malzeme üretim laboratuvarı ı-ıı

Transkript

T.C.
ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ
BÖLÜMÜ
MALZEME ÜRETİM LABORATUVARI I-II
DENEY FÖYÜ
Malzeme Üretim Laboratuarı I
BOYUT KÜÇÜLTME VE ELEK ANALİZİ DENEYİ
DENEYİN AMACI
Kırma ve öğütme işlemine tabi tutulan malzemenin eleme işlemi ile tane boyut dağılımının
saptanması.
KURAMSAL TEMELLER
Hammaddeler, çeşitli işlemlerden elde edilen ürün veya ara ürünler; temel kimyasal ve
metalurjik işlemlere girmeden önce, yüzey büyütme (boyut küçültme), yüzey küçültme (boyut
büyütme), malzeme ayırma ve malzeme karıştırma gibi ön ve ara işlemlerden geçirilmektedir.
1. Yüzey büyütme:
Yüzey büyütme işlemleri sıklıkla katı fazdaki malzemeler için uygulanır. Katı fazdaki
malzemelerin mevcut yüzeylerinin büyütülmesi tane boyutlarının küçültülmesiyle gerçekleşir.
Teknolojide bu küçültme işlemleri “kırma” ve “öğütme” isimleriyle ifade edilir.
1.1. Kırma:
Kırma, katı bir maddenin mekanik kuvvetler vasıtasıyla daha küçük parçalara bölünmesi
işlemidir. Kırma işleminin amacı belli bir parçacık boyutunun altına inmek fakat pek çok
durumda belli bir alt sınırı da aşmamaktır.
Kırma işlemi “kaba kırma” ve “ince kırma” olarak ikiye ayrılır. Kaba kırma işlemi sonucunda
50 mm üzerinde boyutlarda parçacıklar üretilir. İnce kırma işlemi sonucunda ise en küçük
parçacık boyutunun 5 mm civarında bulunduğu ürünler elde edilir. Uygulamalarda en çok
kullanılan kırıcılar çeneli ve konik kırıcılardır. Bu iki tip kırıcı sert ve orta sertlikteki
maddelerin hem kaba hem de ince kırma işlemlerinde başarı ile uygulanırken, yumuşak
maddelerin kaba kırmasında çekici kırıcılara daha fazla rastlanmaktadır. Çeneli kırıcılarda
kırma işlemi, cihazın çene tabir edilen parçaları arasında yapılmaktadır. Bu çenelerden
genellikle birisi sabit olmakta, diğer çenenin hareketi ile kırma gerçekleşmektedir.
1.2. Öğütme:
Üretilen parçacıkların en büyük boyutunun yaklaşık 5 mm’den daha az olduğu hallerdeki
yüzey büyütme işlemlerine öğütme adı verilir. Öğütme işlemlerinde genellikle ekseni
etrafında dönen bir gövde ve içersine konan öğütücü ortam parçalarından (bilya, çubuk, çakıl)
oluşan değirmenler kullanılır.
2. Eleme:
Eleme katı bir malzeme karışımını elekler kullanarak farklı boyutlardaki bileşenlerine ayırma
işlemidir. Eleme işleminde kullanılan elekler büyüklüklerine göre sınıflandırılırken “mesh
numarası” kavramı kullanılır. Mesh numarası bir elekte birim alan (inç2 veya mm2) başına
düşen delik sayısını göstermektedir.
Eleme ile elek altı ve elek üstü olmak üzere iki ürün elde edilir. Endüstriyel elekler elemenin
yapıldığı yüzeyin sabit veya hareketli olmasına göre “sabit elekler” ve “hareketli elekler”
olmak üzere iki ana bölüme ayrılır.
Sabit eleklerin en basit şekli ızgaralardır. Izgaralar büyük boyutlu malzemelere en uygun olan
tiptir. Genellikle eğik olarak yapılırlar ve üzerlerindeki malzemenin aşağı doğru inerken
ızgara aralıklarından düşen parçaların ızgara üstünde kalandan ayrılmasını sağlarlar. Hareketli
eleklerde tıkanmayı azaltmak amacıyla ızgaralara çeşitli hareketler verilmektedir. Bu
hareketler ile malzeme hem bir yöne doğru itilir hem de eleme kolaylaştırılmış olur.
DENEY DÜZENEĞİ VE YÖNTEMİ
Teorik Bilgi:
Metalurjik proseslerde kullanılan birçok malzeme kullanım aşamasına gelmeden önce kırma,
öğütme gibi bir takım ön işlemlere tabi tutulur. Bu işlemler sonucu farklı tane boyutuna sahip
malzemeler oluşur. Farklı boyuttaki bu tanelerin boyutlarına göre sınıflandırılması amacıyla
eleme işlemi yapılır. Eleme farklı boyuttaki tanelerin belirli büyüklükteki delik ve
açıklıklardan geçme özelliğine dayanarak yapılan boyut ayırma işlemidir. Bu amaçla
standartlarda tanımlanmış elekler kullanılmaktadır. Bu standartlar Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1’de de görüldüğü gibi eleme işlemi için elek açıklığı 670 mm’ den 20 μm’ e kadar
değişen elekler kullanılmaktadır.
Genellikle ISO, DIN ve AFNOR standartlarında elek numaraları doğrudan mm veya μm
olarak elek üzerinde yazmaktadır. Ancak Amerikan ve ingiliz standartlarında elek açıklığı
anlamına gelen mesh {1 inç (25,4 mm) uzunlukta bulunan delik sayısı} kelimesi ile elek
numaraları açılanmaktadır.
Elek analizleri için elek açıklıklarının seçiminde kullanılan sabit oran √2=1.4142 veya
4√2=1.189’dur. Amerikan TYLER elek serisi 4√2 oranı ile, ASTM elek serisi ise √2 oranı
kullanılarak belirlenmiştir. Her iki sistemde de 200 mesh = 0.074 mm’ lik (74 μm) elek
başlangıç noktası kabul edilip, ASTM ve TYLER için yukarıda verilen katsayılara bölmek
suretiyle bir alt seride yer alan eleğin elek numarası bulunur.
Bir üst seride bulunan eleklerin numaraları ise verilen bu katsayılara 74 μm’yi çarparak
belirlenir. Toz malzemelerin tane boyutunu ve tane boyut dağılımını saptamak amacıyla en az
beş elek kullanılır. Ancak daha fazla boyut sınıflandırılması durumunda bu sayı arttırılır.
DENEYİN YAPILIŞI
Elek setinin en üstüne en büyük elek açıklığına sahip elek yerleştirilir. Diğer elekler ise
aşağıya inildikçe elek açıklıkları küçülecek şekilde yerleştirilir. Daha sonra en üstteki eleğin
üzerine kapak, en alttakine ise tava konulur. Elek analizi yapılacak numune tartılıp en üstte
yerleştirilen eleğe konulup, üst kapak örtülerek 10 dakika süre ile eleme işlemine tabi tutulur.
Bu işlem kuru olarak gerçekleştirilirse yapılan eleme işlemi “kuru eleme” olarak adlandırılır.
Eğer bu işlem sırasında elek setinden su geçirilirse yapılan bu eleme işlemine “sulu eleme”
işlemi adı verilir. Eleme işlemi sonunda her eleğin üzerinde toplanan malzeme, ön tartımı
alınmış kaplara konulur.
Elek yüzeyindeki delikler arasında kalan taneler yumuşak bir fırça yardımı ile elek üstü
miktarıma ilave edilir. İdeal olarak eleklerden tartılan toplam madde miktarı başlangıçtakine
eşit olmalıdır. Ancak bir miktar kayıp söz konusu olabilir. Bu miktar başlangıçtaki hammadde
miktarına göre az olacağından ihmal edilebilir.
HESAPLAMALAR
Elek analizi ile tanecik büyüklüğünü tanımlarken taneciğin en son geçtiği elek büyüklükleri
verilmelidir. Örneğin 14 / 20 ifadesi taneciğin 14 No. lu elekten geçip 20 No. lu eleğin
üzerinde kaldığını göstermektedir. Bu tür analiz “türevsel analiz” olarak bilinir.
Elek analizinde ikinci yöntem ise “kümülatif elek analizi” dir. Bu analiz türevsel elek analizinden
yararlanılarak yapılır. Her bir elekte kalan madde miktarları en büyük elekten başlayarak birbiri
üzerine ilave edilir. Bu toplam değerler toplamın aldığı son “mesh” değerine karşılık tablo halinde
verilir.
Yapılması gereken hesaplamalar:
 Elek açıklıklarına göre deneyde kullandığınız elekleri yazınız.
 Elek boyut aralığı (mm) ve %elek üstü madde miktarı değimini veren boyut dağılım
grafiğini çiziniz.
 Aşağıdaki tabloyu deney sonuçlarınızı kullanarak doldurunuz.
Tablo 1. Elek analizi verileri
SERAMİK ÇAMUR VE ALÇI KALIP DENEYİ
DENEYİN AMACI:
Hazırlanan seramik çamurunun slip döküm yöntemi ile şekillendirilmesi.
TEORİK BİLGİ:
Geleneksel seramikler kapsamına giren ürünlerin hammaddeleri; özlü ve özsüz olmak iki
gruba ayrılmaktadır. Bunlardan özlü olanlar; kil, kaolen vb., özsüz olanlar ise; feldspat ve
kuvarstır.
Bu
inorganik
endüstriyel
hammaddelerin
belirli
oranlarda
karıştırılıp
şekillendirildikten sonra pişirilerek sinterlenmesi suretiyle seramik sağlık gereçleri (saniter
seramikler) üretilmektedir. Büyük boyutlarda ve kompleks sekilerde porselen veya diğer kil
esaslı seramik malzemelerin üretiminde kullanılan metotlar; yarı yas veya yas yöntemler
olarak uygulanmaktadır.
Yas yöntemde, katı-sıvı karışımı halinde hazırlanan süspansiyonun; katının sıvı içinde
homojen dağıtıldığı, asıltı durumda tutulduğu (defloküle) ve akışkanlığı da sağlanarak elde
edilen seramik çamurunun (slip) alçı kalıplara dökümü olaylarını kapsamaktadır. Çamurdaki
su, gözenekli alçı kalıp tarafından emilmektedir. Slip döküm çamuru elde etmek için; kil,
kaolen gibi özlü (hidrofilik, suyu seven) seramik hammaddeleri ile feldspat ve kuvars gibi
özsüz (hidrofobik, suyu sevmeyen) seramik hammaddeleri, önce bilyalı değirmenlerde hem
öğütülmeleri hem de açılması sağlanarak homojen karışım sağlamak amacıyla su ile
karıştırılmaktadır. Bilyalı değirmen hacminin 1/3’ünü katı hammaddeleri, 1/3’ünü su ve geri
kalan 1/3’ünü ise öğütücü alümina bilyeler oluşturmaktadır. Yeteri derecede Bilyalı öğütme
işleminden sonra elekten geçirilerek iri parçacıklar ayıklanır ve daha sonra mekanik
karıştırıcılarda döküme hazır çamur (slip) oluşturmak üzere mekanik karıştırıcılar altında
karıştırılırken; Litre Ağırlığı kontrolü ile yeterli katı-sıvı oranına ulaşılıp ulaşılmadığının
kontrolü yapılır. 1.6-1.8 kg/litre pratikte ideal ölçüdür. Bunun ardından tiksotropik çamurun
reolojik özelliklerinin optimizasyonuna geçilir. Bilindiği gibi farklı madde tanecikleri içeren
süspansiyonlarda taneciklerin elektriksel yük dengesi önem taşır ve iyi bir asıltı elde etmek
için bu etki göze alınmalıdır.
Seramik döküm çamurlarında hem taneciklerin flokulasyonunu önleyerek iyi bir asıltı elde
etmek hem de akışkanlığı arttırmak amacıyla elektrolit ya da deflokulant adı verilen kimyasal
yapılardan
yararlanılmaktadır.
Vitrifiye
seramik
çamurlarında
kullanılan
elektrolit
(deflokulant), sodyum silikat ya da pratikte bilinen adıyla cam suyudur.
Elektrolit katkısının akışkanlığa etkisi Sekil 1’de görülmektedir. Şekilden de görüldüğü gibi,
önce çamurun viskozitesini azaltan elektrolitin artan miktarlarında aniden çamurun viskozitesi
de tekrar artmaktadır.
Sekil 1: Viskozitenin elektrolit miktarıyla değişimi.
Bu asamadan sonra önceden hazır bekleyen alçı kalıplara slip döküm işlemi yapılmaktadır
Sekil 2’de döküm işlemine ait işlemler gösterilmektedir.
Sekil 2: Slip döküm yöntemi ile şekillendirmenin şematik gösterimi.
Alçı kalıplara döküm işlemi yavaş bir süreç olduğundan, günümüzde kitlesel üretimde hızı
arttırmak amacıyla basınçlı döküm sistemleri yaygınlaşmaya başlamıştır. Ancak basınçlı
dökümde alçı kalıplar mevcut basıncı kaldıramayacağı için polimerik yapılı yeni tip kalıplar
kullanılmaktadır. Basınçlı yöntemle sekilendirilen parçalar daha az su içerdiğinden kuruma
küçülmeleri daha az olmakta döküm süresi ise 1-2 saatten 20 dakikaya kadar düşmektedir.
DENEYİN YAPILIŞI:
Döküm çamurlarında aranan 1.6-1.8 kg aralığındaki litre ağırlığına ulaşılması için maseye
(döküm çamuru taslağı) mekanik karıştırıcı ortamında su ilave edilir. Darası alınmış 1 litrelik
balon jojeye bu çamur doldurularak, tartılıp Litre Ağırlığı’nın arzu edilen düzeye gelmesi
sağlanır. Katı-sıvı oranı bu şekilde belirlenen ilk döküm çamuru taslağı böylece hazırlanır.
Çamur içindeki partiküllerin bir birlerine yapışıp flokülasyona uğramasını önlemek ve
akışkanlığını arttırmak için çamur karıştırılmaya devam edilirken içine deflokulant katılır.
Elektrolit olarak da tabir edilen çeşitli deflokulantlar bulunmaktadır. Vitrifiye seramik
çamurlarında yaygın olarak pratikte cam suyu olarak ifade edilen sodyum silikat
kullanılmaktadır.
Elektrolit katıldıkça viskozitenin düşürülmesi yani akışkanlık kabiliyetinin arttırılması
sağlanır.
Ancak bunun kritik bir değeri bulunmaktadır ve artan hassas elektrolit oranı ile birlikte
viskozite tekrar yükselir (Sekil 1). Buna dikkat edilmelidir. Pratikte 1 kg kuru hammadde
karşılığında 9 g. 40 bomelik Sodyum Silikat kullanımı önerilmektedir. Hazırlanan çamurdan
alçıya döküm yapılır.
Döküm yapıldıktan sonra sırasıyla 15, 30 ve 45 dakika sonra kumpasla et kalınlığı ölçümü
yapılır. Böylece zamana bağlı et kalınlığı büyümesi grafiğe aktarılır.
KULLANILAN CİHAZLAR VE MALZEMELER:

Balon joje (1 lt’lik)

Pipet

Alçı Kalıp

Mekanik karıştırıcı

Kumpas

Kronometre

Terazi
ISIL İLETKENLİK DENEYİ
1. GENEL BİLGİLER
Isı iletimi; bir katı malzeme veya durgun akışkan içerisindeki sıcak bir bölgeden daha soğuk
bir bölgeye doğru ısının geçmesidir. Bir katı cisim içinde sıcaklık farkları varsa yüksek
sıcaklık bölgesinden düşük sıcaklık bölgesine ısı, iletim yolu ile geçer. İletimle ısı geçişi
deneysel gözlemlere dayanan Fourier kanunu ile belirlenir. Fourier kanununa göre herhangi
bir yönde (örneğin x yönünde) geçen ısı miktarı, x yönündeki sıcaklık gradyanı (sıcaklık
değişim miktarı) dT/dx ve ısı geçiş yönüne dik alan A ile orantılıdır. Fourier kanununun
matematiksel ifadesi;
şeklindedir. Burada; Qx, x yönünde ve bu x yönüne dik A alanı üzerinden geçen ısı
miktarıdır. Orantı sabiti k, ısı iletim katsayısı olarak adlandırılır ve maddenin bir özeliğidir.
Eşitlik (1)’ deki (-) işareti ısı geçiş yönünü belirler. Şekil 1a’ da görüldüğü gibi eğer sıcaklık x
yönünde azalıyorsa dT/dx negatifdir ve ısı geçişi pozitif x yönünde olmalıdır. Şekil 1b’ de
görüldüğü gibi eğer dT/dx pozitifse Qx negatif olur ve bu durumda da ısı akışı negatif x
yönündedir.
Tablo 1’ de bazı katıların ve akışkanların ısı iletim katsayıları görülmektedir. Genellikle
katılar ısıyı akışkanlardan daha iyi iletirler. Ayrıca elektriği iyi ileten maddeler, örneğin
metaller, aynı zamanda ısıyı da iyi iletirler.
2.FOURİER ISI İLETİM KANUNU
x doğrultusundaki ısı akısı ;
Akışkanlar katılardan farklı olarak kayma gerilmesi taşırlar ve akışkanlarda ısı geçişi daha
çok taşınım yolu ile gerçekleşir. Akışkanların ısı iletim katsayılarının belirlenebilmesi için ise
doğal taşınım etkileri ihmal edilebilecek düzeyde olmalıdır. Durgun bir akışkanda ısı geçişi
sadece iletim yolu ile gerçekleşir. Katı malzemelerden farklı olarak, ısı iletim katsayısı
belirlenecek olan akışkanın içerisinde doğal taşınım etkileri görülmeyecek kadar küçük bir
hazne içinde yer alması gerekmektedir. Bu şekilde akışkan katı gibi davranacağından
akışkanın ısı iletim katsayısının belirlenmesi Fourier Kanunu’ nun uygulanması ile belirlenir.
ÇİMENTODA FİZİKSEL, KİMYASAL VE MEKANİK
ANALİZLER
1.GENEL BİLGİLER
1.1.Çimento
Çimento, kalker, kil ve kum karışımı hammaddelerin pişirilmeleri ile ortaya çıkan klinkerin
betonda priz süresini ayarlamak için çok az miktarda ilave edilen alçıtaşı ile birlikte
öğütülmesi sonunda elde edilen bir ürün olup, su ile bir araya geldiğinde hidrolik bağlayıcılık
özelliği kazanmaktadır. Çimentolar su ile reaksiyon sonucu hem havada hem de su altında
katılaştıkları için hidrolik bağlayıcılar olarak sınıflandırılırlar. Çimento ile su arasındaki
kimyasal reaksiyona “ hidratasyon “ denir.
1.2.Portland çimentosu
İngiltere yakınlarında Portland adasından doğal olarak oluşmuş ve yapı taşı olarak çıkartılan
bir malzemeye benzerliğinden dolayı Aspdin, sertleşen çimentoya ‘Portland’ adını vermiştir.
Aspdin aynı zamanda yanma prosesinden önce fırın (kiln) içerisine bir gizli maddeyi (tuz)
serperek ilave etmiştir.
Portland çimentolarının hammaddeleri esas olarak kalker ve kildir. Portland çimentolarının
üretiminde, önce uygun miktarlarda kireç (CaO), Silis (SiO2), Alümina (Al2O3) ve Demir
Oksit (Fe2O3) ihtiva eden hammaddeler belirli oranlarda karıştırılarak fırınlarda 1450C veya
1550C’ye kadar pişirilirler. Fırından çıkan gri renkteki fındık veya ceviz büyüklüğündeki
malzemeye “klinker” denir. Klinker aniden soğutulur ve daha sonra öğütülür. Bu öğütme
işlemi sırasında klinkere % 3 - % 5 oranlarında alçıtaşı (CaSO4.2H20) ilave edilir. Alçıtaşı
ilave etmenin nedeni çimentonun ve dolayısıyla betonun priz sürelerini ayarlamaktır.
Öğütülmüş ve sonuçta tane boyutları büyük oranda 90 μm’nin altına düşürülmüş toz halindeki
malzeme çimentodur ve bağlayıcı madde özelliğini kazanmıştır.
1.3.Çimento Bileşenlerinin Hidratasyonu
Portland çimentosu ve su bir araya getirilip karıştırıldığında, çimentonun bileşenleri bir seri
karmaşık kimyasal reaksiyona uğrayarak zamanla bağlı olarak betonun belirli bir süre
sonunda sertleşmesini meydana getirirler. Su ile olan reaksiyonlar genelde “hidratasyon”
olarak tanımlanırken, reaksiyon sonucu oluşan yeni katı bileşikler de “hidratasyon ürünleri”
olarak tanımlanırlar. Portland çimentosunun su ile olan hidratasyon reaksiyonlarının hepsi
ekzotermik reaksiyonlardır (ekzotermik reaksiyonların sonucunda ısı açığa çıkar). Bundan
dolayı, betonun sertleşmesi esnasında çok fazla ısı açığa çıkarıyorsa sürekli olarak içeriden
ısınmaya devam edecektir. Bir beton yapı içerisinde sıcaklık yükselmesi en başta çimento ile
ilgili bir konudur ve aynı zamanda üretilen ısı hızı ile beton yapının çevreye doğru ısı
kaybetme hızına bağlıdır. Bu nedenlerle, betonda ısı yayılım hızı çok önemli bir parametre
olmaktadır.
2. DENEYİN YAPILIŞI
2.1 Deneyde Kullanılacak Cihazlar
Terazi
Elekler
Karıştırıcı
Kalıp Ekipmanları
Sarsma Cihazı
2.2.Harç Hazırlama
Kütlece 1 kısım çimento, 3 kısım CEN Standard kumu ve 0,5 kısım su (su/çimento oranı 0,50)
şeklinde olmalıdır. Dolayısıyla da hazırlanacak karışım miktarları (450 ± 2) g çimento, (1350
± 5) g kum ve (225 ± 1) g su’ dan oluşmalıdır. Tartımlar ± 1 g doğruluktaki teraziyle
yapılmalıdır. Karıştırma işlemi yapılırken; Karıştırma kabına (225 ± 1) g su tartılarak alınır ve
daha önce başka bir kaba tartılan (450 ±2) g çimento, içerisine su tartılan karıştırma kabına
eklenir. Su ve çimento birbiriyle temas eder etmez karıştırma kabı karıştırıcıya yerleştirilir ve
karıştırıcı derhal düşük hızda çalıştırılmaya başlanır ve 30 saniye süre ile karıştırma işlemine
devam edilir. Bu sürenin sonunda karıştırıcı düşük hızda çalışmaya devam ederken karıştırma
kabına yavaş yavaş kumun tamamı ilave edilir, kum ilave süresi 30 saniye içinde ve kesintisiz
bir şekilde olmalıdır. Kum ilave işlemi tamamlanınca karıştırıcı yüksek hıza ayarlanarak
karıştırmaya 30 saniye devam edilir ve bu sürenin sonunda karıştırıcı durdurulur. Hazırlanan
harç 40x40x40 mm boyutlarındaki numune kalıplarına yerleştirilir. Kalıp yüzeyi düz bir
çubuk yardımıyla testere hareketiyle düzeltilir. Kalıp üzeri çimentoyla tepkimeye girmeyen
bir malzemeyle kapatılır. Deney numunelerinin 24 saat rutubetli bir atmosferde bekletildikten
sonra gerekli analizler yapılana kadar kür havuzunda içerisinde bekletilir.
2.3.Basınç Dayanımı
Hazırladığımız küp numunelerimize deney süresince küp kırılıncaya kadar yük (2400 ± 200)
N/s sabit hızla uygulanır. Basınç dayanımı değeri Rc megapaskal (MPa) biriminde aşağıdaki
eşitlikle hesaplanır:
2.4. Porozite ve Su Emme Tayini
Porozite; malzemenin boşluk hacminin (Vv) toplam hacmine(Vt) oranıdır. Porozite yapının
gözenek göstergesidir. Porozitenin iç tarafa doğru kapalı dış tarafa doğru açık şekline torba
şeklinde gözenek, hem içeri hem dışarı kapalı şekline kapalı gözenek son olarak kanal
şeklinde olan poroz yapıya da açık gözenek denilmektedir. Porozitenin birimi yoktur yani
boyutsuzdur. Malzemenin su tutma ve iletme potasiyeli etkileyen bir paremetredir. Boşluklu
bir malzemenin ne kadar su içerebileceğinin bir göstergesidir.
Su emme; Pişmiş ya da kurutulmuş numunelerin açık porlarının alabildiği su olarak
tanımlanır. Malzemelerde başta mekanik mukavemet olmak üzere, birçok özelliğine etki ettiği
için gözeneklilik (porozite) önemli bir fiziksel özellikler olarak dikkate alınmalıdır. Betonda
ve çimentoda fiber ya da değişik özellikteki katkılar eklendiğinde poroz yapının azalıp
azalmadığının ölçülmesi için bu tayin gereklidir.
Porozite ve su emme deneyi; Numuneler etüvde 105°C’ de sabit ağırlığa gelene kadar
kurutulup, kuru ağırlıkları (MK) tespit edildikten sonra, içi su dolu bir kap içerisine
birbirlerine ve kabın tabanına değmeyecek şekilde yerleştirilir. Daha sonra su içerisinde 48
saat bekletilerek su emmeleri sağlanır. Numunelerin su içerisindeki ağırlığını belirleyebilmek
için Arşimet terazi düzeneği ile su içinde tartılarak belirlenir (MA). Sudan çıkarılan
numuneler yüzeylerindeki ince su filmi tabakası nemli bir bez yardımıyla arındırılır ve tartım
yapılarak su emmiş ağırlıkları bulunur (MD).
METALOGRAFİ DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Mikroskop altında numunenin iç yapısının görüntülenebilmesi için numunenin hazırlanması
işlemdir. Bu işlem basamaklarını oluşturan; kesme, monte(nadiren gerek duyulmayabilir),
zımparalama- parlatma ve dağlama tekniğinin öğretilmesi bu deneyin çıktılarını
oluşturmaktadır.
2. TEORİK BİLGİ
Bir metalik numuneden iç yapı görüntüsü alınabilmesi için gerekli işlem basamakları;
*Kesme ile numune alınması,
*Monte
*Zımparalama-parlatma ve dağlama ile numune yüzeyinin hazırlanması,
*Optik mikroskop ile numune yüzenin incelenmesi şeklinde sıralanabilir.
2.1. Kesme ile numune alınması
*Alınacak numune ana malzemeyi temsil edebilecek bir numune olmalıdır.
*Daha fazla detay görebilmek için mümkün olduğunca küçük numune alınmalıdır.
*Numune alınırken malzemenin mikroyapısı bozulmamalıdır (aşırı plastik deformasyon ve
aşırı ısı (oksiasetilen kaynağı gibi)’ya maruz kalmamalıdır).
*Hasar tespit amacıyla numune alınıyorsa; numune mümkün oldukça hasar görmüş kısma
yakın bir yerden alınmalıdır.
*Gerektiğinde farklı yönlerden ve yerlerden numune alınmalıdır (dövülmüş, kaplama).
Kesme işleminde ne kadar hassas davranılsa da işlem türüne göre numune yüzeyinde hasar
meydana gelir.
Örnek:
Oksiasetilen – Isınma
Testere – Plastik deformasyon
Bu yüzden numune kalıba alındıktan sonra kaba zımparalama ile bu deforme olmuş yüzey
giderilir.
2.2. Monte
Metalografi incelemeleri sırasında elle tutulamayan numunelerin daha kolay tutulmasını
sağlamak için uygulanır.
Sıcak Monte: Isı ve basınç uygulaması gerektiren monte işlemidir. Sıcak montede, ısıtma
işlemi sırasında numune, 140-160 °C arasında ısındığından bu sıcaklıktan etkilenecek
malzemelerde kesinlikle soğuk monte işlemi uygulanmalıdır. Bu işlemde plastik, ısı ve basınç
altında numunenin çevresinde katılaştırılır. Kullanılan plastik malzeme toz ya da granül
biçimindedir. Basınç ile çalışan gömme reçinelerde iki ayrı plastik türü kullanılır:
Termoplastik reçineler, ısıtıldıklarında ergirler ve soğutma sonucu sertleşirler; sıcaklık 7080°C ‘ye düşmeden termopresden çıkarılmamalıdır. Termoset reçineler ise yüksek basınç ve
ısı altında ergirler. 140-160°C ‘da basınç altında belirli bir süre tutulurlarsa katı bir kütleye
dönüşürler. Bu tür plastikler için soğutma şart değildir. Sürtünme ısısı ile yumuşamaları söz
konusu değildir; hem daha ucuz hem de daha kullanışlıdırlar.
Monte Yapımında Dikkat Edilecek Noktalar:
1) Numune temiz olmalıdır ve monte edilecek kaba göre en az 10-15 mm daha küçük
olmalıdır. Keskin kenarlardan kaçınılmalıdır.
2) Birçok malzeme aynı anda monte edilecekse bu numuneler birbirleriyle temas etmemelidir
ve basınç uygulaması sırasında tahribat olabilir.
3) Plastiğe uygulanan basınç 1-1,5 tondan daha küçük olmamalıdır. Ancak bu büyüklük kriter
değildir.
Soğuk Monte: Oda koşullarında uygulanan monte yöntemidir. Monte malzemesi olan sıvı
haldeki plastiğe(polyester, epoksi, akrilik) bir miktar sertleştirici ve reaksiyonu hızlandırıcı
(katalizör) iki kimyasal madde ilave edilerek, numunenin bulunduğu kalıp içine dökülür.
Plastik katılaştıktan sonra kalıp içinden çıkarılır.
Ergime sıcaklığı düşük malzemeler için bu monte türü tercih edilir. Bunun için baz alınacak
kriter ergime sıcaklığının 0,4 katının oda sıcaklığından yüksek olup olmamasıdır. Örneğin;
Oda sıcaklığı: 25°C= 298 K
Kalayın ergime sıcaklığı: 232°C=505 K ve 505*0,4=202 K
202<298 olduğuna göre kalay soğuk monte ile kalıba alınmalıdır.
Aksi halde kalayın içyapısının bozulması söz konusu olacağından elde edilecek görüntü
numunenin esas içyapısını temsil niteliğinde olmayacaktır.
2.3. Zımparalama-parlatma ve dağlama ile numune yüzeyinin hazırlanması
2.3.1. Zımparalama
*Numuneler kesilip, kalıba alınıp ve kodlandıktan sonra zımparalama yapılır.
*Çeşitli kademelerden oluşur ve her kademede bir evvelki kademede kullanılandan daha ince
aşındırıcı (zımpara) kullanılır.
*Zımparalar genelde zımpara numarası ile ifade edilir.
- Zımparalama için genellikle mohs sertliği 9,5 olan SiC taneleri kullanılır. SiC taneleri hem
toz hem de kâğıt veya kumaş üzerine bir bağlayıcı ile tutturulmuş olur.
Kaba zımparalama 80 ve 150
İnce zımparalama 240 – 600
*Zımparalama fazla bastırmadan yapılır.
*Bir sonraki zımparaya geçildiğinde el ve numune iyice yıkanmalıdır.
*Gerekirse ultrasonik temizleme yapılmalıdır
*Genellikle yaş yapılır. Bunun nedenleri;
-Hem ısınmayı önler.
-Numune yüzeyi ile zımpara arasında daha homojen bir temas sağlanır.
-Abrasivleri bir arada tutar.
2.3.2. Parlatma
2.3.3. Dağlama ve Optik mikroskop ile numune yüzenin incelenmesi
Parlatılmış numunenin yüzeyi ışığı eşit şekilde dağıttığından yapıdaki ayrıntılar ayırt
edilemez.
Bu nedenle yapıda kontrast oluşturmak gereklidir.
Bunun için uygulanan yönteme “dağlama (etching)” denmektedir. Bu işlem parlatılmış
yüzeye uygun kimyasalın sürülmesi ile yapılır.
Kimyasal Dağlama Mekanizması
Dağlama reaktifi, mikroyapı detaylarını, numunenin yüzeyinden içeriye
doğru selektif olarak çözünmesi sonucu ortaya çıkarır.
Çok fazlı alaşımların dağlama mekanizması elektrokimyasal niteliktedir.
Numune reaktif ile temas ettiğinde , fazlar arasında potansiyel farkı
doğar. Daha yüksek potansiyelli faz, diğerine kıyasla anodik veya
elektropozitiftir. Bu nedenle dağlama esnasında yüksek potansiyelli faz
çözünmeye başlar. Katodik veya elektronegatif olan diğer faz, daha
düşük potansiyele sahip olduğundan, dağlama esnasında herhangi bir
değişikliğe uğramaz.
Anodik ve katodik bileşenler arasındaki potansiyel farkı, elektropozitif
fazın genellikle kullanılan dağlayıcı reaktifler içinde uygun hız ve oranda
çözünmesi için yeterli büyüklüktedir.
Dağlama sırasında anodik davranan faz öncelikle çözüneceğinden
dolayı bir dereceye kadar anodik faz da çukurlaşma meydana gelir.
Mikroskopta incelendiğinde bu faz karanlık görünür. Diğer faz ise ışığı
ayna gibi yansıtır ve parlak görünür.
Saf metallerde ve tek fazlı yapılarda söz konusu potansiyel farkının
olmayışı nedeniyle bu malzemeler, çok fazlı malzemelere kıyasla daha
zor dağlanırlar.
Işık Metal Mikroskobunda, biyolojik mikroskobun tersine, yansımış ışık kullanılır. Numune
yüzeyinin çeşitli ayrıntılarının konumlarına göre, değişik açılarda yansıtılan gelen ışık,
yansıma açısına bağlı olarak mikroskobun merceklerinden geçerek görüntüyü göze iletir.
1. Görme Gücü: Bir cisme baktığımız zaman cismin kuvvetli ışık yayan kısmı parlak, zayıf
ışık yayan kısmı karanlık görünür. Bu aydınlık farkına kontrast denir. Eğer ışık bir cismi
aydınlatıyorsa, cismin yüzeyinin geometrik yapısına bağlı olarak farklı derecelerde absorb
edilebilir veya yansıyabilir. Sonuç olarak cismin farklı kısımları farklı parlaklıkta olur.
Bundan faydalanılarak cismin mikroyapısını görebiliriz. Optik mikroskopta kontrast, esas
olarak ışığın farklı absorblanmasından ve yansıtma katsayılarının farklı oluşundan dolayı
meydana gelir.
2. Ayırma Gücü: Ayırma gücü en yakın iki noktanın birbirinden net olarak ayırt
edilebilmesini belirler. d= 0,61 λ / n Sin α d= Ayırma gücü, n=Kırılma indisi (numune ile
objektif arasındaki ortamın kırılma indisi) λ=kullanılan ışığın dalga boyu N.A.=Nümerik
açıklık= n. Sin α En ideal şartlarda ışık metal mikroskobunun ayırma gücü 1000 A° (1 A° =
10-10 m) ve faydalı büyütmesi 2000X dir.
3. Alan Derinliği: Odaklama yitirildiğinden, numunenin yüzeyi üzerindeki değişik
yükseklikteki noktaların birlikte net görülebilme özelliğidir. Alan derinliği en yüksek ve en
alçak noktalar arasındaki dikey uzaklıktır.
3. DENEYDE KULLANILACAKLAR
Kesme cihazı
Monte cihazı
Parlatma cihazı
Optik mikroskop (OM)
Çeşitli metalik numuneler
%2 lik nital dağlayıcı (% 2 Nitrik asit + % 98 Metanol)
Deneyde çeşitli metal parçalardan öncelikle kesme ile numune alımı yapılacak. Ardından bu
numuneler yukarıda anlatılan işlem basamakları sırasıyla uygulanarak optik mikroskop altında
görüntülenecek. Son olarak elde edilen içyapı görüntüleri üzerinde tartışılacak.
5. KAYNAKLAR
*GTÜ Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Mikroyapı Dersi Notları_ Doç. Dr. Yücel
GENÇER
ÇEKME DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Çekme deneyi metalik malzemelerin mekanik özelliklerinin tespiti amacıyla yapılana en
temel testlerdendir. Bu deney ile standart bir çekme numunesi alınan malzemenin başta çekme
ve akma mukavemet değerleri olmak üzere mukavemet sonuçları elde edilir.
2. TEORİK BİLGİ
Deney sonucunda elde edilen sayısal veriler yük(F) ve uzama(mm) verileridir. Bu veriler
kullanılarak gerilme ve gerinme elde edilir.
Gerilme (σ): Birim alana etkiyen yük anlamına gelir ve kuvvetin alana bölünmesiyle
hesaplanır.
σ=(F / A)
Gerinme (Birim Şekil Değiştirme (e)): Malzemeye kuvvet uygulandığında oluşan boy
değişiminin kuvvet uygulanmadan önceki ilk boya oranıdır.
ε ( l / lO )
Aşağıda düşük karbonlu bir çeliğe ait gerilim-gerinim diyagramı gösterilmektedir.
Şekil 1. Düşük karbonlu yumuşak bir çeliğin çekme diyagramı.
Çekme deneyi sonucunda malzemenin orantı sınırı, elastiklik sınırı, akma sınırı ve çekme
dayanımı gibi mukavemet değerleri ile kopma uzaması, kopma büzülmesi ve tokluk ve
süneklik değerleri belirlenir. Malzemenin cinsine, kimyasal bileşimine ve metalografik
yapısına bağlı olan bu özellikler aşağıda sırasıyla açıklanmaktadır.
a) 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 (Şekil 1). 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
(Off-set kuralı). Şekil 2’de belirgin akma göstermeyen bir malzemenin çekme diyagramı ile
bu malzemenin akma dayanımının nasıl belirlendiği görülmektedir.
Şekil 2. Belirgin akma göstermeyen bir malzemenin akma dayanımının belirlenmesini
gösteren diyagram.
b) Elastiklik sınırı (E): Malzemeye uygulanan kuvvet kaldırıldığı zaman plastik uzamanın
görülmediği veya yalnız elastik şekil değiştirmenin meydana geldiği en yüksek gerilme
değeridir. Gerilme-birim uzama diyagramında Hooke yasasının, yani  = E. bağıntısının
geçerli olduğu doğrusal kısmı sınırlayan gerilme değeridir. Bir malzemenin elastiklik modülü
ne kadar büyükse, o malzemenin elastik şekil değiştirmeye karşı direnci de o ölçüde büyük
olur.
c) 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.
d) Kopma dayanımı (k): Çekme deneyi esnasında, numune kesiti çekme kuvvetini artık
karşılayamadığı anda kopma meydana gelir. Çekme diyagramı çiziminde kaydedilen bu son
gerilme değerine, malzemenin kopma dayanımı adı verilir. f) 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 (%) = 100 0 x   bağıntısı yardımıyla belirlenir.
Bu değer malzemenin sünekliğini gösterir. g) Kopma büzülmesi (KB): Çekme numunesinin
kesit alanında meydana gelen en büyük yüzde daralma veya büzülme oranı olup, KB (%) =
100 0 0   A A Ak 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.
Şekil 3’de gevrek ve sünek malzemelerin kırılma davranışları şematik olarak gösterilmiştir.
e) Rezilyans: Malzemenin birim hacmi için harcanan şekil değiştirme işi veya enerjisi, çekme
eğrisinin altında kalan alan yardımıyla hesaplanabilir (MPa x m/m = N x m/m3= J/m3 ).
Elastik sınıra kadar harcanan iş, bir malzeme içinde kalıcı şekil değişimi (akma) başlamadan
depolanabilecek maksimum elastik şekil değiştirme enerjisini verir ve “Rezilyans” olarak
adlandırılır. Örneğin yay malzemelerinde reziliyansın yüksek olması istenir.
f) 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.
Alüminyum, çelik, bakır çekme numuneleri (DIN 50125)
GUNT WP300 Universal Material Tester
1) Çekme deney numunesi iki ucundan tutucu çenelere yerleştirilir.
2) Numunenin ilk ölçü boyu (gauge length) ve çapı ölçülür.
3) Çekme başlamadan önce okunan kuvvet ve uzama değerleri sıfırlanır.
4) Deney başlatılır ve numune kopuncaya kadar kuvvet-uzama değerleri kaydedilir.
5) Çekme diyagramı çizilir ve deney yorumlanır.
Ölçümler
Numune çapı (d0) =
Ölçü uzunluğu (l0) =
Akma kuvveti (Fa) =
En yüksek çekme kuvveti (Fmaks) =
Son boy (lk) =
Son çap (dk) =
İlk kesit alanı (A0) =
Son kesit alanı (Ak) =
5. SONUÇLAR
Gerilim-Gerinim Diyagramı
Diyagram üzerinde önemli noktaları gösteriniz (Akma, Çekme, Kopma uzaması, Tokluk,
Süneklik, Rezilyans)
Farklı metallere ait çekme eğrilerini yorumlayınız.
6. KAYNAKLAR
*Yrd. Doç. Dr. Kemal YILDIZLI, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
Makine Mühendisliği Bölümü, Çekme/Eğme Deney Föyü.
*Doç. Dr. Ramazan KAYIKÇI, Araş. Gör. Gülşah AKTAŞ, Sakarya Üniversitesi, Teknoloji
Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Müh. Bölümü, Çekme Deneyi Föyü
*Dieter, G. E., “Mechanical Metallurgy SI Metric Editions”, McGraw-Hill Book Company,
1988
*Temel Savaşkan, Malzeme Bilgisi ve Muayenesi, Akademi Yayınları
*http://web.itu.edu.tr/~dikicioglu/WEBMAL201/Mal201MekanikOzelliklerSurunme(4).pdf
CTP DENEYİ
CAM ELYAF TAKVİYELİ PLASTİK (CTP) KOMPOZİT ÜRETİMİ VE
KARAKTERİZASYONU DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Bu deneyin amacı; cam elyaf takviyeli plastik matrisli düzlemsel kompozit plakaların
üretilmesi ve çekme, eğme dayancı ve darbe dayancının saptanması ve kırılma analizinden
hareketle delaminasyon (tabaka ayrılması), fibre pull-out (sıyrılma) problemlerinin görsel
olarak izlenmesidir. Bunların yanı CTP üretiminde takviye elemanı türüne ve dizilim yönüne
göre bulguların kıyaslanmasıdır.
2. TEORİK BİLGİ
Birbirinden farklı en az iki malzemenin aralarında bir ara yüzey oluşturarak, kimyasal bağ
yapmaksızın oluşturdukları yeni malzeme grubuna kompozit denir.
Tablo 1. Kompozit malzemelerin matris, takviye ve oluşan yapı türüne göre gruplanması.
Matris Malzemeleri
Takviye Elemanları
Kompozit Yapının Şekli
Polimerler
Lifler (Elfay)
Tabakalar
Metaller
Granüller
Kaplamalar
Seramikler
Whiskers
Film-Folyo
Pudra
Bal peteği
Yonga
Filamen sarılmış yapılar
2.1. Kompozit Malzemelerin Matrislerine Göre Gruplandırılması
• Plastik Matrisli Kompozitler (PMCs): Günümüzde en yaygın olarak kullanılan kompozit
türüdür. Tüm kompozitlerin içinde yaklaşık %80 kullanım oranına sahiptir. Sürekli veya
süreksiz tarzda fiberlerle desteklenebildiği gibi partikül ile de takviyelendirilebilir.
• Metal Matrisli Kompozitler (MMCs): Plastik matrisli kompozitlerinden sonra en çok
kullanım alanına sahip gruptur. Genellikle partikül takviyeli olarak kullanılan metal matrisler
aşınma dayanımı gerekiren yerlerde kullanılmaktadır. Ayrıca alüminyumdan üretilen bal
peteği yapısı da bu grupta yer almaktadır.
• Seramik Matrisli Kompozitler (CMCs): Çok yaygın bir kullanılma sahip değillerdir. Diğer
grupların aksine gevrek bir matrise sahiptir. Bu gruptaki kompozitler sünek liflerle takviye
edilerek gevrek matrisin tokluğu arttırılmaktadır.
Bu deneyde plastik matrisli kompozit üretimi yapılacağından metal ve seramik matrisli
kompozitlerin detayına değinilmeyecektir.
2.2. Plastik Matrisli Kompozitler
Plastik matris sağladığı pek çok avantajla en çok kullanılan kompozit elemanıdır. Bu yüzden
kompozitin özelliklerini öğrenmek için plastiğin tanımak önemlidir.
Plastikler; karbon, hidrojen, oksijen, azot ve diğer organik ya da inorganik elementler ile
oluşturduğu monomer adı verilen, basit yapıdaki molekülü gruplardaki bağın koparılarak,
polimer adı verilen uzun ve zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelerdir.
Plastik matris genel olarak iki gruba ayrılır: A)Termoplastikler B)Termosetler
2.3. Plastik Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri
• El yatırması metodu: Geniş yüzeyli CTP kalıplaması için en çok kullanılan metoddur.
Kalıp ayırıcı uygulandıktan sonra jelkot uygulanır. Jelkot tabakasının sertleşmesinden sonra
cam elyafı ve polyester fırça veya yün rulo ile uygulanır. Düşük sabit sermaye yatırımı
gerektiren bir kalıplama yöntemi olan el yatırması ile %25-35 oranında cam elyafı ile
takviyeli polyester ürün elde edilebilir. Emek-yoğun bir üretim metodu olduğundan kapasite,
emek ve kalıp adedine bağlıdır. Bir kalıptan günde ortalama 2 ürün alınabilir.
• Püskürtme metodu: El yatırması metodunun daha seri olarak uygulanmasını sağlayan bir
kalıplama metodudur. Üretim sırasında kalıp üzerine polyester ve cam elyafı özel bir makine
yardımı ile püskürtülür. Püskürtme metodunda devamlı cam elyafından fitil, püskürtme işlemi
sırasında 17-50 mm uzunluğunda kırpılarak kullanılır. Geniş yüzeyli ürünlerde seri üretim
olanağı ve işçilikten tasarruf sağlar.
• Reçine enjeksiyonu: Bu üretim metodunda dişi ve erkek olmak üzere iki kalıp kullanılarak
iki yüzü düzgün ürün elde edilir. Reçine enjeksiyonu için üretilmiş olan özel cam keçe
(devamlı keçe) kalıp üzerine yerleştirilir ve kalıplar kapatılır. Önceden hazırlanmış olan bir
reçine enjeksiyon noktasından, basınç altında polyester, kalıp içine enjekte edilir. Reçine
enjeksiyonu metodu ile daha seri ve ekonomik olarak el yatırmasına oranla daha kaliteli ürün
elde edilir.
• SMC/BMC hazır kalıplama bileşimleri: Ürün boyutuna göre 3-6 dakikalık bir kalıplama
süresi sağlayan hızlı, seri bir kalıplama metodudur. Önceden hazırlanmış, pestil veya hamur
haldeki cam elyafı – polyester– dolgu ve katkı malzemeleri karışımının 150-170 °C sıcaklıkta,
50-120 kgf/cm2 basınç altında çelik kalıplarda şekillendirilmesi metodudur.
• Elyaf sarma metodu: Özellikle boru ve tank üretimi için kullanılan kalıplama metodudur.
Devamlı cam elyafından fitillerin polyester banyosundan ıslatıldıktan sonra dönen bir kalıp
üzerine belirli açılarda sarılması şeklindedir.
• Savurma döküm metodu: Boru, depo, direk gibi silindirik ürünlerin yapımında kullanılır.
Döner bir kalıp içine cam elyafı ve polyester birlikte püskürtülür. Kalıbın dönmesinden
meydana gelen merkezkaç kuvvet matris ve takviye elemanının kalıp yüzeyine yapışmasını ve
her iki yüzü düzgün ürün elde edilmesini sağlar.
• Profil çekme metodu (Pultruzyon): Devamlı cam elyafından fitillerin polyester
banyosundan geçirildikten sonra istenilen profilde bir sıcak kalıp içinden çekilirken
sertleştirilmesi prensibine dayanır. Elyaf takviyesi yönünde çok dayanıklı ve cam elyafı oranı
çok yüksek profil ürünler elde edilir.
• Termoplastik enjeksiyon / ekstrüzyon metodu: Profil türü ürünlerin kalıplanmasında
ekstrüzyon makineleri kullanılırken, karmaşık şekilli ürünlerin kalıplanmasında, enjeksiyon
makineleri
kullanılmaktadır.
Benzer
prensiple
çalışan
enjeksiyon
ve
ekstrüzyon
makinelerinde; besleme haznesinden verilen granül halindeki reçine, ısıtma bölgesinde
ısıtılarak akışkan hale getirilmekte ve burgu yivleri ile bir taraftan homojen karışım
sağlanırken, diğer taraftan çıkış ucuna doğru taşınmaktadır. Ekstrüderlerde, çıkış ucuna
yerleştirilen, kalıp içinden basınç etkisi ve çekme aparatları yardımı ile kalıp şekline uygun
şekilde profiller çekilirken, enjeksiyon makinelerinde, çıkış memesinin hemen yanında
bulunan kapalı kalıp içine akışkan hale getirilmiş termoplastik reçine enjekte edilir ve kapalı
kalıp içinde soğuması ve sertleşmesi sağlanır.
2.4. Cam Elyaf Üretimi
Cam elyafı, silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda, magnezyum oksit... gibi geleneksel cam
üretim hammaddelerinden üretilmektedir. Hammadde bileşimi, çok ince öğütülerek, homojen
bir karışım elde etmek üzere karıştırılır ve yaklaşık 1600 °C sıcaklıkta çalışan bir ergitme
fırınına beslenir. Fırın içinde, karışım yavaşça sıvı hale geçer.
Prosese uygun olarak yerleştirilmiş bir sarma sistemi ile 50-70 m/sn gibi yüksek bir hız ile
daha sonraki uygulama türüne bağlı olarak 5 ila 20 mikron çapında çekilen cam lifleri bir
mandral üzerine sarılarak "kek" adı verilen bir bobin üzerinde toplanır.
Cam lifleri, demet haline getirilmeden önce, bağlayıcı adı verilen bir kimyasal bileşim ile
kaplanır. Bağlayıcı cinsi, kompozit malzeme içinde cam elyafının performansını etkileyen en
önemli faktörlerden birisidir.
Kompozitin mukavemeti, reçine-cam bağının kuvveti ile orantılıdır. Bu bağın kuvveti,
kullanılan bağlayıcı içindeki bağlama gruplarının cinsine bağlıdır. Bağlayıcı, "film
oluşturucu", "bağlama grupları", "antistatik katkı", "plastifiyan" "lübrikant" adı verilen
malzemelerin karışımından oluşmaktadır.

Polyester reçine

Cam elyaf

Düz cam

Merdane (Rulo)

Silikon ve silikon tabancası

Çekme-Eğme-Derin Çekme cihazı
Deneyde üretilecek CTP kompozitlerin elyaf türü ve dizilim yönlerine göre (enine, boyuna,
çapraz, kırpılmış vb.) deney grupları oluşturulur. CTP üretimi düz camlar üzerinde
yapılacaktır. Son ürünün bu düz camlardan kolayca ayrılması için cam yüzeylerine wax
sürülecektir. Her grup üretilecek kompozit türüne göre saptanan ağırlık oranına bağlı olarak
elyaf, reçine ve sertleştirici kimyasal tartımlarını gerçekleştirir. Tabaka tabaka olarak bu
reçine ve elyaf uygulamaları yapılarak kürlenme işlemine geçilir.
CTP üretiminin tamamlanmasının ardından levhasal şekildeki kompozitlerden alınan
numuneler ile çekme ve derin çekme testleri gerçekleştirilir.
5. SONUÇLAR
*Çekçe cihazından alınan yük-uzunluk verileri kullanılarak numunlerin gerilim-gerinim
diyagramları çizilir.
*Takviye elemanı dizilim yönüne bağlı olarak bu sonuçlar kıyaslanır.
*Elyaf ve matriks ağırlıkça oranlarına göre teorik sonuçlar hesaplanarak deneysel sonuçlar ile
kıyaslanır.
6. KAYNAKLAR
*http://www.poliber.com.tr/tr/proses_profil_cekme.html
*Cam Elyaf Sanayii A.Ş. Kitapçığı
(http://www.camelyaf.com.tr/images/pdf/CTPcamelyaf.pdf)
*William Callister – Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Kitabı
Malzeme Üretim Laboratuarı II
SERTLİK DENEYİ
1. Sertlik Deneylerinin Amacı
Malzemeler üzerinde yapılan en genel deney, sertliğinin ölçülmesidir. Bunun başlıca sebebi,
deneyin basit oluşu ve diğerlerine oranla numuneyi daha az tahrip etmesidir. Diğer avantajı
ise, bir malzemenin sertliği ile diğer mekanik özellikleri arasında paralel bir ilişkinin
bulunmasıdır. Örneğin çeliklerde, çekme mukavemeti sertlik ile doğru orantılıdır; dolayısıyla,
yapılan basit sertlik ölçmesi neticesinde malzemenin mukavemeti hakkında bir fikir edinmek
mümkündür.
Sertlik izafi bir ölçü olup malzemelerin çizilmeye, kesilmeye, aşınmaya ve delinmeye karşı
gösterdiği dirence denir. Laboratuarlarda özel cihazlarla yapılan sertlik ölçmelerindeki değer,
malzemenin plastik deformasyona karşı göstermiş olduğu dirençtir.
Sertlik deneyinde, malzemenin kendisinden daha sert ve malzemenin yüzeyinden bastırılan
cisme karşılık gösterdiği deformasyon direnci ölçülür ve bir malzemenin dislokasyon
hareketine veya plastik deformasyona gösterdiği direnç sertlik olarak adlandırılır. Temel
olarak dört farklı sertlik test tipi bulunmaktadır. Bunlar;
1. Parça yüzeyini çizme (Mohs sertliği),
2. Parçaya bir cismi darbeli batırma (Wilk metodu, Graven-Werner metodu, Baumann
Steinrück metodu, Poldi çekici, Combi çekici, Schmit çekici),
3. Parçaya bir cismi belirli yükseklikten düşürülme (Shore sertliği)
4. Parçaya sert bir cismi statik bir yükle bastırma (Brinell yöntemi, Vikers yöntemi, Rocwell
yöntemi) sertliğidir.
2.Sertlik Deneyleri
a) Rockwell Sertlik Testi: Sabit yük altında, malzeme üzerinde oluşturulan iz derinliğinin
ölçülmesi esasına dayanır. Ölçümü yapılacak malzemenin cinsine göre, iz bırakıcı olarak ucu
çok az yuvarlatılmış 120° 'lik konik elmas uç veya 1/16" ve 1/8" çapında çelik bilyalar
kullanılır.
Yük ise 60, 100 veya 150 kg olarak uygulanır. Her yük-iz bırakıcı kombinasyonu farklı bir
Rockwell skalasını oluşturur ve her skala farklı malzemelerin sertliğini ölçmek için kullanılır.
Bu skalalardan en çok kullanılanlar Rockwell B ve Rockwell C skalasıdır. Rocwell A skalası
60 kg yük ve 1200 ’lik konik elmas uç kullanılarak uygulanır. Rockwell B skalası yumuşak ve
sünek malzemelerde 100 kg yük ve 1/16" çapında çelik bilya kullanılarak uygulanır. Sertliği
35-100 HRB arasında olan malzemelerin sertliğinin ölçümü için uygun sonuçlar verir.
Rockwell C skalası serleştirilmiş çeliklere 150 kg yük ve 1200 ’lik konik elmas uç
kullanılarak uygulanır.
Sertliği 20-70 HRC arasında olan malzemelerin sertliğinin ölçümü için uygun sonuçlar verir.
Batıcı uç, konik uçlu veya bilye şeklindedir (Şekil 1). Rockwell sertlik ölçüm cihazı Şekil
2’de görülmektedir.
Bu yöntemde batma derinliği ölçüleceği için yüzey pürüzlülüğü sonuçları etkileyebilir. Bu
sakıncayı gidermek için önce batıcı uç küçük bir yükle (P0=ön yük) malzemeye daldırılarak
alet sıfır düzeyine ayarlanır.
Daha sonra toplam yüke tamamlanacak şekilde ana yük (P1) uygulanır. Son olarak ana yük
(P1) kaldırılır (Şekil 3). Meydana gelen kalıcı izdeki derinlik artışı bulunarak mevcut
göstergeden Rockwell sertlik değeri okunur.
b) Brinell Sertlik Testi: Brinell sertlik deneyi malzeme yüzeyine belirli bir yükün (F') belirli
bir çaptaki (D) sert malzemeden yapılmış bir bilya yardımıyla belirli bir süre uygulanması
sonucu yüzeyde kalıcı bir iz (d) meydana getirme esasına dayanır. Daha sonra bu kuvvetin
oluşan izin küresel yüzey alanına bölünmesiyle Brinell sertlik değeri elde edilir (Şekil 4).
Aşağıdaki bağıntıyla hesaplanır. Bu bağıntıda yer alan F uygulanan yükü (kg), D bilya çapını
(mm) ve d ise iz çapını (mm) gösterir. Standart deney koşullarında çapı 10 mm olan bilye
kullanılır. Yük, malzemenin cinsine göre seçilir ve uygulama süresi 10-15 saniye arasında
değişir. Ancak bazı durumlarda çapları 10 mm'den daha küçük olan (örneğin 1,25, 2,5 ve 5,0
ınm) bilye biçimindeki uçlarda kullanılır.
Malzemenin üzerine uygulanacak yük değeri sertliği ölçülecek malzemenin cinsine ve bilya
çapına göre seçilmektedir. d/D = 0,20 - 0,70 oranı sağlandığı durumlarda uygulanan yük
değeri doğru kabul edilir. Deney yükünün saptanmasında F=CD2 bağıntısı kullanılır. Burada
F deney yükü, C malzeme cinsine göre değişen yükleme derecesidir.
- Demir esaslı malzeme (Çelik, DD) (C=30)
- Cu ve Al alaşımlı malzeme (C=10)
- Yumuşak malzeme (C=5)
c) Vickers Sertlik Deneyi: Bu deney yönteminde baskı elemanı olarak tepe açısı 136° olan
elmas kare piramit kullanılır (Şekil 5). F yükü ile malzemeye bastırılan piramit ucun bıraktığı
dörtgen izin köşegenleri ölçülerek hesaplanan ortalama köşegen uzunluğu formülde yerine
konarak sertlik değerleri bulunur. Vickers sertliği yüke bağlı değildir. Ölçme hatalarını
azaltmak ve heterojen yapılarda ortalama değer elde edebilmek için yükü ve dolayısıyla izi
büyütmek faydalıdır. Ancak köşegen uzunluğu sertliği ölçülen parça veya tabaka kalınlığının
en çok üçte ikisi kadar olmalıdır. Yük 1-120 kgf arasında değişebilir.
Normal yük olarak 30 kgf seçilebilir. Vickers yönteminde büyük piramit açısından dolayı az
derinliklere rağmen geniş diyagoneller elde edilir. Yüklü numune üzerinde kalma süresi
yaklaşık 20 saniyedir. Bu süre sonunda baskı ucu numune üzerinden kaldırılır ve deney
bitirilir.
Burada F uygulanan yükü (kg), d iz köşegenlerinin ortalaması (mm) olup d=(d1+d2)/2
formülü ile hesapların. d1 ve d2 sırasıyla ölçülen köşegen uzunluklarıdır (Şekil 7). Vickers
sertlik deneyi çok yumuşak ve çok sert tabakalar için de uygundur. Deneyde yük düşük
olduğu için genellikle ince parçalarda ve sadece yüzeyi sert olan özel işlem görmüş
malzemelerde tercih edilir. Vickers sertliğinin avantajı, oldukça doğru okumalar yapması ve
tüm metal ve işlem görmüş yüzeyler için sadece bir tip batıcı ucun kullanılmasıdır. Vickers
sertliği metallerin yanında seramik malzemelerin sertliğinin ölçümünde de güvenilir bir sertlik
ölçüm metodudur.
KOROZYON DENEYİ
1. DENEYİN AMACI: Korozyon oluşumunun incelenmesi, galvanik pil ve galvanik seri
oluşturularak korozyonu önleme çarelerinin incelenmesi
2. TEORİK BİLGİ
Korozyon genel olarak malzemelerin çevreleri ile kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyona
girerek fiziksel ve kimyasal özelliklerinden istenilmeyen yönde değişikliğe uğraması olarak
tanımlanabilir.
a) Kimyasal Korozyon: Yüksek sıcaklıklarda gaz metal reaksiyonu sonucu oluşan
oksitlenme olayı kimyasal korozyon olarak tanımlanır. Genellikle organik çözeltiler ve
gazlarla olan reaksiyon kimyasal niteliktedir. Bu durumda belirli bir ara faz yoktur.
Elektron alış verişi atomların tesadüfi çarpışması sonucu oluşur.
b) Elektro Kimyasal Korozyon: iki farklı faz arasında belirli ve elektriksel yük dengesinin
bozuk olduğu bir ara yüzeyde oluşan elektron alış verişi elektrokimyasal olarak
tanımlanır. Elektriksel yük dengesizliği bulunan tabakaya çift tabaka adı verilir.
Elektrokimyasal reaksiyonda elektron alışverişi belirli ve devamlı bir ara tabakadan
meydana gelmez. Genellikle atomların tesadüfi çarpışması sonucunda oluşur.
Elektrokimyasal korozyona sulu ortamlarda, eriyik tuzlarda ve cüruflarda rastlanır.
c) Fiziksel Korozyon: Ergimiş metallerde oluşan reaksiyon fizikseldir. Elektron alışverişi
söz konusu değildir. Örneğin 500 °C ‘de bir Zn eriyiğinin Fe kalıbı aşındırması bir
fiziksel
korozyon
sonucudur.
Korozyonun
Önlenmesi
Korozyonun
tamamen
önlenebilmesi ancak çok özel şartlar altında olabilir. Örneğin malzemenin tamamen saf ve
homojen olması, korozif maddelerle temas etmemesi gibi.
Ancak bunları gerçekleştirmek gerek teknik gerekse ekonomik yönden imkansız olduğundan
pratikteki uygulamanın amacı korozyonu yavaşlatmak ve malzeme ömrünü uzatmaktır.
Korozyonun önlenebilmesi için alınabilecek tedbirler şu şekilde sıralanabilir.
1) Elektrolit ( tuzlu su ) ile teması önlemek
a) İzolasyon
b) Boyama
c) Ziftleme
d) Kaplamalar: Ya malzemeden daha dayanıklı malzeme seçilmeli ya da kendinden daha az
malzemeyle kaplanmalı
•Plastik kaplama
•Emaye kaplama
•Metalik kaplama
2) Koruyucu oksit oluşturma
Bu amaçla, çelik fosforik asit esaslı banyoya daldırılır. Böylece yüzey temizlenerek boyaya
hazır hale getirilir. Ayrıca bu sayede koruyucu bir tabakanın oluşması da sağlanır.
3) Korozyona dayanıklı malzeme seçme
4) Farklı tür malzeme konstrüksiyonundan kaçınma
Farklı tür malzeme içeren konstrüksiyonlarda malzeme ilk olarak ek yerlerinden, kaynak
bağlantılarından, cıvata-somon ve perçin bağlantı yerlerinden korozyona uğrar.
5) Galvanik ( Katodik ) Koruma
Bunu gerçekleştirmek için korozyondan korunmak istenen metal ya kendinden daha aktif
metal ile birleştirilir veya korunmak istenen metale dışarıdan potansiyel uygulanarak katodik
bölgede çalışması temin edilir.
3. DENEY MALZEMELERİ VE EKİPMANLAR

Beher

Demir parçaları

Tuz

H2SO4

Saf su
H2SO4, NaCl ve saf suyun olduğu bir beherde, zımparalanmış demir parçası tartıldıktan sonra
belirli bir süre bekletilir. Çözelti içerisindeki demir parçasında zamanla meydana gelen miktar
değişimleri kaydedilir.
JOMINY+ISIL İŞLEMLER DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Çeliklerde sertleşebilirlik kavramının ve öneminin anlaşılması ve buna etki eden
parametrelerin öğrenilmesi. Bunun yanı sıra farklı soğutma türlerine ve hızlarına bağlı olarak
mikroyapı ve mekanik özelliklerin değişiminin saptanması.
2. TEORİK BİLGİ
2.1. Sertlik
Herhangi bir malzemeye kendisinden daha sert bir cisim etki ettiğinde; malzemenin, batmaya
karşı gösterdiği
direnç,
sertlik
olarak
tanımlanır.
Ayrıca
sertlik
şu
şekilde
de
tanımlanabilir; Sertlik, malzemelerin plastik deformasyona karşı direnç gösterebilme
kabiliyetidir.
2.2. Sertleşebilirlik
Martenzitik dönüşümle çeliklere yapılan ısıl işlemler özellikle ıslah çeliklerinde hem mekanik
dayanç değerlerinin artmasına hem de tokluğun yükselmesine sebep olmaktadır. Bu sebeple
özellikle dinamik yüklemeler altında, darbeli yüklemeler altında ve/veya soğukta çalışacak
malzemelerde ıslah edilmiş mikroyapı tercih edilmektedir.
Islah edilmiş mikro yapı için çeliğin önce tetragonal bir martenzit yapısına kavuşturulması ve
ardından bu yapının uygun menevişleme ile kübik martenzit yapısına dönüştürülmesi
gerekmektedir.
Çelik malzemenin martenzite dönüştürülebilmesi için malzemenin östenit sahasından belirli
bir kritik hızın üzerinde soğutulması gerekir ki bu işlem su verme olarak adlandırılır. İnce
kesitli parçalarda alaşımsız çelikler suda soğutularak bu hız değerleri yakalanabilmektedir.
Ancak kalın kesitli parçalarda parça suya dahi atılsa iç kesimlerin soğuması yavaş olmakta ve
kritik soğutma hızını yakalamak zorlaşmaktadır.
Bu durum özellikle büyük boyutlu makine parçalarının tüm kesitine su verme işleminin
zorlaşmasına hatta imkansızlaşmasına yol açmaktadır.
Çeliklerin yüzeyden derinlere kadar martenzite dönüştürülebilmeye yatkınlığı malzemenin
sertleşebililiği olarak adlandırılır. Malzemede derinlerde martenzit elde edilebildikçe o
malzemenin sertleşebilirliğinin yüksek olduğundan söz edilebilir.
2.3. Sertleşebilirliğe Etki Eden Faktörler
Karbon Oranı
Karbon, martenzitin sertliğini kontrol eder. Çelikte % 0,6’ya kadar C içerigi arttığında çeliğin
sertliği artar. Daha yüksek seviyelerdeki karbon içeriği olduğu durumda, östenitten martenzite
dönüşüm tamamlanamaz. Bu da yapıda kalıntı östenit bulunmasına sebep olur. Bu durumda
yapıda martenzitin yanında östenit bulunacağından sertlik daha düşük seviyelerde kalır.
Karbon miktarının yüksek olması malzemenin daha gevrek bir davranış göstermesine neden
olur ve daha sonra yapılacak olan işlemlerde sorunlar yaratabilir. Bu yüzden % 0,4 C’a kadar
olan çeliklerde sertleşebilirlik kontrolü daha kolaydır.
Kimyasal Bileşim
Kobalt dışındaki tüm alasım elementleri sertleşebilirliğe olumlu yönde etki eder. Çünkü bu
elementler, difüzyon mekanizmasını yavaşlattığı için TTT diyagram eğrilerinin burnunun
sağa doğru kaymasına sebep olur ve buna bağlı olarak da kritik soğuma hızı düşer.
Östenit Tane Büyüklüğü
Östenit tane boyutunun artması ile sertleşebilirlik artar. Ferrit ve perlitin çekirdekleşmesi
östenit tane sınırında heterojen çekirdeklenme ile gerçekleşir. Östenit tane boyutunun artması
çekirdekleşme için gereken bölgenin daha az olmasını sağlar ve faz dönüşümü gecikir. Bu
yüzden östenitleme sıcaklığı yüksek seçilerek tane boyutunun büyük olması sağlanabilir. Bu
durumda mikro yapı bir miktar kabalaşır, tokluk düşer.
Sertleşebilirliğin belirlenmesi amacıyla en yaygın kullanılan deney Jominy deneyidir. Bu
deneyde 25 mm çapındaki 100 mm boyundaki silindirik bir numune Şekil 1 de gösterilen
düzenekle alın kısmından su ile soğutulur. Parça boyunca farklı soğuma hızları elde edilir.

Standartlara göre hazırlanmış çelik çubuk

Fırın

Su verme işlemi için gerekli düzenek

Sertlik cihazı
Çelik çubuk martenzitik dönüşüm için gerekli olan östenit oluşum sıcaklığı üzerine
çıkartılarak 30 dk kadar süre ile bu sıcaklıkta tutulur. Ardından maşa yardımı ile fırından
alınan çelik çubuk test düzeneğine seri bir şekilde yerleştirilerek ani su verme işlemi başlatılır.
Çelik çubuk tamamen soğuduktan sonra düzenekten alınarak sertlik izi vurulacak yüzeyi bu
işleme hazırlanır ve sertlik ölçümleri standartlardaki mesafelere göre alt kısımdan başlanarak
alınır.
Jominy çubuğunun yanı sıra inşaat çeliğinden alınan 3 numune 1000οC sıcaklıkta 1 saat
bekletilen 3 ayrı numune (%0,37 C içeren inşaat çeliği) biri suda, biri havada ve sonuncusu da
fırında soğutulur ve sertlik değerleri ile mikroyapı görüntüleri elde edilir.
5. İSTENENLER
1) Mesafe-Sertlilk grafiğini çizilir ve yorumlayınız. (TTT diyagramından faydalanınız)
2) 1,5 ve 8 nolu sertliklein vurulduğu bölgelere ait “olası” mikroyapıları çiziniz.
Mesafe 1,5
3
5
7
9
11
13
15
18
23
33
(mm)
Sertlik
(Hv)
3) Aşağıdaki TTT diyagramında 3 adet soğuma şekline göre bu numunelerde ortaya
çıkacak faz dağılımlarını belirtiniz.
4) Havada fırında ve suda soğutulan 3 çelik numunenin;
a) Sertlik değerleri ile soğutma şekillerini eşleştiriniz.
b) Havada ve fırında soğutulan numuneler arasındaki sertlik farkının temel sebebi nedir?
c) 100, 200 ve 500 büyütmeli mikro yapıları hakkında yorumda bulununuz (görülen
fazlar, tane boyutu, paralatma, dağlama vb.).
6. KAYNAKLAR
*Selahattin KÖSE, Raif SAKİN , Balıkesir Üniversitesi Edremit M.Y.O., Makine Bölümü,
AISI-1040 ve AISI-P20 çeliklerde alaşım oranları ve mikro yapının sertleşme kabiliyetine
etkisi. 2010
*http://www.metalurjik.net/tag/sertlik
POLİMER AŞINMA VE YOĞUNLUK DENEYİ
TEORİK BİLGİ
Aşınma ve Aşınma Türleri
Aşınma kimyasal ve/veya mekanik etkilerle istenmeyen malzeme kaybı olarak tanımlanır. Bir
aşınma sisteminde;
1. Ana malzeme (aşınan)
2. Karşı malzeme (aşındıran)
3. Ara malzeme
4. Yük
5. Hareket, aşınmanın temel unsurlarıdır.
Bu unsurların oluşturduğu sistem teknikte “Tribolojik Sistem” olarak adlandırılır. Aşınma,
genellikle önceden bilinen bir hasar tipidir. Birbirleri ile temasta olan malzeme yüzeyleri oksit
filmleri veya yağlayıcılar ile korunsalar bile, mekanik yüklemeler altında oksit
Tabakasının veya yağlamanın bozulması, iki yüzeyin birbiriyle doğrudan temasına sebep
olabilir. Bu temas sonucu oluşan sürtünme malzemenin çalışma koşullarındaki ömrünü ve
performansını sınırlayan aşınmaya sebep olur. Bu hasar uygun yağlama, filtreleme, uygun
malzeme seçimi ve uygun tasarım gibi faktörlerle en aza indirilebilir, fakat kesinlikle
önlenemez. Aşınmayı etkileyen faktörleri dört ana grup halinde toplayabiliriz.
I-Ana Malzemeye Bağlı Faktörler

Malzemenin kristal yapısı

Malzemenin sertliği

Elastisite modülü

Deformasyon davranışı

Yüzey pürüzlülüğü

Malzemenin boyutu
II- Karsı Malzemeye Bağlı Faktörler ve Aşındırıcının Etkisi
III- Ortam Şartları

Sıcaklık

Nem

Atmosfer
IV-Servis Şartları

Basınç

Hız

Kayma yolu
Aşınma Mekanizmaları
Pek çok aşınma mekanizması vardır. Bunları aşağıdaki ana baslıklar altında açıklamak
mümkündür.
1) Oluş Mekanizmaları Açısından Sınıflandırma
1.1. Adhesiv Aşınma
Özellikle birbiriyle kayma sürtünmesi yapan, metal-metal aşınma çiftinde meydana gelen
kaynaklaşma olayının bir sonucudur. Birbiri üzerinde kayan yüzeylerdeki gerilmeler küçük
yüklemelerle dahi akma gerilmesi sınırına, erişirler veya geçerler. Böylece temas eden
metaller arasında yapışma kuvvetleri kendini gösterir. Bu nedenle bir parçadan diğerine
malzeme geçişi, soğuk kaynaklaşma ve küçük parçaların kopması olayları meydana gelir.
Adhesiv aşınma, en sık rastlanan aşınma türü olmasına rağmen genellikle hasarı hızlandırıcı
etkide bulunmaz. Adhesiv aşınma bir metal yüzeyinin başka bir metal yüzeyindeki bağıl
hareketi sırasında birbirlerine kaynamış veya yapışmış yüzeydeki pürüzlerin kırılması sonucu
ortaya çıkar.
Eğer iki metal aynı sertlikte ise aşınma her iki yüzeyde de oluşur. Metaller arasındaki
yağlamanın mükemmel olması, yüzeye etki eden yükün azaltılması ve malzemenin sertliğinin
arttırılması adhesiv aşınmayı azaltır. Sonuç olarak adhesiv aşınma; yüzeye etkiyen normal
yükle, kayma yolu ile ve aşınan malzemenin yüzey sertliği ile orantılıdır.
1.2. Abrasif Aşınma
Yırtılma veya çizilme aşınması olarak da isimlendirilen abrasif aşınma, sistemde hızlı hasara
neden olan önemli bir aşınma türüdür. Abrasif aşınma; biri diğerinden daha sert ve pürüzlü
olan metal yüzeylerinin birbiriyle temas halindeyken kayma sırasında meydana gelir.
Sert parçacıkların yumuşak metale batması abrasif aşınmaya sebep olabilmektedir. Bu
mekanizmaya örnek olarak, sisteme dışarıdan giren toz parçacıklarının veya bir motorda
oluşan yanma ürünlerinin sebep olduğu aşınma tarzı verilebilir.
Abrasif aşınma hızı, malzeme yüzeyine etki eden yük azaltılarak düşürülebilir. Böylece
parçacıkların yüzeye daha az batması ve çapak kaldırılması sırasında daha az iz bırakması
sağlanır.
Malzeme açısından abrasif aşınmayı azaltmak için;
• Daha sert alaşım kullanmak,
• Sertlik arttırmak amacıyla ısıl işlem uygulamak,
• Malzeme yüzeyini sert bir tabaka ile kaplamak, tavsiye edilir. Bu önlemlerle abrasif aşınma
hızını azaltmak mümkündür. Abrasif aşınma endüstriyel cihazlarda malzeme kayıplarının
baslıca sebebidir. Aşındıran malzeme serbest halde iki metal arasında bulunuyorsa veya
yalnız bir metali aşındıran sabit veya serbest taneler mevcut ise bu durumda;
• İki elemanlı abrasif aşınma,
• Üç elemanlı abrasif aşınma, şeklinde gruplandırma mümkündür
Şekil iki elemanlı ve üç elemanlı abrasif aşınma oluşum şekilleri.
Metal-metal sürtünmelerinde aşınma iki elemanlı abrasif veya adhesiv olarak başlayıp üç
elemanlı abrasif olarak devam eder. Bu durumda araya giren toz, mineral taneleri, çizilme
sonucu serbest hale geçen mikro talaslar ve parçalanmış oksit parçacıkları üçüncü elemanı
(ara malzemeyi) oluşturabilir.
Serbest hale geçen mikro talas parçacıkları genellikle ana malzemeden daha sert
olduklarından (üç elemanlı) abrasif aşınma, aşınmayı hızlandırmaktadır.
1.3. Tabaka Aşınması
Abrasif aşınma yüzeyine yakın yerlerinin (sınır yüzeyinin) özelliğinin pek önemi yok iken,
tabaka aşınmasının önemi büyüktür. Çevredeki gazların ve ara malzemenin etkisiyle meydana
gelen aşınma yüzeyi sınır tabakası, çizilmeyle sıyrıldığından daima yeniden meydana gelir.
1.4. Titreşim Aşınması
Titreşim (yorulma) aşınması, titreşim zorlamalarında yorulma kırılması hasarı olarak ortaya
çıkar. Bu aşınmada, içyapı tahribatı, çatlamalar, lokal ayrılmalar meydana gelir. Genellikle
periyodik yüklemeler dolayısıyla, yüzeyden veya yüzeye yakın yerlerde içyapının
parçalanarak yırtılmalar oluşturması sebebiyle yüzeyden kısmi çözülmelerin olmasıyla
meydana gelir.
2) Hasarın Fiziksel Görünüşüne Göre Sınıflandırma
2.1. Kayma Aşınması
2.2. Korozif aşınma
2.3. Erozyon Aşınması
2.4. Yuvarlanma Aşınması
3) Aşınmanın Aldığı Özel Adlar Vasıtasıyla Sınıflandırma
3.1. Öğütmeli aşınma
3.2. Oymalı aşınma
3.3. Kazımalı aşınma
4) Aşınma Deneyleri ve Ölçüm Yöntemleri
4.1. Ağırlık farkı metodu
Ekonomik olması ve ölçülen büyüklüğün alet duyarlılık kapasitesi dahilinde bulunması
sebebiyle en çok kullanılan yöntemdir. Aşınma kaybının ölçülmesi 10-3 veya 10-4 gr.
Hassasiyetinde oldukça duyarlı bir terazide yapılır. Aşınma miktarı gram veya miligram
cinsinden ifade edilirse, metre veya kilometre olarak tespit edilen sürtünme yoluna göre, b,r,m
sürtünme yoluna karşılık gelen ağırlık kaybı miktarı, (gr/km), (mg/m) ile ifade edilebilir.
Ağırlık kaybı, birim alan için hesap edilecekse, (gr/cm2) gibi bir birim kullanılabilir. Ağırlık
kaybı, hacimsel aşınma miktarı olarak belirtmek istendiğinde, yine ağırlık kaybından
hareketle kullanılan malzemenin yoğunluğu ve deney numunesi üzerine etki eden yükleme
ağırlığı hesaba katılmak suretiyle birim yol ve birim yükleme ağırlığına karşılık gelen hacim
kaybından gidilerek de bulunabilir.
Bu tanımlamalardan hareketle malzemenin özgül aşınması aşağıda verilen bağıntıyla
hesaplanabilir.
Burada; Ẇs: Özgül aşınma miktarı, V: Hacimsel malzeme kaybı, m: Ağırlık kaybı,
ρ: Yoğunluk, Fn: Uygulanan normal kuvvet, L: Kat edilen toplam yol uzunluğu’ dur.
4.2. Kalınlık Farkı Metodu
Aşınma
esnasında
oluşacak
boyut
değişikliğinin
ölçülmesi,
başlangıç
değeri
ile
karşılaştırılması suretiyle elde edilir. Kalınlık farkı olarak tespit edilen bu değerden gidilerek,
hacimsel kayıp değeri ve birim hacimdeki aşınma miktarı hesaplanır. Kalınlık, hassas ölçme
aletleri yardımıyla 1µm duyarlılıkta ölçülmelidir.
4.3. İz Değişim Metodu
Sürtünme yüzeyinde plastik deformasyon metodu ile geometrisi belirli bir iz oluşturulur.
Deney boyunca bu izin karakteristik bir boyutunun (çapının) değişimi ölçülür. Uygulamada iz
bırakıcı olarak en çok kullanılan alet Vickers veya Brinell sertlik ölçme ucudur. Elmas piramit
veya bilyanın bıraktığı iz boyutlarındaki değişme mikroskop vasıtasıyla ölçülerek belirlenir.
DENEYİN YAPILIŞI
1- Deneye başlamadan önce, deney numunesinin ağırlığı hassas terazi ile ölçülür,
2- Aşındırıcı zımpara plaka üzerine yapıştırılır,
3- Deney sırasında numunenin alacağı yol, aşındırıcı zımparanın hızı ve uygulanacak
olan yük değerleri belirlenir,
4- deney numunesinin sabit hızda hareket eden zımpara üzerine önceden belirlenerek
uygulanan yük altında aşınma gerçekleştirilir,
5- Deney sonunda numunede meydana gelen ağırlık kaybı ölçülür.
PLASTİK MALZEMELERİN YOĞUNLUK DEĞERİNİN BELİRLENMESİ
Plastiklerin Yoğunluk Değerlerinin Önemi
Yoğunluk, plastik maddenin ( t sıcaklığında ) kütlesinin(m) hacmine (V) oranı olarak ifade
edilir. Plastiklerde yoğunluk değeri verilirken sıcaklık değeri de belirtilir. Örneğin, PVC’nin
yoğunluk değeri (23 °C’de) 1.40 g/cm3 tür. Yoğunluk standartlarda p sembolü ile gösterilir.
Yoğunluk terimleri
Terim
Formül
Sembol
Yoğunluk
ρ
Birimler
m/V
Kg/m3
g/cm3
kg/L
g/mL
Plastiklerin kendi içinde türlere ayrılmasını sağlayan ölçüt yoğunluktur. Polietilen ürünler,
yoğunluklarına göre alçak yoğunluklu polietilen ve yüksek yoğunluklu polietilen olarak
sınıflandırılır.
Yoğunluk Tespitinde Kullanılan Cihazlar ve Özellikleri
Katı ve gözeneksiz plastiklerin yoğunluklarını ölçmede plastik malzemenin yapısına göre
değişen birden fazla yöntem vardır. Bu metotların standartlarda tanımlanan isimlerini şu
şekilde sıralayabiliriz:
ı plastikler için)
için)
piknometre metodu (kapalı gözenekler içermeyen, gözeneksiz değişik şekillerdeki sert
plastikler için)
Yoğunluk Ölçmenin Sağladığı Faydalar
araştırmak için
kullanılabilir.
erin kristallenme derecesini tayin etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
kullanılabilir.
Plastik Malzemenin Yoğunluk Değerini Etkileyen Faktörler
Bir plastik malzemenin yoğunluğu, malzemenin maruz kaldığı herhangi bir şartlandırma veya
ısıl işleme bağlı olabilmektedir. Bir polimerin fiziksel yapısı zaman ve sıcaklıkla değişebilir.
Malzemenin hacmi de sıcaklığa bağımlı bir özelliğidir. Bu durum yoğunluğun zaman ve/veya
sıcaklıkla ile değişebileceği anlamına gelir. Plastik maddelerin yoğunluğu,sıklıkla numune
hazırlama metoduna da bağlıdır.
Daldırma Yöntemiyle Yoğunluk Tayini
Boşluk içermeyen katı plastikler için kullanılan en yaygın yöntemdir. Geliştirilmiş cihazlarla
çok çabuk ve pratik bir şekilde plastik malzemenin yoğunluk tayinleri yapılabilmektedir.
Resim 1: Yoğunluk ölçüm cihazı
Resim 1’de görünen yoğunluk tayin cihazı şu parçalardan oluşmaktadır:
üçayak)
su dışındaki
daldırma sıvılarının yoğunlukları önceden tayin edilir.)
DENEYİN YAPILIŞI
1. İlk önce numune havada asılı şekilde kütlesi 0.1mg doğrulukla tartılır.
2. Daha sonra numune, daldırma kabı içersindeki daldırma sıvısına, tel üzerinde asılı bir
şekilde daldırılır. Daldırılmış numune 0.1mg doğrulukla tartılır.
HESAPLAMA
Numunenin 23 °C (veya 27 °C) ‘deki yoğunluğu p g/cm3 olarak aşağıdaki eşitlikle hesaplanır.
mh x ps
p = ----------------mh – ms
Bu formülde,
p : Numunenin yoğunluğu, g/cm3
mh : Numunenin havada görünür kütlesi, g
ms : Numunenin daldırma sıvısında görünür kütlesi, g
ps : Daldırma sıvısının 23 °C (veya 27 °C)’taki yoğunluğu, g/cm3
TERMAL ANALİZ DENEYİ
1. DENEYİN AMACI
Bu deneyde önceden hazırlanmış ikili alaşımların soğuma eğrilerinden faydalanılarak ikili faz
diyagramlarının elde edilmesidir.
2. TEORİK BİLGİ
Alaşımların ısıtma ya da soğutma sırasındaki davranışları denge diyagramları yardımı ile
açıklanabilir. Ötektik bileşime sahip olmayan bir alaşımın katılaşması belirli bir sıcaklık
aralığında gerçekleşir ve katılaşmadan sonra katı-katı faz dönüşümleri olarak devam edebilir.
Katılaşma sırasında ve katılaşmadan sonra devam eden bu tür dönüşümler, iki bağımsız
değişken olan sıcaklık ve bileşim arasında çizilen denge diyagramlarında (faz diyagramları)
gösterilir. Alaşımların kararlı ya da denge durumundaki diyagramları ya son derece düşük
soğuma hızlarıyla ya da sürekli tavlama ile elde edilir. Bu ideal durumlara pratikte nadiren
ulaşılır. Denge diyagramları, dönüşümlerin meydana geleceği bölgeleri göstermede ve bir
alaşımın bileşimini tahmin etmede önemli bilgiler verir.
Şekil-1: Pb-Sn ikili denge diyagramı
Termal Analiz
Bir alaşımın soğuması sırasında belirli bir dönüşüm sıcaklığında açığa çıkan ısı alaşımın
soğuma hızını değiştirir. Bunun sonucu soğuma eğrilerinde dönüm noktaları elde edilir. Tek
komponentli sistemlerde, faz kuralına uygun olarak sıvı durumdan soğutma sırasında,
dönüşüm sabit bir sıcaklıkta gerçekleşir (Şekil 2.1). İki komponentli alaşımlarda faz
dönüşümü bir sıcaklık aralığında olur (Şekil 2.2). Eğer ikili alaşımlarda üç faz dengede ise
fazlar kuralına göre faz dönüşümü sabit bir sıcaklıkta gerçekleşir ve ötektik dönüşüm olarak
bilinir (Şekil 2.4). Denge şartları altında, faz dönüşümünün gerçekleştiği sıcaklık aralığı
malzemenin özelliğini belirler. Denge diyagramları genellikle soğuma eğrilerinin dönüm
noktalarından elde edilir. Sıvı fazdaki çekirdekleşme güçlüğü, sıvı fazın sıcaklığını gerçek
katılaşma sıcaklığının altına düşürür. Aşırı soğuma olarak bilinen bu durum Şekil 2.1’de
görülmektedir. Eğer aşırı soğuma büyük ise soğuma eğrileri yerine ısıtma eğrilerini
kullanmak yararlıdır. Uygulamada dönüşümün başladığı ve bittiği noktaları keskin köşeler
(dönüm noktaları) halinde belirlemek güçtür. Numune içindeki sıcaklık farkı ve termoelement
çiftinin sıcaklık değişimlerini algılamasındaki gecikme faz dönüşüm noktasındaki eğrinin
dairesel olmasına yol açar. Bu nedenle Termal Analiz deneyleri için uygun soğuma hızı 12oC/dakika’dır.
Şekil-2: Soğuma eğrisi çeşitleri ve faz diyagramında ifade ettikleri noktalar

Çeşitli kompozisyonlardaki Kalay (Sn)-Kurşun(Pb) alaşımları

Termocuple

Kül Fırını

Maşa
Saf Pb ve Sn kullanılarak, alümina potalar içinde çeşitli kompozisyonlarda (% 20, 40, 61,9
(ötektik bileşim), 80 Sn Pb-Sn alaşımları ve saf Sn ve Pn) oluşturulan alaşımlar kül fırını
kullanılarak literatürdeki ergime sıcaklıklarının yaklaşık 50ᵒC üzerine çıkartılırlar. Fırından
çıkartılan potalar içindeki ergiyik metalin soğuma davranışı termocupl bağlanarak her 3
saniyede bir sıcaklık okunarak not edilir. Bu işlem solidus sıcaklığının yaklaşık 50ᵒC altına
inene kadar yapılır.
5. İSTENENLER
Süreye bağlı olarak elde edilen sıcaklık eğrilerini çiziniz. (sıcaklık-süre)
Soğuma eğrilerini sırasıyla yanyana çizerek Pn-Sn ikili denge diyagramını oluşturunuz.
Soğuma davranışlarında beklenti dışında olan durumları belirtip yorumlayınız.
Faz diyagramının teorik faz diyagramına göre olan farklarını ve sebebini açıklayınız.
6. KAYNAKLAR
*İstanbul Üniversitesi_Termal Analiz Deney Föyü
* http://www.mchmultimedia.com/
* Metals Handbook, ASM

malzeme üretim laboratuvarı ı-ıı

Transkript

Benzer belgeler

11-840 HYFLEX ELDİVEN

CCOOOMMMPPPUUUTTTEEERRRSSS

Pompalarda Malzeme Kaynaklı Hasarlar ve