Çekme deneyi raporu
TRANSCRIPT
Rapor No : Tarih :
Hazırlayan : Kontrol Eden:
:
İmza : İmza :
ÇALIŞMANIN 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.
ÇALIŞMANIN 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 DÜZENEĞİ
DENEYDE KULLANILAN CİHAZLAR
FİZİKSEL VERİLER PARAMETRELER
t=2,1 mm(et kalınlığı) w=9,32 mm(genişlik) l0=92,05 mm Çekme hızı=2mm/dak
TEORİK BİLGİMalzemelerin, 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 çapıD= Baş kısmının çapıh= Baş kısmının uzunluğuL0= Ölçü uzunluğuLv= İnceltilmiş kısmın uzunluğuLt= 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.
1-Çekme Numunesi (Çelik malzeme)
2-Shimadzu Çekme Test cihazı
3-Bilgisayar (Trapezium programı)
4- Video Ekstensometre
.
.
Bu grafikten malzemeye ait aşağıdaki özellikler okunur:
Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve aşağıdaki formülle hesaplanır.
σ= PA0
Birim Şekil Değiştirme (ε): Malzemeye kuvvet uygulandığı zaman oluşan boy değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranı.
ε= ΔLL0
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:
E=σε
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.
σ a=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.
σ ç=Pmax
A0
Kopma Gerilmesi (σK): Numunenin koptuğu andaki gerilme değeridir.
σ K=PK
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
ΔL=Lk−L0
bağıntısı ile bulunur. Burada Lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, Lk ise numunenin kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise;
KU (% )= ΔLL0
x100
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;
KD (% )=A0−AK
A0
x 100
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.
V 0=V K⇒ A0 L0=AK LK⇒ A K=A0
L0
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.
DENEYİN YAPILIŞINumune 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.
ÇÖZÜMGerilme 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
0 5 10 15 20 25 30 350
1000
2000
3000
4000
5000
6000Kuvvet - Uzaman Miktarı
Uzama Miktarı
Kuv
vet
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350
50
100
150
200
250
300Stroke için Gerilme - Şekil Değiştirme Grafiği
Şekil değiştirme Ɛ
Ger
ilm
e σ
(MP
a)
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=σε
E=44509,03 MPa≃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.
σ a=Pa
A0 =
34209 ,32 x 2,1
=174 ,74 MPa
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.
σ ç=Pmax
A0
=55489 ,32 x 2,1
=283 , 466 MPa
Kopma Gerilmesi:
Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden kopma kuvveti 3177 N alındı.
σ K=PK
A0 =
31779 ,32 x 2,1
=162 ,32 MPa
Yüzde Kopma Uzaması:
ΔL=Lk−L0
ΔL=30 , 34 mm (Çekme deneyinde numunenin koptuğu andaki uzama verimiz)
KU (% )= ΔLL0
x100=30 , 3492 , 05
x100=32 , 96
Yüzde Kesit Daralması:
A0=9 ,32 x2,1=19 ,572 mm2
AK=A0
L0
LK =19 ,572.
92 ,05122 ,39
=14 ,72 mm2
olarak hesaplanır.
KD (%)=A0−AK
A0
x 100)=
14 ,72−19 ,57219 ,572
x100=−24 .8 olarak hesap edilir.
Video Ekstensometre ölçümlerine göre
-5 0 5 10 15 20 25 30 350
1000
2000
3000
4000
5000
6000Kuvvet - Uzaman Miktarı
Uzama Miktarı
Kuv
vet
Gerilme değerleri,uygulanan kuvvetlerin ilk kesit alanına bölünmesiyle ve şekil değiştirme miktarı ise
uygulanan kuvvet etkisi altındaki boy değişiminin ilk boya bölünmesiyle elde edilir.
-0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350
50
100
150
200
250
300
Video Ekstensometre Gerilme - Şekil Değiştirme Grafiği
Şekil değiştirme Ɛ
Ger
ilm
e σ
(MP
a)
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=σε
E=128857,3 MPa≃128,85 GPa
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.
σ a=Pa
A0 =
33719 ,32 x 2,1
=172 ,23 MPa
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.
σ ç=Pmax
A0
=55489 ,32 x 2,1
=283 , 466 MPa
Kopma Gerilmesi:
Çekme deneyi sırasında elde edilen verilerden kopma kuvveti 3177 N alındı.
σ K=PK
A0 =
31779 ,32 x 2,1
=162 ,32 MPa
Yüzde Kopma Uzaması:
ΔL=Lk−L0
ΔL=29 , 6 mm (Çekme deneyinde numunenin koptuğu andaki uzama verimiz)
KU (% )= ΔLL0
x100=29 ,692 ,05
x100=32 ,156
Yüzde Kesit Daralması:
A0=9 ,32 x2,1=19 ,572 mm2
AK=A0
L0
LK =19 ,572.
92 , 05121 ,65
=14 ,8mm2
olarak hesaplanır.
KD (% )=A0−AK
A0
x 100)=
14 ,8−19 ,57219 ,572
x 100=−24 ,33 olarak hesap edilir.
SONUÇ ve DEĞERLENDİRME
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.