Rapor No
:
Tarih :
Hazırlayan
:
Kontrol Eden :
: İmza
:
İmza :
ÇALIġMANIN AMACI Çekme deneyi en yaygın olarak kullanılan tahribatlı malzeme muayene yöntemidir. Çekme deneyi malzemelerin statik yük altında elastik ve plastik davranışları ile mukavemeti hakkında tasarım bilgilerini belirlemek ve malzemelerin mekanik özelliklerine göre sınıflandırılmasını sağlamaktır.
ÇALIġMANIN KONUSU Kuvvet – Uzama verileri ile elde edilen diyagramla Gerilme – Birim Şekil Değiştirme diyagramı elde edilerek bu diyagram yardımıyla malzemeye ait akma gerilmesi,maksimum gerilme,kopma gerilmesi,elastise modülü,yüzde uzama ve yüzde kesit daralmasının belirlenmesi.
DENEY DÜZENEĞĠ
DENEYDE KULLANILAN CĠHAZLAR 1-Çekme Numunesi (Çelik malzeme) 2-Shimadzu Çekme Test cihazı 3-Bilgisayar (Trapezium programı) 4- Video Ekstensometre . .
FĠZĠKSEL VERĠLER PARAMETRELER t=2,1 mm(et kalınlığı)
w=9,32 mm(genişlik)
l0=92,05 mm Çekme hızı=2mm/dak
TEORĠK BĠLGĠ Malzemelerin, sabit hızda uygulanan kuvvet karşısında kopmaya karşı gösterdikleri dayanıma çekme dayanımı denir. Deney elektronik olarak desteklenen bir program yardımıyla çalışan makine yardımıyla yapılır. Çekme deneyi için önce test edilecek malzemeden standartlara uygun bir çekme numunesi hazırlanır. d0= Numunenin çapı D= Baş kısmının çapı h= Baş kısmının uzunluğu L0= Ölçü uzunluğu Lv= İnceltilmiş kısmın uzunluğu Lt= Numunenin toplam uzunluğu Elektronik bilgisayar programı sayesinde numuneye uygulanan kuvvet ve kopana kadar olan yüzde uzama ölçülür. Bu veriler bilgisayarda tabloya aktarılarak gerilme- şekil değiştirme eğrileri elde edilmiş olur. Çekme deneyi sabit hızla yapıldığı için statik bir yükleme söz konusudur. Böylece malzemenin mukavemet değerleri belirlenmiş olur.
Bu grafikten malzemeye ait aşağıdaki özellikler okunur: Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır. P A0 Birim Şekil Değiştirme (ε): Malzemeye kuvvet uygulandığı zaman oluşan boy değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranı. L L0 Elastisite Modülü (E): Malzemenin dayanımının (mukavemetinin) ölçüsüdür. Birim uzama ile normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişkinin bir sonucu olup birim uzama başına gerilme olarak tanımlanır. Birim uzama ile normal gerilme (çekme ya da basma gerilmesi) arasındaki doğrusal ilişki şöyle tanımlanabilir:
Malzemeye kuvvet uygulandığında, malzemede meydana gelen uzamalar elastik sınırlar içinde gerilmelerle orantılıdır. Buna “Hooke Kanunu” adı verilmektedir. Elastisite modülü malzemeye ait karakteristik bir özelliktir. Akma dayanımı (a): Uygulanan çekme kuvvetinin yaklaşık olarak sabit kalmasına karşın, plastik şekil değiştirmenin önemli ölçüde arttığı ve çekme diyagramının düzgünsüzlük gösterdiği kısma karşı gelen gerilme değeridir. E
Pa A0 Çekme dayanımı (ç): Bir malzemenin kopuncaya veya kırılıncaya kadar dayanabileceği en yüksek çekme gerilmesi olarak tanımlanır. Bu gerilme, çekme diyagramındaki en yüksek gerilme değeri olup, aşağıdaki formül ile bulunur. P ç m ax A0 Kopma Gerilmesi (σK): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir. P K K A0 Yüzde Kopma uzaması (KU): Çekme numunesinin boyunda meydana gelen en yüksek yüzde plastik uzama oranı olarak tanımlanır. Çekme deneyine tabi tutulan numunenin kopan kısımlarının bir araya getirilmesi ile son boy ölçülür ve boyda meydana gelen uzama L Lk L0 bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise; L KU (%) x100 L0 bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir. Yüzde Kesit Daralması (KD): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup; A AK KD (%) 0 x100 A0
a
bağıntısı ile hesaplanır. Burada A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, Ak ise kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. Ak nın hesaplanması isçin hacmin sabit kalacağı ifadesi kullanılır. L V0 V K A0 L0 AK LK AK A0 0 LK Elastisite Modülü: Çekme deneyi olurken malzemede zorlanmadan dolayı bir gerilim oluşur ve malzeme bir miktar uzar. Malzemedeki bu uzama elastiklik sınırına kadar kalıcı olmayıp, gerilim kalkınca uzama olmaz. Bu uzamaya elastik uzama denir. Malzemedeki gerilimin birim uzamaya bölümü elastisite modülünü verir.
DENEYĠN YAPILIġI Numune alt çenesi sabit, üst çenesi hareketli olan çekme cihazına norm şekilde bağlanır ve çekme işlemi başlar. Bağlanma sırasında numunemize bir kuvvet uygulamış olur. Bu kuvvet ön gerilme kuvvetidir. Verileri alacağımız bilgisayar programında bu ön gerilme kuvveti sıfırlanır. Daha sonra ise hareketli üst çene yardımıyla numuneye yukarı doğru kuvvet uygulanır. Elektronik bilgisayar programı sayesinde numuneye uygulanan kuvvet ve kopana kadar olan yüzde uzama ölçülür. Cihaz üzerinden stroke ve video ekstensometresi olmak üzere iki ayrı uzama miktarı ölçümü alınır. Video ekstensometresi bir noktayı izleyerek ölçüm yapması gerekir bu nedenle üzerinde beyaz çizgileri olan izlerden yararlanılır. Buradaki renk farkı izin takibinde yardımcı olur. Numune kopuncaya kadar gecen kuvvet ve uzama miktarları ve değişimleri veri olarak bilgisayara aktarılmaktadır.
ÇÖZÜM Gerilme değerleri, uygulanan kuvvetlerin ilk kesit alanına bölünmesiyle ve şekil değiştirme miktarı ise uygulanan kuvvet etkisi altındaki boy değişiminin ilk boya bölünmesiyle elde edilir.
Çekme cihazının ölçümlerine göre
Kuvvet - Uzaman Miktarı 6000
Kuvvet
5000 4000 3000
2000 1000 0 0
5
10
15
20
Uzama Miktarı
25
30
35
Stroke için Gerilme - ġekil DeğiĢtirme Grafiği 300
Gerilme σ (MPa)
250 200 150 100 50 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
ġekil değiĢtirme Ɛ Elastisite Modülü: Elastik bölgedeki 11 - 83 arasındaki noktaların gerilim ve şekil değiştirme miktarlarıyla elde edilen elastisite modüllerinin ortalaması alınarak elastisite modülünü bulabiliriz.(Bu işlem Excel yardımıyla yapıldı.)
E
E 44509,03MPa 44,50 GPa
Akma Gerilmesi: Numunenin ilk akmaya başladığı andaki kuvvetin kesit alanına bölünmesiyle akma gerilmesi bulunur. Kuvvet – uzama miktarı diyagramından akma kuvveti yaklaşık olarak 3505 N alındı.
a
Pa 3420 174 ,74 MPa = A0 9,32 x 2,1
Gerilme – şekil değiştirme diyagramından ise akma gerilmesi yaklaşık olarak 175 MPa bulunur.
Çekme Dayanımı: Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden çekme kuvveti 5548 N alındı.
ç
Pm ax 5548 283 ,466 MPa A0 9,32 x 2,1
Kopma Gerilmesi: Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden kopma kuvveti 3177 N alındı.
K
PK 3177 162 ,32 MPa = A0 9,32 x 2,1
Yüzde Kopma Uzaması: L Lk L0
L 30,34mm (Çekme deneyinde numunenin koptuğu andaki uzama verimiz) 30 ,34 L x100 32 ,96 x100 92 ,05 L0
KU (%)
Yüzde Kesit Daralması: A0 9,32 x 2,1 19 ,572 mm 2
AK A0
L0 92 ,05 14 ,72 mm 2 olarak hesaplanır. = 19 ,572 . LK 122 ,39
KD (%)
A0 AK 14 ,72 19 ,572 x100 )= x100 24 .8 olarak hesap edilir. A0 19 ,572
Video Ekstensometre ölçümlerine göre
Kuvvet - Uzaman Miktarı 6000
Kuvvet
5000 4000 3000
2000 1000 0 -5
0
5
10
15
20
25
30
35
Uzama Miktarı Gerilme değerleri,uygulanan kuvvetlerin ilk kesit alanına bölünmesiyle ve şekil değiştirme miktarı ise uygulanan kuvvet etkisi altındaki boy değişiminin ilk boya bölünmesiyle elde edilir.
Video Ekstensometre Gerilme - ġekil DeğiĢtirme Grafiği 300
Gerilme σ (MPa)
250 200 150 100 50 0 -0.1
0
0.1
0.2
ġekil değiĢtirme Ɛ
0.3
0.4
Elastisite Modülü: Elastik bölgedeki 11 - 83 arasındaki noktaların gerilim ve şekil değiştirme miktarlarıyla elde edilen elastisite modüllerinin ortalaması alınarak elastisite modülünü bulabiliriz.(Bu işlem Excel yardımıyla yapıldı.)
E
E 128857,3MPa 128,85GPa
Akma Gerilmesi: Numunenin ilk akmaya başladığı andaki kuvvetin kesit alanına bölünmesiyle akma gerilmesi bulunur. Kuvvet – uzama miktarı diyagramından akma kuvveti yaklaşık olarak 3371 N alındı.
a
Pa 3371 172 ,23 MPa = A0 9,32 x 2,1
Gerilme – şekil değiştirme diyagramından ise akma gerilmesi yaklaşık olarak 172 MPa bulunur. Çekme Dayanımı: Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden çekme kuvveti 5548 N alındı.
ç
Pm ax 5548 283 ,466 MPa A0 9,32 x 2,1
Kopma Gerilmesi: Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden kopma kuvveti 3177 N alındı.
K
PK 3177 162 ,32 MPa = A0 9,32 x 2,1
Yüzde Kopma Uzaması: L Lk L0
L 29,6mm (Çekme deneyinde numunenin koptuğu andaki uzama verimiz) KU (%)
29 ,6 L x100 32 ,156 x100 92 ,05 L0
Yüzde Kesit Daralması: A0 9,32 x 2,1 19 ,572 mm 2
AK A0
L0 92 ,05 14 ,8mm 2 olarak hesaplanır. = 19 ,572 . LK 121,65
KD (%)
A0 AK 14 ,8 19 ,572 x100 )= x100 24 ,33 olarak hesap edilir. A0 19 ,572
SONUÇ ve DEĞERLENDĠRME Çekme cihazından direkt alınan veriler ile video ekstensometre yardımıyla alınan değerlere göre ayrı ayrı gerilme şekil değiştirme diyagramları ile elastisite modülü,akma gerilmesi,çekme dayanımı,kopma gerilmesiyüzde kopma uzama,yüzde kesit daralması hesaplanıp bulunan değerler ile diyagramlar karşılaştırılmıştır. Başlangıç kesit alanı 2 ölçüm için de aynı olduğu için gerilme değerleri de aynıdır.Ama şekil değiştirme miktarlarının ve ölçülen ilk boyların farklı olmasından dolayı 2 çözümle elde edilen yüzde kesit daralması ve yüzde kopma uzaması farklılık gösterir.Ayrıca uygulanan kuvvet aynı olmasına karşın numunenin elastisite modülü 2 çözümde farklılık göstermektedir.Bunun sebebi ise numunenin çeneler arasında kalan kısmında da az da olsa bir uzama mevcuttur.Bu yüzden video ekstensometre yardımıyla alınan veriler yardımıyla elde edilen numunenin özellikleri daha sağlıklıdır.
