Sürünme Deneyi

                                                                                                                                                                                                                             1-DENEYİN ADI :   Sürünme Deneyi

2-DENEYİN AMACIBelli 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 sicaklığını sınırlayan etmendir.Sürünme her ne kadar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşiyorsa da sürünmeyi tüm sıcaklık aralıklarında gözlemlemek mümkündür.Düşük ergime sıcaklığına sahip metaller hariç metallerin oda sicaklığındaki sürünmeleri ihmal edilebilir düzeydedir.Sicaklık arttıkça sürünme hızında da artış gözlenir.Özellikle  0,4Tm ve üzeri sıcaklıklarda sürünme hızı önemli oranda artış gösterir. Tasarlanılan bir malzeme oda sicaklığında kullanılacak ise sadece gerilme değerleri göz önünde bulundurulabilir örneğin sadece malzemenin üzerine gelen gerilmenin akma gerilmesinden düşük olması yeterlidir.Fakat yüksek sicaklıkta 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 uzamayada başlangıç uzaması denir.(e0)

 

 

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 metalurjik 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.

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Yukarıdaki şekilde 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.Sicaklık 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 yada 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 deney cihazı sematik gösterimi(Soldan Görünüş)

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 extansometretest 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.

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !