Çekme Deneyi
Çekme deneyi, malzemelerin mekanik özeliklerinin belirlenmesi ve mekanik davranışlarına göre sınıflandırılması amacıyla yapılır. Çekme deneyi, ilgili standartlara göre hazırlanan deney numunelerinin tek eksende ve sabit bir hızla koparılıncaya kadar çekilmesi işlemidir. Türk standartlarında TS 138 A, B, C, D, E ve F olmak üzere altı numune tipi bulunur. Numune tipi büyük ölçüde malzemenin biçimine göre seçilir. Aşağıda TS 138 A normuna göre hazırlanmış daire kesitli (yuvarlak) silindirik başlı bir çekme numunesi görülmektedir.
Çapı 10 mm ve ölçü uzunluğu 50 mm olan çekme numunesi 10 x 50 TS 138A şeklinde gösterilebilir.
Bu deney sonucunda kuvvet (F)-uzama (?l) eğrisi elde edilir. Ancak bu eğri ile birlikte kullanılan numunenin boyutlarını da vermek gerekir. Bu nedenle, bu eğri yerine daha evrensel olan gerilme-birim uzama eğrisi kullanılır. Gerilme-birim uzama eğrisine çekme diyagramı adı verilir.
Aşağıda normalize edilmiş durumdaki düşük karbonlu bir çeliğin gerilme-birim uzama eğrisi verilmiştir.
Çekme deneyi sonucunda malzemenin orantı sınırı, elastiklik sınırı, akma sınırı ve çekme dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması, kopma büzülmesi ve tokluk gibi süneklik değerleri belirlenir. Malzemenin cinsine, kimyasal bileşimine ve metalografik yapısına bağlı olan bu özellikleri kısaca şu şekilde tanımlayabiliriz.
a) Orantı sınırı (?0): Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke yasasının, yani ? = E.? bağıntısının geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlayan gerilme değeridir. Bu bağıntıdaki orantı katsayısına (E) elastiklik modülü denir ve bu katsayı çekme diyagramının elastik kısmını oluşturan doğrunun eğimini gösterir. Bir malzemenin elastiklik modülü ne kadar büyükse, o malzemenin elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o ölçüde büyük olur.
b) Elastiklik sınırı (?e): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme değeridir. Genellikle, elastiklik sınırı orantı sınırına eşit kabul edilir. Pratikte ?e yerine %0,01 veya %0,005’lik plastik uzamaya karşı gelen gerilme (?0,01 veya ?0,005) değerleri alınır.
c) 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, Bu değer akma kuvvetinin (Fa) numunenin ilk kesit alanına bölünmesiyle (?a = Fa/A0) bulunur. Düşük karbonlu yumuşak çelik gibi bazı malzemeler, deney koşullarına bağlı olarak belirgin akma sınırı gösterebilirler. Malzemelerin belirgin akma göstermemesi durumunda, genelde %0,2’lik plastik uzamaya (?plastik = 0,002) karşı gelen çekme gerilmesi akma sınırı veya akma dayanımı olarak alınır.
d) 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, ?ç = Fmaks/A0 formülü ile bulunur. Burada Fmaks malzemeye uygulanan en yüksek kuvveti, A0 ise malzemenin ilk kesit alanını gösterir.
e) 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 ?l = lk - l0 bağıntısı ile bulunur. Burada lo numunenin ilk ölçü uzunluğunu, lk ise numunenin kırılma anındaki boyunu gösterir. Kopma uzaması ise; KU (%) = bağıntısı yardımıyla belirlenir. Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir.
f) Kopma büzülmesi (KB): Çekme numunesinin kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup, KB (%) = bağıntısı ile hesaplanır. Burada A0 deney numunesinin ilk kesit alanını, Ak ise kırılma anındaki kesit alanını veya kırılma yüzeyinin alanını gösterir. Kopma büzülmesi, kopma uzaması gibi sünekliğin bir göstergesidir. Sünek malzemelerde belirgin bir büzülme veya boyun verme meydana gelirken, gevrek malzemeler büzülme göstermezler. Aşağıda gevrek ve sünek malzemelerin kırılma davranışları şematik olarak gösterilmiştir.
g) Rezilyans: Malzemenin yalnız elastik şekil değiştirmesi için harcanan enerji veya elastik şekil değiştirme sırasında malzemenin depoladığı enerji demektir. Bu enerji, gerilme (?)-birim uzama (?) eğrisinin elastik kısmının altında kalan alan ile belirlenir ve numune kırılınca geri verilir,
h) Tokluk: Malzemenin birim hacmi başına düşen plastik şekil değiştirme enerjisi olarak tanımlanır ve malzemenin kırılıncaya kadar enerji depolama veya soğurma yeteneğini gösterir. Tokluk, genellikle ?-? eğrisinin altında kalan alanın hesaplanması ile bulunur. Bu formüldeki ?k malzemede kırılıncaya kadar meydana gelen en yüksek veya toplam birim şekil değiştirme miktarıdır.