BÖLÜM 2: DİSLOKASYON VE MUKAVEMETLEŞME

Transkript

1 BÖLÜM 2: DİSLOKASYON VE MUKAVEMETLEŞME İŞLENECEK KONULAR... Dislokasyonlar neden metal ve alaşımlarda daha çok görünür? Mukavemet ve dislokasyon hareketi arasında nasıl bir ilişki var? Mukavemeti nasıl artırırız? Sıcaklık ile mukavemet ve diğer özelikler nasıl değişir? 1 Metal kristallerinde kayma mekanizması yardımıyla plastik şekil değiştirme Metaller niçin plastik olarak deforme olur? Kimyasal bileşimi değiştirmeden dövme, hadde gibi işlemler ile metallerin plastik deformasyon özellikleri (çekme ve akma dayanımı, uzama) değişir. Neden? Yapılan teorik hesaplamalar, metal kristallerinin dayanımlarının ölçülen kayma dayanımlarından kat büyük olması gerektiğini ortaya koymuştur. Gerçekte, çok daha düşük kayma gerilmelerinde şekil değişimi olmaktadır. Niçin plastik deformasyon teorik mukavemetten daha düşük gerilmelerde olur? Deformasyon için gerekli olan kuvvet, kayma düzlemindeki tüm atom bağlarını koparmak için gerekli kuvvetten çok daha azdır. Niçin? Dislokasyon ile plastik deformasyon oluşumuanimasyon Mixeddis.exe Plastik deformasyon, dislokasyonların hareketi ile olur! Yukarıdaki sorular, malzemelerin içinde mevcut olan dislokasyon gibi kristal hataları ve bunların birbirleri olan etkileşimleriyle cevaplanabilir. Dislokasyonlar metal katılaşırken büyük sayılarda (10 6 cm/cm 3 ) oluşur ve kristaller şekil değiştirirken yenileri meydana gelir, öyle ki, büyük miktarda şekil değiştirmemiş kristalde cm/cm 3 e varan yoğunlukta dislokasyon bulunur. 2 1

2 dislokasyon Callister Dislokasyonlar, ideal (hatasız) kristaldekinden çok daha düşük gerilmelerde plastik deformasyona yol açar! Kristalde dislokasyonun hareketini tırtılın hareketine benzetebiliriz. Tırtılın tüm ayakları aynı anda hareket etmez. Bir dislokasyonun kayma düzlemi boyunca ilerlemesi ile kristalin üst kısmı alt kısmına göre kayar. Kristalin üst yarısındaki düzlemler tek tek kayarsa, sadece atom bağların bir kısmı kopar ve bu durumda kayma için çok daha küçük gerilmeye ihtiyaç vardır. Bunun için tüm kayma düzlemi (orta yatay düzlem) boyunca tüm bağların aynı anda kopmasına gerek yoktur. Kayma düzlemindeki tüm atom bağlarının aynı anda kopması ve kayma için çok yüksek gerilme olması demektir. Fakat, gerçekte kristalde dislokasyonlar vardır ve dislokasyonlar sayesinde çok daha düşük gerilmelerde kayma (plastik deformasyon) olur. Kayma düzlemi-üzerinde dislokasyonun hareket ettiği kristallografik düzlem. 3 DISLOKASYONLAR & MALZEME TÜRLERİ Metaller: Dislokasyon hareketi daha kolaydır. Kolayca şekil değiştirme olur. Çünkü, atomlar arası bağ yöne bağlı değildir metal atomları elektron bulutu içindedir. -kayma için sıkı paket doğrultular var elektron bulutu Elektron ion cores bulutu içinde metal atomları Kovalent seramiklerde (ör. Si, elmas) plastik deformasyon çok azdır. Çünkü -dislokasyon hareketi zordur. -atomlar arası bağ yöne bağlı (açısal) olup atom bağı koptuğunda bağ tekrar oluşmaz. İyonik Seramikler (NaCl) de de çok az plastik defromasyon görünür. Çünkü, -dislokasyon hareketi zor. -Ayrıca, ++ ve yüklü komşulardan kaçınma vardır

3 METAL TEK KRİSTALLERDE PLASTİK ŞEK EKİL DEĞİŞTİRME Metal kristallerin yüzeyindeki kayma kuşakları (Slip Bands) ve kayma çizgileri (Slip lines) Plastik deformasyondan sonra tek kristallerin yüzeyinde kayma kuşakları diye adlandırılan basamak izleri gözlenir (yandaki Şekil ). Kayma kuşakları, kayma düzlemleri adı verilen belirli kristallografik düzlemleri üzerinde metal atomlarının kayması veya kayma şekil değiştirmesi sonucu oluşur. Yüksek büyütmelerde metallerin kayma yüzeylerinin yakından incelenmesi, kaymanın kayma kuşağı içinde birçok düzlemde olduğunu ve bu düzlemlerin yüzeyde basamaklar şeklinde ortaya çıktığını gösterir. Kuşak içindeki bu ince basamaklar kayma çizgileri diye adlandırılır ve genellikle birbirinden atom uzaklıktadır. Buna karşılık kayma kuşaklarının birbirine uzaklığı atom çapı civarındadır. YMK ve SDH yapılı malzemelerde kayma çizgileri düzdür. Bununla beraber HMK malzemelerde bu çizgiler son derece dalgalı olup yalnız tek bir düzlem boyunca kayma sonucu oluşmadıkları görüntüsünü verirler. Plastik olarak uzamış çinko tek kristal üzerinde kayma kuşakları- Makroskopik görünüm Kayma düzlemi Adapted from Fig. 7.9, Callister 6e. (Fig. 7.9 is from C.F. Elam, The Distortion of Metal Crystals, Oxford University Press, London, 1935.) 600 µm Mikroskopik görünüm- Yüksek büyütmelerde kayma kuşakları içinde kayma çizgileri 5 Kayma Sistemleri Dislokasyonlar, belirli kristallografik kayma düzlemlerinde ve belirli kristallografik kayma yönlerinde atomsal yer değiştirme meydana getirirler. Kayma düzlemleri, çoğunlukla atomların en sık dizildiği ve aralarındaki uzaklığın en fazla olduğu kristal düzlemleridir. Düşük atom yoğunluğuna sahip düzlemlerin kayması için daha büyük kayma gerilmesine gerek vardır. (Yandaki Şekil ). Eğer, sıkı düzen düzlemler üzerindeki kayma, bölgesel yüksek gerilmelerle engellenirse, o zaman düşük atomsal yoğunluktaki düzlemler de kayma bakımından etkin hale gelebilirler. Genellikle kayma yönü, kafes yapıda atomların en sık dizildiği doğrultudur. Sıkı düzen yönlerinde atomlar birbirlerine daha yakın oldukları için bir noktadan diğerine daha az enerjiyle geçeceklerinden bu yönlerde kayma tercih edilir. Tercih edilen bu yönlere kayma yönleri denir. Kayma düzlemi ve kayma yönü birlikte kayma sistemini oluşturur. Farklı atom yoğunluklarına sahip düzlemlerde kayma hareketi τ (a) Sıkı düzen düzlem: yüksek atom yoğunluğu, düşük kayma gerilmesi (b) Düşük atom yoğunluğu, yüksek kayma gerilmesi τ τ τ 6 3

4 YMK kristal yapıda kayma düzlemleri ve yönleri YMK kristal yapısındaki metallerde kayma, sıkı düzen {111} sekiz yüzlü düzlemlerinde ve <110> sıkı düzen yönlerinde meydana gelmektedir. YMK yapıda sekiz adet {111} sekiz yüzlü düzlem (yanda alt şekil b) şekil mevcuttur. Sekizyüzlünün karşı yüzlerindeki birbirine paralel (111) türü düzlemler aynı kayma düzlemleri olarak kabul edilir. Buna göre, YMK kristal yapıda sadece dört farklı (111) kayma düzlemi vardır. Her bir (111) türü düzlem, üç <110> kayma yönüne sahiptir. Ters yönler, farklı kayma yönleri olarak kabul edilmez. Kayma kayma Kayma düzlemi yönü sistemleri sayısı Böylece, YMK kafes için 4 kayma düzlemi x 3 kayma yönü = 12 kayma sistemi vardır. 7 HMK kristal yapıda görülen g baskın kayma düzlemleri d ve yönleri y HMK yapı bir sıkı düzen yapı olmadığından, YMK yapı gibi atom dolumu en yüksek olan belirgin bir düzlemi yoktur. Kayma genellikle en yüksek yoğunluğa sahip {110} düzlemleri üzerinde meydana gelirse de, {211} ve {321} düzlemleri üzerinde de kayma görülür. HMK yapıdaki kayma düzlemleri YMK yapıda olduğu gibi sıkı düzen olmadığından, kaymanın meydana gelebilmesi için HMK metallerde YMK metallerden daha yüksek kayma gerilmelerine ihtiyaç vardır! Kayma kayma Kayma düzlemi yönü sistemleri sayısı HMK metallerde kayma daima <111> yönündedir ve her biri iki yönde kayabilen altı (110) türü kayma düzlemi olduğundan 6x2=12, {110}<111> kayma sistemi bulunmaktadır. 8 4

5 SDH kristal yapılarda görülen g baskın kayma düzlemleri d ve yönleri y SDH yapıda taban düzlemi (0001) sıkı düzen düzlemdir ve yüksek c/a oranına sahip Zn, Cd, ve Mg gibi SDH metallerin yaygın kayma düzlemidir. Fakat düşük c/a oranına sahip Ti, Zr ve Be gibi SDH metallerde kayma genellikle {1010} prizma ve {1011} piramit düzlemleri üzerinde meydana gelir. Her iki durumda da kayma yönü <1120> olarak kalır. SDH metallerdeki az sayıdaki kayma sistemleri bu metallerin sünekliliğini sınırlamaktadır! Bu yüzden SDH metallerin çoğu döküm yolu ile şekillendirilir. 9 Kayma gerilmesi bileşeni ve Schmid Yasası Kristallerde kayma, kayma düzlemi üzerine etkiyen kayma gerilmesi bileşeni tarafından oluşturulur. Saf metal bir silindir metal üzerine etkiyen bir eksenli gerilmeyle, bunun sonucunda silindir içindeki kayma sisteminde oluşan kayma gerilmesi bileşeni arasındaki bağıntının nasıl elde edileceğine bakalım. Yandaki şekilde gösterildiği gibi bir eksenli bir σ gerilmesinin bir metal silindir üzerine etkimekte olduğunu varsayalım. A o ı eksenel kuvvet F ye dik alan, A 1 i de kuvvetin F b bileşeninin etkidiği kayma düzlemi veya kayma alanı olarak kabul edelim. Kayma düzlemini ve kayma yönünü Φ ve λ açılarını tanımlayarak belirleyebiliriz. Ф bir eksenli kuvvetle A 1 alanı normali arasındaki açıdır ve λ ise bir eksenli kuvvetle kayma yönü arasındaki açıdır. Dislokasyonların kayma sisteminde hareket edebilmeleri için, uygulanan eksenel kuvvetin kayma yönünde yeterli bir kayma kuvveti bileşeni oluşturması gerekir. τ b kayma kuvveti bileşeni τ b =F b /A 1 olacaktır. F b kayma kuvveti bileşeni F eksenel kuvvetine F b =Fcosλ bağıntısıyla bağlıdır. Kayma düzlemi alanı =A 1 =A o /cosф dır. Bu eşitliklerden yandaki denklem ile verilen Schmid yasası elde edilir. A 1 (kayma düzlemi ve kayma alanı) A o (Uygulanan gerilmeye dik alan) τ F τ b A b b 1 = F A b 1 = F cos λ A0 = cos φ F = Α ο cos / cos λ φ F F (uygulanan tek eksenli kuvvet);a o (kuvvete dik alan) Schmid Yasası Kayma yönü F b τ b Kayma yönündeki kayma gerilmesi bileşeni = σ cos λ cos φ 10 5

6 Kritik kayma gerilmesi bileşeni (KKGB) Uygulanan çekme veya basma gerilmesine karşılık, tek kristalde kayma, en uygun durumda olan kayma sisteminde, kayma gerilmesi bileşeni kritik bir değere erişince başlar. Bu kritik gerilmeye, kritik kayma gerilmesi bileşeni (τ k ) denir. Kristal yönü, dislokasyonun hareketini zorlaştırır veya kolaylaştırır. Aşağıdaki şekillerde, kayma için en uygun durum, uygulanan gerilmenin, kayma sistemi (kayma düzlemi ve yönü) ile 45 lik açı yaptığı durumda görülür (ortadaki şekil). Çünkü bu durumda, uygulanan σ gerilmesinin, kayma bileşeni (τ b ) en yüksek değere (τ b =σ/2) erişir. Açılardan birinin 90 olduğu diğer durumlarda kayma bileşenin değeri τ b =0 olur. Dislokasyonun hareketi veya akma veya kayma için gerekli şart: σ τ σ b = τ τ typically tipik ( maks ) = b k 10-4 G to 10-2 G σ cosλ cosφ σ - Kayma modulü τ R = 0 λ=90 τ R = σ/2 λ=45 φ=45 b b b τ R = 0 φ= Metal tek kristallerde kritik kayma gerilmesi bileşeni Saf metal tek kristalinde kaymaya yol açacak gerilme, öncelikle metalin kristal yapısına, atomsal bağ özelliğine, şekil değiştirmenin oluştuğu sıcaklığa ve etkin kayma düzlemlerinin kayma gerilmelerine göre yönlenimine bağlıdır. Kayma düzleminde kayma yönünde kayma gerilmesi, kritik kayma gerilmesi bileşeni τ k düzeyine ulaşınca kayma başlar. Yandaki Tablo bazı saf metal kristalleri için oda sıcaklığında kritik kayma gerilmesi bileşenlerini vermektedir. Zn, Cd ve Mg gibi SDH metallerin kritik kayma gerilmesi bileşenleri düşük olup MPa arasındadır. Diğer taraftan, SDH titanyum metali 13.7 MPa gibi çok yüksek bir τ k değerine sahiptir. Metal bağına karışan kovalent bağının yüksek τ k değerlerine neden olduğuna inanılmaktadır. Ag ve Cu gibi saf YMK metaller, çoklu kayma sistemleri nedeniyle, sırasıyla 0.48 ve 0.65 MPa gibi düşük τ k değerlerine sahiptir. 12 τ k 6

7 Örnek: YMK yapıdaki nikel tek kristalinde, birim hücrenin [001] yönünde 13.7 MPa bir gerilme uygulandığında birim hücrenin (111)[011] kayma sistemindeki kayma gerilmesi bileşenini hesaplayın. Cevap: Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi uygulanan gerilme ile kayma yönü arasındaki açı λ=45 dir. Kübik sistemlerde kristal düzlemine dik yönlerin yön işaretleri, o kristal düzleminin Miller işaretleriyle aynı olduğundan, kayma düzlemi (111) düzleminin normali [111] yönüdür. Şekil b den a 1 o cos φ = = φ = a 3 τ = σ cos λ cos φ b = (13.7 MPa )(cos 45 o )(cos o ) = 5.6 MPa 13 Soru : Yüksek saflıkta bakır tek kristalin (111)[011] sisteminde kayma oluşturabilmek için [110] eksenine uygulanması gereken çekme gerilmesini belirleyin. Kristalin kayma gerilmesi bileşeni 0.70 MPa dır. Cevap:1.71 MPa Not 1: Kübik sistemde bir düzlem ile onun normali (düzleme dik doğrultu) aynı Miller indislerine sahiptirler. 14 7

8 İKİZLENME Metallerde, ikinci önemli şekil değiştirme mekanizması ikizlenmedir. Bu süreçte, atom kafesinin bir kısmı, bitişiğindeki şekil değiştirmemiş metal kafesiyle bir ayna görüntüsü yapacak biçimde şekil değiştirir. Metal kafesinin şekil değiştirmemiş ve şekil değiştirmiş kısımları arasındaki kristallografik simetri düzlemi ikizlenme düzlemi adını alır. İkizlenmede kaymada olduğu gibi ikizlenme yönü adı verilen belirli bir yönde oluşur (Üst Şekil) Fakat, kaymada kayma düzlemi tarafındaki atomların hepsi eşit mesafede hareket ettikleri halde, ikizlenmede ikizlenme düzleminden uzaklıklarıyla orantılı olarak hareket ederler. Kayma, bir dizi basamak (çizgi) oluştururken, ikizlenme kristalde küçük fakat sınırları tam belli şekil değiştirmiş bölgeler oluşturur (Orta Şekil) Yan alt şekilde, SDH Ti metalde deformasyon ikizleri görülmektedir. İkizlenmeden dolayı kristalde toplam toplam şekil değiştirme (deformasyon) küçüktür. İkizlenme, kayma sistemi sayısı az olan SDH yapıda en fazla önem kazanmaktadır. Fakat, çinko ve magnezyum gibi SDH metaller, ikizlenmenin yardımıyla bile daha çok kayma sistemine sahip HMK ve YMK malzemeler kadar sünek değildir. SDH metallerde deformasyon ikizlenmesi oda sıcaklığında görülebilmektedir. Fe, Mo,Ta, W ve Cr gibi HMK metallerde ikizlenme çok düşük sıcaklıklarda deformasyon (şekil değişimi) olduğunda görülebilmektedir. YMK metaller, en düşük deformasyon ikizlenmesi eğilimine sahiptir. Fakat, bazı YMK metallerde çok yüksek gerilme seviyesinde ve çok düşük sıcaklıklarda ikizlenme görülür. Bir YMK kafeste ikizlenmenin gösterilişi %99.77 Titanyumda deformasyon ikizleri 15 ÇOK KRİSTALLİ METALLERDE PLASTİK DEFORMASYON Çok kristalli (polikristal) malzemelerde deformasyon ve kayma daha karmaşıktır. Bir çok tanenin rastgele yönlenmiş olması nedeniyle kaymanın yönü bir taneden diğerine değişir. Her tanede, dislokasyon hareketi en uygun yönleme sahip kayma sistemlerinde olur. Yandaki şekilde plastik deformasyona uğramış çok kristalli bakır bir numunenin mikroyapısı görülmektedir. Deformasyon öncesi yüzey parlatılmıştır. Tanelerde birbirine paralel kayma çizgileri görünmektedir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi kayma çizgileri tane sınırlarında yön değiştirir. Diğer bir deyişle, her bir tanenin komşu taneden farklı kayma sistemi vardır. Tanelerin çoğunda birbirini kesen iki takım paralel kayma çizgileri bulunması iki kayma sisteminin aynı taneler içinde mevcudiyetini göstermektedir. Çok kristalli bir numunede yoğun plastik deformasyon kayma ile her bir tanede şekil değişimine neden olur. Deformasyon sırasında, tane sınırlarında ayrılma veya açılma bulunmadığı sürece, her bir tane diğer komşu tanelerden bağımsız şekil değiştiremez. Bu yüzden, her tanede bir çok kayma sisteminin plastik deformasyon başlamadan önce etkin hale gelmesi gerekir. Kayma sistemlerinin hepsi kaymaya uygun olmadığından çok kristalli malzemenin akma dayanımı her zaman yüksektir. Tane sınırlarının dislokasyonların hareketini engellemesi de plastik deformasyonun başlamasını geciktirir. Adapted from Fig. 7.10, Callister 6e. (Fig. 7.10) Önce parlatılmış, sonra şekil değiştirmiş çok kristal bakır numunenin yüzeyinde kayma çizgileri 300 µm Kayma düzlemleri ve yönleri (λ, φ) bir kristalden diğerine değişir. τ b bir kristalden diğerine farklılık gösterir. 16 8

9 Çok fazla plastik deformasyona tabi tutulan çok kristalli numunede tane şekil değişimi aşağıdaki şekilde görülmektedir. σ Çok kristalli metalde plastik deformasyon sonucu tane yapısının değişmesi. (a) Deformasyon öncesi taneler eşeksenli (b) Yoğun deformasyon tanelerin uzamasına yol açar. σ 17 MUKAVEMETLEŞME MEKANİZMALARI Metalurji ve malzeme mühendisleri yüksek mukavemetli, yeteri kadar sünek ve tok malzemelere ihtiyaç duyarlar. Alaşımın mukavemeti artırıldığında sünekliği düşer. Mukavemetleşme mekanizmalarını açıklamak için dislokasyon hareketi ile metallerin mekanik davranışı arasında ilişkinin anlaşılması gerekir. Plastik deformasyon, dislokasyon hareketleriyle olduğundan bu hareketleri engelleyen her şey plastik deformasyonun başlaması için gerekli olan gerilmeyi artırır. Yani metalin mukavemetini artırır. Mukavemet artırıcı mekanizmalar ve dislokasyon hareketini engelleyen kaynaklar boyutları ile beraber yandaki tabloda verilmiştir. Dislokasyonlar birbirlerinin hareketlerini engeller. Tane sınırları da dislokasyon hareketi için engel teşkil ederler. Ayrıca, mukavemetleşme alaşımlama (katı eriyik ve çökelti/dağılım sertleşmesi) ile sağlanabilir. Boyut Mukavemetleşme mekanizmaları ve dislokasyon hareketini engelleyen kaynaklar 0 (nokta) 1 (çizgi) 2 (düzlemsel) 3 (hacimsel) Engel Çözünen atomlar Dislokasyonlar Tane sınırı Partiküller ve çökeltiler Mekanizma Katı çözelti sertleşmesi Deformasyon (şekil değiştirme) sertleşmesi Tane boyutu küçültme sertleş. Çökelme ve dağılım sertleşmesi Plastik deformasyon (kalıcışekil değişimi) dislokasyonların hareketi ile olur. Dislokasyonun hareketini engelleyen her türlü engel metalde mukavemet artışına neden olur. 18 9

10 MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEM 1: TANE BOYUTUNU KÜÇÜLTME Tane sınırlarının metalin dayanımına etkisi Hemen hemen bütün mühendislik alaşımları çok kristallidir. Yüksek sıcaklıklarda zayıf bölgeleri oluşturan tane sınırları, normal sıcaklıklarda dislokasyonların hareketlerine engel oluşturarak metal ve alaşımların mukavemetini artırır. Dayanımın önemli olduğu uygulamaların çoğunda küçük tane boyutu istenir ve bu nedenle metallerin çoğu küçük taneli olarak üretilir.yandaki şekilde tek kristalli ve çok kristalli alaşımsız bakırın gerilmeşekil değiştirme eğrileri kıyaslanmaktadır. Bütün şekil değişimlerinde çok kristalli bakır, tek kristalden daha dayanımlıdır. Bunun nedeni tane sınırlarının dislokasyonların hareketine engel olmasıdır. Özellikle yüksek açılı tane sınırlarında dislokasyonlar yığılır. Tek kristalli ve çok kristalli bakırın gerilme-şekil değiştirme eğrileri. Çok kristalli bakır, kaymayı engelleyen tane sınırı etkisiyle daha yüksek dayanım gösterir. 19 Tane sınırları, kaymayı zorlaştıran engellerdir. Mukavemet, taneler arası yönlenme farkı arttıkça artar. Tane boyutu azaldıkça kayma engelleri artar. Küçük tane boyutlu malzeme, dislokasyonun hareketini engelleyen daha fazla tane sınırı alanına sahip olmasından dolayı, büyük taneliye kıyasla, daha sert ve mukavemetlidir. Bir çok malzeme için akma dayanımı Hall-Petch denklemi ile verilir. Hall-Petch Denklemi: σ akma = σ o + k a d 1/ 2 Burada d=ortalama tane çapı, ve σ o ve k a belirli bir malzeme için sabittir. Tane boyutu (tane sınırı yüzey alanı) katılaşma hızını kontrol etmek, katılaşma sırasında tane küçültücü kullanmak ve plastik deformasyonu takip eden ısıl işlem yapmak suretiyle değiştirilebilir. Adapted from Fig. 7.12, Callister 6e. Tane sınırında dislokasyon hareketinin engellenmesi Kayma düzlemi slip plane grain A tane A grain B grain boundary tane sınırı tane B Bir paslanmaz çelik folyoda tane sınırlarında dislokasyon yığılması (TEM görüntüsü)

11 Örnek: Pirinçte tane boyutu küçültme ile mukavemetleşme Aşağıdaki şekilde, pirinç alaşımında akma dayanımının tane boyutu azaldıkça arttığı görülmektedir. 70wt%Cu-30wt%Zn pirinç alaşımı σ akma = σ o + k y d Data: σ σyield(mpa) akma Tane grain boyutu size, d (mm) x ky 1/ [grain [Tane boyutu size (mm)] /2 Hall-Petch Denklemi Adapted from Fig. 7.13, Callister 6e. (Fig is adapted from H. Suzuki, "The Relation Between the Structure and Mechanical Properties of Metals", Vol. II, National Physical Laboratory Symposium No. 15, 1963, p. 524.) 0.75mm Adapted from Fig. 4.11(c), Callister 6e. (Fig. 4.11(c) is courtesy of J.E. Burke, General Electric Co. 21 MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEM 2: KATI ERİYİK SERTLEŞMESİ İlave atomlar veya empürite atomları kafesi çarpıtır ve elastik gerilme yaratır. Elastik gerilme, dislokasyonun hareketini engeller. Bir metalin sertliğini, akma sınırını ve özellikle sertleşme yeteneğini artırmak için uygulanan en yaygın işlem katı çözelti (eriyik) alaşımlandırmasıdır. Bir metale katılan bir veya daha fazla element katı çözelti oluşturarak metalin dayanımını artırabilir. Çözünen atomlar, katı halde diğer metalin (çözen) atomlarına karıştığında çözünen her bir atomun etrafında elastik gerilme (veya deformasyon) alanı oluşturur. Eğer, çözünen atom çözen atomdan büyük ise basma gerilmeleri, küçük ise çekme gerilmeleri doğar. Bunların varlığı her iki halde de dislokasyonların hareketini zorlaştırır ve böylece metalin dayanımı artar. Dayanımdaki artış çözen metale ilave edilen çözünen atomların türüne ve büyüklüğüne bağlıdır. Yandaki şekilden görüldüğü gibi HMK yapıdaki ferritik çeliğe ilave edilen değişik alaşım elementlerinden C ve N, çeliğin akma dayanımını daha fazla etkilemektedir. Bunun nedeni C ve N atomlarının HMK kafesi içinde ara yerlere yerleşerek kafes düzlemlerinde çok daha yüksek çarpılmaya neden olmasıdır. Oysa, diğer elementler demir kafesinde asal yerlere yerleşerek daha az gerilme yaratır. Akma dayanımındaki artış MPa Alaşım elementi miktarı Oda sıcaklığında ferritik çeliğin akma dayanımına değişik alaşım elementi ilavesinin etkisi 22 11

12 Dislokasyonun etrafındaki basma (üsttte) ve çekme (altta) gerilmesi alanları Dislokasyon-ilave atom (empürite) etkileşimi basma çekme İlave edilen küçük atomlar kafeste çekme gerilmesi yaratır. Küçük atomlar, dislokasyonda basma gerilmesinin olduğu bölgelere yayınır. İlave edilen atomlar büyük ise yukarıdakinin tersi olur. Arayer veya asal yer empürite atomları kafes çarpılmasına neden olur. Buna bağlı olarak bu tür empüriteler dislokasyonun yaratttığı kafes çarpılmaları ile etkileşim halinde olur. Küçük ve büyük ilave atomlar dislokasyonun etrafındaki çarpılmış kafes bölgelerine yayınır. Böylece bu bölgelerde empürite-dislokasyon kafes çarpılmaları kısmen azalır, dislokasyon çizgisi etrafında empürite atom atmosferi oluşur. Bu da dislokasyonun hareketini zorlaştırır. 23 Çekme dayanımı ve akma dayanımı ilave edilen Ni miktarı ile artar. Çekme Tensile dayanımı strength (MPa) Başka örnek: Bakırda katı eriyik sertleşmesi wt. Ağ %Ni, (Concentration C) Ampirik ilişki: Akma Yield dayanımı strength (MPa) 1/ 2 σ akma ~C Alaşımlandırma, σ akma ve σ ÇD yi artırır. Adapted from Fig (a) and (b), Callister 6e wt. %Ni, Ağ (Concentration %Ni C) Burada C, Ni miktarıdır

13 MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEM 3: ÇÖKELME/DAĞILIM SERTLEŞTİRMESİ Sert çökeltileri kesmek veya geçmek zordur. Ör: Metalde seramikler (Bakırda dağılmış SiO 2 parçacıklar) veya aluminyumda çökeltiler Bir çok malzeme iki veya daha fazla fazdan oluşur ve fazlardan biri ekseriyetle malzeme içinde dağılmış küçük parçacıklar veya çökeltilerdir. Yandaki şekilde bir seri partiküle yaklaşan bir dislokasyon görülmektedir. Burada iki durum vardır. Eğer, dislokasyon partikülleri kesemiyorsa, partiküllere takılır, iki partikül arasında yay şeklinde ilerler ve dislokasyonun bir kısmı partikülün etrafında halka şeklinde kalır (Şekil a). İkinci durumda Şekil b da gösterildiği gibi dislokasyon partikülü keserek ilerler. Her iki durum da da dislokasyonun hareketi için ilave gerilmeye ihtiyaç vardır, böylece malzemede mukavemet artışı olur. Parçacık veya çökelti miktarına, büyüklüğüne ve parçacık arası mesafe (S) ye bağlı olarak malzeme mukavemeti artar. Cu metalde silika (SiO 2 ) parçacıklarının dağılımı. Silika partikülün etrafındaki dislokasyon halkası mikroyapının ortasında görülmektedir.. Üstten Unslipped part of slip plane Top bakış Kayma düzleminin kaymayan kısmı View S Slipped Kayma düzleminin part of slip kayan plane kısmı (a) Dislokasyon ilerler, fakat çökeltiler hareketi zorlaştıran engel olarak davranır. S engeller arası mesafedir. Yandan Side View bakış Sonuç: Dislokasyon çizgisi σ akma Çökelti precipitate 1 ~ S 25 La to p (b) Dislokasyonun çökeltiyi kesmesi için daha büyük kayma gerilmesine ihtiyaç var! UYGULAMA: ÇÖKELME SERTLEŞMESİ Boeing 767 nin iç kanatı Adapted from Fig. 11.0, Callister 5e. (Fig is courtesy of G.H. Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial Airplane Company.) Alaşımlama ile oluşturulmuş çökeltiler sayesinde alüminyumun mukavemeti artırılır. Adapted from Fig , Callister 6e. (Fig is courtesy of G.H. Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial Airplane Company.) 1.5µm Çökeltiler içeren bir aluminyum alaşımı mikroyapısı 26 13

14 Ergime sıcaklığına kıyasla düşük sıcaklıklarda (örneğin oda sıcaklığı) yapılan soğuk işlemler (haddeleme, ektrüzyon, çekme, aşağıdaki şekillere bak) sırasında oluşan plastik deformasyon nedeniyle şekil değiştirme sertleşmesi metal ve alaşımlarında görülür. Şekil değiştirme sertleşmesi ile sünek metal, daha sert ve mukavemetli olur. Bazen işlem sertleşmesi olarak da adlandırılır. Kesit alanını değiştiren bazışekil verme işlemleri : kuvvet -Dövme force Merdane -Haddeleme die roll Numune Ad Ao blank Ad Ao Adapted from Fig. Kalıp 11.7, Callister 6e. roll Kalıp -Çekme Kalıp kuvvet force -Ekstrüzyon Ao MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEM 4: SOĞUK İŞLEM (Sİ) Kalıp die die Ad tensile Çekme force kuvveti Plastik deformasyonun miktarı, soğuk işlem yüzdesi olarak da yandaki denklem ile ifade edilebilir. Burada %Sİ=soğuk işlem yüzdesi; A o =Orijinal kesit alanı, A d =Deformasyon sonrası kesit alanı. % Sİ Ao container Kuvvet force ram koç billet container %CW = A o A d x100 A o Numune Kalıp die holder tutucu extrusion Ad die kalıp 27 Metallerde Soğuk Plastik Deformasyonun Mukavemet Artışına Etkisi Soğuk şekil değiştirme arttıkça dislokasyon miktarı veya yoğunluğu da artar. Soğuk işlem sonucu dislokasyon yoğunluğu arttıkça, yeni dislokasyonların mevcut dislokasyon ağından geçmesi gittikçe zorlaşır. Bu olay, metalin işlem veya şekil değiştirme sertleşmesine uğramasına yol açar. Tavlanmış bakır, aluminyum ve α-demiri gibi sünek metaller, oda sıcaklığında soğuk işlenirse, yukarıda anlatıldığı gibi, dislokasyonların birbirini etkilemeleri sonucu şekil değiştirme sertleşmesine uğrarlar. Soğuk işlem veya şekil değiştirme sertleştirmesi, bazı metallerin dayanımlarını artırmak için kullanılan en önemli yöntemlerden birisidir. Bu yöntemle, şekil değiştirme sertleşmesinin miktarını ayarlayarak soğuk çekilmiş alaşımsız bakırdan belli sınırlar içinde farklı dayanımlarda bakır tel elde etmek mümkündür. Dislokasyon yoğunluğunun ölçümü: Hacim Volume, V uzunluk length, l 1 Alan Soğuk işlem sonrası Ti alaşımı Mikroyapısı (ince folyoda TEM görüntüsü) Area, A dislocation pit 0.9 µm Adapted from Fig. 4.6, Callister 6e. Dislokasyon çukuru length, l 2 length, l 3 ρ d = l 1 + l 2 + l 3 V ρ d = N A N dislocation pits (revealed by etching) N dislokasyon çukurları sayısı (dağlama ile ortaya çıkarılmış) 28 14

15 Dislokasyon-dislokasyon etkileşimi (a) C:Basma itme çekilme T:çekme Dislokasyonların birbirini yok etmesi (b) Dislokasyonları etrafındaki deformasyon alanları birbirlerinin etkileşmelerine neden olur. Aynı düzlemde oldukları zaman aynı işaretli dislokasyonlar birbirlerini iterler (a), zıt işaretli olanlar ise birbirlerini çekerler veya yok ederler (b). Ortalama olarak, dislokasyonlar birbirlerini iterler. 29 Soğuk işlem sonucu, α-demirde alt-akma dayanımına dislokasyon yoğunluğunun etkisi Dislokasyon yoğunluğu (ρ d) artar: Soğuk işlem öncesi numune: ρ d ~ 10 3 mm/mm 3 Ağır soğuk işlem görmüş numune: ρ d ~ mm/mm 3 Soğuk işlem sırasında oluşan dislokasyon ormanı içinde dislokasyonlar birbirine takılır. Dislokasyon hareketi daha zor olur. Akma dayanımı (MPa) Dislokasyon yoğunluğu, ρ (10 10 ) 1/cm 2 Soğuk işlem miktarı arttıkça, Soğuk işlemin çekme eğrilerine etkisi Akma dayanımı (σ akma ) artar. Çekme dayanımı (ÇD) artar. Süneklik (%UZAMA veya %KESİT ALANI DARALMASI) azalır. Elektriksel iletkenlik azalır. Korozyon (yenim) direnci azalır. Gerilme Stress %Soğuk işlem % cold work Adapted from Fig. 7.18, Callister 6e. Strain Şekil değişimi 30 15

16 Plastik deformasyon nedeniyle akma dayanımında (σy) artış olur. Şekil değiştirme sertleşmesi gerilme şekil değiştirme eğrisi ile açıklanabilir. İlk anda, σ yo akma dayanımına sahip metal D noktasına kadar plastik deformasyona uğramıştır. Gerilme kaldırılır ve tekrar uygulanırsa yeni akma dayanımı σ y1 olur. σ y1, σ yo dan büyük olduğu için metal daha dayanımlıdır. Bu durum, dislokasyon-dislokasyon etkileşimi ile açıklanır. Dislokasyon yoğunluğu deformasyon veya şekil değişimi arttıkça artar ve dislokasyonlar arası mesafe azalır. Çekme testinde gerilme-şekil değiştirme eğrisinin denklemi: Gerçek gerilme σ T = C( ε T ) n true stress sabit (F/A) Çekme testi-şekil değişimi sertleşmesi Ortalama olarak, dislokasyonlar birbirlerini iterler. Sonuç olarak, bir dislokasyonun hareketi diğer dislokasyonlar tarafından σ y engellenir. Dislokasyon yoğunluğu yüksek 1 olduğunda dislokasyon hareketinin diğer σ y 0 dislokasyonlar tarafından egellenmesi daha fazla olur. Böylece, metalin şekil değişitirmesi için uygulanan gerilme artan soğuk işlem ile yükselir, yani metal sertleşir. Gerçek şekil değişimi: sertleşme üssü tru gerilme σ unload Yük kaldır yükle reload D large Büyük h sertleşme small küçük hsertleşme Şekil değiştirme sertleşmesi üssü n nin değeri 1 den küçüktür. Tavlanmış düşük karbonlu çelikte n değeri 0.26 ya, tavlanmış bakırda ise 0.54 e eşittir. Verilen bir şekil değişimi için n değeri arttıkça şekil değiştirme sertleşmesi artar. ε Şekil değişimi 31 SOĞUK İŞLEM ANALİZİ Soğuk işlem sonrası akma, çekme dayanımı ve süneklik nedir? %CW = πr o 2 2 πr %Sİ d x100 = 35.6% 2 πr o Akma dayanımı (MPa) yield strength (MPa) MPa Cu %Soğuk % Cold Work işlem σy=300mpa σ a =300 MPa Çekme dayanımı (MPa) tensile strength (MPa) MPa Cu %Soğuk Cold Work işlem ÇD=340 TS=340MPa MPa Do=15.2mm Süneklik (%uzama) Copper Bakır Soğuk Cold work işlem -----> Dd=12.2mm ductility (%EL) Cu 7% %Soğuk % Cold işlem Work %EL=7% %Uzama= %7 Adapted from Fig. 7.17, Callister 6e. (Fig is adapted from Metals Handbook: Properties and Selection: Iron and Steels, Vol. 1, 9th ed., B. Bardes (Ed.), American Society for Metals, 1978, p. 226; and Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H. Baker (Managing Ed.), American Society for Metals, 1979, p. 276 and 327.) 32 16

17 SOĞUK İŞLEM SONRASI ISIL İŞLEMİN ETKİSİ: TOPARLANMA, YENİDEN KRİSTALLEŞME VE TANE BÜYÜMESİ Plastik şekil değiştirme sonunda malzemelerin enerji içeriği önemli ölçüde artar, yani yapının durumu artan dengesizlik yönünde değişir. Biriken enerji esas olarak şekil değişimi sırasında yoğunlukları dan mm/mm 3 değerine yükselmiş olan dislokasyonların elastik gerilme enerjisidir. Bu durumda yeterli bir aktivasyon (sıcaklık artışı) sağlanırsa, önce kristal kusurlarının düzenlenmesi ve kısmen yok edilmesiyle enerjide bir düşme (toparlanma); sonra da enerji bakımından zengin dislokasyonların yoğunluğunun şekil değiştirme öncesindeki değerine dönmesiyle yeni tane oluşumu (yeniden kristalleşme) görülür. Plastik şekil değişimine uğramış malzemelerin tavlanmasında (sıcaklığın etkisiyle yumuşatma) özellik değişimleri üç aşamada olur (yandaki Şekil): Toparlanma Yeniden kristalleşme Tane büyümesi Sertlik, tavlama sıcaklığı arttıkça azalır. Soğuk şekil değiştirme miktarı arttıkça sertlikteki azalma daha düşük sıcaklıklarda başlar. 33 Soğuk işlem görmüş metalin çekme özelliklerine ve yapısına tavlama sıcaklığının etkisi (örnek: Pirinç alaşımı) T tavlama sıcaklığında 1 saat tutma... ÇD azalır ve % Uzama artar. Soğuk işlemin etkileri tersine döner! Çekme dayanımı (MPa) Soğuk işlemli ve toparlanmış taneler Tane büyüklüğü (mm) Çekme dayanımı süneklik toparlanma yeniden kristalleşme Yeni taneler tane büyümesi Süneklik (%UZ) Metal ve alaşımlarının işlenmesi ve üretimi sırasında, bazen, soğuk işlenmiş malzemeyi yumuşatarak sünekliğini artırmak için yeniden ısıtmak gerekir. Metal yeteri kadar yüksek sıcaklığa, yeteri kadar uzun bir süre ısıtılacak olursa, soğuk işlenmiş metal yapısı toparlanma, yeniden kristalleşme ve tane büyümesi diye adlandırılan bir dizi değişikliğe uğrayacaktır. Yandaki şekil, metalin sıcaklığı arttıkça yapısında meydana gelen değişimleri ve buna karşılık gelen mekanik özellik değişimlerin vermektedir. Soğuk işlenmiş metali yumuşatan yeniden ısıtma işlemine tavlama denir ve yumuşama derecesine bağlı olarak kısmi tavlama veya tam tavlama gibi terimler kullanılır. Çok miktarda soğuk işlenmiş bir malzemeden başlayarak bu yapısal değişimleri ayrıntılı olarak inceleyelim. Adapted from Fig. 7.20, Callister 6e. Tavlama sıcaklığı ( C) 34 17

18 Toparlanma Toparlanma sırasında iç gerilmeler büyük ölçüde giderilir. Mikroyapıda gözlenebilir bir değişme yoktur. Boşyerler azalır ve ısıl aktivasyon sonucu dislokasyonlar daha az enerjili konumlara kayar, dolayısı ile fiziksel özellikler (örneğin elektriksel direnç) şekil değiştirme öncesindeki değerlerine ulaşır. Ancak dislokasyon yoğunluğu ve dolayısıyla mekanik özellikler hemen hemen sabit kalır. Yandaki şekilde toparlanma kusurlarının kısmen yok olması ve düzenlenmesindeki olasılıklardan örnekler verilmiştir. Toparlanma olayının görüldüğü sıcaklıklarda gelişi güzel dağılmış dislokasyonlar sıralar halinde dizilebilirler. Böylece tanelerin içinde poligonal (çokgen) yüzeyler oluşturan küçük açılı tane sınırları (alt taneler) ortaya çıkar. Bu nedenle toparlanma olayı poligonizasyon olarak da adlandırılır. 35 Yeniden Kristalleşme Sıcaklık daha da yükseltilirse şekil değişimine uğramış yapıda yeniden kristalleşme,yani ısıl aktivasyon ile gerçekleşen çok küçük yer değiştirmeler yardımıyla gerilimsiz yeni taneler meydana gelir. Yeniden kristalleşmede itici güç dislokasyonların gerilim enerjisidir. Sözkonusu olayın etkisiyle boşyerler, dislokasyonlar gibi kristal kusurlarının şekil değiştirme sırasında oluşanları giderilir; dislokasyon yoğunluğu başlangıç değerine düşer. Dolayısıyla sertlik, dayanım ve tokluk özelliklerinde soğuk işlemden ileri gelen değişimler ortadan kalkar. Birincil kristalleşmeye (katılaşma) benzer biçimde yeniden kristalleşmede de çekirdek oluşumu ve çekirdek büyümesi vardır. Soğuk işlem görmüş bir malzemede sayılarışekil değişimi oranı ile artan dislokasyon yoğunluğunun yüksek olduğu bölgeler çekirdek olarak etki ederler ve şekil değiştirmiş içyapı, bu bölgelerde başlayarak yavaş yavaş yeniden kristalleşir. Büyüyen çekirdeklerin her yöne ilerleyen kristalleşme cepheleri yeni tane sınırlarını oluşturur. Böylece yeniden kristalleşmiş iç yapının tane büyüklüğü, tane biçimi ve tane sınırlarışekil değiştirmiş iç yapınınkinden tümüyle farklıdır. Yeniden kristalleşme işleminin değişik kademeleri aşağıdaki şekilde görülmektedir. 33% soğuk İşlemli pirinç t=0 sn Pirinçte yeniden kristalleşme ve tane büyümesi Yeni kristaller 580C de 3 sn sonra çekirdekleşir. Yeni kristaller 580C de 4 sn sonra oluşmaya başlar. 580C de 8 sn de yapıda tamamen yeni kristaller vardır. 580C de 15 dakika sonra tane büyümesi Adapted from Fig (a),(b), Callister 6e. (Fig (a),(b) are courtesy of J.E. Burke, General Electric Company.) 0.3 mm 36 18

19 Yeniden Kristalleşmeyi etkileyen faktörler Metal ve alaşımlarda yeniden kristalleşme üzerindeki önemli faktörler, (1) metalin daha önceki şekil değişim miktarı, (2) sıcaklık, (3) zaman, (4) başlangıçtaki tane büyüklüğü, (5) metal veya alaşımın bileşimidir. Bir metalin yeniden kristalleşme sıcaklığı sabit olmayıp bir sıcaklık aralığı içinde herhangi bir sıcaklıkta meydana gelebilir ve aralığın genişliği bir dereceye kadar yukarıdaki değişkenlere bağlıdır. Enerjisi yüksek bölgelerin çekirdek etkisi yarattığı varsayılarak yeniden kristalleşme süreci için aşağıdaki genelleme yapılabilir: 1. Yeniden kristalleşmenin meydana gelebilmesi için metalin belirli bir en az değerde (kritik değer) şekil değiştirmiş olması gerekir(yandaki şekil). Bu değer normalde %2- %20 arasında değişir. 2. Bu en az değerin üzerindeki şekil değiştirme miktarı azaldıkça yeniden kristalleşme için gerekli sıcaklık yükselir. 3. Yeniden kristalleşmenin sıcaklığı yükseldikçe yeniden kristalleşmenin tamamlanması için gerekli zaman azalır. 4. Sonuçtaki tane boyutu öncelikle şekil değiştirme derecesine bağlıdır. Şekil değiştirme miktarı arttıkça yeniden kristalleşme için tavlama sıcaklığı düşer ve yeniden kristalleşen tanelerin boyutu küçülür. 5. Aynı yeniden kristalleşme sıcaklığında başlangıçtaki tane boyutu büyüdükçe daha fazla şekil değiştirme gerekir. 6. Metalin saflığı arttıkça yeniden kristalleşme sıcaklığı düşer. Katı çözeltinin alaşımlama katkıları daima yeniden kristalleşme sıcaklığını artırır. 7. Atom bağı ne kadar kuvvetli, yani ergime sıcaklığı ne kadar yüksek ise yeniden kristalleşme sıcaklığı o kadar artar. Yeniden kristalleşme sıcaklığı (C) Kritik deformasyon Soğuk işlem (%) Demirde yeniden kristalleşme sıcaklığının soğuk işlem yüzdesi ile değişimi. Kritik bir şekil değiştirme miktarının (deformasyon) altında yeniden kristalleşme olmaz. Demir için kritik değer yaklaşık %5 dir. 37 Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı, Sıcak Şekil değiştirme (sıcak işlem) ve Soğuk Şekil Değiştirme (soğuk işlem) Plastik şekil değişimine uğramış bir malzemenin bir saat içinde yeniden kristalleşmesini tamamlayabildiği sıcaklık genellikle yeniden kristalleşme sıcaklığı (T yk ) olarak tanımlanır. Örnek olarak verilen pirinç alaşımında, yeniden kristalleşme sıcaklığı, bu durumda, yaklaşık 450 C dir. Tipik yeniden kristalleşme sıcaklığı, bir alaşımın veya metalin ergime sıcaklığının 1/3-1/2 aralığında olup daha önce anlatılan faktörlere bağlıdır. Coldroll.exe Soğuk işlem animasyon (Materials in Focus) Yeniden kristalleşme sıcaklığı, soğuk ve sıcak şekil değiştirme yöntemlerini birbirinden belirgin biçimde ayırt etmek amacıyla, anlamlı bir büyüklük olarak seçilmiştir. T yk sıcaklığının üzerindeki her şekil değişimi, sıcak şekil değiştirme (sıcak işlem) adını alır; malzemede şekil değiştirme sertleşmesi olmaz, şekil değiştirme sırasında (veya hemen onu takiben) yeniden kristalleşir. Soğuk şekil değiştirmede (soğuk işlem) ise olay yeniden kristalleşme sıcaklığının altında meydana geldiğinden şekil değiştirme sertleşmesi olur. Bu tanımlara göre, örneğin kurşun ve kalayın oda sıcaklığında şekil değiştirmesi sıcak, çeliğin 400 C sıcaklığındaki şekil değiştirmesi ise soğuk işlemdir. Hotroll.exe Sıcak işlem animasyon (Materials in Focus) 38 19

20 Dislokasyonlar, yaygın olarak metal ve alaşımlarında görülür. Metallerde plastik deformasyon, dışarıdan uygulanan gerilmenin etkisiyle dislokasyon hareketi ile olur. Mukavemet, dislokasyon hareketinin zorlaşmasıyla artar. Mukavemeti artırmanın yolları: --tane boyutu küçültülmesi --katı eriyik sertleşmesi --çökelti/dağılım sertleşmesi --soğuk işlem sertleşmesi ÖZET Isıl işlem (tavlama) ile dislokasyon yoğunluğu azalır ve tane boyutu artar. Başlangıçta kaba taneli olan metalde, ince tane boyutu, soğuk şekil değiştirme ve yeniden kristalizasyon işlemleri ile elde edilir. 39 Terimleri Bil! Bölüm 2 Metallerin sıcak işlenmesi (hot working of metals): Yeniden kristalleşme sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda metal ve alaşımlara uygulanan kalıcışekil değiştirme (plastik deformasyon) Metallerin soğuk işlenmesi (cold working of metals): Yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda metal ve alaşımlara uygulanan plastik deformasyon. Soğuk işlem, metallerde şekil değişimi sertleşmesine neden olur. Tavlama (annealing): yumuşatmak amacıyla metale uygulanan ısıl işlem. Ekstrüzyon (extrusion): Metalin yüksek basınç alatında, bir kalıbın deliğinden geçirilirken kesitinin daraltıldığı ve ona kalıp deliğinin şeklinin verildiği plastik deformasyon işlemi. Dövme (forging): Metali istenen şekle getirmek amacıyla yapılan çekiçleme veya vurma işlemidir. Tel çekme (wire drawing): Tel çubuğunun bir veya birkaç kalıptan geçirilerek ona istenen kesitin verildiği plastik deformasyon işlemi Kayma (slip): Metalin kalıcışekil değiştirmesi (plastik deformasyon) sırasında, atomların bir biri üzerinde hareket etmesi. Kayma kuşakları (slip bands):plastik deformasyon etkisiyle metalin yüzeyinde oluşan çizgiler. Kayma sistemi (slip system): Kayma düzlemi ve kayma yönüne birlikte verilen ad. Şekil değişimi sertleşmesi (strain hardening): Metal ve alaşımlarda soğuk işleme sonucu görülen sertleşme. Soğuk işlem sırasında dislokasyonların çoğalarak birbirine takılması malzemenin sertliğinde (mukavemetinde) artışa neden olur

21 Bölüm 2 Toparlanma (recovery): Yavaşça ısıtılıp sıcaklığı yükseltilen soğuk işlenmiş metalde, soğuk işlem etkisinin yok olmaya başladığı ilk basamak. Toparlanma sırasında, bazı dislokasyonlar hareket ederek daha düşük enerjili konumlara geçer, bazıları birbirini yok eder ve iç gerilmeler azalır. Yeniden kristalleşme (recrystallization): Soğuk işlenmiş metalin yeteri kadar yüksek sıcaklığa çıkarılması sonucunda yeni ve gerilmesiz tanelerin oluşması. Yeniden kristalleşme sırasında metalin dislokasyon yoğunluğu büyük miktarda azalır. Çökelti sertleşmesi Katı eriyik sertleşmesi Tane boyutu sertleşmesi İkizlenme Kritik kayma gerilmesi Dislokasyon yoğunluğu Bölüm 1 Sertlik (hardness): Metalin kalıcışekil değişime gösterdiği direnç Sünek kırılma(ductile fracture): Yavaş çatlak ilerlemesiyle meydana gelen kırılma. Sünek kırılan metallerin kırılma yüzeyleri donuk ve lifli görünüştedir. Gevrek kırılma (Brittle fracture): Hızlı çatlak ilerlemesiyle kendini gösteren kırılma. Gevrek kırılan metallerin kırılma yüzeyleri çoğunlukla parlak ve taneli görünüştedir. Sürünme (creep): sabit bir yük veya gerilme altındaki malzemenin zamanla şekil değiştirmesi (plastik deformasyonu). Yorulma, yorulma ömrü, sınırı ve dayanımı Kırılma tokluğu Korozyon yorulması Korozyonlu yorulma Sünek-gevrek geçiş sıcaklığı Isıl yorulma Darbe enerjisi Gerilme şiddeti faktörü Gerilme yığılması 41 21