METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Transkript

1 METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

2 WEBSİTE www2.aku.edu.tr/~hitit Dersler

3 İÇERİK Metalik Malzemelerin Genel Karakteristiklerİ Denge diyagramları Ergitme ve döküm Dökme demir ve çelikler Hafif metaller Bakır ve alaşımları, Refrakter metaller, Üretim metotları, Elde edilebilirlik ve ekonomi, Yüksek dayanımlı alaşımlar, Aşınmaya dayanıklı alaşımlar, Korozyona dayanıklı alaşımlar, Isıya dayanıklı alaşımlar, Titanyum ve alaşımları, Korozyon Metalik camlar

4 METALİK MALZEMELER Metalik elementler ve bunların kombinasyonlarından oluşur Ni,Al,Ti,FeAl,Ni 3 Ti,paslanmaz çelik, Doğada genellikle oksit halde bulunurlar. Bu yüzden kullanımdan önce saflaştırılmaları gerekir.

5 KULLANIM ALANLARI

6 PERİYODİK CETVEL Metalik özellikler azalır Atomik yarıçap azalır Metalik özellikler artar Atomik yarıçap artar Atom numarası artar İyonizasyon enerjisi azalır Atom numarası artar İyonizasyon enerjisi artar

7 PERİYODİK CETVEL

8 METALİK KRİSTALLER Metalik malzemelerde atomlar arası bağ atomik metalik bağdır. Metalik bağ yönden bağımsızdır. Metalik malzemelerin çoğu: Hacim merkezli kübik (HMK) Yüzey merkezli kübik (YMK) Hekzagonal sıkı paket (HSP) yapıya sahiptir. Sertlikleri değişkendir Ergime sıcaklıkları değişkendir Mg:650 o C-kontrol et W:3422 o C Elektrik ve ısı iletkenlikleri iyidir. Yoğunlukları değişkendir Mg:1.73 gr/cm 3 Os:22.6 gr/cm 3

9 TEMEL ÖZELLİKLER Yüksek elektrik iletkenlik Yüksek termal iletkenlik Yüksek plastik deformasyon Düşük korozyon dayanımı Yüksek termal genleşme Yüksek sıcaklık mekanik dayanımları genellikle düşüktür. Fe,Co,Ni ve bunların alaşımları manyetiktir. Yüzey parlaklıkları yüksektir. Yoğunlukları seramiklere ve plastiklere göre daha yüksektir.

10 ELEKTRİK İLETKENLİĞİ Valans elektronlari, serbest elektron olarak adlandirilir. Pozitif yuklu atom çekirdekleri ile negatif yüklü serbest elektronlardan olusan elektron bulutu arasindaki cekim kuvveti metalik bagi olusturur. Örnek:Sodyum:1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

11 ELEKTRİK İLETKENLİĞİ Metal Elektrik iletkenliği (Ω m) -1 Malzeme Elektrik iletkenliği (Ω m) -1 Gümüş Seramik malzemeler Bakır Grafit Altın Beton 10-9 Aluminyum Cam Demir Porselen Pirinç(70Cu-30Zn) Borosilikat cam Platin Aluminyum oksit Karbon çeliği Polimer Malzemeler Paslanmaz çelik Nylon Polyester Polietilen

12 ELEKTRİK İLETKENLİĞİ Metallerde serbest halde bulunan valans elektronları sayesinde elektrik iletkenliği sağlanır. Seramiklerde ve polimer malzemelerde serbest elektronlar bulunmadığı için elektrik iletkenliği çok düşüktür. Ancak bazı iletken polimer malzemeler mevcuttur.

13 ISI İLETKENLİĞİ-WHY DIAMOND???

14 ISI İLETKENLİĞİ Malzeme C p (J/mol-K) α d ( o C) K (W/m.K) L [Ω.W/(K) ] Aluminyum Bakır Altın Demir Nikel Çeliği Paslanmaz ç Alumina Magnezya Polietilen? Teflon?

15

16 ISI İLETKENLİĞİ Metalik malzemelerin ısıl iletkenliği seramiklerden ve polimerlerden çok daha yüksektir. Metalik malzemelerde dışarıdan verilen ısı enerjisi metalik bağdan dolayı daha fazla titreşime sebep olur. Bu titreşimler sayesinde ısı malzeme içinde iletilir. Bunun tam karşı, seramik malzemelerde atomlar arası bağlar daha kuvvetli olduğu için dışarıdan verilen ısı enerjisi çok fazla titreşime sebep olamaz. Bundan dolayı da ısı iletimi daha düşük olur. Ayrıca metaller de bulunan serbest elektronlar da ısı iletimine katkı da bulunur.

17 MEKANİK ÖZELLİKLER Sünek Çekme Gerilmesi (σ) Deformasyon (ε) Kırılgan Deformasyon (ε) Çekme Gerilmesi(σ) σ = Eε

18 MEKANİK ÖZELLİKLER Makaslama Gerilmesi (10 3 psi) τ = σ cosψ cosφ Süneklik (%)

19 MEKANİK ÖZELLİKLER Dislokasyon Hareketi (Kayması)

20 MEKANİK ÖZELLİKLER Dayanımı artırmak için dislokasyon hareketi engellenmelidir. Bunun için: Empüriteler İkincil fazlar Tane sınırları

21 MEKANİK ÖZELLİKLER İkincil fazlar (Deforme Edilebilir)

22 MEKANİK ÖZELLİKLER İkincil fazlar (Deforme Edilemez)

23 MEKANİK ÖZELLİKLER İkincil fazlar

24 MEKANİK ÖZELLİKLER-Kırılma Tokluğu Metalik malzemelerde dislokasyonların hareketi seramik malzemeler göre daha kolaydır. Bundan dolayı metalik malzemeler daha kolay deforme edilebilir. Seramik malzemelerde dislokasyonların hareket etmesi metallere nazaran daha zordur. Bundan dolayı da deformasyon kısıtlıdır ki bu da kırılganlığa yol açar. İyonik kristallerde, kayma (dislokasyon hareketi)sırasında aynı yüke sahip iyonların birbirine yaklaşması gerekir ki bu oldukça zordur. Bu sebep den dolayı iyonik kristallerdeki dislokasyon hareketi zordur. Kovalent seramiklerde, bağ kuvvetli olduğu için dislokasyon hareketi zordur.

25 MEKANİK ÖZELLİKLER Malzeme Elastik Modülü GPa Malzeme Elastik Modülü (GPa) Malzeme Elastik Modülü (GPa) Tungsten 407 Alümina 393 Phenol-folmadey Çelik 207 SiC 345 PVC Nikel 207 Si 3 N Polyester(PET) Titanyum 107 MgAl 2 O Nylon Bakır 110 MgO 225 Pollietilen Prinç 97 Zirkonya 205 Aluminyum 69 Müllit (3Al 2 O 3.2SiO 2 ) 145 Magnezyum 45 Cam-seramik (Pyroceram) 120 Silica (SiO 2 ) 73

26 MEKANİK ÖZELLİKLER Kırılma Tokluğu KIC (MPa m1/2 ) Dayanım (MPa)

27 MEKANİK ÖZELLİKLER

28 MEKANİK ÖZELLİKLER METALİK MALZEMELER Kırılma Tokluğu K IC (MPa m 1/2 ) SERAMİKLER Dayanım (MPa)