Form 102-a
ÇEKME DENEYİ DENEYİ Genel Bilgi Çekme deneyi, malzemelerin statik yük altındaki mekanik özelliklerini belirlemek ve malzemelerin
özelliklerine
göre
sınıflandır ılmasını
sağ sağlamak
amacıyla
uygulanan,
mühendislik açısından çok önemli bir mekanik deneydir. Deney, mekanik özellikleri belirlemek amacıyla bir deney parçasının, genellikle kopuncaya kadar, gerilmesini kapsar. Belirlenecek mekanik özellikler: a) Elastisite katsayısı
e) Çekme dayanımı (Maksimum gerilme)
b) Elastiklik sınır ı
f) Uzama (%)
c) Rezilyans
g) Kesit daralması (%)
d) Akma gerilmesi Elastisite katsayısı (E): Gerilme (σ (σ) ile birim şekil değ değişimi ( ∈) arasındaki iliş ilişkiyi belirleyen malzemenin temel özelliğ özelliği olan sabit. σ
=
Eε
Elastiklik sınır ı: Elastik ş Elastik şekil değ değişiminin görüldüğ görüldüğü en yüksek gerilme değ değerine denir. Rezilyans (u r ): ): Elastik şekil değ değişimi esnasında numunenin depoladığı enerji anlamına gelir. Bu enerji, gerilme-birim şekil değ değişimi eğ eğrisinin altında kalan alana eş eşittir. Deney numunenin k ır ılması ile sonuçlanırsa bu enerji geri verilir. Gerilme ile birim şekil değ değişimi arasında lineer bir orantının kabul edilebildiğ edilebildiği en yüksek gerilme değ değeri olan orantısal gerilme (σ (σ pl ) diyagramdan okunarak u r değ değeri aş aşağıdaki formül ile bulunabilir. ur
=
1 σ pl ε pl 2
2
=
1 σ pl 2 E
Akma Gerilmesi: Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaş yaklaşık olarak sabit kalmasına rağ rağmen plastik şekil değ değişiminin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiğ gösterdiği gerilme değ değeridir. Alüminyum alaş alaşımlar ında, akma gerilmesi diyagram üzerinde tam belirli olmadığından, Şekil 1’ deki yöntem uygulanarak akma gerilmesi bulunur. Bu yönteme göre, % 0.2 birim şekil değ değişiminden baş başlayarak eğ eğrinin elastik bölgesine paralel çizilen doğ doğrunun eğ eğriyi kestiğ kestiği nokta akma gerilmesi değ değerini verir.
Form 102-a
Şekil 1. Gerilme-birim şekil değişimi diyagramı Çekme Dayanımı (Maksimum gerilme): Numunenin kopmadan dayanabileceği ve diyagramdaki en yüksek gerilme değeridir. Uzama (%): Son ölçü uzunluğu ile ilk ölçü uzunluğunun fark ının ilk ölçü uzunluğuna oranının yüzde olarak ifadesidir. δ (%)
=
Lu
−
L0
L0
×
100
Kesit daralması (%): İlk kesit alanı ile son kesit alanı fark ının ilk kesit alanına oranının yüzde olarak ifadesidir. Daralma(%)
=
S0
−
S0
Su
×
100
Deney Numunesi Deney parçasının şekli ve boyutlandır ılması Şekil 2 ve Tablo 1’ de gösterilmiştir. Orantısız deney parçası kullanıldığından, TS 138 EN 10002-1 standardı ile belirtildiği şekilde ilk ölçü
Form 102-a
uzunluğu, ilk kesit alanından bağımsız olarak alınır. Numune, AA6061 alüminyum alaşımından (Tablo 2) yapılmıştır. Malzemenin mekanik özellikleri Tablo 3’ te gösterilmiştir.
Şekil 2. Dikdörtgen kesitli deney parçası Tablo 1. Deney parçası boyutlandır ılması
Sembol B Lc Lt So
Değer
Anlam 2 mm Kal ınlık Genişlik Paralel Uzunluk Toplam Uzunluk İlk Kesit Alanı
b 20 mm 110 mm 180 mm 40 mm2 Tablo 2. AA6061
Element Alüminyum (Al) Bak ır (Cu) Magnezyum (Mg) Krom (Cr) Silisyum (Si)
Oran % 97.9 % 0.28 % 1.0 % 0.2 % 0.6
Tablo 3. AA6061 Mekanik Özellikler
Özellikler Yoğunluk (x1000 kg/m3) Elastisite Modülü (GPa) Poisson Oranı Çekme Dayanımı (MPa) Akma Dayanımı (MPa) Uzama Yüzdesi (%)
Değerler (25 °C için) 2.7 70-80 0.33 115 48 25
Form 102-a
Deney Cihazı MTS Universal Test Cihazı, havacılık ve uzay teknolojilerinde kullanılan metal, seramik ve kompozit malzemelerin çekme, basma, eğilme ve yorulma testlerini yapmak amaçl ı kullanılmaktadır. Servo-hidrolik çalışan makine, -40 ile +177 ºC aralığında 100kN’ a kadar statik ve dinamik kapasiteli deneylerde kullanılabilmektedir. Minimum ±10 Hz ve minimum ±1 mm. dinamik test yeteneğine sahiptir. Farklı numunelerin analizi için farklı tipte çeneler kullanılmaktadır. Ayr ıca çoklu uzama yeteneğine sahip ekstansometreler, -129ºC ve +315 Cº aralığında çalışabilen iklimlendirme odası ve yan eksen yükleme özellikleri mevcuttur.
Deneyin Yapılışı Aksi belirtilmedikçe deney 10 °C ile 35 °C aras ındaki bir sıcaklıkta yapılır. Kontrollü şartlarda yürütülen deneyler 23 °C ± 5 °C sıcaklıkta yapılabilir. Cihaz yazılımı çalıştır ılır ve aşağıdaki işlemler uygulanır: •
Deney, MTS Universal Test Cihazı’ nın hidrolik basınç kademelerinin çalıştır ılması ile başlar.
•
Numune, düzenekteki çenelere iki ucundaki genişleyen bölümlerinden sık ıştır ılarak yerleştirilir. Dikkat edilecek husus, sık ıştırma için kullanılan basıncın uygun olması ve çenelerin, numune başlar ını ezip, bu k ısımlardan kopmaya yol açmamasıdır.
•
Daha sonra, cihazın yazılımın içinde bulunan prosedür editörü kullanılarak Şekil 3’ teki programlama yapılır. Prosedürün limit k ısmında, numunenin 10 mm uzamaya uğraması istenerek, gerekli kopmanın olması sağlanır.
•
Otomatik ofset işlemi yapılarak, sinyal yoluyla gelen kuvvet ve uzama değerleri sıf ırlanır.
•
Deneye başlanır. Yazılım yardımıyla bilgisayardan uzama ve kuvvet değişimleri izlenir. Şeffaf koruma paravanlar ını kullanarak çı plak gözle de numune izlenebilir.
•
•
Numune kopana kadar deney devam eder. Kopmanın ardından deney datalar ı incelenir ve kuvvet-uzama ve gerilme-birim şekil değişimi diyagramlar ı çizilir. Mekanik özellikler hesaplanır.
Form 102-a
Şekil 3. Deneyin Programlanması
İlgili Standartlar •
•
• •
Türk Standardı TS 138 EN 10002-1 Metalik Malzemeler-Çekme Deneyi Bölüm 1:Ortam Sıcaklığında Deney Metodu Türk Standardı TS EN ISO 7500-2 Metalik Malzemeler - Tek Eksenli Statik Deney Makinelerinin Doğrulanması - Bölüm 2: Çekme Sürünme Deney Makineleri Uygulanan Yükün Doğrulanması ISO 6892 Metallic Materials - Tensile Testing at Ambient Temperature Second Edition European Standard EN 2002-001 Aerospace Series - Metallic Materials - Test Methods - Part 1: Tensile testing at Ambient Temperature
Kaynaklar Türk Standardı TS 138 EN 10002-1 Metalik Malzemeler-Çekme Deneyi-Bölüm 1:Ortam Sıcaklığında Deney Metodu, TSE, Nisan 2004 Hibeler R.C., Mechanics of Materials, Fourth Edition, Prentice Hall, 2000 http://www.efunda.com/materials/alloys/aluminum/show_aluminum.cfm?ID=AA_6061&sho w_prop=all&Page_Title=AA%206061 MTS User’s Manual Volume 1, MTS Systems Corporation, 2005
