınlardan biri deformasyon sertleşmesi veya pekleşme, diğeri ise
parlanmadır. Birincil sürünme devresinde pekleşme hızı, toparlanma hızından
tha yüksektir. Bu nedenle, birincil sürünme devresinde sürünme hızı gittikçe
alır. Ikincil veya kararlı sürünme devresinde ise, pekleşme ve toparlanma
zları yaklaşık olarak birbirine eşittir. Bu nedenle, bu devrede sürünme hızı
men hemen sabittir. Üçüncül sürünme devresine gelindiğinde numunede
yun verme başlar ve yük taşıyan gerçek kesit alanı azalır. Bu devrede
ımuşama hızı, pekleşme hızını geçer ve bu nedenle şekil değiştirme hızı
ımune kırılıncaya kadar sürekli artış gösterir. Sünek malzemelerde sabit yük
rine, sabit gerilme uygulamak suretiyle üçüncül sürünme devresi önlenebilir.
iylece parçanın sürünme ömrü artırılabilir.
Malzemelerin sürünme davranışı hakkında dikkate alınması gereken en
ıemli parametrelerden biri ikincil veya kararlı sürünme hızıdır. Kararlı
[rünme hızı sürünme eğrisinin doğrusal kısmının eğimi olup,
k
=
clt
sürünme
ikincil
çoğunda
ığıntısı ile belirlenir. Ancak metalik malzemelerin
zı aşağıda verilen evrensel bağıntıyla hesaplanır.
£‘ks
=Ad’exp(—-)
u bağıntıda yer alan 8ks kararlı sürünme hızını, A malzeme sabitini, a
talzemeye etkiyen gerilmeyi, n gerilme üssünü, Q sürünme için aktivasyon
ıerjisini, R gaz sabitini (8,31 Jmo[’K1) ve T mutlak sıcaklığı gösterir. Bazı
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
alik malzemelerin kararlı sürünme hızlarının belirlenmesinde ise aşağıda
len genel bağıntı kullanılabilir.
=
B(o- a<f’ exp( - —)
ada o uygulanan gerilme, o malzeme için ölçülen sürtünme gerilmesi ve
) etkin gerilme ve p etkin gerilme üssüdür. Sürtünme gerilmesi (ob)
lme-gevşeme deneyleriyle belirlenebilir.
1 Üçüncül
ürünme
devresi
1= sabit
F veya a = sabit
İkincil veya kararlı
sürünmedevresi
N
:Z
:
:
_
1
1
Birinci
surunme
devresi
1
1
1
1
M
ı
£ks
tanO
ks
de/dt
=
/t veya
___4____ —
Ani uzama
Zaman (t)
tl 10.34 Tipik bir sürünme eğrisi.
Sürünme hızı ve sürünme ömrü, uygulanan gerilmeye ve sıcaklığa
ıdır. Gerilme ve sıcaklık artıkça malzemenin sürünme hızı artar, sürünme
U ise azalır. Bu durum Şekil 10. 35a ve b’de görülmektedir. Malzemelerin
ii bir sıcaklıkta ve belirli bir gerilme altındaki sürünme ömürleri kısa süreli
nme deneyleri ile belirlenebilir. Kısa süreli sürünme deneyleri,
emelerin nispeten kısa zaman içerisinde kırılmasına neden olan yüksek
dıklarda ve yüksek gerilmeler altında yapılır. Sürünme, yüksek
dıklarda kullanılan parçaların tasarımında göz önüne alınması gereken bir
rmasyon şeklidir. Özellikle, yüksek sıcaklıklarda kullanılan parçaların
Malzeme Muayenesi 329
. Ergime
ünmeye dirençli veya dayanıklı maizemelerden yapılması gerekir
oldukları
klı
dayanı
eye
sürünm
aklığı yüksek olan iri taneli malzemelerin
inmektedir.
T
=
sabit
c3
i < E2< E3
Zaman
(a)
F veya a
=
sabit
1
Tı <T2<T3
1< 2< 3
Zaman
(b)
ışına
ekil 10.35 (a) Gerilme ve (b) sıcaklığın malzemelerin sürünme davran
tkilerini gösteren eğriler.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
2.8 Süneklik Deneyleri
Süneklik deneyleri, bazı malzemelerin plastik şekil değişimine
ne kadar
erişli olduklarını belirlemek, ısıl işlem veya plastik şekil değişti
rmenin
lzemelerin sünekliğine etkilerini incelemek ve malzemelerin
plastik şekil
;iştirme yeteneklerini karşılaştırmak amacıyla yapılır. Süneklik
deneyleri
relde ikiye ayrılabilir. Bunlardan biri eğme deneyi, diğeri de Erichs
en veya
:ertme deneyidir. Eğme deneyinde çubuk biçiminde malzeme, Erichs
en veya
ertme deneyinde ise sac malzeme kullanılır.
Z.8.1 Eğme Deneyi
İki destek üzerine serbest olarak yerleştirilen daire veya dikdörtgen
kesitli
deney parçasının ortasına bir kuvvet uygulandığında meydana
gelen şekil
işimine eğilme denir. Eğme deneyinde, malzemeye ait deney parças
ı kuvvet
si ile belirli çaptaki bir mandren (mandrel) etrafında eğilir.
Deney
asının kırılmaması durumunda 180°’lik eğilme için gerekli kuvvet
ölçülür.
tey parçasının kırılması durumunda ise, kırılmanın meydana geldiği
andaki
me açısı ile uygulanan yük ölçülür. Metaller genelde soğuk
olarak eğme
yine tabi tutulurlar. Ancak, sıcaklığın sünekliğe etkisinin
belirlenmesi
irse malzeme değişik sıcaklıklara kadar ısıtılarak eğme deneyi
ne tabi
lur. Basit bir eğme deneyinin prensip şeması Şekil 1O.36’da
görülmektedir.
ıe deneyi sonucunda malzemelerin şekil değiştirme özellikleri
hakkında
ilen genel bilgilerin yanında eğilme momenti, eğilme dayanımı,
esneklik
ülü ve eğilme miktarı gibi değerler de hesaplanır.
Mandrel
Mesnet
10.36 Eğme deneyinin prensip şeması.
Mesnet
Malzeme Muayenesi 331
.2.8.2 Erichsen veya Çökertme Delleyi
ne
Erichsen deneyi, metalik sac ve bantların plastik şekil değiştirmeye
kare
kesilen
üde elverişli olduklarını belirlemek için yapılır. Metal sacdan
tutturulur.
sıkıca
irilip,
yerleşt
arasına
kalıp
imindeki numuneler iki
ndeki
biçimi
küre
Yarım
r.
mm’di
75
e
ımunelerin kenar uzunluğu geneld
eye
yüklem
kadar
aya
kırılınc
e
numun
nba, numunenin merkezine bastırılır ve
bu
ve
ölçülür
ği
derinli
vam edilir. Çökertilen fincan biçimindeki kısmın
Bu
anır.
tanıml
olarak
.ğer süneklik indeksi ya da Erichsen çökertme değeri
ne ölçüde
neyden elde edilen süneklik indeksi, saciarın derin çekmeye
Şekil
verişli olduklarını gösterir. Erichsen deneyinin prensip şeması
10.37b’de
).37a’da, sac numunesinin deney sonucundaki şekli de Şekil
rülmektedir.
(a)
(b)
bir
ekil 10.37 Çökertme deneyinin prensip şeması ve bu deneye tabi tutulan
umunenin görünümü.
0.2.9 Burulma Deneyi
Burulma deneyi metalik malzemelerin kayma elastisite modülü, kayma
.
kma modülü ve kırılma modülü gibi özelliklerinin belirlenmesi için yapılır
geniş
çok
alanı
m
kullanı
n
am anlamıyla standartlaştırılmış olan bu deneyi
teğildir. Ancak plastik deformasyonu ilgilendiren teorik çalışmalar ile bazı
,
rıühendislik uygulamaları için oldukça yararlı bir deneydir. Burulma deneyi
nmış
>iri sabit diğeri hareketli olan iki çeneye sahip ve özel olarak tasarla
sıkıca
nakinalar yardımıyla yapılır. Hazırlanan numuneler her iki çeneye
e
Böylec
rülür.
döndü
kadar
aya
e
kırılınc
utturulur ve hareketli olan çene numun
deney
ti
a
momen
burulm
urulma açısı ve deney numunesinin bir ucuna etkiyen
a
üresince kaydedilir. Elde edilen değerlerden yararlanılarak, burulm
çizilir.
liyagramı olarak adlandırılan burulma momenti-burulma açısı eğrisi
amı
ekil 10.38’de metalik malzemeler için tipik bir burulma diyagr
görülmektedir.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Burulma deneyinde gerilmenin kolayca hesap edilmesi için daha çok daire
itli numuneler kullanılır. Deney sırasında, uygulanan burulma momentinin
isi ile numunede kayma gerilmeleri oluşur ve bu gerilmeler numunenin
rkezinden yüzeyine doğru doğrusal olarak artar. Kayma gerilmesi
nunenin merkezinde sıfır (0) iken, yüzeyinde maksimum değerdedir. Bu
[enle, burulma deneyinde ince cidarlı boru şeklindeki numunelerin
lanılması tavsiye edilir. Boru şeklindeki numunelerin kesitleri boyunca
enli (üniform) kayma gerilmeleri oluşur. Burulma deneylerinde tüp ya da
u kullanılması durumunda ezilmeye meydan vermemek için numune
rının güvenli bir biçimde tutturulması gerekir. Burulma deneyi sonucunda
Lzemenin kayma akma mukavemeti, rijitlik ya da kayma modülü ve kayma
kavemeti belirlenir. Kayma akma mukavemeti, akma gösteren
zemelerde akma noktasına, akma göstermeyen malzemelerde ise 0,002
ece/mm’lik burulma açısına karşı gelen burulma momentinden (MA)
ırlanılarak hesaplanır. Kayma mukavemeti ise, kırılıncaya kadar malzemeye
ulanan en yüksek kayma gerilmesinin hesaplanması ile belirlenir.
MA
ii
0
t’
dce/mm
Burulma açısı
1 10.38 Metal malzemeler için burulma diyagramı.
9.1 Kayma Gerilmesinin Belirlenmesi
Burulma deneyine tabi tutulan numunelerde meydana gelen kayma
melen aşağıdaki bağıntılarla belirlenir.
Malzeme Muayenesi 333
T
r=
b) Boru şeklindeki numuneler için:
16M
2M
.
•
a) İçi dolu yuvarlak numuneler ıçin:
=
=
ytr
—-
rd
2
ır(d24 —d14)
nan burulma
ıradaki formüllerde v kayma gerilmesini, M numuneye uygula
enin iç
mentini, d içi dolu numunenin çapını, d1 boru şeklindeki numun
pını ve d2 de boru şeklindeki numunenin dış çapını gösterir.
.2.9.2 Kayma Elastisite Modülünün Belirlenmesi
formülü ile hesaplanır. Bu formülde G
Kayma elastisite modülü, G =
T
şekil değiştirme aşamasında herhangi bir
elastik
r
ünü,
modül
te
ıyma elastisi
ini gösterir.
)ktadaki kayma gerilmesini ve ykayma elastik birim şekil değişim
-
ayma birim şekil değişiminin değeri
(r
=
Ş)
içi dolu numune için yukarıda
olarak bulunur. Burada r
7C8d4
r.
amunenin yarıçapını, £ ölçü uzunluğunu ve 8 burulma açısını gösteri
a etkisi
burulm
ğından
olmadı
konusu
söz
Burulma deneyinde boyun verme
gelen
na
meyda
ile
etkisi
inin
e meydana gelen kırılma, çekme kuvvet
ti
momen
a
burulm
sı,
ırılmadan farklıdır. Sünek malzemelerin kırılma
kırılma
elerin
üzlemine dik bir düzlemde meydana gelir. Gevrek malzem
nda kırılan
üzeyleri ise helezonu andırır. Şekil İO.39’da burulma sonucu
aya maruz
evrek bir malzemenin parçaları görülmektedir. Bu parçalar burulm
zorlanan
aya
Burulm
.
ektedir
gösterm
şeklini
alan gevrek malzemelerin kırılma
gelir.
na
meyda
ma
oru biçimindeki malzemelerde ise burkul
rilen formülde yerine konulursa, G
..
na gelen
ekil 10.39 Burulmaya maruz kalan gevrek bir maizemede meyda
urılma biçimini gösteren fotoğraf. [6]
Download

dt - A. Alper Cerit, PhD