TEKNİK BİLGİLER

GİRİŞ

Bilindiği gibi malzeme seçiminde mekanik özellikler esas alınır. Malzemelerin mekanik özellikleri de iç yapılarına bağlıdır. Malzemelerin iç yapıları ısıl işlemle değiştirilerek mekanik özellikleri iyileştirebilir. Ancak farklı ısıl işlemler mekanik özellikler üzerinde farklı etkiler yapar. Malzemelere istenilen özelliklerin kazandırılabilmesi için uygun ısıl işlemlerin uygulanması gerekir. Uygulanan ısıl işlemin uygun olup olmadığı genellikle tahribatlı malzeme muayenesiyle belirlenir. Tahribatlı malzeme muayenesi de daha çok mekanik deneylerle gerçekleştirilir.

ÇEKME DENEYİ

Çekme deneyi, malzemelerin mekanik özeliklerinin belirlenmesi ve mekanik davranışlarına göre sınıflandırılması amacıyla yapılır. Çekme deneyi, ilgili standartlara göre hazırlanan deney numunelerinin tek eksende ve sabit bir hızla koparılıncaya kadar çekilmesi işlemidir. Türk standartlarında TS 138 A, B, C, D, E ve F olmak üzere altı numune tipi bulunur. Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Aşağıda TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire kesitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numunesi görülmektedir.

Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50 TS 138A şeklinde gösterilebilir. 

Bu deney sonucunda kuvvet (F)-uzama (?l) eğrisi elde edilir. Ancak bu eğri ile birlikte kullanılan numunenin boyutlarını da vermek gerekir. Bu nedenle, bu eğri yerine daha evrensel olan gerilme-birim uzama eğrisi kullanılır. Gerilme-birim uzama eğrisine çekme diyagramı adı verilir. 

Aşağıda normalize edilmiş durumdaki düşük karbonlu bir çeliğin gerilme-birim uzama eğrisi verilmiştir.

Çekme deneyi sonucunda malzemenin orantı sınırı, elastiklik sınırı, akma sınırı ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması, kopma büzülmesi ve tokluk gibi süneklik değerleri belirlenir. Malzemenin cinsine, kimyasal bileşimine ve metalografik yapısına bağlı olan bu özellikleri kısaca şu şekilde tanımlayabiliriz.

a) Orantı sınırı (?0): Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke yasasının, yani ? = E.? bağıntısının geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlayan gerilme değeridir. Bu bağıntıdaki orantı katsayısına (E) elastiklik modülü denir ve bu katsayı çekme diyagramının elastik kısmını oluşturan doğrunun eğimini gösterir. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar büyükse, o malzemenin elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o ölçüde büyük olur.

b) Elastiklik sınırı (?e): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Genellikle, elastiklik sınırı orantı sınırına eşit kabul edilir. Pratikte ?e yerine %0,01 veya %0,005’lik plastik uzamaya karşı gelen gerilme (?0,01 veya ?0,005) değerleri alınır.

c) 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, Bu değer akma kuvvetinin (Fa) numunenin ilk kesit alanına bölünmesiyle (?a = Fa/A0) bulunur. Düşük karbonlu yumuşak çelik gibi bazı malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin akma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermemesi durumunda, genelde %0,2’lik plastik uzamaya (?plastik = 0,002) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma dayanımı olarak alınır.  

d) 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, ?ç = Fmaks/A0 formülü ile bulunur. Burada Fmaks malzemeye uygulanan en yüksek kuvveti, A0 ise malzemenin ilk kesit alanını gösterir.

e) 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; KU (%) = bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir.

f) Kopma büzülmesi (KB): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup, KB (%) = bağıntısı ile hesaplanır. Burada A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, Ak ise kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. Kopma büzülmesi, kopma uzaması gibi sünekliğin bir göstergesidir. Sünek malzemelerde belirgin bir büzülme veya boyun verme meydana gelirken, gevrek malzemeler büzülme göstermezler. Aşağıda gevrek ve sünek malzemelerin kırılma davranışları şematik olarak gösterilmiştir.

g) Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya elastik şekil değiştirme sırasında malzemenin depoladığı enerji demektir. Bu enerji, gerilme (?)-birim uzama (?) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan ile belirlenir ve numune kırılınca geri verilir, 

h) Tokluk: Malzemenin birim hacmi başına düşen plastik şekil değiştirme enerjisi olarak tanımlanır ve malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama veya soğurma yeteneğini gösterir. Tokluk, genellikle ?-? eğrisinin altında kalan alanın hesaplanması ile bulunur. Bu formüldeki ?k malzemede kırılıncaya kadar meydana gelen en yüksek veya toplam birim şekil değiştirme miktarıdır. 

SERTLİK TESTİ

Sertlik, malzemelerin plastik deformasyona karşı direnç gösterebilme kabiliyetidir. 

Sertlik ölçümü, malzemeye bilinen miktardaki bir yük ile başka bir malzeme tarafından yük uygulanması, bastırılması ile ölçülebilir. 

Malzemelerin plastik deformasyona karşı koyabilme direnci akma dayanımı ile alakalı olduğundan, böyle bir kuvvet uygulanmasıyla sertlik göreceli olarak belirlenebilir. 

Batıcı uç olarak elmas gibi sert malzemelerin kullanılmasıyla deformasyon sadece kuvvetin uygulandığı malzemede (test numunesi) sınırlı tutulur. 

Temel Sertlik Ölçme yöntemleri 

1. Rockwell Sertlik Deneyi: Rockwell sertlik deneyi, sabit yük altında, malzeme üzerinde oluşturulan iz derinliğinin ölçülmesi esasına dayanır. Ölçümü yapılacak malzemenin cinsine göre, iz bırakıcı olarak ucu çok az yuvarlatılmış 120°lik konik elmas uç veya 1/16” ve 1/8” çapında çelik bilyeler kullanılır. Yük ise 60, 100 veya 150 kg olarak uygulanır. Her yük-iz bırakıcı kombinasyonu farklı bir Rockwell skalasını oluşturur. Bu skalalardan en çok kullanılanlar Rockwell B ve Rockwell C skalasıdır. Rockwell B skalası yumuşak ve sünek malzemelerde 100 kg yük ve 1/16” çapında çelik bilye kullanılarak uygulanır. Sertliği 35-100 HRB arasında olan malzemelerin sertliğinin ölçümü için uygun sonuçlar verir. Rockwell C skalası sertleştirilmiş çeliklere 150 kg yük ve konik elmas uç kullanılarak uygulanır. Sertliği 20-70 HRC arasında olan malzemelerin sertliğinin ölçümü için uygun sonuçlar verir.

2. Brinell Sertlik Deneyi: Brinell sertlik deneyi, malzeme yüzeyine belirli bir yükün (F), belirli bir çaptaki (D) sert malzemeden yapılmış bir bilye yardımıyla belirli bir süre uygulanması sonucu yüzeyde kalıcı bir iz meydana getirmek esasına dayanır. Daha sonra oluşan kuvvetin oluşan izin küresel yüzey alanına bölünmesiyle Brinell sertlik değeri elde edilir. Deney sonrası sertlik sonucu ifade edilirken BSD işaretinin yanında diğer deney şartları bilye çapı/yük/uygulama süresi sırasına göre bir bilgi eklenir.

3. Vickers Sertlik Deneyi: Vickers sertlik deneyinin kullanım alanı çok geniştir. Çok yumuşak ve çok sert malzemeler için uygundur. Vickers sertlik deneyi, tabanı kare ve tepe açısı 136° olan standartlaştırılmış piramit seklinde bir elmas ucun, değişken yükler altında numune yüzeyine batırılması sonucu bir iz oluşturma esasına dayanır. Deney yükü (F)1 kg ile 100 kg arasında seçilebilir. Deneyden sonra Vickers sertlik değerini bulmak için kare seklindeki izin köşegenleri mikroskop yardımı ile hassas bir şekilde ölçülür.

ÇENTİK DARBE TESTİ

Ani darbelere karşı direnci iyi olan malzeme seçimi için, malzemenin kopmaya karşı direnci darbe testi ile ölçülmelidir. Bu amaçla Charpy çentik deneyini de içeren bir çok test geliştirilmiştir. Bunun için kullanılan numuneler çentikli veya çentiksiz olabilir. V çentik numuneler, malzemelerin çatlağın büyümesine karşı direncini ölçer. Bu testi uygulamak için belli bir ho yüksekliğinde bırakılan ağır bir sarkaç yarım ay şeklinde sallanarak numuneye çarparak kırar. Daha sonra en düşük ho yüksekliğine erişir. Sarkacın başlangıç ve son yükseklikleri bilindiğinde potansiyel enerji farkı hesaplanabilir. Bu fark numunenin kırılması sırasında absorbe edilen yani emilen darbe enerjisidir. Malzemelerin ani darbelere karşı dayanımı malzemenin tokluğu ile ilişkilidir.

Darbe testinde sıcaklığın etkileri 

Malzemenin darbe ile sıcaklıkları arasında bir ilişki vardır. Yüksek sıcaklarda numunenim kopmasını sağlamak için büyük bir emilme enerjisi gereklidir. Halbuki düşük sıcaklarda malzeme daha az bir enerji ile kopar. Yüksek sıcaklarda, malzeme yoğun şekil değiştirdiği için sünek bir davranış gösterir. Ve numune kopmadan önce gerilir yani uzar. Düşük sıcaklarda (-) numune gevrektir ve kopma noktasında çok az şekil değiştirme gözlenir. Yani malzeme kopar. Geçiş sıcaklığı ise malzemenin sünek kopmadan gevrek kopmaya geçtiği sıcaklıktır.

Kullanım sırasında ani bir darbeye maruz kalabilecek malzeme ortam sıcaklığının altında bir geçiş sıcaklığına sahip olmalıdır. Malzemelerin hepsi belirgin bir geçiş sıcaklığına sahip değildir. Örneğin hacim merkezli kübik malzemeler belirli bir geçiş sıcaklığına sahip iken yüzey merkezli malzemeler belli bir geçiş sıcaklığına sahip değildir. Yüzey merkezli kübik malzemeler sıcaklık düştükçe ve yavaşça azalan enerji emme yani yüksek enerji absorbe enerjisine sahiptir. 

Malzemede çentik hassasiyeti

Malzemelerde, kötü işçilik, imalat ve tasarımın neden olduğu çentikler, gerilimin yoğunlaşmasına ve tokluğun azalmasına neden olur. Örneğin malzemelerin çentik hassasiyeti çentikli ve çentiksiz numunelerin absorbe etkileri enerjileri karşılaştırarak bulunabilir. Örneğin sünek dökme demir gibi çentikli bir numunede absorbe edilen enerji miktarı azdır. Buna karşı gri dökme demirdeki lameller şeklindeki grafit çentik etkisi gösterir.

Sonuç olarak darbe testi tasarım kriteri olarak kullanılmaktan çok malzeme seçiminde mukayese amaçlı kullanılmaktadır.

JOMİNY TESTİ

Günümüz endüstrisinde, başarının yakalanabilmesi için malzeme seçimi çok önemlidir.

Zira üretim öncelikle kullanılacak malzeme seçimi ile başlamaktadır. Seçimin amaca uygunluğu büyük önem taşımaktadır. Makine imalat ve yapı sanayinde en çok kullanılan malzeme çelik olduğuna göre çelik seçimi son derece önemlidir.

Sertleşebilirlilik, çeliğin su verme işlemiyle martenzite dönüşümü sonucu sertleşme kabiliyetidir. Sertleşebilirlilik su verme ile elde edilen sertliğin derinliğini saptar. Bu derinlik yüzeyden itibaren %50 martenzit ve beynitin mevcut olduğu mesafe olarak belirlenir. Yüksek sertleşebilirliliğe sahip çelik, büyük bir sertleşme derinliği gösteriyor demektir.

Sertleşme derinliği, takım ve yapı çelikleri için çok önemlidir. Sertleşebilirlilik genellikle sertlik değişimi cinsinden tarif edildiğinden, çelik cinsine C (karbon) basta olmak üzere oranlarına bağlı olarak sertlik değişimidir. Aynı zamanda mikro yapı değişimi olarak da görülebilir. Genel olarak, elementleri perlit, beynit dönüşümleri geciktirerek sertleşebilirliliği arttırır. Ana element olan karbon, çelik özelliklerine en fazla etkili elementtir. Krom dayanımı ve sertleşebilme özelliğini arttırır. Karbonla birleşerek çok sert olan krom karbürü oluşturur. Krom ile birlikte kullanılan nikel, sertliğin derinliğe inmesini sağlar. Cr ve Ni ile beraber kullanılan molibden ise, az miktarda katılması rağmen sertlik ve dayanımı arttırır. Ancak gevreklik oluşumunu ortadan kaldırır . Çeliğin sertleşme sonrası kazanacağı sertlik, tercih faktörlerinden en başta gelenidir. Bu sebepten çeliğin sertleşebilirliliğini belirlemek için östenize edilmiş çeliğe bir uçtan su verilerek Sertleşebilirlilik Deneyi, diğer yaygın adıyla Jominy Deneyi uygulanır. Bu deney, uluslararası düzeyde standartlaştırılmıştır. Aşağıdaki şekilde testten bir görünüm vardır.