Yay Çelikleri Nelerdir?

ØYüksek karbonlu yay çelikleri,

ØAlaþýmlý yay çelikleri,

ØPaslanmaz yay çelikleri,

ØBakýr alaþýmlarý

ØNikel alaþýmlarýdýr.

Yüksek karbonlu yay çelikleri

Genel amaçlý çalýþmalar için bu yay çelikleri yay tasarýmcýlarý için en iyi seçimdir.   Yay telleri sýcak hadde çubuklarýndan, karbür kalýplardan soðuk çekilerek üretilirler.   Böylece istenen boyut, yüzey düzgünlüðü, boyut hassasiyeti ve mekanik özellikler      elde edilir.

Ayrýca yaylarýn performanslarý kullanýlan malzemenin mekanik özellikleri ile malzemeye uygulanan tavlama, soðuk çekme, ön temperleme gibi ýsýl iþlemler sonucu kazanýlan özelliklere de baðlýdýr.

2 mm’ den daha az boyutlardaki yaylar için standartta verilen SAE J271 özel kalite soðuk çekilmiþ karbon çeliði en mukavemetli olanýdýr.Tel toleranslarýnýn sýnýrlý olduðu ve yüksek gerilimlerin bulunduðu yerlerde kullanýlýrlar.

  Bu gruptaki bazý çelikler Zn veya Al–Zn ile ön çekme uygulanarak elde edilir. Bunlar normal þartlarda yeterli korozyon korumasýna sahiptir. Aksi takdirde korozyon korumasý için bazý iþlemlerin yapýlmasý gerekecektir.

Yaðda temperlenmiþ SAE J316 karbon çeliklerinde ise temperleme sonucu elde edilen martenzitik yapý sabit veya deðiþken yükler karþýsýnda yumuþama yani gevþemeye karþý daha dirençlidir. Bu çelikler hassas þekil vermeye de daha uygundur.

  Bu gruptaki J113 soðuk çekilmiþ teller, yaðda temperlenen J316 çeliðinden daha fazla deformasyona dayanýrlar. Ayrýca soðuk çekilmiþ teller, statik yükler, düþük gerilimler ve gerilme tekrarýnýn az olduðu yerlerde kullanýlýrlar.

Alaþýmlý Yay Çelikleri

Yay malzemelerinin diðer bir grubu da düþük alaþýmlý veya ön sertleþtirilmiþ ve temperlenmiþ karbon çelikleridir. Bu malzemeler tavlanarak çekilir ve daha sonra yüksek mukavemet elde etmek için tel üreticileri tarafýndan sertleþtirilir.

   Bunlar 2 mm boyutun üzerindeki soðuk çekilmiþ malzemelerden daha mukavemetlidir. Bu malzemelerin mekanik özellikleri sertleþtirme prosesinde elde edilir.

Düþük alaþýmlý veya ön sertleþtirme yapýlmýþ ve temperlenmiþ karbon çelikleri mükemmel statik ve dinamik özelliklere sahiptir.230 °C’ ye kadar ki sýcaklýklarda çalýþabilirler. Fakat yüzey iþlem görmez ise kolayca aþýnabilir.

  Si–Cr ( J157 ) veya Cr–V en yaygýn kullanýlanlar arasýndadýr.

Paslanmaz Yay Çelikleri

Paslanmaz yay çelikleri, korozyona dayanýklý, þekil deðiþtirme kabiliyeti yüksek olan çeliklerdir ve normal yay çeliklerine göre daha yaygýn kullanýlýrlar. Bu çelikler içerisinde en az %16 Cr ve %6,5 Ni bulunmaktadýr.

  Ayrýca bu çelikler soðuk þekillendirme ve ýsýl iþleme tabi tutulan çeliklerdir. Paslanmaz çeliklerinin mekanik özelliklerine ve korozyon direncine göre çok deðiþik çeþitleri vardýr.

Bakýr Alaþýmlý Yay Malzemeleri

Bakýr alaþýmlý yay malzemeleri yüksek elektrik ve ýsý geçirgenliði istenen ve çok iyi atmosferik direnç gerektiren yerlerde kullanýlýr. Yay üretiminde Tablo 1’ de verilen üç adet alaþým yer alýr. Bunlar fosfor bronzu, berilyum bakýr ve pirinçtir.

  Fosfor bronzu ve pirinç malzemeler mekanik özelliklerini soðuk çekim iþleminden kazanýr. Ýçerisinde yüksek miktarda kalay bulunan fosfor bronzunun çekme mukavemeti oldukça yüksek ve elektrik iletkenliði iyidir. Bu sebeple en yaygýn kullanýlan bakýr alaþýmýdýr.

Nikel Alaþýmlý Yay Malzemeleri

Ýçerisinde %75 Ni ve %16 Cr bulunan UNS N06600 malzemelerin yüksek sýcaklýklarda oksidasyon dirençleri ve mukavemetleri oldukça iyidir. Soðuk çekildiklerinde çekme mukavemetleri de oldukça yükselir.

   Bir Cu–Ni alaþýmý olan UNS N04400 ise yüksek mukavemete ve sünekliðe sahip olmakla birlikte asit ve alkalilere dirençlidir. Özellikle deniz suyu gibi tuzlu su ortamlarýna ve hafif yüklemelere karþý çok ideal bir malzemedir.

YAYLARI TANIYALIM
1- Kuvvet
2- Kuvvet Birimleri
3- Esnek Cisim ve Esneklik
4- Yaylar ve Özellikleri
5- Yaylarýn Oluþturduðu Kuvvetler
6- Kuvvetin (Veya Aðýrlýðýn) Ölçülmesi (Dinamometre ve Özellikleri)
7- Aðýrlýk

 KUVVET VE HAREKET

A- YAYLARI TANIYALIM :
1- Kuvvet :
Duran bir cismi harekete geçiren, hareket halindeki cismi durduran, cismin doðrultusunu, yönünü,
þeklini ve hýzýný deðiþtirebilen her türlü etkiye kuvvet denir. Kuvvet gözle görülemez, kuvvetin sadece
etkileri gözlenip ölçülebilir. Kuvvet dinamometre ile ölçülür.
Kuvvet;
• Duran bir cismi harekete geçirebilir.
• Hareket halindeki cismi durdurabilir.
• Hareket halindeki cisimleri hýzlandýrabilir veya yavaþlatabilir yani hýzýný deðiþtirebilir.
• Cisimlerin doðrultusunu, yönünü ve þeklini deðiþtirebilir.
Kuvvetler, etkilerine göre farklý çeþitlerde olabilir. Kuvvetler genel olarak temas gerektiren kuvvetler
(itme kuvveti, çekme kuvveti, kas kuvveti, rüzgâr kuvveti, kaldýrma kuvveti, sürtünme kuvveti,
buhar kuvveti) ve temas gerektirmeyen kuvvetler (magnetik alan kuvveti, yer çekimi kuvveti, elektriksel
çekim kuvveti, elektriksel itme kuvveti) olarak iki grupta incelenir.
Kuvvet ile gösterilir ve vektörel büyüklüktür. Kuvvet gözle görülemez, kuvvetin sadece etkileri gözlenip
ölçülebilir. Kuvvet, yönlü doðru parçalarý ile (ok iþareti ile) gösterilir. Kuvveti göstermek için kullanýlan
okun yönü, kuvvetin yönünü, büyüklüðü ise kuvvetin büyüklüðünü gösterir.
Kuvvetin gösterilebilmesi için 4 elemanýnýn bilinmesi gerekir. Bunlar;
1- Kuvvetin uygulama noktasý,
2- Kuvvetin doðrultusu,
3- Kuvvetin yönü,
4- Kuvvetin büyüklüðü (þiddeti) dür.

Uygulama Noktasý   Yönü

Doðrultusu (d)

                A             Büyüklüðü       B
                               (Þiddeti)

Kuvvetin Elemanlarý :
1- Uygulama Noktasý : Kuvvetin cisme etki ettiði noktadýr.
A Noktasý
2- Yönü : Kuvvetin cismi hareket ettirdiði yöndür.
A’ dan B’ ye doðru.
3- Büyüklüðü (Þiddeti) : Kuvvetin cisme etki edebilme gücüdür.
doðru parçasýnýn uzunluðu.
4- Doðrultusu : Kuvvetin etkisini gösterebildiði doðrultudur.
AB doðrultusu.

2- Kuvvet Birimleri :

                          SI                 CGS
Kuvvet → → Newton (N) → Dyn → Kilogram-Kuvvet (kg-f) → Gram-Kuvvet (gr-f)

• 1N = 1.105 dyn 1dyn = 1.10-5 N
• 1 kg-f = 1000 gr-f 1 gr-f = 1/1000 kg-f
• 1 kg-f = 9,8 N 1 kg-f ≈ 10 N 1 N = 1/9,8 kg-f
• 1 kg-f = 980000 dyn 1 kg-f ≈ 1.106 dyn 1dyn = 1/980000 kg-f
• 1 N = 98 gr-f 1 N ≈ 100 gr-f

• 1 Newton : 100 gramlýk kütleye etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüðü yani  aðýrlýðýdýr.
• 1 kg-f : 1 kilogramlýk kütleye etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüðü  yani aðýrlýðýdýr.
• 1 gr-f : 1 gramlýk kütleye etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüðü yani  aðýrlýðýdýr.

3- Esnek Cisim ve Esneklik :
Bir cisme kuvvet uygulandýðýnda cisim þekil deðiþtiriyorsa, kuvvetin etkisi ortadan kalkýnca cisim
tekrar eski haline geri dönebiliyorsa böyle cisimlere esnek cisim, bu olaya da esneklik denir.
Lastik, çelik þerit, yay, lastik top, çorap, tiþört esnek cisimlerdir. Oyun hamuru, cam macunu,
sývýlar esnek olmayan cisimlerdir.
Esnek cisimlerin esneklik özelliðini gösterebildiði sýnýra esneklik sýnýrý denir. Esnek cisimlere
esneklik sýnýrýný aþacak þekilde kuvvet uygulanýrsa esnek cisimlerin esneklik özelliði bozulur ve
eski hallerine geri dönemezler.

4- Yaylar ve Özellikleri :
Yaylar esnek cisimlerdir. Yaylarýn þeklinin deðiþtirilmesi yani gerilmesi veya sýkýþtýrýlmasý için
kuvvet uygulanmasý gerekir. Yaylarýn þeklinin deðiþtirilmesi için uygulanan kuvvetler germe ve
sýkýþtýrma kuvvetleridir. Yaylara uygulanan kuvvetler ortadan kalktýðýnda yaylar eski haline yani
denge durumuna geri dönerler.
Günlük hayatta kullanýlan yaylarýn esneklik özelliði farklýdýr. Farklý kalýnlýkta ve uzunluktaki yaylar
farklý esneklik özelliðine sahiptir. (Amortisörlerdeki yaylar kalýn ve sert, kalemdeki yay ince ve yumuþaktýr).

F → Yaya uygulanan germe veya sýkýþtýrma kuvveti
k → Yayýn yapýldýðý maddeye baðlý olan yay sabiti
x → Yaydaki gerilme (uzama) veya sýkýþma miktarý

• k yay sabiti ile yayýn esnekliði ve hassaslýðý doðru orantýlýdýr.
• Yaydaki gerilme (uzama) veya sýkýþma miktarý, yaya uygulanan germe veya çekme kuvveti ile
doðru orantýlýdýr.
 

F = k . x

5- Yaylarýn Oluþturduðu Kuvvetler :
Bir yaya germe veya sýkýþtýrma kuvveti uygulandýðýnda etki – tepki prensibine göre yayda uygulanan
kuvvete zýt yönde ve eþit büyüklükte itme ve çekme kuvveti uygular.
Yaylarý sýkýþtýrmak veya germek için uygulanan kuvvet arttýrýldýðýnda yayda oluþan itme veya çekme
kuvveti ile yaylarýn sýkýþma veya gerilme miktarlarý da artar. Bu nedenle yaylarý sýkýþtýrmak veya
germek için uygulanan kuvvet ile sýkýþma veya gerilme miktarý doðru orantýlýdýr.
(Yayýn sýkýþtýrýlmasý veya gerilmesi için uygulanan kuvvetler ortadan kalktýðýnda yaylarýn eski hallerine
dönme hýzlarý artar).

a) Germe ve Ýtme Kuvveti :
Yaylarý germek için kuvvet uygulandýðýnda etki – tepki prensibine göre gerilen yay esneklik özelliðinden
dolayý eski haline geri dönebilmek için itme kuvveti uygular. Yaylarý germek için uygulanan kuvvet
arttýrýldýðýnda yayda oluþan itme kuvveti de artar.

1. Durumda:
• G aðýrlýðýndaki cisim yayýn ucuna asýldýðýnda yay x kadar uzar ve çekme kuvveti (geri çaðýrýcý kuvvet)
F olur.

2. Durumda:
• 2G aðýrlýðýndaki cisim yayýn ucuna asýldýðýnda yay 2x kadar uzar ve çekme kuvveti (geri çaðýrýcý kuvvet)
2F olur.


b) Sýkýþtýrma ve Çekme Kuvveti :
Yaylarý sýkýþtýrmak için kuvvet uygulandýðýnda etki – tepki prensibine göre sýkýþan yay esneklik özelliðinden
dolayý eski haline geri dönebilmek için çekme kuvveti uygular. Yaylarý sýkýþtýrmak için uygulanan kuvvet
arttýrýldýðýnda yayda oluþan çekme kuvveti de artar.

1. Durumda:
• Yaya F kadar sýkýþtýrma kuvveti uygulandýðýnda x kadar sýkýþýr ve itme kuvveti F ý olur.

2. Durumda:
• Yaya 2F kadar sýkýþtýrma kuvveti uygulandýðýnda 2x kadar sýkýþýr ve itme kuvveti 2Fý olur.


6- Kuvvetin ( veya Aðýrlýðýn) Ölçülmesi (Dinamometre ve Özellikleri) :
Dünya’nýn, üzerinde bulunan cisimlere uyguladýðý kütle çekim kuvvetine yer çekimi kuvveti denir. Dünya’nýn, üzerinde bulunan bir cisme uyguladýðý yer çekimi kuvvetinin büyüklüðüne aðýrlýk denir. Aðýrlýk ile gösterilir. Aðýrlýkta bir kuvvettir.
Kuvveti (aðýrlýðý) ölçmek için kullanýlan araçlara dinamometre (yaylý el kantarý) denir. Dinamometreler cisimlerin esneklik özelliðinden faydalanýlarak yapýlmýþtýr.
Dinamometreler, kuvvetin esnek cisimler üzerindeki þekil deðiþtirme etkisi kullanýlarak yapýlmýþtýr. Dinamometredeki esnek cismin (yayýn) uygulanan kuvvet sayesinde uzamasý (þekil deðiþtirmesi) ile kuvvet ölçülebilir. Esnek cisim ne kadar fazla þekil deðiþtiriyorsa (yay ne kadar uzuyorsa) cisme uygulanan kuvvette o kadar büyük olur.
Dinamometrelerin ölçebileceði kuvvetlerin büyüklükleri farklý olabilir. Her dinamometre ancak belirli büyüklükteki kuvvetleri ölçebilir. Dinamometrenin ölçebileceðinden daha büyük kuvvet ölçülürse dinamometredeki yayýn esnekliði kaybolur ve dinamometre bozulur.
Dinamometrelerde kullanýlan yayýn inceliði veya kalýnlýðý (yay sabiti), dinamometrenin ölçebileceði aðýrlýk miktarýný deðiþtirir. Bu nedenle dinamometre hangi amaçla kullanýlacaksa, o amaca uygun þekilde tasarlanýr ve dinamometrede de o amaca uyun kalýnlýkta ve sertlikte yay kullanýlýr.
• Kütlesi büyük olan cisimlerin aðýrlýklarýný ölçmek için yapýlan dinamometrelerde kalýn ve sert (yay sabiti büyük olan) yaylar kullanýlýr.
• Kütlesi küçük olan cisimlerin aðýrlýklarýný ölçmek için yapýlan dinamometrelerde ince ve yumuþak (yay sabiti küçük olan) yaylar kullanýlýr. Bu dinamometreler daha hassas ölçüm yapabilir.
Dinamometreler cisimlerin aðýrlýðýný ölçer. Fakat günlük hayatta kullanýlan dinamometreler, kütle ölçmek için derecelendirilmiþlerdir. (Dinamometre aðýrlýkla birlikte yaklaþýk olarak bir cismin kütlesini de ölçer).

7- Aðýrlýk :
Bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetinin büyüklüðüne aðýrlýk denir. Aðýrlýk ile gösterilir ve vektörel büyüklüktür. Aðýrlýk daima yerin merkezine (aþaðý) doðru gösterilir. Aðýrlýk ayýrt edici özellik deðildir.
Bir cismin aðýrlýðý cismin bulunduðu yere göre deðiþir. Cisim yerin merkezine yaklaþtýkça (g arttýðý içi) aðýrlýk artar, cisim yerin merkezinden uzaklaþtýkça (g azaldýðý için) aðýrlýk azalýr. Dünya, kutuplardan basýk olduðu için Dünya’nýn kutuplardaki yarýçapý, ekvatordaki yarýçapýndan küçüktür. Bu nedenle bir cismin kutuplardaki aðýrlýðý, ekvatordaki aðýrlýðýndan daha büyük olur. (Yerin merkezine daha fazla yaklaþýldýðý için). Bir cismin Dünya’daki aðýrlýðý, Ay’daki aðýrlýðýnýn yaklaþýk 6 katýdýr.
Bir cismin aðýrlýðýnýn deðiþmesini yer çekim ivmesi saðlar. Bir cisme etki eden yer çekimi kuvvetinin ölçüsüne yer çekim ivmesi denir. Yer çekim ivmesi ile gösterilir ve yer çekim ivmesi vektörel büyüklüktür. Yer çekim ivmesi yerin merkezine yaklaþýldýkça artar, yerin merkezinden uzaklaþýldýkça da azalýr.
Aðýrlýk dinamometre veya yaylý el kantarý ile ölçülür.

Aðýrlýk = Kütle . Yer Çekim Ývmesi

G= m . g

• Yer çekim ivmesinin deðeri; = 9,8 N/kg = 980 dyn/gr alýnýr.

ÖRNEKLER :

1- Þekildeki özdeþ dinamometreler dengededir. Buna göre G aðýrlýðý kaç N’dur?

• 1. dinamometrede 3 bölme 15 N’ a karþýlýk geliyor. Bu nedenle her bölme 5 N’ a karþýlýk gelir.
• 2. dinamometrede G aðýrlýðý 4 bölmeye karþýlýk geldiði için;

G = 5 . 4 = 20 N

2- Þekildeki dinamometrelerin içindeki çubuklar 10 eþit parçaya ayrýlarak bölmelendirilmiþtir. A’ daki dinamometre en fazla 100 N’ luk, B ‘deki dinamometre en fazla 150 N’ luk, C’ deki dinamometre en fazla 200 N’ luk kuvveti ölçebiliyor. Buna göre;

a) Dinamometrelerin cisimlere uyguladýðý kuvvetleri bulun.
b) 10 N’ luk kuvveti ölçmek için hangi dinamometre daha uygundur?

a) A Dinamometresi : 10 bölme 100 N ise her bölme 10 N’ a karþýlýk gelir.
Cisme uygulanan kuvvet = 4 . 10 = 40 N

B Dinamometresi : 10 bölme 150 N ise her bölme 15 N’ a karþýlýk gelir.
Cisme uygulanan kuvvet = 3 . 15 = 45 N

C Dinamometresi : 10 bölme 200 N ise her bölme 20 N’ a karþýlýk gelir.
Cisme uygulanan kuvvet = 2 . 20 = 40 N

b) 10 N’ luk kuvveti ölçmek için A dinamometresi daha uygundur. Çünkü diðer dinamometrelerin her bölmesi 10 N’ dan daha büyük deðer ölçer.

3- Bir yay 10 N’luk kuvvet uygulandýðýnda yay 5 cm uzuyorsa yayýn yay sabiti nedir?

F = 10 N
x = 5 cm
k = ? N/cm

• F = k . x  --->  10 = k . 5  --->  k = 2 N/cm

4- Yay sabiti 5 N/mm olan bir yayýn 1 cm uzamasý için yaya kaç N’luk kuvvet uygulanmasý gerekir?

x = 1 cm = 10 mm
k = 5 N/mm
F = 10 N

 F = 5 . 10  ---Þ• F = k . x >  F = 50 N

5- Kütlesi 2 kg olan cismin aðýrlýðý Kaç N’ dur? (g = 10 N/kg)

m = 2 kg • G = m . g = 2 . 10  --->  G = 20 N
g = 10 N/kg
G = ? N

6- Kütlesi 700 gr olan cismin aðýrlýðý kaç N ve Kaç dyn’ dir? (g = 10 N/kg)

m = 700 gr = 0,7 kg • G = m . g = 0,7 . 10  --->  G = 7 N
g = 10 N/kg
G = ? N • G = 7 N = 7.105 dyn

7- Kütlesi 25 gr olan cismin aðýrlýðý kaç dyn ve kaç N’ dur? (g = 1000 dyn/gr)

m = 25 gr • G = m . g =  G = 25000 dynÞ25 . 1000
g = 1000 dyn/gr
G = ? N • G = 25000 dyn = 25000 . 10–5 N = 0,25 N

8- Þekildeki grafikte yaylarýn ucuna asýlan aðýrlýklar ile yaylardaki uzama miktarlarý arasýndaki iliþki gösterilmiþtir. Buna göre;

a) Hangi yay daha hassas ölçüm yapar?
b) 1. yaya 40 N’luk kuvvet uygulanýrsa yaydaki uzama miktarý kaç cm olur?
c) 2. yaya 40 N’luk kuvvet uygulanýrsa yaydaki uzama miktarý kaç cm olur?




a) Yay sabiti küçük olan yay daha hassastýr.
1. Yay için; F = k1 . x ---> 16 = k1 . 4  --->  k1 = 4
1. Yay için; F = k2 . x  --->  8 = k2 . 8  --->  k2 = 1
k2 < k1 olduðu için 2. yay daha hassastýr.

b) F = k1 . x  --->  40 = 4 . x  ---> x = 10 cm

 x = 40 cmÞ 40 = 1 . x Þc) F = k2 . x

9- 20 N kaç dyn, kaç gr-f ve kaç kg-f tir?

• 1 N = 1.105 dyn ise ; 20 N = 20 . 105 = 2.106 dyn
• 1 N = kg-f ise ; 20 N = kg-f
• 1 kg-f = 1000 gr-f ise ; kg-f = gr-