a. Gerilme Kuvveti
Bir gerilme test örneği mekanik test makinesinin griplerine
yerleştirilir ve örnek çökünceye kadar sabit bir yük hızıyla gerdirilir;
çökmeden önceki taşıyabildiği maksimum yükten malzemenin en yüksek (ultimat)
kuvveti tayin edilir. Kupon gevşemesi (strain) yer-değiştirme transduserle
izlendiğinde malzemenin stres-strain responsu, bundan da ultimat gerilme
straini, orantı limiti ve gerilme elastik modülü hesaplanabilir.
Test Örnekleri: Test örnekleri düz örnekler ve
yuvarlak örnekler olarak iki grupta altıda toplanabilir; düz örnekler ve
yuvarlak örnekler. Bbunlar da kendi içlerinde çeşitli şekil ve boyutlarda
olabilir. (her tipin boyutları ASTM D3552). Düz örnekler: Tek-yönlü ve çapraz-tabakalı
laminat kompozitler (A, B, C, D, E), enlemesine örnekler (A, F, G), açılı
tabaka yerleşimli ve quasi-izotropik laminat kompozitlerdir (H, I, J, K)
Şekil-1. Yuvarlak örnekler, dişli (Şekil-2), ve omuzlu örneklerdir(Şekil-3).
Ölçülen özellikler:
Şekil-1: Tipik bir düz
gerilme A test örneği (boyutlar mm)
Şekil-2: Tipik bir dişli silindirik
test örneği; diş ölçüsü M14–1.5
(boyutlar mm)
(boyutlar mm)
Şekil-3: Tipik bir omuzlu test
örneği (boyutlar mm)
ASTM
D3410: Shear Yüklemeyle Polimer Matris Kompozitlerin Sıkıştırma Özellikleri
(Desteksiz Geyç Bölgeli) (PMC test metotları bölümünde verilmiştir)
c. Shear Testi (Düzlem – İçi)
ASTM D5379: Kompozit Malzemelerin
V-Çentikli Kiriş Metoduyla Shear Özellikleri (PMC test metotları bölümünde verilmiştir)
d.
Yorgunluk (Fatigue) Testleri
d.1.
ASTM E466: Metalik Malzemelerin Sabit Genlikte Aksiyal Kuvvet Kontrollü
Yorgunluk Testleri
Aksiyal kuvvet
yorgunluk testi malzemedeki değişiklilerin etkisini inceler; malzemenin
geometrisi, yüzey şartları, stres etkileri, v.s. gibi. Metalik malzemenin tekrarlanan
stres altındaki davranışı ve yorulmaya direnci, benzer servis koşulları için
kılavuz niteliği taşır. Uygulanan yorgunluk rejiminde testin başlangıcından itibaren strainler
(gevşemeler) elastiktir. Aksiyal çentikli ve çentiksiz örneklere sabit genlikte
oda sıcaklığında periyodik kuvvet uygulanır.
Test Örnekleri: Örnekler dairesel kesit alanlı (iki tip
Şekil-1 ve Şekil-3), dikdörtgen kesit alanlı (Şekil-4 ve Şekil-2), veya
çentikli olabilir. İstenilen stresi elde etmek için uygulanacak yükün
hesaplanabilmesi için alanın hesaplandığı boyutlar, 5.08 mm ve daha büyük
boyutlar için 0.03 mm hassasiyetle, 5.08 mm’den daha küçük boyutlar için de
0.013 mm hassasiyetle ölçülmelidir.
Sonuçlar: Teste, örneğin çökme kriterleri
gerçekleşinceye kadar, veya örneğe önceden tayin edilen saykıl sayısında
tamamlanıncaya kadar devam edilir. Çökme, tamamen ayrılma olarak tanımlanır;
görünür çatlamalar gibi. Sonuçlar rapor edilirken çökme kriterleri açık bir
şekilde tanımlanmalıdır.
Şekil-1: Test bölgesi ve uçlar
arasında tanjantsal birleştirme
malzemesi bulunan test örneği
malzemesi bulunan test örneği
Şekil-2: Uçlar arasında R çaplı
malzeme bulunan test örneği
Şekil-3: Uçlar arasında R çaplı
malzeme bulunan test örneği
Şekil-4: Uniform test bölgesi ve
uçlar arasında tanjantsal birleştirme
malzeme bulunan test örneği
malzeme bulunan test örneği
Metotta uniaksiyal kuvvet uygulanan malzemelerin yorgunluk özellikleri
incelenir.. Strain-kontrollü yorgunluk kavramı, kuvvet-kontrollü yorgunlukla
aynı değişkenlerden etkilenir. Özellikle toplam çevrimsel strain ölçülür ve
çevrimsel plastik strain tayin edilir. Test örneklerinin dolayısıyla
malzemelerin homojen yapıda olması önemlidir
Test Örnekleri: Temel örnek konfigürasyonu Şekil-1 (a ve b)’de
gösterilmiştir; kesit alanları daireseidir ve minimum çap 6.35 mm’dir. Levha
test örnekleri kullanıldığında kalınlık
6.0 mm’dir (Şekil-2); dikdörtgen kesit alanlıdır.
Sonuçlar:
Çökmenin Tayin edilmesi: Örneğin toplam ayrılması veya kırılması iki parçada meydana gelir; düzgün kısımda, veya saat camı şeklindeki bölgede. Tüm çökme konumları kaydedilir.
Modül metodu: Çökme örneğin, QN = ENT / ENC
oranının birinci saykıl için ½ Q değerine eşit olduğu konumdaki durumudur.
Mikroçatlama
(mikrokraking): Test örneği yüzeyinde meydana gelen, önceden var olmayan
mikroçatlakları saptanması çökme olayını gösterir.
Kuvvet (stres)
azalması: Çökme, örnekte çatlamanın başlamasıyla maksimum kuvvet veya elastik
modülün ~%50 kadar düştüğü nokta olarak tanımlanır.
Şekil-1: Düşük çevrim yorgunluk test
örnekleri; (a) düzgün test bölgeli,
(b) saat camı test bölgeli
(b) saat camı test bölgeli
Şekil-2: Levha şeklindeki yorgunluk test örnekleri; (a) Dikdörtgen
kesitli düz levha yorgunluk örneği, (b) Dairesel kesitli düz levha yorgunluk
örneği
Bu test metodu, yorgunlukta kabul edilebilir ön-çatlama
gösteren çentikli örneklerin çevrimsel yüklemeleriyle ilgilidir. Gözle görülür
şekilde veya eşdeğer bir metotla izlenen çatlama (krak) boyutu yorgunluk
çevrimlerinin fonksiyonu olarak ölçülür ve bu veriler çatlama büyüme hızının
numerik analizinde kullanılır. Çatlama büyüme hızları, stres-intensite
faktörünün fonksiyonu olarak ifade edilir, ΔK (lineer elastik stres analize
göre hesaplanır).
Test Örnekleri: Kompakt örnek (Şekil-1), orta gerilim
örneği (Şekil-2), eksantrik (dış merkezli)-yüklü tek kenar krak gerilme örneği
(Şekil-3)
Ölçülen Özellikler:
Çatlama eğrisi düzeltmesi: Test tamamlandıktan sonra kırılma
yüzeyleri incelenir; tercihen iki noktada kalınlık-boyunca çatlama eğrisinin
durumunun incelenir.
Çatlama büyüme hızının tayin edilmesi: Yorgunluk çatlama
büyüme hızı, çatlama boyutu-çevrim verilerinden (a – N) tayin edilir.
Stres-intensite faktörü aralığı ΔK’nın tayini: Bu değer,
örnek tipine göre uygun çatlama boyut değerleri kullanılarak hesaplanır.
Yorgunluk çatlama büyüme eşiğinin tayini: ΔK değeri (büyüme
hızı 10−10 m/çevrim), bu test metodundaki tanıma göre, ΔKth olarak
ifade edilir.
Şekil-1: Standart kompakt test (CT)
örneği (boyutlar mm)
Şekil-2:
Standart orta-gerilme (MT) test örneği (boyutlar mm)
Şekil-3: Standart
eksantrik-yüklemeli tek-kenar krak gerilme test örneği (SET) (boyutlar mm)
Bu test metodu,
metalik malzemelerin bir pim-tip yatak testiyle yatak verim (veya akma)
kuvvetinin ve yatak kuvvetinin tayinini kapsar.
Yatak testinde
elde edilen veriler yatak ultimat (en yüksek) kuvvet ve yatak verim kuvvetidir.
Örneğin kenarından özel bir mesafede bulunan bir delik bulunur; bu delik
vasıtasıyla, silindirik bir pimle test örneğinin kenarına yük uygulanır;
veriler, malzemenin yük taşıma kapasitesini gösterir.
Yatak
özellikleri malzemelerin kıyaslanmasına ve malzeme dizaynında pimin yerleştirilmesi
uygun olan konumun belirlenmesini sağlar. Pimin eğilmesi bir jigle
desteklenerek engellenir (Şekil-3).
Test
Örnekleri: Test örneği
düz levha şeklindedir; kalınlığı örnek boyunca homojen olmalıdır. Pim çapı /
örnek kalınlığı, 2 ile 4 arasında olmalıdır. Tipik bir örnek şeması Şekil-1’de
gösterilmiştir.
Ölçülen
Özellikler:
Yatak verim
kuvveti, yatak yükü – yatak deformasyonu grafiğinden tayin edilir (Şekil-2).
Şekil-3: Yatak
deformasyonu transfer sistemi şematik görünümü
Fiber pushout testi, kompozitlerin yüzey arası özelliklerin
tayin edilmesinde kullanılan tipik bir test metodudur; yöntem, sürekli fiber
takviye malzemeler içeren kompozitler için önerilir. Kompozitteki fiber
çaplarının 50 mm < df <
200 mm aralığında olması tercih edilir.
Bu metot pek çok MMC
(örneğin, SiC/Ti, SiC/Al, Al2O3/NiAl gibi) ve CMC (örneğin,
SiC/SiC, SiC/SiN3 gibi) kompozitlere uygulanabilirse de tüm
kompozitleri kapsamaz. Metodun sınırlayıcı en önemli faktörü test cihazındaki
cihazdaki indenterin (punç, çentik açıcı) örneğin arayüz kuvvetine göre olan
kuvvetidir; arayüz kuvveti çok yüksek olan kompozitlerde test sonlanmadan punç
çöker, dolayısıyla metot uygulanamaz. Bu gibi durumlarda kompozit test
örneğinin daha fazla inceltilerek tastin yapılması önerilmez; çünkü böyle bir
uygulamada test örneğinde matris çatlaması, fiber fragmantasyonu ve matris
deformasyonu gibi istenmeyen çökmeler meydana gelir.
Metotta, bir punçla
fiber üzerine aksiyal sıkıştırma yükü uygulanır (Şekil-1). Tüm fiber
uzunluğunun yer-değiştirmesi başladığında verilen yük ölçülür; bu yük değeri
kompozit örnekteki arayüzün shear kuvvetini hesaplamada kullanılır.
Tipik bir pushout
test cihazı Şekil-2’de, destek levha Şekil-3a’da ve destek levhaya monte edilmiş test örneği Şekil-3c’de gösterilmiştir. Cihazdaki
indenter (çentik açıcı) punç çapı tipik olarak 0.75-0.80 x fiber çapı
boyutlarındadır.
Test Örnekleri: Örnek, kalınlığı 0.6-1.30 mm (Şekil-3b). ince
bir tabakadır.
Ölçülen
özellikler:
Tümüyle fiber
debonding (bağ ayrılması) gerçekleştiğinde ortalama yüzey arası shear stres (tdebond):
Şekil-3:(a) Tipik destek levha, (b) test örneği, (c) destek levhaya monte
edilmiş test örneği
Bir malzemenin mikrosertlik değeri diğer mekanik
özellikleriyle (örneğin, kuvvet ve modül gibi) ilişkilidir. Mikrosertlik testi
ASTM E384 metoduna göre yapılır.
Metot, oldukça düşük
kuvvet uygulanarak bir test örneğinde çok küçük bir indentasyon (girinti)
oluşmasına dayanır; sertlik sayısı oluşan girintinin, tipik indentasyon
sertliklerle kıyaslanmasıyla saptanır. Testte Knoop veya Vickers indenter
kullanılır; özel olarak dizayn edilmiş bir test makinesinde test örneğinin
yüzeyine 1-1000 gf aralığında bir kuvvetle bastırılır. Yüzeyde oluşan
girintinin boyutu bu amaçla hazırlanmış bir mkroskopla saptanır.
Knoop sertlik sayısı
kuvvet/planlanmış indentasyon alanına, Vickers sertlik sayısı
kuvvet/indentasyon yüzey alanına dayanır.
Test Örnekleri: Ölçmelerin optimum doğrulukta olması için
test örneklerinin düz ve parlatılmış olması veya uygun bir şekilde hazırlanmış
yüzeylere sahip olması gerekir. Yüzeyde herhangi bir bozuk nokta
bulunmamalıdır. Tüm testlerde indentasyon perimetre ve uçları mikroskopla ayarlanmalıdır.
Ölçülen
Özellikler:
Knoop sertlik, HK
(g f/mm2)
P = gram kuvvet (g f), d = uzun diyagonalin uzunluğu (mm), Ap = planlanmış indentasyon
alanı (mm), cp = [tan
(LB/2)] / [2 tan (LA/2)], LA = boylamasına kenar açılı, 1720 30’, LB
= enlemesine kenar açılı, 1300 0’ (Şekil-1), cp =
indenter sabiti (ideal olarak = 0.07028)
Knoop sertlik, HK
(GPa)
P = kuvvet (N), d2
= indentasyonun uzun diyagonalinin uzunluğu (mm)
Vickers sertlik,
HV (g f/mm2):
P = kuvvet (g f), As
= indentasyon yüzey alanı (mm2),
d = ort. indentasyon diyagonal uzunluğu (mm), a = indenter yüz açısı, 1360 0’
(Şekil-2)
Vickers sertlik,
HV (GPa)
P2 =
kuvvet (N), d2 = indentasyon ort. diyagonal uzunluğu (mm)
Şekil-1: Knoop indenter
Şekil-2: Vicker’s indenter
