1

Dokuz Eyll niversitesi

Mhendislik Fakltesi

Metalurji ve Malzeme Mhendislii Blm

Malzeme Laboratuvar Dersi

Deney Raporu

Grup No: B6

Deney Tarihi: 22.10.2014

Deney Kodu: MMM3003.04

Deneyin Ad: Srnme ve Scaklk lm Deneyleri

Deneyin Amac

Belli scaklk ve gerilme altnda, malzemede zamana bal oluan plastik deformasyonun llmesi

ve deformasyon mekanizmasnn belirlenmesi srnme deneyi ile yaplmaktadr.

Bu deney, zellikle yksek scaklk ve belirli gerilmeler altnda malzemede deformasyon neticesinde

meydana gelebilecek boyut toleransndan sapma ve kopma gibi malzemenin kullanlamaz hle

gelmesine sebebiyet veren koullarn ortaya kmas sonucu, malzeme kullanm mrn tayin etmek

amacyla uygulanmaktadr.

Teorik Bilgiler

A. SRNME

1. Giri

Mhendislik uygulamalarnda, oda scaklnda alan cihaz ve aletler iin kullanlacak malzeme

cinsi ve miktarnn seimi genellikle ekme deneyi sonular gz nnde bulundurularak yaplr.

rnein, mukavemet hesaplarnda malzemenin oda scaklndaki akma dayanm belirli bir emniyet

faktrne blnerek hesaplarda kullanlr.

Yksek scaklklarda alacak alet ve cihazlarn malzeme seiminde, malzemenin alma

scaklndaki akma dayanmnn bilinmesi genellikle yeterli olmamaktadr. zellikle, scakln

yannda gerilme gibi dier faktrler de etkili olunca, malzeme deiik davranlar gsterebilmektedir.

rnein, demir d metaller elastik davranlar gsterebilmektedir. Demir d metaller elastik blgeyi

amayacak bir yk altnda ak havada brakldnda, zamanla bu malzemelerde bir miktar kalc uzama

grlmektedir. eliklerde oda scaklnda bir olaya pek rastlanmaz, ancak 200C scakln zerinde

hissedilmeye balanr. Bu uzama miktar malzeme cinsine, scakla ve uygulanan gerilmeye bal

olarak deiir. [1]

2

Srnme; malzemelerin sabit yk ya da gerilme altnda, yksek scaklklarda, yava ve srekli

olarak, zamanla biim deitirmesidir. [2]

Malzemelerin sabit yk veya gerilme altnda, zamana bal ve kalc olarak deformasyona uramas

olarak tanmlanan srnme, normal artlarda istenmeyen bir olaydr ve ou zaman bir parann mrn

snrlayan bir etkendir. Btn malzeme trlerinde grlen srnme, metallerde 0,3 0,4 Teden,

seramiklerde 0,4 0,5 Teden daha yksek scaklklarda nem arz eder. [3]

Uygulamada srnme olaynn en sk rastland yerler yle sralanabilir: Buhar kazanlar, buhar

trbinleri, gaz trbinleri, frnlar, baz kimyasal veya petrokimyasal ilemlerin gerekletirildii

tanklar, jet motorlar, balistik fze ve roketlerin baz aksamlar, iyanmal motorlar, jet motorlar, uak

motorlar, enerji santralleri, nkleer reaktrler. [1]

Srnme olay kopma ile sonulanaca gibi, bir paray belirli deformasyon sonucunda alma

boyutlarnn toleranslar dna kararak, kullanlmayacak hle getirebilir. Bu nedenle, nispeten yksek

scaklk ve belirli gerilmelerin uyguland yerlerde kullanlacak malzemelerin srnme zelliklerinin

ok iyi bilinmesi gerekir. [1]

2. Srnme Mekanizmalar

Srnme mekanizmalar; yumuama (dislokasyon trmanmas, sl apraz kayma ve boluk yaynm

gibi kendine gelme ilemleri) ve deformasyon sertlemesidir.

2.a. Dislokasyon sertlemesi

Kristal yap ierisinde, dislokasyonlarn kaymas ile plastik ekil deiimi gerekleir. Kayma ile

hareket eden dislokasyonlar, yeni dislokasyonlar olumasna sebep olurlar. Bylece, dislokasyon

younluu artar. Dier yandan, younluu artan dislokasyonlarn hareketi, gerek dier dislokasyonlar

gerekse boluk, arayer, yeralan, kelti, tane snr gibi dier engeller tarafndan engellenmeye balanr.

Baka bir deyile, dislokasyonlarn hareketlerini srdrebilmeleri iin gereken gerilme deeri gittike

artar. Bu duruma deformasyon sertlemesi ad verilir.

2.b. Dislokasyon kaymas

Dislokasyonlarn kayma dzlemlerinde hareketi sz konusudur. keltiler, yabanc atomlar ve dier

dislokasyonlar, dislokasyon hareketinin srekli olmasn engeller. Yine de termal aktivasyon ile

dislokasyonlar engelleri aabilir. Yksek gerilme deerlerinde bu mekanizma meydana gelir.

3

2.c. Dislokasyon trmanmas

Dislokasyonlarn termal aktivasyon ile engelleri amas, deformasyonun tamamn oluturur. Bu da

bo ke ve arayer atomlarn difzyonu sebebiyle kolay hareket etmesinden kaynaklanr.

2.d. Difzyon srnmesi

Uygulanan gerilme altnda bo ke ve arayer atomlarnn kristal yap ierisinde hareketi sz

konusudur. Bu srnme mekanizmas NabarroHerring ve Coble srnme eitlerini iermektedir.

NabarroHerring, yksek scaklkta gerilme destekli difzyon srnmesi iken, Coble srnmesinde

dk scaklkta olduundan difzyon ounlukla tane snrlarndadr.

2.e. Tane snr kaymas

Yksek scaklk krlma tipinin (tane-ii veya taneler-aras), tane snr veya kayma bantlarndan

meydan gelmesinde etkilidir.

3. Srnme Aamalar

ekil 1: Sabit yksek scaklk ve sabit yk altnda ekil deiiminin zamanla deiimini gsteren tipik

bir srnme erisi. Minimum srnme hz /t, ikinci blgedeki dorusal ksmn eimidir. Kopma

mr tr parada kopma gerekleene dek geen toplam sre. [3]

Tipik bir srnme deneyinde, sabit scaklkta bir numuneye sabit bir yk ya da gerilme uygulanr.

Deney srasnda oluan deformasyon veya birim ekil deiimi llr ve birim ekil deiiminin

zamana gre deiimini gsteren bir grafik oluturulur. ou deney, sabit yk altnda gerekletirilir ve

4

srnme mekanizmasnn daha iyi anlalmas iin sabit gerilme altndaki gerekletirilen deneyler de

uygulanabilir. [3]

ekil 1, metallerin sabit yk altndaki tipik srnme davrannn bir ematik gsterimidir. Srnme

aamadan oluur.

3.a. Birincil (I. Blge): Birinci blgede malzeme ykn etkisi altndadr. Bu sebepten, dislokasyon

hareketleri hkim olup, malzemede deformasyon sertlemesi meydana gelir. Fakat dier yandan,

malzeme yksek scaklkta olduundan, tavlama ile i gerilmelerini gidererek kendine gelme imknna

sahiptir. Malzeme birinci blgede, bu iki faktrn etkisi altnda deformasyona devam eder. Her eye

ramen bu blgede deformasyon sertlemesi daha hkim olup, srnm hz gittike der, yani

malzemenin direnci artar.

3.b. kincil (II. Blge): Bu blgede deformasyon sertlemesi ile kendine gelme hz birbirine eittir.

Bu bakmdan kararl srnme blgesi olarak da adlandrlr. Pratikte srnmenin bu safhas ok

nemlidir; zira bu blgede malzemenin srnmeye kar direnci en yksek seviyededir. Mhendislik

dizaynlarnda genellikle bu hz gz nnde tutulur.

3.c. ncl (III. Blge): nc blge, numunenin boyun vermesinden doar. Ayrca, tane

snrlarndaki kaymalarn sebep olduu tane kelerindeki boluklar da etki eder. Kopma, bu blgenin

sonunda meydana gelir.

Dk deney scaklklarnda kopma tane iinde (transgranler), yksek scaklklarda ise tane

snrlarnda (intergranler) olur. Her iki olayn beraber grlecei scakla, ekikohezif scaklk ad

verilir. Ekikohezif scakln altnda, srnme daha ok tane ii elastik hareketlerle oluur ve malzeme

elastik zellikler gsterir. Ekikohezif scakln stnde ise srnmenin tane snrlarndaki viskozumsu

hareketlerle olutuu kabul edilmektedir. [1]

4. Srnmeye Etki Eden Faktrler

Srnmeye etki eden faktrler; yk, scaklk, tane boyutu, alamlama ve metalin ana ktlesidir.

Srnme dayanmnn yksek olmas iin tane boyutu byk olmaldr. Alam elementi ilvesi ile

srnme dayanm iyileir. Ana ktle Mo, Ta, W, Nb esasl ise; srnme dayanm fazladr.

5. Gerilme ve Scakln Etkisi

Scaklk ve uygulanan gerilme seviyesi malzemenin srnme davrann etkiler. 0,4Te deerinin

olduka altnda bulunan bir scaklkta ve ilk ekil deiiminden sonra, ekil deiimi neredeyse

5

zamandan bamszdr. Gerilme veya scakln artmasyla; (1) gerilme uyguland anda meydana gelen

ilk ekil deiimi, (2) kararl srnme hz artar, (3) kopma mr ise ksalr.

ekil 2: Gerilmenin () ve scakln (T), srnme davran zerine olan etkisi.

Kararl srnme hznn, gerilme ve scakln bir fonksiyonu olarak ifade edildii deneylere dayal

(ampirik) ilikiler gelitirilmitir. Gerilmenin srnme hzna olan etkisi aadaki ifadeyle verilmitir:

Bu ifadede K1 ve n malzeme sabitleridir. Scakln etkisi aadaki gibi dhil edilebilir:

Bu ifadede ise, K2 ve Qc malzeme sabitleri, Qc, srnme iin aktivasyon enerjisidir. [3]

6. Veri Ekstrapolasyon Yntemleri

Normal laboratuvar deneylerinden elde edilmesi genellikle pek mmkn olmayan mhendislik

srnme verileri iin Ekstrapolasyon ileminin yaplmas gereklilii sk sk ortaya kmaktadr.

zellikle yllar mertebesinde, uzun sreli srnme artlar iin, bu gerekten gerekli olmaktadr. Bu

problemin bir zm karlatrlabilir bir gerilme seviyesinde, gereinden ok daha yksek

scaklklarda, daha ksa ilem sreleri iin srnme ve/veya srnme kopmas deneylerinin yaplmasdr.

Daha sonra bu deney verilerinden, alma artlar iin ekstrapolasyon yaplr. Yaygn olarak kullanlan

bir ekstrapolasyon yntemi LarsonMiller parametresi yaklam olup, aadaki ifade ile tanmlanabilir:

Bu ifadede C deeri, genellikle 20 mertebelerinde olan bir sabit, T mutlak scaklk (K), tr ise, saat

cinsinden kopma sresidir. Belirli bir gerilme seviyesinde srnme deneyine tabi tutulan bir malzemenin

kopma mr, scakla gre bu parametre sabit kalacak ekilde deiir veya ekil 3teki gibi, srnme

verileri logaritmik lekte gerilme seviyesinin LarsonMiller parametresine gre deiimini gsterecek

ekilde izilebilir.

6

ekil 3: S-590 alamnda, logaritmik olarak gerilmenin, Larson-Miller parametresiyle deiimi.

B. SICAKLIK LM

1. Giri

Scaklk lm teknikleri laboratuvarlarda ve endstride yaygn bir ekilde kullanlr. Bu teknikler;

termometre, termoift, termistr, RTD sensrler ve pirometre gibi cihazlardr.

2. Cva Termometresi ile Scaklk lm

Cva termometresini, deney numunelerinin bulunduu daldrarak lm yaplmas prensibine

dayanr. Doru bir lm alabilmek iin, termometrenin deney kabnn derinlerine daldrlmas ve

lmn birka kez tekrarlanmas gerekir. llen deerler kaydedildikten sonra, kullanlacak scaklk

birimine dntrlmesi gerekir.

3. Termoift ile Scaklk lm

Scaklk lm cihazlarndan biri olan termoift, en yaygn olarak kullanlan cihazdr. Termoift,

ular birletirilmi iki farkl metal tel veya ubuktan olumaktadr. Balant noktasndaki scaklk

deiimi, dier ular arasnda elektrik akm salayan bir kuvvet meydana getirir. Scaklk farkll, bu

kuvvetin lmyle belirlenir. Scaklkta meydana gelen kk deiiklerde Seeback voltaj, scaklkla

lineer olarak deiim gsterir.

(a: Seeback katsays)

7

4. Termistr ile Scaklk lm

Ohm-metre kullanarak, deney numunelerinin bulunduu kaplara daldrlm termistrn direncinin

llmesi prensibine dayanmaktadr. Dk scaklklardaki lmler iin daha uygundur. Termistrn

su ile temas hlinde iken kaak olmamasna dikkat edilmesi gerekmektedir. llen diren deerleri,

scaklk dnm tablosu kullanlarak scaklk birimine evrilmelidir. Elde edilen scaklk deerlerinin,

cva termometresi ile llen deerlerle karlatrlmas yaplarak, doruluu kontrol edilmelidir.

5. Pirometre ile Scaklk lm

Scaklk lm yaplacak blgeye pirometrenin belirli bir mesafe ve srede tutularak scak blgenin

yayd snn pirometre tarafndan alglanmas prensibine dayanmaktadr. Pirometre, lm yaplacak

scak blgeye iki metreden daha yakn tutulmaldr. lm be saniyeden fazla srmemelidir.

Pirometrenin scak blgeden uzaklatrlmas ile lmlerin tamamlanmas arasnda en azndan bir

dakika beklenilmesi gerekmektedir. lmlerin doruluu, termoift ile yaplan lm sonular ile

karlatrlmaldr.

6. RTD (Scaklk Hassasiyetli Detektrler) ile Scaklk lm

Deney numunelerinin bulunduu kaplara daldrlm detektr elemannn direncinin llmesi

prensibine dayanmaktadr. llen diren deerlerinin, scaklk dnm tablosu kullanlarak, istenilen

scaklk birimine evrilmesi gerekir. Elde edilen scaklk deerlerinin cva termometresi ile llen

deerlerle karlatrlmas yaplarak, doruluu kontrol edilmelidir.

Deneyin Yapl

A. Srnme Deneyi

Srnme deneyinde kalay kapl bakr tel kullanld. Deney scakln belirlemek iin bakrn ergime

scakl gz nne alnd. Srnme deneyi iin uygulanmas gereken scaklk 0,4 Te deerine uygun

olarak; ergime scakl 1083C olan bakr iin, 450C frn scakl tercih edildi.

Kalay kapl bakr tele 12 N deerinde arlk uygulandktan sonra tel uzunluu sabit bir noktadan

referans alnarak belirlendi. Ardndan frn 450C scakla ayarland ve frn 450C scakla

ulatnda, sabit referans noktasndan uzama miktar lld. Daha sonra, 10 dakika aralklarla yeni

uzama miktar lmleri yapld.

lm sonular ve bu sonulardan elde edilen srnme grafii, bu raporun stenenler blmnde

belirtilmitir.

8

B. Scaklk lm Deneyi

Deney iin %60 kurun, %40 kalay ieren tel kullanld. Tel krozeye (seramik potaya)

yerletirildikten sonra, frn 200C scakla kadar karld. Gerekli scakla ulaldktan sonra,

homojen olarak scakln yaylmas iin 10 dakika beklendi. Daha sonra kroze, frndan maa

yardmyla karld. Ergimi alam numunemizin iine termoift daldrlarak her 5 saniyede bir lm

alnd. lm alnma esnasnda, lmlerin homojen olabilmesi iin; termoiftin ucu, srekli olarak

numunenin iinde gezdirildi. Bu ileme scaklk, 150C scakla dene kadar devam edildi.

lm sonular ve bu sonulardan elde edilen srnme erisi grafii, bu raporun stenenler

blmnde belirtilmitir.

stenenler

A. Srnme Deneyi

Tablo 1: Srnme deneyinde yaplan lmlerden elde edilen deerler.

Uzama miktar (milimetre) Zaman

2,84 Balangtan, frn 450C scakla ulaana kadar

1,74 0 dakika ile 10 dakika aras

0 10 dakika ile 20 dakika aras

0,68 20 dakika ile 30 dakika aras

0,60 30 dakika ile 40 dakika aras

0,42 40 dakika ile 50 dakika aras

Yukardaki tabloda verilen, srnme deneyindeki lmlerden elde edilen deerlerin oluturduu

srnme grafii u ekildedir:

ekil 4: Srnme deneyi lmlerinden elde edilen srnme grafii.

9

Malzemede ykn uygulanmasyla birlikte, deney scakl olan 450C scakla gelene kadar 2,84

milimetrelik bir uzama gzlemlenmitir. Daha sonra srnme, birincil blgeye gemitir. 4,58

milimetreden, 6,28 milimetreye kadar ise; malzeme kararl srnme davran gstererek, bu blgede

srnme hz sabit kalmtr. Malzemenin srnme davrannda ncl blge gzlemlenmemitir.

Bu grafik zerinden, srnme hzn hesaplamaya alrsak; srnme hz, ikincil blgedeki (kararl

srnme blgesi) erinin eimidir. Kararl srnme blgesindeki uzama miktar; 6,28 4,58 = 1,7

milimetredir. Kararl srnme blgesinde geen sre ise; 50 20 = 30 dakikadr. Srnme hz ise;

kararl srnme blgesindeki uzama miktarnn, zamana oranyla bulunur. Srnme hz; 1,7 milimetre /

30 dakika = 0,05667 milimetre/dakika olarak bulunur. Bir baka ifadeyle bu deer, gerekli dnmler

yaplarak; 29,8044 metre/yl olarak da bulunur.

B. Souma Erisi

Tablo 2: Her 5 saniyede bir yaplan lmlerden elde edilen scaklk deerleri.

Sc

ak

lk

(C

)

217,7 216,8 216 214,9 214,2 212,7 210,8 210,5 209

207,5 206,4 205,5 204 202,4 201,4 200,3 198,8 197,3

196 195,1 193,5 192 190,8 189,5 188,1 186,3 184,5

183,5 182,4 181 180 179,3 179,3 179 179 172

169 166,1 164,3 163,1 159 159 158,9 157,8

Yukardaki tabloda verilen, scaklk deerlerinden elde edilen souma erisi u ekildedir:

ekil 5: Scaklk lm deneyi lmlerinden elde edilen souma erisi grafii.

10

Sonu ve Yorum

Srnme davran genel olarak, yksek scaklklarda alacak malzemelerde ok nemlidir. Gaz

tirbnleri, frnlar gibi mhendislik malzemelerinin tasarm ve hesaplamalarnda, srnme davran gz

nne alnmaldr. nk malzemeler, yksek scaklklarda farkl mekanik davranlar sergiler. Bunun

temel sebebi ise; oda scaklnda, malzemenin tane snrlarnn daha mukavemetli olmas fakat yksek

scaklklarda tane snrlarnn mukavemetinin dmesidir. Bu durum malzemedeki dislokasyon

hareketlerini hzlandrarak malzemenin daha dk gerilmeler altnda, daha abuk deformasyona

uramasna sebebiyet verir. Srnme davrannn nne geebilmenin yolu ise, temel olarak

dislokasyon hareketlerinin azaltmaktr. Bunu gerekletirebilmek iin ise; malzeme alamlandrlabilir,

souk ekillendirmeyle deformasyona uratlabilir veya kelme sertlemesi ilemiyle mukavemeti

arttrlabilir.

Kaynaklar

[1] KAYALI, E. SABR, Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, 2. bask, T Kimya-Metalurji

Fakltesi Ofset Atlyesi, stanbul, Trkiye, 1990, s. 100102.

[2] KINIKOLU, NHAT G., Malzeme Bilimi ve Mhendislii Terimleri Szl, 1. bask, Trk

Dil Kurumu Yaynlar, Ankara, Trkiye, 2013, s. 105.

[3] CALLISTER, W.D., Malzeme Bilimi ve Mhendislii, 8. baskdan eviri, Nobel, Trkiye, 2013,

s. 265269.

Hazrlayanlar

Iraz Begm DEMR

2011512016

Mjde GARP

2011512024

Remzi GMEK

2011512025

nc KAMLOLU

2011512031