Süneklik, çeliğin kırılmadan önce karşılayabildiği plastik şekil değiştirmeyi anlatır. Tokluk, kırılmaya direnç ve bu süreçteki enerjiyle ilgilidir; tam anlamı kullanılan deneyle belirlenir. Gevreklik ise incelenen koşullarda sınırlı plastik şekil değiştirmeyle kırılma davranışıdır. Oda sıcaklığında yüksek çekme uzaması gösteren bir çelik; soğuk, çentikli veya çatlak ucunda kısıtlanmanın yüksek olduğu bir parçada gevrek kırılabilir.
Hangi deney hangi özelliği ölçer?
Çekme dayanımı ve akma dayanımı gerilme düzeylerini verir. Bu değerler tek başına sünekliği veya mevcut bir çatlağa karşı direnci bütünüyle tanımlamaz.
| Ölçüm | Raporlanan büyüklük | Yorumlama sınırı |
|---|---|---|
| Kopma sonrası uzama | A, % | Belirtilen ilk ölçü uzunluğuna göre kalıcı uzama; yerel boyun vermenin katkısını içerir. |
| Kesit daralması | Z veya RA, % | Kırılan kesitteki daralma; numune ve ölçüm yönteminden etkilenir. |
| Çekme eğrisi altındaki iş | İlk hacim başına enerji, genellikle MJ/m³ | Ölçülen gerilme–birim uzama yoluna ve deney koşullarına bağlıdır. |
| Charpy V çentik darbe deneyi | Soğurulan enerji, J | Çentikli numunenin belirtilen sıcaklıkta sarkaçla kırılması. |
| Düzlem şekil değiştirme kırılma tokluğu | KIc, MPa√m | Yorulma ön çatlaklı, ağırlıklı olarak doğrusal elastik davranış ve yüksek kısıtlanma sağlayan geçerli deney. |
| Elastik-plastik kırılma değerlendirmesi | JIc, kJ/m²; CTOD, mm | Çatlak başlangıcı veya ilerleme direnci; her parametrenin ayrı geçerlilik koşulları vardır. |
Tüm sütunlar için tabloyu kaydırın →
Çekme sünekliği nasıl okunmalı?
Kopma sonrası uzama için parçalar deney yöntemine uygun şekilde birleştirilir; son ölçü uzunluğu Lᵤ, ilk uzunluk L₀ ile karşılaştırılır. Kesit daralmasında ilk alan S₀ ile kırılma sonrası en küçük alan Sᵤ kullanılır:
A = 100 × (Lᵤ − L₀) / L₀
Z = 100 × (S₀ − Sᵤ) / S₀
Bir hesap örneğinde L₀ = 50 mm ve Lᵤ = 62,5 mm ise A = %25 olur. S₀ = 80 mm² ve Sᵤ = 40 mm² için Z = %50 bulunur. Bu yüzdeler farklı geometrik değişimleri tanımlar; eşit olmaları gerekmez.
Üniform uzama, en yüksek kuvvetteki uzamayı ifade eder; bu aşamadan itibaren yayılı boyun verme belirginleşir. Terim, ölçü bölgesindeki her noktanın aynı birim uzamaya sahip olduğunu göstermez. Kopma sonrası uzama boyun bölgesinin katkısını da içerir. Ekstansometrenin kopma anında ölçtüğü değer elastik birim uzamayı içerebilir; yük kaldırıldıktan sonraki uzunlukla karşılaştırmadan önce simge ve yöntem kontrol edilmelidir. Daha uzun bir ölçü boyu, yerel uzamayı daha büyük bir ilk uzunluğa dağıtarak benzer numunelerde daha düşük yüzde verebilir. Ölçü uzunluğu, kesit, yön ve sıcaklığı eşleştirin. ASTM E8 ve E8M, çoğu yuvarlak numunede farklı ölçü uzunluğu kuralları kullanır; inçten milimetreye dönüşüm bu farkı ortadan kaldırmaz.
Sacın şekillendirilebilirliği; şekil değiştirme yolu, kenar kalitesi, bükme geometrisi ve yerel kırılma direncinden de etkilenir. Tek bir çekme uzaması değeri, en küçük bükme yarıçapını veya güvenli şekillendirme sınırını belirleyemez.
Çekme enerjisi ve Charpy enerjisi
Mühendislik gerilmesi–birim uzama eğrisinin kırılmaya kadar altındaki alan, gerilme ve ölçü boyuna ait birim uzama tutarlı tanımlandığında, ilk ölçü bölgesi hacmi başına işi verir. Birim uzamayı ondalık oran olarak kullanın: gerilme MPa ise integral MJ/m³ verir. Yüzde eksenini 100’e bölmeden kullanmak 100 kat hata doğurur. Boyun verme sonrasında sonuç hâlâ numune ölçeğinde bir iş ölçüsüdür; boyun içindeki birim uzama çok düzensizdir. Çekme dayanımı ile uzamayı çarpmak da gerçek eğrinin alanını vermez.
Charpy deneyinde çentikli çubuğun darbe sırasında soğurduğu enerji ölçülür. Yaygın tam boy V çentikli numune 55 × 10 × 10 mm ölçülerinde, çentik derinliği 2 mm’dir; sarkaç çentiğin karşı yüzüne vurur. Joule cinsinden sonuç, numune boyutuna, çentik ve vurucu geometrisine, yönlenmeye ve sıcaklığa bağlıdır. ASTM E23 ve ISO 148-1 deney yöntemlerini tanımlar; kabul koşullarını ilgili ürün veya yapım şartnamesi belirler.
İnce ürünlerde küçük boy numune gerekebilir. Bu numunelerin enerjisi ve geçiş davranışı ilgili kurallara göre ele alınmalıdır; yalnızca kesit alanı oranıyla dönüştürme yanıltabilir. Tekil sonuçları, istenen ortalamayı, boyutları ve deney sıcaklığını raporlayın. Enerjiden KIc veya JIc‘ye doğrudan, evrensel bir dönüşüm bulunmaz.
Kırılma tokluğu ne ekler?
Kırılma mekaniği deneyleri keskin bir yorulma ön çatlağı kullanır ve çatlağın başlamasına veya ilerlemesine karşı direnci ölçer. KIc, düzlem şekil değiştirme ve ağırlıklı doğrusal elastik davranış için öngörülen geçerlilik koşulları sağlandığında kullanılır. MPa√m birimi, gerilme ile uzunluğun karekökünün çarpımıdır. Ön sonuç KQ, gerekli kontrolleri geçince KIc olarak kabul edilir. İlgili yöntem ASTM E399’dur; güncel kapsamı klivaj kırılmasının karakterizasyonunu dışarıda bırakır.
Kırılmaya belirgin plastiklik eşlik ettiğinde J ve çatlak ucu açılma deplasmanı CTOD kullanılabilir. J, çatlak alanı başına enerji boyutundadır: 1 kJ/m² = 1 N/mm. Geçerli JIc, kararlı yırtılmanın başlangıcını karakterize eder; J direnç eğrisi, çatlak uzamasıyla direncin değişimini gösterir. CTOD bir deplasmandır ve genellikle milimetreyle verilir. ASTM E1820 bu ölçümleri ele alır; ASTM E1921 ise geçiş bölgesinde klivaj kırılması gösteren ferritik çelikler için bir çerçeve sunar.
Bu değerlerle parça değerlendirmesi yapmak için kusur boyutu, geometri, uygulanan ve artık gerilmeler, sıcaklık ve yükleme geçmişi de gerekir. Çevrimsel yükler ve çevresel çatlama ayrıca incelenmelidir. Yüksek uzama tek başına çatlak toleransını açıklamaz.
Gevrek davranışı artıran koşullar
Düşük sıcaklık, hızlı yükleme ve yüksek çatlak ucu kısıtlanması, duyarlı ferritik çeliklerde klivajı destekleyebilir. Kalınlık ve çatlak geometrisi kısıtlanmayı etkileyerek çatlak çevresindeki plastik şekil değiştirmeyi sınırlar. Kimyasal bileşim, tane yapısı ve işlem geçmişi de sonucu değiştirir.
- Tane incelmesi ferritik çeliklerde klivaj direncini çoğunlukla iyileştirir; tane irileşmesi bu direnci düşürebilir.
- Soğuk şekillendirme, dayanımı ve kalan sünekliği değiştirir. Isıl işlem fazları ve dağılımlarını değiştirir; tokluğa etkisi çelik kalitesine ve işlem çevrimine bağlıdır.
- Kaynak metali ve ısıdan etkilenen bölge yerel olarak farklı özellikler kazanır. Ana levhanın sertifikası, kaynaklı birleşimin her bölgesini temsil etmez.
- İnklüzyonlar, segregasyon ve gevrekleştirici maruziyetler yerel kırılma direncini azaltabilir. Deney malzemesi, teslim durumunu veya servis maruziyeti sonrasındaki durumu temsil etmelidir.
Ferritik çeliklerde kırılma davranışı çoğunlukla bir sıcaklık aralığı içinde değişir. Geçiş sıcaklığı bildirilirken belirli bir soğurulan enerji veya kayma kırılması oranı gibi ölçüt ve deney düzeni belirtilmelidir. Farklı ölçütler ve numune boyutları farklı sıcaklıklar verebilir. Östenitik paslanmaz çelikler genellikle aynı belirgin ferritik geçişi göstermeden düşük sıcaklık tokluğunu korur; yine de kalite, ürün durumu ve kaynaklar doğrulanmalıdır.
−20°C’de Charpy deneyi yapılması, parçanın −20°C’de çalışmasını tek başına onaylamaz. Servis değerlendirmesinde tasarım kuralları, en düşük metal sıcaklığı, kesit kalınlığı, gerilmeler, kusurlar, imalat ve yükler dikkate alınır. Sertlik üzerinden evrensel bir tokluk dönüşümü de yapılamaz.
Deney raporunda neler kontrol edilmeli?
- Kaliteyi, ergitme veya parti numarasını, kalınlığı, teslim durumunu ve numune yerini belirleyin. Ana metal, kaynak metali ve ısıdan etkilenen bölgeyi ayırın.
- Uzama için standardı, numune yönünü ve geometrisini, ilk ölçü uzunluğunu ve sonucun üniform, kopma anında veya kopma sonrası olup olmadığını kaydedin.
- Charpy için standardın baskısını, numune ve çentik boyutlarını, yönlenmeyi, vurucuyu, sıcaklığı, tekil sonuçları ve kabul kuralını kontrol edin.
- Kırılma tokluğunda parametreyi, ön çatlak yönünü, sıcaklık ve yükleme hızını, boyutları ve geçerlilik beyanını belirleyin. Koşullar sağlanmadığında ön sonuç adlandırmasını koruyun.
- Sonuçları ürünün ve projenin somut gereklilikleriyle karşılaştırın. ABD, Birleşik Krallık, Avustralya ve Kanada projeleri farklı standart ve baskılar kullanabilir; yalnızca ülke adı rapor eşdeğerliği sağlamaz.
Örneğin “50 mm ölçü boyunda %25 uzama” ile “−20°C’de 60 J” farklı soruları yanıtlar. Diğer deney ayrıntıları olmadan bu değerlerin hiçbiri tam bir süneklik sıralaması, tasarım kırılma tokluğu veya en düşük servis sıcaklığı vermez. Dayanım sınıfı seçim rehberi bu kontrolleri şartnameye bağlar; S275 ve S355 karşılaştırması kaliteye özgü bağlamı açıklar.