Çekme Deneyi

1-      DENEYİN ADI : Çekme Deneyi

2-      DENEYİN AMACI:

Malzemelerin tek eksenli ve kesit üzerinde homojen yayılan bir çekme gerilmesi altındaki davranışını incelemek ve mekanik özellikleri hakkında bilgi edinmek. Ayrıca çekme deneyi malzemelerin mukavemetleri hakkında esas dizayn bilgilerini saptamak amacı ile de geniş çapta kullanılır.  

3-      TEORİK BİLGİ :

Çekme deneyi, standartlara göre hazırlanmış deney numunesinin tek eksende, belirli bir hızla ve sabit sicaklıkta koparılıncaya kadar çekilmesidir.Deney sırasında, standart numuneye devamlı olarak artan bir çekme kuvveti uygulandığında, aynı zamanda numunenin uzaması da kaydedilir.

Çekme deneyi bizlere numunenin birçok temel mekanik özelliği hakkında bilgiler vermektedir. Bunlardan bazıları;

¨Elastiklik Modülü

¨Elastik sınırı

¨Akma Gerilmesi

¨Çekme Dayanımı

¨Tokluk

¨% uzama

¨% kesit daralması

¨Relizyans  ‘dır.

Çekme testinde uygulanan kuvvet ilk kesit alanına bölündüğünde normal gerilme (s), boyca uzama farkı ilk boya bölündüğünde ise birim şekil değiştirme(e) elde edilir.

Çekme gerilmesiÞÞÞs=F/A0  N/mm^2

Birim şekil değiştirmeÞÞÞe=Dl/l0

Yüzde uzamaÞÞÞ%e=100*(Dl/l0)

Yukarıdaki formüllerde;

F= Çekme Kuvveti      A0(S0)=Kesit alanı       s=Çekme gerilmesi         l0=ilk boy       Dl=Boyca uzama miktarı ‘dır

Yukarıdaki gibi hazırlanmış bir numuneye çekme testi uygulandığında yukarıdaki formüller yardımıyla bulunan Çekme gerilmesi ve Birim şekil değiştirme değerleri kullanılarak bir grafik çizilir.Bu grafiğe gerilim-gerinim grafiği denilir.

            

Yukarıdaki grafiklerde ismi geçen bazı terimleri açıklamak gerekirse;

Elastise Modülü:Kuvvet ile zamanın orantılı olduğu bölgedeki doğrunun eğimine elastise modülü denir.

Akma Sınırı: Akma gerilmesi, kullanılan metal veya alaşıma bağlı olarak plastik deformasyonun önemli derecede arttığı ve çekme grafiğinin düzensizlik gösterdiği gerilmedir. Akma sınırı belirgin olmadığında bunun yerine % 0.2 plastik uzama değeri alınır. Buna da % 0.2 sınırı denir.

            Öncelikle gerilme ve çekme genliği grafiğinde Hooke doğrusuna paralel bir çizgi çizilir.  Bu çizginin daha önce çizilmiş olan çizgiyle kesiştiği yerde gerilme eksenine göre bir yay çizilir. Gerilme ekseniyle yayın kesiştiği yer % 0.2 ‘lik akma sınırını ifade eder

Çekme Dayanımı: Çekme grafiğindeki maksimum gerilmedir. Bu gerilmeye kadar deneyde kullanılan numunenin kesiti her tarafta aynı oranda azaldığı halde, bundan sonra numune belli bir bölgede büzülür ve küçük bir gerilmeyle kopar. Bir metal ne kadar sünekse, kopma gerçekleşmeden önce numune o kadar boyun vermektedir.

Kopma Uzaması:Test sırasında numunenin toplam uzamasına, metalin süneklik değeri denir. Daha genel olarak, malzeme ne kadar sünekse, deformasyon da o kadar fazla gerçekleşir. Başka bir deyişle daha fazla kopma uzaması oluşur. Buna şöyle bir örnek verebiliriz. İnce  bir alüminyum uygun koşullarında, yüksek bir kopma uzama değerine sahiptir. Bu değer %35’tir.  Yine aynı kalınlıkta fakat yüksek dayanımlı ve uygun koşullarda olmayan alüminyum alaşımına baktığımızda ise kopma  uzaması değerinin azaldığını ve %11 olduğunu görürüz

                Kopma uzaması, malzemenin sünekliğinin ölçümünün yanı sıra, kalitesi hakkında bize bilgi verdiği için de önemli bir kavramdır.

Kopma Büzülmesi: Metal ve alaşımların süneklikleri büzülmenin meydana geldiği alanda tespit edilir. Bu , genellikle testte kullanılan 0.50 mm. çapındaki numuneyle ilgilidir. Test sonucunda kopma anındaki büzülme ölçülür. Kopma yüzdesi ilk ve son yarıçaplar göz önüne alınarak aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanır.

Gerinim-Gerilme eğrisinin altında kalan alan bize malzemenin tokluk değerini vermektedir.Tokluk ; plastik deformasyon karşısında absorbe edilen enerji miktarıdır.
Gerilim-Gerilme grafiği üzerinde gerilme ve gerinimin doğru orantılı olduğu bölgele elastik bölge denilir. Elastiklik modülü bu bölgeden yararlanılarak hesaplanır.Elastiklik bölgede numune üzerinden yük kaldırıldığında numune ilk boyutlarına geri dönmektedir.

Gerilim- gerinme grafiğinde orantı sınırının değiştiği bölge plastik deformasyonun başladığı bölgedir.Bu bölgeye girildiğinde malzeme üzerinde kalıcı deformasyon gerçekleşir ve yük kaldırıldığında numune eski boyutlarına dönemez.Düşük karbonlu çeliklerde bu bölgeye girildiğinde bariz bir zigzaglı akma görülmektedir. Diğer metallerde bu zigzaglı bariz akma bölgesi görülemez ve akma değerlerinin bulunabilmesi için daha önce bahsi geçen R0,2 kullanılır.

Gerilim-gerinim eğrisinde Fmax ın Fkopma’dan daha büyük çıkmasının sebebi zamanla azalan kesit alanıdır. Sürekli azalan kesit alanından dolayı numune dayanabileceğinden daha düşük bir yükle kopar.

Gerçek Gerilme Gerinme Değeri: Gerilme ; numuneye uygulanan F kuvvetinin kesit alanına bölünmesiyle ortaya çıkan değerdir. Çekme deneyi sırasında kesit alanı sürekli olarak değişim gösteriyorsa , gerilme tam olarak ölçülemez. Deney sırasında numune boyun vermeye başlayınca gerilmede bir azalma, genlemede ise bir artma söz konusudur. Bu esnada gerilme değeri grafik üzerinde de maksimum değerine ulaşmıştır. Numune ilk olarak boyun verdiği anda gerilme değeri , gerçek gerilme değerinin altında kalır. Gerçek gerilme ve gerçek genleme değerleri şöyle bulunabilir.

Çekme Deneyinde Dikkat Edilmesi Gerekenler:

¨Yükleme hızı belli sınırlar arasında kontrollü olarak yapılmalıdır.

¨Numune 10d0 olarak ölçtüğümüz uzunluğun ortasından kopmadığı taktirde kopma bölgesini numunenin orta noktası şekline getirmek için gerekli düzenlemeler yapılmalıdır.

¨Numuneler standartlara uygun seçilmelidir.

¨Numune yüzeyi pürüzsüz ve temizlenmiş olmalıdır.

4-NUMUNE TANIMI:

Çekme deneyinde genellikle 2 tip numune kullanılmaktadır.Bunlar Dikdörtgen kesitli yassı ve yuvarlak kesitli numunelerdir. Bu numunelerin kalın taraflarına kafa ismi  verilir ve bunlar sadece çeneleri tutma görevi üstlenir.Deney içinde kafaların deney verilerine hiçbir katkısı yoktur. Bizi ilgilendiren kısım 2 kafa arasında kalan kısımdır.

Deney sonuçlarının karşılaştırılabilir olması amacıyla deney numuneleri DIN 50125, 50109, 50114’te standartlaştırılmıştır. Bu standartlarda belirtilen numunelere kısa veya uzun olarak hazırlanabilir. Dairesel kesitli numunelerde Lo/do kısa çubuklar için 5, uzun çubuklar için 10 alınır.

Dairesel olmayan kesitlerde ise  veya      standartları geçerlidir.

Örneğin numune nervürlü ise kesit alanı olarak eş değer kesit alanı bulunur ve o değer numunenin kesit alanı olarak kabul edilir.

Deneyde TS 138 EN 10002-1 Ek C ‘ye göre hazırlanmış 2 Adet Çekme Numunesi(Alüminyum ve İnşaat demiri) Kullanılmıştır.

5-KULLANILAN CİHAZ ve DONANIMLAR:

Deneyde Kumpas, Nervürlü inşaat çeliği numune, Al numune , Hidrolik çekme cihazı ve mekanik çekme cihazı kullanılmıştır.

7-DENEYİN YAPILIŞI:

Öncelikle nervürlü inşaat çeliği için;

Çekme deney cihazının hidrolik mekanizmaları çalıştırılarak deneye ilk adım atılmış oldu.Nervürlü inşaat çeliği numune çeneler arasına düzgün biçimde sıkıştırıldı ve hidrolik cihaz yardımıyla belirli bir hızda çenelerin birbirinden ayrılması sağlandı. Numuneler çenelere sıkıştırılırken numune başlarını ezecek kadar çok sıkıştırmamak yada çenelerden kurtulabilecek kadar gevşek sıkıştırılmamalıdır. Bilgisayara numunenin ağırlık, boy ve yoğunluk değerleri girildi ve deneye başlandı. Cihaz bir bilgisayara bağlı olduğundan deney hakkındaki tüm bilgiler bir monitörden izlendi ayrıca deneyin gerilim-gerinim grafiği de yine cihaz tarafında çizildi.Numunenin boyun vermesi çıplak gözle gözlemlendi.Numune kopana kadar deneye devam edilir ve monitörden koptuğu andaki değerlere bakılarak gerekli veriler elde edildi.

Daha sonra bilgisayardan alınan veriler vasıtasıyla nervürlü inşaat demiri için istenilen Akma sınırının değeri hesaplanır.İnşaat demirinin gerilim-gerinim grafiğinin akma bölgesindeki alt akma ve üst akma sınırlarının aritmetik ortalaması alınarak Akma değeri hesaplanabilir. Hidrolik çekme cihazından elde edilen veriler ek vasıtasıyla rapora eklenmiştir.

Al numune için mekanik çekme cihazı kullanıldı. Mekanik çekme cihazının üzerindeki skalalar yardımıyla kopma ve maksimun kuvvetler elde edildi.5 tona ayarlı ve her çizgi arası 20 kg olan bu mekanik deney cihazı üzerindeki kırmızı skala Fmax siyah skala ise F kopma değerini göstermektedir. Buradaki kırmızı ibre serbest siyah ibre ise iticidir.Mekanik test cihazında çekme testine tabi tutulan alüminyum numune için bir kalem ve kağıt vasıtasıyla gerilim-gerinim grafiği çizildi.Numune boy değişimi, kesit alanı değişimi hesaplandı.

9-SONUÇ

Çekme deneyi sonunda tek eksende çekme gerilimi altında kalan malzemelerin ne gibi davranışlar sergildiği öğrenildi.Gerilim-gerinim eğrisi kullanılarak malzeme hakkında bilgi edinmek ve bu bilgileri doğru şekilde kullanma yetisi kazanıldı. Çekme deneyinin malzemenin yüzde kesit daralması,elastiklik,çekme-akma dayanımı gibi bir çok mekanik özelliğini bulmada yardımcı olduğu belirlenmiştir.

10-KAYNAKÇA :

1-Yıldız Teknik Üniversitesi – Mekanik Metalurji Deney Föyü

2-Malzeme Bilimi ve Mühendisliği William F. Smith

3-Ahmet Sağın Mekanik Metalürji Ders Notları(YTÜ)

4-Şerafettin Eroğlu Malzeme Bilimi Ders Notları(İstanbul Üniv.)

5-İstanbul Teknik Üniversitesi Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri