MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ- 4

Transkript

1 MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ- 4 1

2 2

3

4 CES Selector da Seçim Kriterleri CES Selector da malzeme özelliklerinin sınır (limit) değerlerine göre seçim işlemi yapılırken şu başlıklara göre seçim işlemi yapılır: Bileşim Fiyat Fiziksel Özellikler Mekanik Özellikler Darbe ve Kırılma Özellikleri Termal özellikler Elektriksel Özellikler MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 4 /66 4

5 CES Selector da Seçim Kriterleri - 2 Bio-data Manyetik Özellikler Kritik malzeme riski Üretim Özellikleri Kararlılık İlk üretim enerjisi, CO2 ve Su Üretim enerjisi, CO2 salınımı ve Su Geri Dönüşüm ve Kullanım Ömrü Temel bileşen için jeo-ekonomik veriler Temel bileşen için ekonomik göstergeler 5

6

7 Genel bileşim (Composition overview) başlığında; Malzemenin şekli (Form) yani kütlesel katı, köpük, bal peteği, tel, fiber, partikül, sıvı ve diğer kategorileri yer alır

8 Malzeme ailesi (Materials family) kategorisinde ise; metal (demir esaslı, demir dışı, değerli, diğer), kristalin ve amorf termoplastik, termoset plastik, termoplastik elastomer, termoset elastomer, seramik (teknik, geleneksel), cam, tabii malzeme kategorileri vardır

9 Ana malzeme (Base material), başlığında ise; metal ve metal matriksli kompozit, seramikler, camlar ve seramik matriksli kompozit, polimer ve polimer matriksli kompozitler, ahşap ve ahşap esaslı kompozitler, biyolojik esaslı malzemeler kategorileri vardır

10 Ağırlıkça % dolgu (%Filler by weight), 10

11 takviye fazın cinsi (Filler/reinforcement), 11

12 takviye fazın şekli (Filler/reinforcement form) açısından da genel bileşen başlığı altında seçim kategorileri vardır. 12

13 İlaveler (additive) 13

14 yenilenebilir içerik (Renewable content) 14

15 Bileşim (metal, seramik ve cam); bu başlıkta malzeme içerisinde yer alan elementlerin minimum ve maksimum değerleri bazında seçim limitleri girilebilmektedir. 15

16 Bileşim (polimer ve tabii malzemeler); bu başlıkta seçilen polimer matriksin % oranı ile kullanılacak takviye fazın %ağırlık oranları girilerek seçim işlemi yapılmaktadır. 16

17 Fiyat Fiyat (Price) seçim kategorilerinde malzemenin TL/kg olarak minimum ve maksimum fiyatları girilebilmektedir. 17

18 Fiziksel Özellikler Fiziksel Özellikler (Physical properties) seçim kategorisinde malzemenin yoğunluğu (density) baz alınarak seçim yapılabilmektedir. 18

19 Mekanik Özellikler Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır: Young modülü (Young s modulus), Akma mukavemeti (Yield strength), Çekme mukavemeti (Tensile strength), % Uzama (Elongation), Basma modülü (Compressive modulus), Basma mukavemeti (Compressive strength), Eğme modülü (Flexural modulus), Kayma modülü (shear modulus), Hacim modülü (bulk modulus), Poisson oranı, Şekil faktörü, Vikers sertlik derecesi, Yorulma mukavemeti, 10^7 çevrimde (fatigue strength), Mekanik kayıp katsayısı (mechanical loss coefficient) ve bu özelliklerin sıcaklıkla olan etkileşimleri bazında seçim yapılabilmektedir. 19

20 Mekanik Özellikler 20

25 Mekanik Özellikler Eğme modülü (Flexural modulus), 25

26 Mekanik Özellikler Eğme mukavemeti 26

28 Mekanik Özellikler Hacim modülü 28

34 Darbe ve Kırılma Özellikleri Bu başlıkta malzemenin kırılma tokluğu (Fracture toughness) ve süneklik indeksi (Ductility index) girilerek seçim yapılmaktadır. 34

35 Termal Özellikler Bu başlıkta malzemenin ergime sıcaklığı (Melting point), cam geçiş sıcaklığı, tg (Glass temperature), maksimum ve minimum kullanım sıcaklıkları (Max Min service temperature), termal iletkenlik (thermal conductivity), spesifik ısı kapasitesi (Specific Heat capacity), termal genleşme katsayısı (Thermal expension coefficient), ergime gizli ısısı (Latent heat of fusion) değerleri girilerek seçim yapılmaktadır. 35

36 Termal Özellikler Bu başlıkta malzemenin ergime sıcaklığı (Melting point), 36

37 Termal Özellikler cam geçiş sıcaklığı, tg (Glass temperature), 37

38 Termal Özellikler maksimum ve minimum kullanım sıcaklıkları (Max Min service temperature), 38

39 Termal Özellikler termal iletkenlik (thermal conductivity), 39

40 Termal Özellikler spesifik ısı kapasitesi (Specific Heat capacity), 40

41 Termal Özellikler termal genleşme katsayısı (Thermal expension coefficient), ergime gizli ısısı (Latent heat of fusion) değerleri girilerek seçim yapılmaktadır. 41

42 Elektriksel Özellikler Bu başlıkta malzemenin elektriksel direnci (electrical resistivity), dielektrik sabiti (dielectric constant), dielektrik mukavemeti-kırılma voltajı (dielectric strength-dielectric breakdown), galvanik potansiyel (galvanic potential) değerleri girilerek seçim yapılabilmektedir. 42

43 Manyetik Özellikler Malzemenin ne tip magnetik (magnetic properties) (sürekli magnetik, non-magnetik, manyetik) olması temelinde seçim yapılabilir. 43

44 Optik Özellikler Malzemenin kırılma indeksi (refractive index) ve şeffaflık (transparancy) durumlarına göre şeçim yapılabilir. opak yarı saydam şeffaf optik kalitesi 44

45 Bio-Data Bu başlıkta malzemenin RoHS (EU) (European Restriction on Hazardous Substances) yönetmeliklerine uygun olup olmadığı (içeriğinde yasaklı maddelerden var mı, yok mu) belirtilmektedir. Gıda temasına (Food contact) uygunluk temelinde de seçim yapılabilir. Kritik Malzeme Riskleri Bu başlıkta malzemenin Bulunabilirlik risk seviyesi (Abundance risc level), Kaynak ve jeopolitik risk seviyesi (Sourcing and geopolitical risc level), Çevresel ülke risk seviyesi (Environmental country risk level), Fiyat kararsızlık risk seviyesi (Price volatility risc level), Malzeme ihtilaf risk seviyesi (Conflict materials risc level) başlıklarına göre seçim yapılabilir. 45

46 Üretim Özellikleri Bu başlıkta, seçilecek malzemenin hangi Üretim yöntemine (Porcessing properties) ne seviyede uygun olması gerektiği seçilebilir. Seçilen yönteme göre; uygun değil, sınırlı kullanım, uygun, mükemmel uygunluk seçeneklerine göre seçim yapılabilir. Kararlılık Bu başlıkta, seçilecek malzemenin; tatlı ve tuzlu suya, zayıf ve kuvvetli asitlere, alkalilere, organik çözücülere, 500 C de oksidasyona, UV ışınlara, sürtünme yapışmasına (galling resistance), alevlenebilirliğe uygun olup olmamasına (kararlılığına) göre seçim yapılabilir. 46

47 İlk Üretim Enerjisi Malzemelerin, cevherden/hammaddeden başlayarak ilk kez üretiminde ne kadar enerjiye ihtiyaç duyacağı temelinde seçim limitleri girilerek seçim yapılır. Bu kademede 1 kg malzemenin ilk kez üretiminde; ilk üretim enerjisi (embodied energy), CO2 salınımı (CO2 footprint), NOx salınımı (NOx creattion), SOx salınımı (SOx creation), su kullanımı (Water usage) bazında seçim işlemi yapılabilir. 47

48 Geridönüşüm ve Kullanım Sonrası Malzemelerin, servis ömrü sonrası geri dönüşüme uygunluğu (recycle), bunun için ne kadar enerji gerektirdiği (embodied energy,recycle), bunu yaparken ne kadar CO2 salınacağı (CO2 footprint, recycling), geridönüşümde kalite ve performans düşüş seviyesi (downcycle), kontrollü yanma ile ne kadar enerji elde edileceği (combust for energy recovery), kullanımdaki bu malzemelerden % ne kadarının geri dönüştürülebildiği (recycle fraction in current supply), yanma sırasında açığa çıkan enerji miktarı (heat of combustion), yanma sırasında ne kadar CO2 yayacağı (combustion CO2), depolanıp depolanamayacağı (landfill) ve biyolojik olarak ayrışabilir olup olmadığına (biodegrade) göre seçim işlemi yapılabilir. 48

49 Temel Ürün için Jeo-ekonomik Veriler Bu kademede, ürün cevherden üretilirken ağırlıkça cevherin % ne kadarı ürüne dönüşmekte olduğu (Typical exploited ore grade), min. ekonomik cevher seviyesi (Min. economic ore grade), yer kabuğunda ki bolluğu (Abundance in Earth s crust), deniz suyundaki bolluğu (Abundance in seawater), yıllık dünya üretimi (Annual World production), rezerv durumu (reserves) açısından limitler girilerek seçim yapılmaktadır. Temel Ürün için Eko-indikatörler Bu kademede, ürün eco-indicator 95, eco-indicator 99 ve EPS değeri adlı database lere göre çevreye verdiği zararı gösteren değerler girilerek seçim işleminde bulunulur. 49

50 Dizayn sınırlayıcı bazı malzeme özellikleri ve onların sembol ve birimleri 50

51 51

52

53 Malzemelerin bazı termal özellikleri 53

54 Malzemelerin bazı mekanik özellikleri 54

55 Malzemelerin bazı elektrik, manyetik ve optik özellikleri 55

56 Malzemelerin bazı kimyasal özellikleri 56

57 57

58 MALZEME ÖZELLİKLERİ 58

59 YOĞUNLUK Yapısal bir komponentin ağırlığını belirlemesi açısından yoğunluk en önemli malzeme özelliklerinden biridir. Malzemelerin yapısal performans faktörlerinin bir parçasıdır ve malzemelerin kristal yapısıyla ilişkilidir. Bir katının yoğunluğu temelde üç faktöre bağlıdır; Atomlarının veya iyonlarının ortalama atomik kütlesi, atomik veya iyonik boyutu ve kristal şekli (paketlenme şekli). Metaller, ağır atomlardan oluşmaları ve sıkı paketlenmiş yapıya sahip olmaları itibarıyla yoğundur. Polimerler esas olarak Karbon ve Hidrojen gibi hafif atomlardan oluştukları için, doğrusal iki veya üç boyutlu paketlenmiş zincir yapıları nedeniyle düşük yoğunluğa sahiptir. Seramikler C, O veya N içerdikleri için düşük yoğunluğa sahiptir ve paketlenme fraksiyonları metallerden daha düşüktür. 59

60 Yoğunluk, birim hacmin kütlesidir. Birimi ise genellikle katı maddeler için g/cm 3 dür. Ancak kg/dm 3, ton/m 3 veya Mg/m 3 de kullanılır. Gazların yoğunluğu çok düşük olduğu için kg/m 3 kullanılır. 60

61 MEKANİK ÖZELLİKLER Mekanik özellikler, gerek üretim ve gerekse parçanın kullanımı esnasında, kuvvetlerin etkisi altında malzemenin davranışlarını karakterize eder. Mekanik özellikler esas olarak atomlar arası bağ kuvvetlerinden kaynaklanır. Ancak bunun yanında malzemenin iç yapısının (Mikroyapı) da etkisi vardır. Bu sayede iç yapıyı değiştirerek aynı malzemede farklı mekanik özellikler elde etmek mümkün hale gelir. 61

62 Bunlar; elastik ve plastik deformasyon kabiliyeti, sertlik, süneklik, tokluk, gevreklik, rijitlik, elastik modül, akma dayanımı, çekme dayanımı, kırılma tokluğu vs. gibi özelliklerdir. Malzemenin uygulanan bir kuvvete karşı nasıl direnç gösterdiğini ölçmek için kullanılan testler; çekme, sertlik, darbe, yorulma, sürünme gibi testlerdir. Bir kuvvetin etki ettiği kesitte birim alana düşen kuvvete yani malzemenin maruz kaldığı kuvvet yoğunluğuna gerilme adı verilir. Birim şekil değişimi (strain) ise birim uzunluk başına boyutlarda meydana gelen değişimi ifade eder. Gerilme birimi psi (pounds per square inch) veya Pa (Paskal) iken birim şekil değişimi boyutsuzdur. 62

63 Bir malzemeyi gerdirdiğimizde (yani şekil değişikliğine uğradığında), malzeme buna karşı bir direnç gösterecektir. Bu direnç, malzemeyi şekil değiştirmek için uyguladığımız kuvvet ( gerilme ) şeklinde ifade edilebilir. Gerilme = Young Modülü x Birim şekil değişimi ; σ = E. ε olur. Küçük şekil değişimlerinde basit çekme veya basma için bu eşitlik Hook Kanunu olarak bilinir. Orantı sabiti E, Young Modülü olarak adlandırılır ve elastik bir malzeme sabitidir. 63

64 Kuvvet kesite dik ise ve boy değişimlerine (uzama veya kısalma) yol açıyorsa normal gerilme (σ) adı verilir. Kuvvet kesit içinde ise ve açı değişimine neden oluyorsa, kayma gerilmesi (τ) adı verilir. Normal gerilmeler (+) işaretli ise çekme, (-) işaretli ise basma anlamına gelir. Bir parçaya etki eden kuvvet ve momentler, parçada hem normal hem de kayma gerilmesi oluşturabilir. Gerilmelerin birimi N/mm 2 veya MN/m 2 (MPa) dır. σ F / A₀ Çekme-Basma gerilmesi τ F // / A₀ Kayma gerilmesi 64

65 Bir yapı üzerine etkiyen kuvvetin en basit şekli çekme veya basma dır. Örnek olarak kablolar için gerilme durumu çekme iken, bir yapının ağırlığını taşıyan bir kolon için gerilme durumu basma dır. Döner bir şaft yüzeyinin maruz kaldığı gerilme şekli iki eksenli kayma-(pure shear) dır. İçinden akışkan geçen bir boru yüzeyinde ise gerilme iki eksenli dir. En sonuncu gerilme şekli ise yerkürenin derin katmanlarında veya okyanus derinliklerinde bir katının tüm yüzeylerinin maruz kaldığı eşdeğer basma gerilmesi dir. Buna hidrostatik basınç da denir. 65

66 66

67 BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ Gerilme durumuna bağlı olarak malzeme deforme olacak veya şekil değiştirecektir. Çekme gerilmesi malzemeyi çekme kuvvetinin etkidiği paralel doğrultuda uzamaya ve dik doğrultuda ise daralmaya zorlayacaktır. (L ve W başlangıç boyutlarıdır) Enine birim şekil değişimi = ε W = ΔW / W Boyca birim şekil değişimi = ε L = ΔL / L Boyca şekil değişimi işaretsel olarak (+), enine şekil değişimi ise ( ) dir. Bu ikisinin birbirine oranı ise Poisson Oranını verir. Poisson Oranı, n= e w /e L olur. 67

68 68

69 ŞEKİL FAKTÖRÜ Şekil faktörü, elastik eğmede yük altında bir malzemenin bükülmeye karşı direncini gösterir. Şekil faktörü yüksek olan malzemeler eğilmeye daha az yatkındır ve bu malzemeler, daha yüksek yapısal verimli kesitler oluşturabilirler. Kare kesitli içi dolu bir profilin şekil faktörü 1 dir. Kiriş ve kolonların yapısal verimliliği, kesitinin; boru, dörtgen ve I- profil olmasıyla artar. Daha az malzeme ile daha dayanıklı ürün yapmak mümkün olur. Kesitin şekli belli bir seviyeye kadar inceldikçe, şekil faktörü artar. 69

70 ÇEKME DENEYİ Deney numunesinin statik kuvvetler altında dayanımının ve diğer mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılır. Karşılaştırılabilir sonuçlar elde etmek için deney standartlara (TS 138-EN ) uygun olarak yapılır. 70

71 Başlangıçtaki kesit alanı ve ölçü uzunluğuna göre hesaplanmış değerlere mühendislik gerilmesi ve mühendislik birim uzaması denir. 71

72 Deney sırasındaki anlık kesit ve boy değişimleri dikkate alınarak hesap yapılırsa gerçek gerilme ve gerçek birim uzama elde edilir. 72

73 MALZEMELERİN MUKAVEMETİ Bir malzemenin mukavemeti, hasara uğramaksızın dayanabileceği kuvvet veya yük miktarını belirler. Tasarımda kullanılan hasar kriteri malzemeden malzemeye farklılık gösterebilir. Metalik ve termoplastik malzemeler için hasar kriteri genellikle akma dayanımı dır. Ancak, soğuk işlem veya plastik deformasyon görmüş malzemeler için akma dayanımı sınırı, tavlanmış (başlangıçtaki) malzemenin başlangıç akma dayanımı ile deformasyon sertleşmesine maruz kalmış malzemenin çekme dayanımı arasında değişir. Tasarım uygulamalarının çoğunda akma dayanımı, çekme ve basma modunda aynı kabul edilir. 73

74 Seramikler ve beton gibi malzemelerde ise hasar kriteri basma modundaki kırılma dayanımı dır ki, çekme modunda olması halinde yaklaşık 15 kez daha küçük bir değerdir. Gevrek malzemelerin kırılma dayanımı noktasına kadar elastik davranmaları nedeniyle, çekme dayanımı; akma dayanımının yerini alır. Bu malzemelerde farklı boyutlardaki yapısal kusurlar nedeniyle, çekme dayanımı oldukça büyük farklılıklar gösterebilir. Bu nedenle seramiklerde ve gevrek malzemelerde için içine bir de olasılık fonksiyonu girmektedir. Elastomerler için hasar kriteri ( tear ) yırtılma dayanımı, kompozitler için ise çekmede hasar dayanımı dır. 74

75 Akma Mukavemeti Malzeme içerisindeki atomlar arasında kaymanın fark edilir ve etkili olduğu durumdaki gerilmedir. Şekillendirme veya şekil değiştirme işlemi gerektiren parçaların üretiminde, gerilme, malzemenin şeklinde kalıcı bir değişiklik oluşturması için, akma dayanımının üzerinde olmalıdır. 75

76 Malzemelerin akma dayanımlarının üzerinde gerilme uygulanması durumunda plastik yani kalıcı (geri dönüşümsüz) şekil değişimi başlamış olur. Bu durumda kayma mekanizması çalışır diğer bir deyişle dislokasyonlar hareket etmeye başlar ve plastik şekil değişimi gerçekleşir. Bazı malzemelerin akma dayanımı belirgin iken bazılarında belirgin değildir. Bunlarda akma dayanımı, deformasyonun %0,2 olduğu andan Hook Doğrusuna paralel çizilerek bulunur. 76

77 Plastik deformasyonda yük kaldırıldığında malzeme eski şekline dönemez. O ana kadar önce elastik ve sonra bunun üzerine plastik olarak deforme olduğundan yük kaldırılınca elastik deformasyon geri döner, sadece plastik deformasyon kalıcı olur. 77

78 78

79 79

80 Çekme Mukavemeti Çekme eğrisindeki max. Gerilmeye karşılık gelen gerilmedir. Bu noktaya kadar homojen plastik deformasyon gerçekleşirken bu noktadan sonra numune bölgesel olarak incelmeye yani boyun vermeye başlar ve homojen olmayan plastik deformasyon gerçekleşir. Kristal yapı içerisinde, dislokasyonların kayması ile plastik şekil değişimi gerçekleşir. Kayma ile hareket eden dislokasyonlar, yeni dislokasyonlar oluşmasına sebep olurlar. Böylece, dislokasyon yoğunluğu artar. 80

81 Diğer yandan, yoğunluğu artan dislokasyonların hareketi, gerek diğer dislokasyonlar gerekse boşluk, arayer, yeralan, çökelti, tane sınırı gibi diğer engeller tarafından engellenir. Yani dislokasyonların hareketlerini sürdürebilmeleri için gereken gerilme değeri gittikçe artar. Bu duruma DEFORMASYON SERTLEŞMESİ (strain hardening, work hardening, strain aging, etc.) veya PEKLEŞME adı verilir. Bu nedenle, σ - ε diyagramının plastik bölgesinde artan şekil değiştirme ile gereken gerilme sürekli artma gösterir. 81

82 Bu plastik şekil değişimi sırasında boyu sürekli artan deney parçasında hacmi sabit kalacak şekilde kesiti sürekli olarak azalma gösterir. Bu bölgede, kesitin azalması (σ = F / A) formülü gereği aynı gerilmeyi sağlamak için gereken kuvvet değerinin sürekli azalması anlamına gelir. Öte yandan, pekleşme mekanizması ise şekil değişimini sürdürebilmek için gereken kuvvetin sürekli artmasını gerektirir. Pekleşmenin etkisinin baskın olması durumunda, ihtiyaç duyulan kuvvet sürekli artmaya devam edecektir. 82

83 Ne var ki, plastik şekil değişimi devam ettikçe pekleşme etkisi dominantlığını kaybeder. σ - ε diyagramında öyle bir nokta vardır ki (bu nokta max. noktadır), burada pekleşmenin etkisi kesit daralmasının etkisi ile birbirini dengeler. Bu noktadan sonra kesit daralmasının etkisi pekleşmenin etkisine göre daha baskın hale gelir ve şekil değişimi için gereken gerilme sürekli olarak azalır ve parça boyun vermeye (plastik kararsızlık) başlar, diyagram aşağı doğru yönlenir. Diyagram kopmanın meydana geldiği noktada son bulur. Boyun vermenin başladığı bu noktada, yani maximum noktadaki gerilme değeri ÇEKME DAYANIMI olarak adlandırılır. Kopmanın gerçekleştiği noktadaki gerilme değerine ise KOPMA DAYANIMI adı verilir. 83

84 Young Modülü Bağ enerjisi eğrisinde [U = U(r)] tüm noktaların türevini aldığımızda, atomların denge konumlarında ve birbirlerinden ayrı kalmaları için gerekli kuvvet (F) eğrisini elde ederiz. Bu kuvvet eğrisinde toplam kuvvetin sıfır olduğu yani itme ve çekme kuvvetlerinin eşit olduğu noktanın türevi ise bu noktaya teğet olan doğru demektir. İşte bu doğrunun eğimi Elastisite (Young) Modülünü verir. 84

85 Elastik deformasyon I, Doğrusal ve II, Doğrusal olmayan şekilde gerçekleşir. Metal ve seramik malzemelerde doğrusal, termoplastik ve elastomerlerde ise doğrusal olmayan elastik deformasyon gerçekleşir. 85

86 Atomlararası bağın kopmasına sebep olan gerilme, ideal gerilme olarak bilinir (σ m ). Bir malzeme ideal gerilme değerinden daha yüksek mukavemete sahip olamaz. Atomlararası bağ kuvvetleri kullanılarak yapılan hassas hesaplamalar sonucu σ m değeri E/15 civarında bulunmuştur. Seramiklerin çoğu ideal mukavemetten 10 kat daha düşük gerilme değerlerinde akma göstermektedirler. Metaller ise, hesaplanan ideal mukavemet değerinden 10 5 mertebesinde daha düşük akma mukavemetine sahiptirler. Bunun nedeni mühendislik malzemelerinin kristalin yapıya sahip olmalarıdır. Çünkü, mükemmel (ideal) olmayan bu kristallerde bir takım yapısal hatalar mevcuttur. Bu yapısal hatalardan bir tanesi malzemenin plastik deformasyonuna etki eden dislokasyonlardır. Dislokasyon hareketleri kristalin, plastik deformasyonuna neden olur. 86

87 87

88 Elastik modül, kimyasal bileşim ile değişir. Örneğin, alüminyumun elastik modülü, çeliğinkinin üçte biri gibidir. 88

89 89

90 Süneklik (% Uzama, % Kesit Daralması) Süneklik: Bir malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetini ifade eder. Bu değerin büyümesi, malzeme kopana kadar daha büyük plastik şekil değiştirme gerçekleştirebiliyor anlamına gelir. Kopma uzaması ve kesit daralması parametreleri ile ifade edilebilir. %Kopma uzaması çekme eğrisinden bulunabilir ama % Kesit daralması hesaplanarak bulunabilir. 90

91 Süneklik (% Uzama, % Kesit Daralması) Bir malzeme çalışma esnasında ne kadar sünek olması gerekir? Yeterli süneklik, genelde mukavemetten fedakarlıkla elde edilir. Süneklik, üretim prosesi aşamasında istenir ama üretilmiş, kullanılacak bir parçada istenmez. Resimdeki soğuk işlemle şekillendirilmiş parçaların mukavemetleri yüksek ama süneklikleri düşüktür. Maksat, büyük mukavemet kaybı olmadan ne kadar süneklik olabilir? Tren ray ında süneklilik az istenir., zira çalışma koşulları serttir. Buhar türbin kanadında %1,5 luk süneklilik, kanadın aerodinamiğini yok etmeye yeter. Böyle bir uygulamada gevreklik avantaj olabilir. Ama haddelenecek, dövülecek veya ekstrüze edilecek bir parçanın sünek olması istenir. 91

92 SICAKLIĞIN ETKİSİ Mekanik özellikler sıcaklığa bağlıdır. Genellikle akma mukavemeti, çekme mukavemeti, ve elastik modül sıcaklığın artmasıyla azalır fakat süneklik sıcaklığın artmasıyla artar. Malzeme üreticileri bu yüzden malzemeleri yüksek sıcaklıkta deforme ederek üretmek isterler. Çünkü sıcak deformasyonla, yüksek süneklik ve düşük enerji gereksinimi avantajını kullanmak isterler. 92

93 Bir alüminyum alaşımının gerilme-birim şekil değişimi diyagramı ve mekanik özelliklerinin sıcaklıkla değişimi 93

94 TOKLUK Bir malzemenin plastik deformasyon sırasında enerji absorbe etme özelliğine tokluk denir. Çekme eğrisinin altında kalan alan, numune kopuncaya kadar yapılan işi verir ve bu malzeme tokluğunun bir ölçüsüdür. Sünekliği ve mukavemeti yüksek olan malzemeler tokluğu yüksek olan malzemelerdir. Tokluğun zıddı ise gevrekliktir. 94

95 Plastik olarak deforme edilemeyen ve özellikle dinamik zorlanmalarda, darbeli zorlanmalarda çok sayıda kırık parçalara ayrılan malzemeler ise gevrek olarak adlandırılır. Seramikler, camlar ve ayrıca gri dökme demirler ve tekniğine uygun olarak sertleştirilmeyen çelik türleri gevrektir. Gevrek malzemeler tasarımda fazla kullanılmak istenmez. Çünkü bu malzemeler kırılmazdan önce hiçbir uyarı vermezler. Halbuki sünek malzemeler kırılma öncesi kalıcı şekil değişimine uğrarlar. 95

96 Bazı tipik gerilme-%uzama diyagramları ; a) Az karbonlu çelik, b) Alüminyum, c) Gri dökme demir, d) Süper plastik alaşımlar 96

97 REZİLYANS Bir malzemenin, elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği enerjiyi, şekil değişimini yapan kuvvetin kaldırılmasıyla geri vermesi özelliğine rezilyans denir. Çekme eğrisinin elastik sınıra kadar olan kısmının altında kalan alan, rezilyans modülünün ölçüsüdür. Buna göre, yüksek akma ve düşük elastisite modülüne sahip malzemeler, yüksek rezilyans modülüne sahiptirler (yay çelikleri gibi). 97

98 98

99

100 GERÇEK GERİLME-BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ DİYAGRAMI Şu ana kadar anlatılan hesaplamalarda, deney parçasının deney öncesi boyutları dikkate alınmış olup bu verilere mühendislik değerleri denir. Ancak plastik deformasyonla birlikte parçanın boyunda sürekli bir uzama gerçekleşir ve bu ise hacim sabitliği prensibine göre kesitinde sürekli azalma demektir. Bu ölçüler esas alınarak elde edilen gerilme-birim şekil değiştirme değerleri, gerçek değerler olarak nitelendirilir (σg, εg). 100

101 Elastik bölgede boyutlar sürekli olarak değişse de şekil değişimleri çok küçük olduğu için ihmal edilir. Tasarımda, küçük deformasyonlar söz konusu olduğu için mühendislik değerleri kullanmak yeterli olur. Bu bize kolaylık da sağlar. Ne var ki, imalatta büyük miktarlarda şekil değişimleri söz konusu olduğu için mutlaka gerçek değerleri kullanmak gerekir. 101

102 102