1)DENEYİN ADI : Sürünme Deneyi
2)DENEYİN AMACI
Belli sıcaklık ve
gerilim altındaki malzemede zamana bağlı oluşan plastik deformasyonun ölçülmesi,
bu değişimin mekanizmasının
belirlenmesi ve malzemenin sürünme davranışının incelenmesi.
3)TEORİK BİLGİ
Sürekli olarak sabit sıcaklık, sabit yük veya basınç altında
bulunan bir metal veya alaşımın zaman içinde çok küçük hızlarda göstermiş
oldukları deformasyon sürünme olarak adlandırılır. Metal ve alaşımlarının
sürünmesi özellikle yüksek sıcaklıklarda çalışılan metal ve alaşımların
kullanıldığı mühendislik uygulamalarında önemlidir. Yüksek sıcaklıklar için
düşünülen birçok mühendislik tasarımında malzemenin sürünmesi çalışma sıcaklığını
sınırlayan etmendir. Sürünme her ne kadar yüksek
sıcaklıklarda gerçekleşiyorsa da sürünmeyi tüm sıcaklık aralıklarında
gözlemlemek mümkündür. Düşük ergime sıcaklığına sahip metaller hariç metallerin
oda sıcaklığındaki sürünmeleri ihmal edilebilir düzeydedir. Sıcaklık arttıkça
sürünme hızında da artış gözlenir. Özellikle
0,4Tm ve üzeri sıcaklıklarda sürünme hızı önemli oranda artış
gösterir. Tasarlanılan bir malzeme oda sıcaklığında kullanılacak ise sadece
gerilme değerleri göz önünde bulundurulabilir örneğin sadece malzemenin üzerine
gelen gerilmenin akma gerilmesinden düşük olması yeterlidir. Fakat yüksek sıcaklıkta
çalışan bir malzeme için durum farklıdır malzemenin yüksek sıcaklıktaki
kalıcı deformasyonu zamana bağlı olarak değişebilir. Bir malzemenin yüksek
sıcaklıkta sürünme ile göstereceği kalıcı deformasyon için gerekli basınç
değeri o malzemenin aynı sıcaklıkta çekme deneyi ile elde edilecek akma
dayanımının çok altında olabilir. Sürünme zamana-bağlı kalıcı deformasyon
olarak ta tanımlanır ve kristal veya amorf yapılarda görülebilir. Malzemelerde
sürünme dislokasyon hareketliliği ve atomların difüzyon akışı gibi bir kaç
faktöre bağlıdır.
Sürünme Eğrileri
Sürünme deneyinden sonra elde edilen
veriler zaman-uzama grafiğine aktarılacak olursa bir sürünme ergisi çizmiş
oluruz. Tam olarak sürünme işlemi içerisinde görünmemekle birlikte önemi ihmal
edilemeyen 0`dan A`ya olan ilk uzama test edilecek yük parça üzerine uygulanır
uygulanmaz gerçekleşir. Bu uzamaya ani uzama ya da başlangıç uzaması denir.
Bu bölüm dışında kalan
eğri üç bölümde incelenebilir. (e0) bölgesini yani başlangıç uzaması
bölgesini takiben gerinme hızının zamanla düştüğü birincil veya azalan sürünme
bölgesi olarak adlandırılan bölge başlar (A-B). Sürünme eğrisinin eğimi (de/dt) sürünme hızı olarak kabul
edilir. Dolayısıyla birincil sürünme evresine bakıldığında sürünme hızının
zamanla azaldığı görülebilir. Birincil sürünme esnasında metal gerinme
sertleşmesine uğrayarak uygulanan yükü karşıladığından, gerinme sertleşmesi
arttıkça sürünme hızı azalır.2. bölgeye yani kararlı sürünme bölgesine
gelindiğinde (B`den C`ye olan bölge) sürünme hızının
zamanla değişiminin sabit olduğu görülür. İkinci bölgede yüksek
hareketlilikteki aykırı yerleşimlerin (dislokasyonların) katıldığı toparlanma
süreci gerinme sertleştirmesine ters bir etki yaptığından metal kararlı bir
hızda uzamaya (sürünmeye) devam eder. Sürünmenin 2, basamağındaki eğrinin eğimi
(de/dt) en küçük sürünme hızı diye adlandırılır. Kararlı sürünme
esnasında metal ve alaşımların sürünme direnci en yüksektir. Birinci ve üçüncü bölge sürünme gerinmesi artış
oranlarının hızlı olması nedeni ile mühendislik tasarımlarında daha çok ikinci
bölge dikkate alınmaktadır. Son olarak, sürünmenin üçüncü basamağında, sabit
yükle yüklenen numunelerde, numunenin boy vermesi ve özellikle tane
sınırlarında boşlukların oluşması nedeniyle sürünme hızlanır. Bundan dolayı bu
evrede numune iaden kopabilir. Sürünme eğrisinin şekli kullanılan malzemenin
türüne, ortamın sıcaklığına ve basınç değerine göre farklılıklar gösterebilir.
Bunlar numunelerin çalışma serleşmesi ve rahatlama mekanizmalarına büyük oranda
etki eden faktörlerdir. Örneğin sıcaklıktaki artış yumuşama mekanizması olan
dislokasyon tırmanmasını kolaylaştıracağından sürünme hızını arttırır.
εos = A e -H/RT
Eşitlikte εos kararlı sürünme hızı, H,
aktivasyon enerjisi, R genel gaz sabiti, T mutlak sıcaklık ve A
sabit sayıdır. Burada A ve H birer mutlak sabit değil basınç,
sıcaklık ve metalürjik değişkenlere bağlıdır.
Kararlı sürünme hızı basınç artışı ile de
artar. Her ikisi arasındaki ilişki daha çok "Güç Kanunu Eşitliği"
ile ifade edilir.
εos = β σ n
β ve n sabit değerlerdir ( n,
3 veya 8 arasında bir değer alabilir). Aşağıdaki eşitlikte sıcaklık ve basınç
birlikte kullanılmıştır.
εos = K σ n e -H/RT
Şekilde artan sıcaklık ve basıncın sürünme
grafiğine etkisini göstermektedir. Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki
faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer etkilere neden olmaktadır. Bunlar
başlangıç ve kararlı sürünme hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin
kısalması ve üçüncü sürünmenin daha çabuk başlaması ve erken kırılmadır
Malzemenin
yüksek sicaklıklardaki davranışı hakkında en iyi bilgiyi veren sürünme deneyi
yapılış açısından basit olmasına rağmen deney süresi çok uzundur. Deneyler
birkaç ay veya senelerce sürebilir.Deney süresini kısatmak için deney
hızlandırılmış koşullarda yapılır(yüksek sicaklık ve gerilme uygulanarak).
SÜRÜNMEDE GERiNİM
Sürünmede gerinim; gerilime ,sıcaklığa ve zamana bağlıdır. Uzama (a) ve
sürünme hızının (b) zorlanma süresine bağlı olarak değişiminin şematik görünümü
Sürünmede temel olaylar, difüzyon
reaksiyonları ve dislokasyon reaksiyonlarıdır. Eğer basmaya yüklenen boş
yerlerde ve çekmeye zorlanan sahada kristal sınırlarında atomlar yer
değiştirmeyle difüzyon yaparsa ,düşük gerilme ve yüksek sıcaklıklarda yalnızca
difüzyon sonucu olarak kalıcı form değişmeleri görülür. Çekme yüzeylerine
yerleşmiş atom tabakaları sürünme olayı yapar ve bu olayın hızı tane
büyüklüğünün karesiyle ters orantılıdır.
Sürünme Mekaizmaları
A)Dislokasyon sürünmesi:
Malzemede sürünmeden dolayı meydana
gelen kayma hareketleri malzemenin iç yapısında dislokasyonları meydana
getirir. Bu dislokasyonlar tane sınırlarında birikerek malzemenin iç yapısında
mikro boşluklar ve zamanla makro boşluklar meydana getirirler. Makro boşluklar
nedeniyle malzeme hasara uğrar. Sıcaklıkla beraber kayma hareketleri de artacağından sürünme hızı artar.
(c ve n
parametreler)
B)Yayınma Süresi:
Tane sınırlarındaki atomsal bağlar
zayıftır. Sıcaklık etkisiyle daha da zayıflayan tane sınırındaki bu bağlar atom
sınırlarını terk ederek bu kısımların iyiden iyiye zayıflamasına sebebiyet
verir ve bu bölgelerde mikro boşluklar daha sonra zamanla da makro boşluklar
olur ve malzemenin mekanik özellikleri düşer.
(A ve B
parametrelerdir)
C)Tane Sınırı Kayması:
4-NUMUNE TANIMI
Numune,
malzemenin kullanılacağı biçim ve şartlarda alınmalı ve iç yapı bakımından
mümkün olduğu kadar asıl malzemeyi temsil etmelidir. Sürünme deneyi numuneleri
ve çekme deneyi numuneleri benzerdir ve Çekme deneyi standartlarında kullanılan
deney numuneleri, yüksek sıcaklıklardaki deneyler için de elverişlidir. Diğer
boyutlar aynı kalmak şartıyla, paralel kısımla baş kısmının birleşme yerindeki
kavis yerine, elverişli uzunlukta konik bir kısım da bulunabilir. Yüksek
sıcaklıklara çıkıldığında kavrayıcı ile metal başlık arasında genleşme
katsayılarının farkından dolayı bir problem olmaması için vida açılır ya da
basamaklı yapılır. Yüksek sıcaklıklar için baş kısımları basamaklı numunelerin
kullanılması daha elverişlidir.
5-KULLANILAN CİHAZ
ve DONANIMLAR
Sürünme
cihazı, kayıt sistemi, 2tane ekstensometre, 3tane termokulp (termocable).
Sürünme Deneyi Cihazı Üç Kısımdan Oluşur;
- Ekstransometre :Uzamaları ölçmek
için kullanılır
- Kuvvet uygulama düzeni: Test
cihazının arkasındaki yük kesesi.
- Sıcaklık kontrol ünitesi
:Elektrik dirençli bir fırın ve sıcaklığı ölçüp kontrol eden sıcaklık
kontrol ünitesi.
6-REFERANS
STANDARTLAR ve MALZEMELER
Deneyde TS 279 – EN10291
standardında silindirik numune
kullanılmıştır.
7-DENEYİN
YAPILIŞI
Deney
3 ana bolümden oluşmaktadır.
- Elektrik dirençli bir fırın ve
sıcaklığı uygun sekilde ölçüp kontrol eden sıcaklık
kontrol ünitesi
- Uzamaları kontrol etmeye yarayan
parçalar (Ekstansometre)
-Kuvvet
uygulama düzeni
Test numunesinin her 2 tarafı farklı
genleşme katsayılarından yaşanacak problemleri bertaraf etmek için vidalanır. Sürekli sıcaklığın kontrol altında
tutulmasını ve olası sıcaklık sapmalarını gözlemleyebilmek amacıyla termokupl kullanılır. Termokupl numunenin 3
yerine uygulanır(orta ve uçlara). Uzamaları sürekli ölçmek için extansometre test edilecek numunenin üzerine bağlanır(1 üst bir alt bölgeye). Tüm sistem
elektrik fırını içerisine alınır ve sistem belirlenen sıcaklığa(metaller için 0,3-0,5*Tm) kadar ısıtılır. İstenilen sıcaklığa (450°C) ulaşıldığında
numunenin bir ucuna sabit yük uygulanır ve zamana bağlı olarak uzama değerleri kaydedilir. Yük arkadaki yük kefesine belirli
bir yükü koyarak uygulanır. Kaydetme işlemi elektronik bir kayıt sistemi
tarafından yapılır.Bu kayıt sistemi istenilen zaman aralıklarıyla numunedeki
uzamayı ve sıcaklık değişimlerini 100 mm genişliğinde bir çıktı kağıt sayesinde
rapor eder. Sistemin hassas sıcaklık kontrollü olması önemlidir. Bu nedenle
genellikle tüm sistem sıcaklık kontrolü mümkün bir odacıkta bulundurulur. Bu
kayıt sisteminin verdiği rapor belli aralıklarla incelenir ve eğer sıcaklık
koşullarında bir sapma varsa deney iptal edilir. Çünkü sürünme deneyi sabit
sıcaklıkta yapılması gereken bir deneydir. Yine bu rapora göre uzama
verilerinde bir sapma varsa numune ya kopmuştur ya da çalışma boyutlarını
geçmiştir. Ayrıca bu kayıt sisteminin çıktı olarak verdiği rapordan
yararlanılarak uzama-zaman grafiği çizilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder