Darbe Deneyi

Malzemenin dinamik yüklere karşı kırılma enerjisini belirlemek için yapılan bir deneydir. Bu deneyin temel prensibi Şekil 1’de şematik olarak gösterildiği gibi, bir l uzunluğundaki sarkacın ucundaki belli bir G ağırlığına sahip çekiç belli bir h1 yüksekliğinden numuneyi kırması için serbest bırakılıyor. Serbest bırakılmadan önce çekicin potansiyel enerjisi G.h1 iken numune kırıldıktan sonra belli bir h2 yüksekliğine çıkan çekicin potansiyel enerjisi G.h2 olur. Bu durumda Kırılma Enerjisi (K.E.) =G.h1-G.h2 olarak ifade edilir. Buna göre K.E.=G(h1-h2)=G.l.(Cosb-Cosa) olarak ifade edilir. Burada l sarkaç boyudur. Buradan, b salınım açısı ve h2 yüksekli ne kadar az gerçekleşirse kırılan o malzemenin ne kadar çok darbe direnci yada yüksek tokluk gösterdiğini anlarız

Şekil 1 Bir darbe deneyinin şematik olarak gösterimi

Bir darbe deney numunesi standartlara göre hazırlanmalıdır. Genellikle Charpy ve Izod olarak iki tipte darbe deney yöntemi vardır. Temel prensip aynıdır. Charpy deney numunesi yatık olarak Izod deney numunesi dik olarak darbe deney cihazına yerleştirilir. Tipik bir Charpy darbe deney numunesinin ölçü boyutu Şekil 2’de  Izod deney numunesinin ölçü boyutu Şekil 3’de verilmiştir. Bu numune üzerinde özellikle sünekliği fazla ve yüksek darbe direnci gösteren numunelerde belli ölçülerde çentik açılmalıdır. Bu çentikler Şekil 2 de gösterildiği gibi V-çentik, anahtar deliği ve U-çentik gibi çeşitlenebilir. Ancak Sert-kırılgan (gevrek) malzemelerin darbe deney numunelerine çentik açılmaz. Açılan bu çentikler aslında sünek malzemelerde kırılmayı kolaylaştırmak amacıyla yapılmaktadır.

Şekil 2 Charpy Darbe deney numunesi şematik gösterimi

Genellikle bir malzemenin darbe direnci enerjisi (tokluğu) ile sünekliği arasında bir ilişki vardır. Fazla süneklik göstermeyen malzemelerin (%1-2’in altında) darbe dirençleri de düşüktür. Malzemenin çekme (gerilme)-uzama eğrisi altıda kalan alan ne kadar fazla ise o malzeme o kadar çok darbeye karşı direnç gösterecektir.

Şekil 3 Izod darbe deney numunesinin şematik gösterimi

Malzemelerin kırılma enerjileri sıcaklık karşısında da değişim göstermektedir. Malzemelerin kırılma enerjisi sıcaklık düştükçe düşer. Kırılma enerjisinin farklı sıcaklılarda yapılmasıyla malzemenin geçiş sıcaklığı belirlenir. Geçiş sıcaklığı malzemenin sünek kırılmadan gevrek kırılmaya geçişin olduğu sıcaklıktır. Bu genellikle malzemede % 50 gevrek % 50 sünek kırılmanın olduğu noktadaki sıcaklık olarak bilinir. Şekil 4 de sıcaklığa bağlı olarak bir malzemenin geçiş sıcaklığı gösterilmiştir.

Şekil 4 Geçiş sıcaklığının belirlenmesi için elde edilmiş Sıcaklık-Kırılma Enerjisi diyagramı

Bir malzemede geçiş sıcaklığının düşük olması istenir. Çünkü o malzemenin kullanıldığı ortam sıcaklığı çok düşük olabilir. Bu durumda oda sıcaklığında normal bir darbe (kırılma) direnci gösterse bile geçiş sıcaklığının altında kırılma riski önemli ölçüde artacaktır. Bu nedenle mühendisler bu durumu dikkate alarak geçiş sıcaklığı düşük olan uygun malzeme seçimi yapmak durumundadırlar. Metalik malzemelerin geçiş sıcaklıkları ve darbe dirençleri kristal yapılarına göre de değişir. Çoğunlukla YMK(yüzey merkezli kübik) yapılı malzemelerin kırılma dirençleri daha fazladır. HMK(hacim merkezli kübik) yapılı malzemelerde daha belirgin bir geçiş sıcaklığı tespit edilebilir. Malzemenin sertlik ve dayanımı yüksek olması o malzemenin kırılma direncinin daha az olabileceğine işaret eder. Kırılma enerjisi(veya direncini) artırılması için o malzemenin yüksek süneklik göstermesi gerekir. Şekil 5’de farklı kristal yapılı malzemeler için genel kırılma enerjisi ilişkisi verilmiştir.

Şekil 5 Farklı yapılı malzemelerin kırılma enerjisi ilişkisi

Malzemelerin geçiş sıcaklıkları kristal yapısına, mikroyapısına (ince, kaba taneli, martenzitik,ferritik vb.), kimyasal bileşimine, uygulanan ısıl işleme ve yüzey kalitesine bağlı olarak değişir. Mikroyapıdaki ikinci sert fazlar varsa bunların morfolojisi de darbe dirençlerini etkiler. Bu sert kırılgan fazlar keskin köşeli ve sivri uçlu ise darbe dirençlerini zayıflatır.

Örneğin Küresel grafitli dökme demir, gri dökme demirden daha fazla darbe dayanımına sahiptir. Gri dökme demirde sert kırılgan grafitler sivri, keskin köşeli ve birbirleri ile bağlantılı olduğundan bu yapılar çentik etkisi yapmaktadır.

Diğer mekanik deneyler;

Çekme DeneyiYorulma DeneyiSürünme Deneyi

İbrahim KÜÇÜK hakkında 16 makale
Makine Mühendisi

İlk yorum yapan olun