MEKANİK TESTLER

MEKANİK TESTLER VE ÖZELLİKLERİ
Dayanım: Bir malzemeye şekil değiştirmek için uygulanan yüke karşı o malzemenin göstermiş olduğu dirence dayanım denir.
Gerilim: Birim alana etkiyen kuvvete karşı birim elamanın göstermiş olduğu dirence denir.
Yorulma: Titreşimli yada sürekli gerilim uygulanan malzemelerde meydana gelen yapısal bozulmaya denir. Kamyonların kasalarındaki makas yaylar en uygun örnektir.
Tokluk: Bir malzemeyi rmak için gerekli olan enerji miktarıdır. Yüzey merkezli kübik malzemeler, hacim merkezli kübik malzemelerden daha az kırılgandır. Yüzey merkezli kübik`in sünekliliği fazladır. Bu yüzden daha kolay kırılan hacim merkezli kübik dir.
Elastikiyet (yank) modülü: Gerilim uzama eğrisinin (gerilim-gerinim) tanjantı bize elastikiyet modülünü verir. Bir malzemenin elâstikîyet modülü ne kadar fazla ise malzemenin sertliği o nispette yüksektir.
Sertlik: Bir malzemenin kendisine bakmak isteyen diğer bir malzemeye karşı göstermiş olduğu dirence denir

ÇEME DENEYİ
Çekme testi, malzemenin statik veya yavaş uygulanan bir kuvvete karşı direncini ölçmek için yapılır. Bir çekme test düzeneği şekil 6` da gösterilmiştir. Düzenekte 12.5 mm çap ve 50.0 mm ölçü boyuna sahip bir numune, test makinasına yerleştirilerek yük olarak adlandırılan kuvvet uygulanır. Kuvvet uygulandığında, ölçü işaretleri arasında, numunenin uzayan miktarı gerinim ölçer veya extensometre ile ölçülür.

Çekme Testi
d1: Başlık çapı d: Boyun çapı є=L1- LO G = F G : Siğma(gerilim) є:Birim uzama LO AO

Ç: Çekme noktası K: Kopma noktası
A: Akma noktası E: Elastikiyet modülü O: Oran noktası 
Oran Noktası: Bu sınıra kadar malzemeye uygulanan kuvvetle malzemede meydana gelen uzama doğru orantılıdır.
Elastikiyet Modülü: Bu noktada malzemeye uygulanan yük kaldırıldığında malzeme eski haline döner. Uygulanan yük veya şekil değişimi kalıcı değildir.
Akma Noktası: Bu noktada malzemeye uygulanan yükte ani bir düşme görülür, ve çok kısa süre sabit kalırken malzemede bir şekil değişimi meydana gelir. Daha sonra malzemeye yük uygulandığında yük artışı devam eder.
Çekme Noktası: Malzemenin dayanabileceği maximum yük sınırını gösterir. Bu noktadan sonra malzeme her an kopabilir.
Gçek: Fmax
Ao
Kopma Noktası: Malzemenin koptuğu andaki noktadır. Malzeme koptuğu anda numunede iki tür şekil değişimi olur. Birincisi boyda uzama ikincisi ise kesitde daralma olur.
Yüzde boyda uzaması : = L1-Lo *100 L1: Son boy %δ: Yüzde boyda uzama
Lo LO: İlk boy
Yüzde kesit daralması:% y=Ao-As *100 Ao: İlk kesit % y:Yüzde kesit daralma
Ao As: Kesit daralma
E= G /єelas E:elastikiyet modulü єbrim= єelastik + єplastik
Gçem(gerçek)=Fmax Ao* Lo= AS*LS Ao : İlk kesit AS:son kesit
AS Lo: İlk boy LS: son boy
GKOP(gerçek)=F / AS
Gerçek kopma ve çekme gerilimleri

Örnek:100mm boyunda 80 mm²kesitinde bir çelik malzemeye çekme deneyi uygulanmıştır. Veriler ağıdaki tabloda verilmiştir. Malzeme koptuktan sonraki boyu 160mm ve kesiti36 mm² ölçülmüştür.
a ) Malzemenin elastikiyet modülünü, çekme dayanımını, yüzde kopma uzamasını ve yüzde kopma büzülmesini bulunuz.
b )3. Noktada yüzde plastik uzamasının 0,2 olduğunu hesaplayınız.
c )6. ve 7. Noktalarda çekme ve kopma gerilmeleri ile malzemenin gerçek çekme ve gerçek kopma gerilmelerini bulunuz.
F(KG) ∆L(mm)
1.800 0,05 Lo=100mm
2.1600 0,10 Ao=80 mm²
3.1920 0,32 L1=160mm
3.2400 4,00 As=36 mm²
4.3200 25
5.400 30
6.2800 Kopma olayı gerçekleşiyor.
Cevap:
a) E= G /єelas= F /Ao* Lo*∆L = 800/80*100/0,05=20000 kg/mm²
Gçek: Fmax = 4000 = 50 kg/mm² %δ = L1-Lo *100 = 160-100 *100 =%60
Ao 80 Lo 100
% y=Ao-As *100 = 80-36 *100 = %55
Ao 100
b) Toplam birim uzama єbrim= єelastik + єplastik
E= G /єelas => 3. Noktada єelas = 1920/180 = 0,0012
20000
3.noktada toplam birim uzama є=∆L/ Lo = 0.32/100 = 0,0032
єplastik = єelastik - єbrim
єplastik =0,0032-0,0012=0,0020
єplastik =0,0020*100 = 0,2 3. Noktada plastik uzama
c) G(çekme): Fmax = 4000 = 50 kg/mm²
Ao 80 bunlar normal çekme ve kopma gerilmeleri idi
G(kopma)= F /Ao = 2800/80 = 35 kg/mm²
G(kopma) g= F /As = 2800/30 = 77 kg/mm²
Ao* Lo= AS*LS => AS = Ao* Lo/LS ve LS = Lo+∆L
=80*100/100+30 =61,5 kg/mm²
G(çekme) g : Fmax / As(g) = 4000 /61,5= 65 kg/mm²
BASMA DENEYİ
Basma deneyinin asıl kullanma bölgesi yapı malzemeleri muayenesidir (tuğla,beton v.b.). Bu deney gevrek malzemelerin (gri döküm ) ve özellikle basınçla zorlanan malzemelerin( Yatak ****llerinin) değerlendirilmesi için yapılır. Basınç levhaları düzlemsel, parlatılmış ve incelenecek malzemeden daha sert olmalıdır. Numune yüzeylerinin, birbirine parelellikten dengeleyebilmek için, basınç levhalarından birinin belirli sınırlar içinde, her yöne dönebilir şekilde yataklanmış olması gerekir. ****l numunenin çapı, numunenin malzemesine veya her şeyden önce, deney makinasının takatına bağlı olarak, genellikle 10-30 mm arasında olmak üzere seçilir. Normal numunelerle, kaba ölçme için numune çapı eşit h=d olarak alınır. Hassas ölçmeler için, uzun numunelerinin yüksekliği h=x.d olup x=2,5-3 (Flambajı önlemek için küçük değer olarak alınır. Ölçme uzunluğu olarak da 0,5d alınır. Burada numune uzunluğu, yüksekliğinden daha kısadır. Çünkü böylelikle, taban yüzeylerinin etkisi, yok edilebilmektedir.
EĞME DENEYİ
Eğme gerilmesi
Eğmeye zorlanan bir çubuk boyunca, orta kısımdaki gerilmesiz tabii (nötr) liften başlayarak çevreye doğru artarak kenar bölgede maksimum değere ulaşan çekme ve basınç gerilmeleri etkiler şekil 8. Aslında eğme gerilmeleri de çekme ve basınç. Gerilmeleri gibi etkileyen, normal gerilmelerdir. Eğmeye zorlanan bir çubuğun hesaplanmasında, çekme ve basma deneylerinde elde edilen mukavemet değerleri esas alına bilir. Eğme deneyi özellikle yumaşak malzemelere tatbik edilmektedir.
Gevrek malzemelerde eğme deneyinin tatbiki daha önemlidir. Çünkü çekme deneyi sırasında, malzemenin deforme olması çok zor olduğundan, kesin mukavemet değerlerinin elde edilmesi çok zordur
Tanımlar ve deney sonuçları
Mukavemet hesaplarında eğme gerilmeleri için şu denklemler çıkarılmaktadır.
σ b = M b = Eğme momenti σ b =çevredeki maksimum eğme gerilmesi
w Mukavemet momenti 
Mukavemet momenti W= I = Eksenel atalet momenti 
E Nötr lifin çevreye uzaklığı 
Eğme çubuğunun kesitine etkisi
Gerilmesiz (nötr liften) çevreye kadar olan uzaklık ile hesaplanan mukavemet momenti değerleri, gerilmesiz life göre smetrik olmayan kesitler için, birbirinden farklıdır. Dolayısıyla, çekme ve basma gerilmeleri birbirinden farklıdır. Fakat simetrik kesitler için tek bir mukavemet momenti ve tek eğilme gerilmesi hesaplanır.
F*Ls 
Eğme momenti Mb = ve mukavemet momenti W=∏*d³ olup,
4 32
Eğme gerilmesi σ bB = M b = 8*Fmax* Ls olarak hesaplanır.
W ∏*d³
Eğme deneyinde E- modülünün hesaplanması
Eğilme miktarı deney başlangıcından itibaren ölçülerek, bu sehimi yapan kuvvetle birlikte, numune malzemesinin E-modülü hesaplanır. Mukavemet bilgisine göre (elastik eğrinin iki defa entegre edilmesi ile ) sehim için şu denklem bulunur.
ƒ= F* Ls³ 
48*I*E
Bu denklemde dairesel kesitli eğme kirişi için, hesaplanan atalet momenti, mukavemet momenti cinsinden yazılarak, E- modülü şu şekilde hesaplanır.
E = F * Ls³ 
24*w*d* ƒ

Elastik sehiminin hesaplanması
Yukarıdaki denklemde, sehimin yalnız elastik kısmı yani fel yerleştirilmelidir. Elastik sehimin tespiti için, kriş bir ön yüklemeye tabi tutulur ve gittikçe artan yükleme ve ön yüklemeye kadar boşalma yapılabilir. Yükleme sehiminden, kalıcı sehim çıkartılırsa fel elde edilir.
fel=f-fkal.
KATLAMA DENEYİ
Katlama deneyi teknolojik muayenelere dahildir. Bu deney ile malzemenin konstruksiyonunda doğrudan doğruya kullanılacak bir malzeme değeri elde edilemez. Fakat laboratuarda kolayca uygulanarak malzemenin deforme olma kabiliyeti hakkında bir bilgi edinilebilir. Katlama deneyi özellikle alın kaynağı yapılmış olan 5mm`den daha kalın .çelik saçlar için kullanılır,şekil 9. Deney sırasında malzeme katlanılır iken, ilk çatlama görüldükten sonra yükleme kaldırılarak, parçanın eğilme açısı ölçülür veya belirli çaptaki eğme zımbası ile 180ºkatlanılan malzemenin yüzeyinde oluşan çatlaklar ve yüzeyinin görünüşünü incelenir


DARBE TESTİ

Ani darbelere karşı direnci iyi olan malzeme seçimi için, malzemenin kopmaya karşı direnci darbe testi ile ölçülmelidir. Bu amaçla Charpy çentik deneyi de içeren bir çok test geliştirilmiştir. Bunun için kullanılan numuneler çentikli veya çentikli olabilir. Aşağıdaki şekil 10 da değişik charpy test numuneleri gösterilmiştir.
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. Bu enerji genellikle j olarak veya f t – l b = 1.356 j dür. 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 ****ller sıcaklık düştükçe ve yavaşça azalan enerji emme yani yüksek enerji absorbe enerjisine sahiptir. Aşağıdaki grafik bunu açıkça göstermektedir.
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 absobe 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 mukaye amaçlı kullanılmaktadır.
YORULMA DENEYİ
Pek çok kullanım yerinde, bir malzeme akma dayanımının altında tekrarlanan gerilime maruz bırakılır. Bu tekrarlı gerilim, dönme, eğilme veya titreşimin bir sonucu olabilir. Gerilim akma dayanımının altında olmasına rağmen, çok sayıda uygulanan tekrarlı gerilimden dolayı ****l kopabilir. Bu tarz kopma yorulma olarak bilir.
Yorulma dayanımını ölçmenin en yaygın metodu dönen destekli kiriş testidir. Silindiril numunenin işlenmiş bir ucu motor tarafından bağlama aparatına bağlanır. Diğer uçtan ağırlık asılır.
Başlangıçta numunenin üst yüzeyinde çekme gerilmesi etki ederken numunenin alt yüzeyi basma gerilimine maruz kalır. Numune 90º döndürdükten sonra normal olarak çekme ve basmada bulunan bölgelerin üzerine bir kuvvet etki etmez iken numunenin 180º döndüğü zaman numunenin başlangıç noktasında çekme kuvvetine maruz kalan bölge basma etkisi altında kalan bölge ise çekme gerilmesi etkisinde kalır. Yani herhangi bir noktadaki sıfır bir gerilimden maksimum çekme ve basma gerilimine giderek devir tamamlanır. Numune üzerine etki eden maksimum gerilim aşağıdaki ifade ile verilir.
G = 10,18* L*F bu denklemde L = Çubuğun boyu F = Yük
d³ d = çubuğun çapıdır
Etkili bir devir sayısından sonra numune kopabilir. Genellikle seri numuneler farklı gerilimlerde test edilirler ve gerilim ( S ) kopma için gerekli devir sayısına ( N ) karşılık çizir.

Yorulma Testinin Sonuçlar : Yorulma testi bir parçanın ne kadar süreyle dayanabileceğini veya kopma olmaksızın uygulanabilecek maksimum yüklemeleri belirler.
Yorulma ömrü : Bir malzemenin tekrarlı gerilim (G) uygulandığında malzemenin ne kadar süreyle hizmet vereceğini bildirir. Ömrü süresince 100.000 devir yapmak zorunda olan bir takım çeliği tasarlanacak olursa 620 Mpa dan daha az bir gerilime maruz kalacak şekilde tasarlanmalıdır.
Yorulma sınırı : yorulma sınırı tercih bir kriter olarak yorulma ile bir kopmanın olmadığı gerilimdir. Yorulma sınırında uygulanan gerilim (S) ve devir sayısı (N) eğrisi paralel olur. Takım çeliğinin kopmasının önlemek için uygulana gerilimin 414 Mpa dan daha az olacak şekilde tasarlanmalıdır.
Yorulma dayanımı : Pek çok aliminyum alaşımını içeren bazı malzemeler yorulma sınırına sahip değildir. Bu malzemeler için minimum yorulma ömrü belirlenebilir. Bu durumda yorulma dayanımını bu zaman periyodunda yorulmanın olmadığı yorulma dayanımının altındaki gerilimdir. Pek çok alüminyum alaşımlarında yorulma dayanımı için 500 milyon devir esas alınır. 
Yorulma özelliklerini etkileyen faktörler
Çentih hassasiyeti: Gerilime maruz malzemede yorulma çatlakları, gerilimin maksimumu olduğu yüzeyde başlar. Bunun için numunenin yüzeyi parlak olmalıdır.
Yorulma dayanımı: yorulma direnci aynı zamanda, malzemenin yüzeyindeki dayanımla da ilişkilidir. Çeliklerin çoğunda veya demir esaslı alaşımlarda yorulma sınırı malzemenin çekme dayanımının yaklaşık yarısıdır. Yorulma sınırının çekme dayanımına oranı yorulma oranıdır.

Yorulma oranı = Yorulma Sınırı ≡ 0,5
Çekme dayanımı
Malzemenin yüzeyinde çekme dayanımı artarsa, yorulmaya karşı direnç de artar.
Sıcaklık etkisi: sıcaklık yorulma direncini etkiler. Malzemenin sıcaklığı yükseldiğinde dayanım düşer ve bunun sonucu olarak yorulma ömrü ve yorulma sınırı azalır.
Örnek: 3000 dev/dak da dönen takım çeliği bir çelik çubuğa 3000N luk bir kuvvet uygulanmaktadır. Çubuk 25mm çapında ve 300mm uzunluğundadır.
a- Çubuk kopmadan önceki zamanı tespit ediniz? 
b- Yorulma kopmasını önleyecek çubuğun çapını hesaplayınız?
Cevap: a- G = 10,18* L*F

G = 10,18*300*3000
(25) ³
G = 586 Mpa
Gerilim devir grafiğinden kopma için devir sayısı 150.000 olarak bulunur. Kopma için zaman
t = 150.000 = 50 dakika
3000
c- yorulma sınırı 400 Mpa

400 = 10,18*(L)*(F) d³ = 10,18*300*3000
400 d³
d = 25,4mm
SÜRÜNME TESTİ
Malzemeye yüksek sıcaklıkta gerilim uygulanırsa, gerilim akma dayanımının altında olsa bile malzeme gerilebilir ve sonunda kopabilir. Yüksek sıcaklıktaki plastik şekil değiştirme sürünme olarak bilinir. Malzemenin sürünme özelliklerini belirlemek için fırın içerisine yerleştirilen silindiril numuneye sabit gerilim uygulanır. Sürünmenin ilk aşamasında bir çok dislikasyon engelden uzağa doğru tırmanır, kayar ve ****lin şekil değiştirmesine katkıda bulunur. Sonunda dislikasyonların engellerden ulaştığı hız diğer düzensizlikler tarafından dislikasyonları engelleme hızına eşitlenir. Bu ikinci veya düzenli aşama, sürünmeye neden olur. Sürünme eğrisinin düzenli kısmının eğimi sürünme hızını verir.
Sonunda, üçüncü aşama sürünme sırasında, boyunlanma başlar, gerilim artar ve numune kopma olana kadar artan bir hızla şekil değiştirir. Kopmanın oluşması için gerekli zaman kopma zamanıdır. Yüksek sıcaklık veya yüksek gerilim her ikisi de kopma zamanını kısaltır ve sürünme hızını yükseltir.