Prof. Dr. Yusuf ÖZÇATALBAŞ. Malzeme Seçimi/ 1

Transkript

1 Prof. Dr. Yusuf ÖZÇATALBAŞ Malzeme Seçimi/ 1

2 *Selection and use of engineering materials / J.A. Charles, F.A.A. Crane, J.A.G. Furness *Engineering materials : properties and selection / Kenneth G. Budinksi *Selection of materials and manufacturing processes for engineering design / Mahmoud M. Farag *Materials Selection in Mechanical Design/ Prof.Dr.M.F. Ashby *Malzeme Seçimi ve Uygulamaları / Prof.Dr.Fehim Fındık Malzeme Seçimi/ 2

3 Malzeme bilimi, maddenin özellikleri ve kullanım alanları ile bilim ve mühendisliğin değişik alanlarını içine alan disiplinler arası bir bilim dalıdır. Malzeme bilimi temel olarak malzemelerin yapı ve özelliklerini inceler. Malzeme Seçimi/ 3

4 Malzeme Seçimi/ 4

5 G-CFRP plakalar (cam-karbon Fiberle Güçlendirilmiş Polymerler) Malzeme Seçimi/ 5

6 Malzeme bilimi seramiklerin imalatı ile başlayan uygulamalı bilim ve mühendisliğin en eski şeklidir. Modern malzeme bilimi gerçekte metalurji ve maden bilimlerinden türemiştir. Malzeme bilimi alanında yapılan en büyük adım Willard Gibbs in 19.yy da malzemelerin termodinamik özelliklerini göstermesiyle ortaya çıkmıştır. Malzeme Seçimi/ 6

7 1960 öncesinde çoğu malzeme bilimi bölümleri metalurji bölümleri olarak isimlendirilmekte idi sonrası bu alanda metallerin dışında diğer malzemelerinde inceleme alanına dahil edilmesi ile ayrı isim halinde bolümler açılmaya başlandı. Günümüzde: Malzeme Mühendisliği Malzeme Seçimi/ 7

8 Malzeme bilimde amaç malzemeleri tanıyıp, anlayarak yeni malzemelerin keşfini sağlamak ve uygun prosesler tasarlayarak insanlığın kullanımına sunulmasıdır. Malzeme Seçimi/ 8

9 Malzeme Seçimi/ 9

10 Malzeme Seçimi/ 10

11 otomobil şasesi Processing Results in : Materials Shape and size Tolerance Roughness / Surface finish Precision Primary Forming Processes : Casting Pressure molding Deformation processing Powder methods Special methods Malzeme Seçimi/ 11

12 1. Üretim 2. Ekonomi 3. Sosyal etkisi Malzeme Seçimi/ 12

13 Malzeme Seçimi/ 13

14 Metaller ve alaşımları Polimerler Seramikler Kompozitler Malzeme Seçimi/Malzeme Çeşitleri 14

15 Çelik, alüminyum, magnezyum, çinko, dökme demir, titanyum, bakır, nikel vb. (Demir esaslı veya demir dışı alaşımlar). Elektrik iletkenlikleri yüksek Isıl iletkenlikleri yüksek Sünek ve Şekil verilebilir Şok (darbe) direnci yüksek Yapısal ve yük taşıyıcı alanlarda kullanıma uygundurlar. Saf metaller çok az kullanılmakla birlikte, metallerin kombinasyonlarından oluşturulan alaşımlarla belirli özellikleri gelişmiş malzemeler üretmek üzere tercih edilirler. Malzeme Seçimi/ Metaller ve alaşımları 15

16 Tuğla, cam, refrakterler, zımpara taşları vb. malzemelerdir. Al metaldir ancak Al 2 O 3 seramiktir Genellikle yalıtkandırlar Elektrik ve ısı iletkenliği düşüktür Dayanımı yüksek, sert ve kırılgandır Yüksek sıcaklık ve korozyona dayanıklıdır (jet motorlarında ve motor gövdelerinde kullanılırlar) Malzeme Seçimi/Seramikler 16

17 MAE 224: ENGINEERING MATERIALS SINGLE CRYSTAL POLYCRYSTAL POLYCRYSTAL + PORES Figure 1.2 Alumina (Al 2 O 3 ) single crystal and polycrystal Grain Structure is a function of Solidification processing! 1.Introduction 19 Malzeme Seçimi/ 17

18 Kauçuk, plastik ve yapıştırıcıları içine alan malzemelerdir. Organik moleküllerden polimerizasyon prosesi ile büyük moleküler yapılar oluşturularak üretilirler. Poli-mer yapıya sahiptirler Etilen (C 2 H 4 ) monomerdir Polietilen (-C 2 H 4 -)n zincirdir Genelde hidrojen ve karbondan oluşurlar Elektrik ve ısı iletkenliği az Yüksek sıcaklıklar için uygun değildir Termoplastikler sünektir ve şekil verilebilir Termosetler daha dayanıklı fakat kırılgandır Malzeme Seçimi/Polimerler 18

19 Karbonun diğer C veya H, O, OH, Cl gibi element veya iyonlarla kovalent bağlar yaparak oluşturduğu molekül zincirlerinin Van der Waals bağları ile bir arada bulunması ile oluşan malzeme grubuna verilen isimdir. Zincir içinde kovalent bağ Zincirler arasında van der Waals bağ Malzeme Seçimi/Polimerler

20 etilen Polietilen: Zincirin omurgası, Birbirlerine kovalent bağlı C atomları tarfından oluşturulmuş. Her bir C atomuna kovalent olarak bağlı 2 H mevcut. Malzeme Seçimi/Polimerler 20

21 Monomer Mer Polimerizasyon Polietilen Malzeme Seçimi/Polimerler

22 İki veya daha çok malzemeden oluşurlar. Beton, sunta, fiberglas, karbon fiberle güçlendirilmiş polimer Düşük ağırlıklı Mukavemetli Sünek Yüksek sıcaklık direnci iyi Şok direnci yüksek Malzeme Seçimi/Kompozit Malzemeler 22

23 WC or TiCN Malzeme Seçimi/ 23

24 Malzeme Seçimi/ 24

25 Uzay Biyomedikal Elektronik Malzemeler Enerji Teknolojisi ve Cevre Teknolojisi Manyetik Malzemeler Fotonik veya Optik Malzemeler Akıllı malzemeler Yapısal Malzemeler Malzeme Seçimi/ 25

26 Atomik yapı Atomik düzen/kristal Yapı Mikroyapı Makroyapı olarak dört seviyede incelenir. Tek kristal: Tek bir kristalden oluşan malzemeye denir. Bu kristalde tane sınırı mevcut değildir. Taneler: Polikristal/coklu kristal malzemedeki kristallerdir. Polikristal malzeme: Tek kristalin tersine birçok kristalden oluşur. Malzeme Seçimi/ 26

27 Sıcaklık Korozyon Yorulma Deformasyon Oranı Malzeme Seçimi/ 27

28 Malzeme Seçimi/Sıcaklık 28

29 Çalışma Yüzeyi Sıcaklığı Malzeme Seçimi/Çalışma yüzeyi sıcaklığı 29

30 Malzeme Seçimi/ 30

31 Niyobyum ve titanyum : Tanelerarası korozyonu önler Azot: Mukavemet ve korozyon dayanımını artırır. Kükürt ve selenyum: Talaşlı işlenebilme özelliğini artırır. Malzeme Seçimi/Schaeffler Diyagram 31

32 Takım çeliği ve alüminyum alaşımları için gerilim-devir eğrisi(s-n) Malzeme Seçimi/ 32

33 Gerilim Deformasyon eğrisinde elastik ve plastik deformasyon Malzeme Seçimi/ 33

34 3105 alüminyum alaşımının özellikleri üzerine soğuk işlemin etkisi Malzeme Seçimi/ 34

35 1 psi 0,7 N/cm 2 Cu-%35 Zn alaşımının özelliklerine soğuk işlemin etkisi ve %75 soğuk işlem görmüş alaşımın özelliklerine tavlama sıcaklığının etkisi. Malzeme Seçimi/ 35

36 Malzeme Seçimi/ 36

37 Sıcak Deformasyon Hadde öncesi durum ; h 1, L 1 low UTS low YS high ductility round grains Sıcak hadde sonrası; h 2, L 2 high UTS high YS low ductility elongated grains Recrystallization and new grains Fine round grains Malzeme Seçimi/ 37

38 Yararlanılan Kaynaklar: 1) Malzeme Seçimi ve Tasarımı, Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar,İst. Üniv. Malzeme ve Metalurji Müh. 2) Materials Selection in Mechanical Design Michael Ashby, Ashby Lecturers, ch3 3) TALAT Lecture 1502, Criteria in Material Selection 4) Tasarımda Malzeme Seçimi Ders Notları Doç. Dr. Şükrü TAKATAK 5) Malzeme Seçimi/ 38

39 Malzeme Seçimi/ 39

40 Malzeme Seçimi/ 40