sürünme deneyi

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜMETALÜRJİ EĞİTİMİ BÖLÜMÜMETALÜRJİ EĞİTİMİ BÖLÜMÜ

Hazırlayan: Hazırlayan: Sinan İnci (091122105)Sinan İnci (091122105)[email protected] [email protected]

MEKANİK VE TAHRİBATSIZ MUAYENE MEKANİK VE TAHRİBATSIZ MUAYENE YÖNTEMLERİ DERSİYÖNTEMLERİ DERSİ

SÜRÜNME DENEYİ

Kontrol: Kontrol: Doç. Dr. Tülay YıldızDoç. Dr. Tülay Yıldız

Resim 1: Sürünme Deney Aleti (Instron Model 3367)

SÜRÜNME DENEYİSÜRÜNME DENEYİ


Şekil 1: Tipik Sürünme Deney Aleti ŞemasıŞekil 1: Tipik Sürünme Deney Aleti Şeması

Malzemeler Malzemeler yüksek sıcaklıkta yüksek sıcaklıkta

sabit bir yük sabit bir yük altında (hatta altında (hatta

kendi ağırlıkları kendi ağırlıkları ile bile) zamanla ile bile) zamanla

kalıcı plastik kalıcı plastik şekil şekil

değiştirmesine değiştirmesine sürünme denir.sürünme denir.


Sürünme deneyi, malzemenin statik bir Sürünme deneyi, malzemenin statik bir yük altındaki karakteristiğini belirlemek yük altındaki karakteristiğini belirlemek

için kullanılır.için kullanılır.

Sürünme deneyi, Sürünme deneyi, metalik malzemelerde sürünme ergime sıcaklığının ~1/3’ünde

seramik malzemelerde ergime sıcaklıklarının ~2/5 sıcaklıklarında

gerçekleşir.

Standartlara göre hazırlanan sStandartlara göre hazırlanan sürünme test numunesi test cihazında tutma

başlarından tutturularak yüksek sıcaklıkta sabit yük uygulanır.

Malzemenin sürünme davranışını Malzemenin sürünme davranışını etkileyen faktörler:etkileyen faktörler:

» Malzeme Cinsi,» Malzeme Cinsi, » Sıcaklık,» Sıcaklık, » Yükleme Cinsi,» Yükleme Cinsi, » Yükleme Miktarı» Yükleme Miktarı

Bunlara çevre şartları ve malzeme Bunlara çevre şartları ve malzeme özellikleri de eklenebilir.özellikleri de eklenebilir.


Zamana bağlı olarak her zaman diliminde Zamana bağlı olarak her zaman diliminde numunede meydana gelen uzama oranı numunede meydana gelen uzama oranı kaydedilerek Zaman-Uzama grafiği elde kaydedilerek Zaman-Uzama grafiği elde edilir.edilir.

Ölçümlerin uzatılmış bir zaman aralığında ve Ölçümlerin uzatılmış bir zaman aralığında ve yüksek sıcaklıklarda, sabit gerilme ile yüksek sıcaklıklarda, sabit gerilme ile yapılması sonucunda teknik bir 'Sünme yapılması sonucunda teknik bir 'Sünme Eğrisi' gözlenir.Eğrisi' gözlenir.

Bu sünme eğrisi zamanla oluşan Bu sünme eğrisi zamanla oluşan deformasyona tekabül eder.deformasyona tekabül eder.

Tipik bir sürünme grafiği Şekil 2’deki gibidir.Tipik bir sürünme grafiği Şekil 2’deki gibidir.


SÜRÜNME EĞRİLERİSÜRÜNME EĞRİLERİ

Şekil 2: Tipik bir sürünme eğrisi (Sabit sıcaklık ve yük altında)

A`dan B`ye olan birinci bölgede A`dan B`ye olan birinci bölgede sürünmede dislokasyon hareketliliği çok sürünmede dislokasyon hareketliliği çok hızlı olmaktadır.hızlı olmaktadır.

İkinci bölgede (B`den C`ye olan bölge) İkinci bölgede (B`den C`ye olan bölge) sürünme gerinim hızının zamana bağlı sürünme gerinim hızının zamana bağlı olarak artış oranı sabit kalmaktadır.olarak artış oranı sabit kalmaktadır.

C`den D`ye olan üçüncü bölgede iç C`den D`ye olan üçüncü bölgede iç boşluk oluşumları vuku bulur. boşluk oluşumları vuku bulur.


Malzemenin sürünme özelliklerine sıcaklık Malzemenin sürünme özelliklerine sıcaklık gerilme hızı ve mikro yapıları daha çok etki gerilme hızı ve mikro yapıları daha çok etki eder (Şekil 3).eder (Şekil 3).

Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer etkilere neden olmaktadır.etkilere neden olmaktadır.

Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin kısalması ve üçüncü sürünmenin daha çabuk kısalması ve üçüncü sürünmenin daha çabuk başlaması ve erken kırılmadır. başlaması ve erken kırılmadır.



Şekil 3: Sürünme eğrisi üzerine sıcaklık ve gerilmenin etkisi

Arrhenius Eşitliği (sıcaklıkla aktive edilmiş fiziksel bir süreçte hız-oran) ile yakından ilgilidir.

εos = A e -H/RT

» εos kararlı sürünme hızı,

» H aktivasyon enerjisi, » R genel gaz sabiti, » T mutlak sıcaklık » A sabit sayıdır.

Burada A ve H birer mutlak sabit değil basınç, sıcaklık ve metalürjik değişkenlere bağlıdır.

KARARLI SÜRÜNME HIZIKARARLI SÜRÜNME HIZI

Kararlı sürünme hızı basınç artışı ile de Kararlı sürünme hızı basınç artışı ile de artar. Her ikisi arasındaki ilişki daha çok artar. Her ikisi arasındaki ilişki daha çok "Güç Kanunu Eşitliği" ile ifade edilir. "Güç Kanunu Eşitliği" ile ifade edilir.

εεooss = β σ = β σnn

» » β β sabit değersabit değer » n sabit değer» n sabit değer ( n, 3 veya 8 arasında bir değer alabilir)( n, 3 veya 8 arasında bir değer alabilir) Aşağıdaki eşitlikte sıcaklık ve basınç Aşağıdaki eşitlikte sıcaklık ve basınç

birlikte kullanılmıştır. birlikte kullanılmıştır.

εεooss = K σ = K σn n ee-H/RT-H/RT

KARARLI SÜRÜNME HIZI KARARLI SÜRÜNME HIZI ve BASINÇve BASINÇ

Şekil 4`te artan sıcaklık ve basıncın Şekil 4`te artan sıcaklık ve basıncın sürünme grafiğine etkisini göstermektedir. sürünme grafiğine etkisini göstermektedir.

Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki Şekilden de anlaşılacağı üzere her iki faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer faktördeki artış sürünme eğrisinde benzer etkilere neden olmaktadır.etkilere neden olmaktadır.

Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme Bunlar başlangıç ve kararlı sürünme hızlarındaki artış, kararlı sürünme hızlarındaki artış, kararlı sürünme süresinin kısalması ve üçüncü sürünmenin süresinin kısalması ve üçüncü sürünmenin daha çabuk başlaması ve erken kırılmadır. daha çabuk başlaması ve erken kırılmadır.



Şekil 4: Artan sıcaklık veya basıncın sürünme gerinimi üzerine etkisi

Sürünme hareketi belli zaman Sürünme hareketi belli zaman aralıklarında üç farklı davranış aralıklarında üç farklı davranış gösterir (Şekil 5):gösterir (Şekil 5):

1. Birincil Aşama1. Birincil Aşama

2. İkincil Aşama (Kararlı Aşama)2. İkincil Aşama (Kararlı Aşama)

3. Üçüncül Aşama3. Üçüncül Aşama



Şekil 5: Tipik bir sürünme eğrisi (Sabit sıcaklık ve yük altında)

Sürünme Hızı= ε=tan=/t

Yükün etkisiyle numune uzar, burada Yükün etkisiyle numune uzar, burada dislokasyon hareketleri hakimdir.dislokasyon hareketleri hakimdir.

Numunede deformasyon sertleşmesi olur.Numunede deformasyon sertleşmesi olur.

Diğer taraftan yüksek sıcaklık nedeni ile iç Diğer taraftan yüksek sıcaklık nedeni ile iç gerilmeler giderilir. gerilmeler giderilir.

Kendine gelme, toparlanma oluşur.Kendine gelme, toparlanma oluşur.

Deformasyon sertleşmesi hakim olduğundan Deformasyon sertleşmesi hakim olduğundan sürünme hızı gittikçe düşer.sürünme hızı gittikçe düşer.

Birincil Sürünme BölgesiBirincil Sürünme Bölgesi

Bu bölgede deformasyon sertleşmesi ile kendine Bu bölgede deformasyon sertleşmesi ile kendine gelme hızı birbirine eşittir.gelme hızı birbirine eşittir.

Bu bölgeye Bu bölgeye Kararlı Sürünme BölgesiKararlı Sürünme Bölgesi de denir. de denir.

Bu bölge sürünmeye karşı direnmede en yüksek Bu bölge sürünmeye karşı direnmede en yüksek değere sahiptir. Uygulamada çok önemlidir.değere sahiptir. Uygulamada çok önemlidir.

Mühendislik hesaplarında saatteki belli sıcaklıktaki Mühendislik hesaplarında saatteki belli sıcaklıktaki sürünme hızı sürünme hızı “SÜRÜNME MUKAVEMETİ” “SÜRÜNME MUKAVEMETİ” olarak alınır. olarak alınır.

Örnek olarak % saatte Örnek olarak % saatte 101055–10–1077 gibi.gibi.

İkincil Sürünme Bölgesiİkincil Sürünme Bölgesi

Bu bölgede sürünme hızı tekrar artar.Bu bölgede sürünme hızı tekrar artar.

Numune boyun vermeye başlar.Numune boyun vermeye başlar.

Hızdaki bu değişim malzemenin iç Hızdaki bu değişim malzemenin iç yapısındaki değişimden, boşluk yapısındaki değişimden, boşluk oluşumundan, boşlukların birleşmesinden oluşumundan, boşlukların birleşmesinden ve tane sınırlarının kaymasından dolayı ve tane sınırlarının kaymasından dolayı hızlı bir plastik deformasyon oluşur.hızlı bir plastik deformasyon oluşur.

Sonunda kopma meydana gelir.Sonunda kopma meydana gelir.

Üçüncül Sürünme BölgesiÜçüncül Sürünme Bölgesi

Yüksek sıcaklıklara veya gerilmelere Yüksek sıcaklıklara veya gerilmelere maruz kalan malzemelerin sürünme maruz kalan malzemelerin sürünme hareketlerini kısıtlamak için malzemenin iç hareketlerini kısıtlamak için malzemenin iç yapısında değişiklikler yapmak yaygın bir yapısında değişiklikler yapmak yaygın bir yöntemdir.yöntemdir.

Bu sayede malzemenin, sürünme Bu sayede malzemenin, sürünme davranışına karşı direnç göstermesi davranışına karşı direnç göstermesi sağlanır.sağlanır.



Günümüzde yüksek sıcaklık uygulamalarıGünümüzde yüksek sıcaklık uygulamaları

» Türbinler» Türbinler

» Kimyasal ve petrokimyasal endüstriler» Kimyasal ve petrokimyasal endüstriler

» Nükleer Reaktör alanlarında görülür.» Nükleer Reaktör alanlarında görülür.

Sürünme genel bir kural olarak;Sürünme genel bir kural olarak;

Metaller için : T > (0.3-0.4) TmMetaller için : T > (0.3-0.4) Tm

Seramikler için : T > (0.4-0.5) TmSeramikler için : T > (0.4-0.5) Tm

şartlarında başladığı bilinmelidir.şartlarında başladığı bilinmelidir.

((Tm malzemenin Kelvin cinsinden ergime Tm malzemenin Kelvin cinsinden ergime sıcaklığı) sıcaklığı)

Sürünmeye Dayanıklı Alaşımlar Sürünmeye Dayanıklı Alaşımlar

Sürünmeye dayanıklı alaşımların geliştirilmesi dislokasyon hareketliliğinin zor olduğu malzemelerin üretilmesi ile mümkündür.

Ergime sıcaklığı çok yüksek bazı metaller,

» W-V (Tm 3377 oC) işlenmesi çok zordur, » Mo (Tm 2607 oC) uçucu oksitler oluşturur , » Os (Tm 3027 oC) ise çok pahalıdır.

Bu nedenle günümüzde

» Ni (Tm 1453 oC) ve Co (Tm 1492 oC) kullanılmaktadır.


Sıcaklık ve yükleme miktarı arttıkça sürünme hareketinde de artış meydana gelir.

Üretilen bazı ürünlerin malzemeleri yüksek sıcaklıklara maruz kalmaktadır.

» Gaz türbinlerinde bulunan türbin pervaneleri (Resim 2),

» Uçak türbin kanadı (Resim 3) buna örnek olabilir.

Resim 3: Resim 3: Uçak türbin kanadında Uçak türbin kanadında taneler arası çatlama ve taneler arası çatlama ve

tipik sürünme deformasyonutipik sürünme deformasyonu

Sürünme Hasarı ÖrnekleriSürünme Hasarı Örnekleri

Resim 2: Gaz tResim 2: Gaz türbin ürbin kanadındaki sürünme kanadındaki sürünme sebebiyle oluşan çatlaksebebiyle oluşan çatlak

Kırılma olsun ya da olmasın parçanın Kırılma olsun ya da olmasın parçanın yüksek sıcaklık ve gerilme altında aşırı yüksek sıcaklık ve gerilme altında aşırı plastik deformasyona veya çarpılmaya plastik deformasyona veya çarpılmaya

uğraması bir sürünme hasarıdır.uğraması bir sürünme hasarıdır.

Sürünme HasarlarıSürünme Hasarları

Bir kırılmanın şekli malzemeye, sıcaklığa Bir kırılmanın şekli malzemeye, sıcaklığa ve uygulanan gerilmeye bağlıdır. ve uygulanan gerilmeye bağlıdır.

Yüksek sıcaklıkta altında kırılma (Resim Yüksek sıcaklıkta altında kırılma (Resim 4);4);

» Kopma şeklinde (a)» Kopma şeklinde (a)

» Taneleri keserek sürünme şeklinde (b)» Taneleri keserek sürünme şeklinde (b)

» Taneler arası sürünme şeklinde olur. (c)» Taneler arası sürünme şeklinde olur. (c)

Yüksek Sıcaklıkta KırılmaYüksek Sıcaklıkta Kırılma

Yüksek Sıcaklıkta KırılmaYüksek Sıcaklıkta Kırılma

Resim 4: Yüksek Sıcaklık Altında KırılmalarResim 4: Yüksek Sıcaklık Altında Kırılmalar


Resim 5: Çeşitli Malzemelerde ki Sürünme Hasarı ÖrnekleriResim 5: Çeşitli Malzemelerde ki Sürünme Hasarı Örnekleri

Resim 7: Taneler arası kırılmaResim 7: Taneler arası kırılmaResim 6: Sürünmede boşluk ve küçük çatlaklar


Resim 8: Sürünme testinden sonra düşük bir sıcaklıkta darbe ile kırılmış bir numunenin kırılma yüzeyindeki sürünme boşlukları

TEM de 5000X büyütme

Resim 10: 618 °C östenitik paslanmaz

çeliğin gerilme kırılma yüzeyine

yakın 300X büyütmedeki yapısı


Resim 9: Uçak türbin kanadındaki sürünme sebebiyle germe ve

boyun teşekkülü

Faydalanılan Kaynaklar:Faydalanılan Kaynaklar:

Prof. Dr. İrfan AY, Sürünme Hasarları, http://w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/ha/lecture4.pdfhttp://w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/ha/lecture4.pdf

Doç. Dr. Ali Osman KURT, "Malzemelerin Yüksek Sıcaklık Davranışları“ Ders Notu, http://web.sakarya.edu.tr/~aokurt/dersler/malzyuk/ders_notttp://web.sakarya.edu.tr/~aokurt/dersler/malzyuk/ders_notu.pdfu.pdf

Yrd. Doç. Dr. Ahmet GÜRAL, “Mekanik” Ders Notu, Ahmet GÜRAL, “Mekanik” Ders Notu, http://w3.gazi.edu.tr/~agural/Mekanik.dochttp://w3.gazi.edu.tr/~agural/Mekanik.doc

ODTÜ Merkezi Laboratuarı, Mekanik Test Cihazları, Sürünme ODTÜ Merkezi Laboratuarı, Mekanik Test Cihazları, Sürünme Test Cihazı, http://www.centrallab.metu.edu.tr/?q=node/21 Test Cihazı, http://www.centrallab.metu.edu.tr/?q=node/21

Documents

sürünme deneyi