MalzemelerinMekanik Özellikleri II

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MalzemelerinMekanik Özellikleri II"

Kudret Öcalan
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 MalzemelerinMekanik Özellikleri II Doç.Dr. Derya Dışpınar 2014

2 malzemeler

3 mekanikvefizikseltestler fiziksel testler: mekanik testler: yoğunluk manyetik özellik termal iletkenlik elektrik iletkenliği spesifik ısı termal genleşme sertlik çekme basma yorulma darbe aşınma

4 standartlar

5 kristal yapılar

6 en tipik örnekler HMK YMK HSP Fe Ni Mo W Al Cu Pb Mg Ti Zn

7 kristal latis homojen - sürekli - izotropik

8 hatalar? 1 boyutlu 2 boyutlu 3 boyutlu

9 hatalar 1 boyutlu 2 boyutlu 3 boyutlu Metalurji vematerials Malzeme Mühendisliği and Chemistry

10 mikroyapı östenitik paslanmaz çelik Al-Si perlit + ferrit perlit

11 Saf? Alaşım? Bazı uygulamalarda belirli bazı fiziksel özelliklerinden dolayı saf metaller tercih edilir

13 Al matriks

14 sıvı α + sıvı α α + β Sadece A atomları A B

15 sıvı α + sıvı α α + β A B α

16 sıvı α + sıvı α α + β A B β A yanında B (çözünmüş) (A) veya α α

17 sıvı α + sıvı α α + β A B

18 Al matriks

20 Fe Si Mn Cu Ti Mg

21 dislokasyon 1934 de birbirlerinden bağımsız olarak Orowan, Taylor ve Polanyi: birkristalideformeetmekiçinharcananenerji, teorik ve hatasız olan kristalden daha daha az! malzemelere plastik deformasyon uygulandığında, deforme edebilmek için daha daha fazla yük uygulanması gerekiyor! 1947 de ilk kez deneysel olarak kanıtlanmış 1957 de ilk kez Elektron mikroskobu ile görüntülenmiş

22 dislokasyon

23 TEM: X

27 video1: çekme-basma gerilmesi altında deformasyon video2: kayma gerilmesi altında deformasyon

28 dislokasyon hareketi ile kayma Peach-Koehler denklemi: Orowan bağıntısı: =.. =.. dislokasyon üzerindeki kuvvet dislokasyon hızı

29 BASMA ÇEKME

33 İkinci fazlar arası mesafe 1.28 mm 15 MPa 0.4 mm 50 MPa

34 İkinci faz boyutu akma mukavemetindeki artış (MPa) Niobiyum (ağ. %)

35 kırılma

43 Hall-Petch bağıntısı sabit akma gerilmesi tane boyutu

44 akma mukavemeti, ksi akma mukavemeti, MPa d -1/2, mm -1/2

45 Çekme testi = =

47 ELASTİK PLASTİK

48 HOMOJEN HETEROJEN

49 Malzeme Akma Mukavemeti Elastik Modül Polimer Metaller Çelik Al alaşımları

50 Ashby Diagramları

56 10 N 40 N = = 10 1 =10 =40 4 =10

57 4 8

58 Galileo Galilei, Discorsi e Dimostrazioni Matematiche intorno à due nuoue scienze Attenenti alla Mecanica & i Movimenti Locali(1638), p.170

60 karınca

61 Onthophagus Taurus Kadim Mısır'ın tılsımsal böceği 10 cm boyunda ve ağırlığının 1141 kat fazla yükü taşıyabiliyor = 70 kg Bu değer, karıncadan 10 kat daha fazla!

62 =1200 d = = 4500 kg = = =3,4 ç =6.8

63 ? mm d

64 L A. =. =. = ( ) =... y = =... =.. = ( ) 7850( ).10( ) =. =15.3

65 tokluk gerilim altındaki malzemenin deforme olup şekil değiştirebilmesi için gerekli yük ile ifade edilebilir. malzemelerin kırılmaya karşı direnci olarak da bilinir. Hooke Kanunu: =.δ δ= δ= =

66 Hooke Kanunu =.δ =.δ = =. =. =..

67 L=4,5m d? =.. = Max 2,5 cm 4500 kg 45000( ).4500( ) = 3, =. =3,5

68 =.. δ y =.. =.. =..... =.. 2

69 Spesifik modül =.. 2. = = 2 = 2 = =42

70 Spesifik modül = 2 = =42 çelik = 2 = = 2 = =42 =20,000 alüminyum polietilen = 2 = =13 Alumina

71 Spesifik modül Malzeme Elastik modül (GPa) Yoğunluk (g/cm3) Spesifik modül Spesifik tokluk Plastik Cu W Çelik Mg Al

73 Spesifik modül Spesifik tokluk (mukavemet) yüksek olanlar tipik olarak uçak sanayisinde tercih edilir Örneğin: Çeliğin mukavemeti yüksek olduğu için uçak malzemesi olarak tercih edilebilir. Fakat yoğunluğu yüksek olduğu için en ince saç şeklinde kullanılarak ağırlıktan kazanmaya çalışılabilinir. Ancak bu durumda tokluktan feragat edilmiş olunur

74 KIRILMA Gözlem boyutu Gevrek Sünek Mühendis gözüyle Akmadan önce kırılma Akmayı aşıp oluşan kırılmalar Göz ile Boyun verme yok, parlak yüzey, kristalin ve tanesel Boyun verme, mat yüzey Makro boyut (< 50x) Kesit alanındaki azalma hemen hemen yok (sünek davranış yok) Orta ile çok arası kesit alanında daralma Mikro boyut (100-10,000x) TEM (> 10,000x) Gevrek mikroporlar, taneiçi Yüksek oranda bölgesel plastiklik Sünek mikroporlar, boşluk birleşmesi Genel olarak yüksek plastiklik

77 Sertlik testi Malzemelerin çizilmeye karşı gösterdiği direnç Çok farklı uçların numuneye belirli bir yük altında iz bırakması ve bu izin ya derinliğinin veya çapının ölçülmesi ile sertlik değeri elde edilir Malzemelerin basma direnci

78 Sertlik Kırılma Mekanikçi: ne kadar sert, o kadar kırılgan (gevrek) Aşınmacı: ne kadar sert, o kadar dayanıklı Haddeci: ne kadar yumuşak, o kadar kolayşekil alır Üretimci: ne kadar yumuşak, o kadar hızlı ve seri üretim

82 Scleroskop 1907 de Shore

83 Leeb sertlik yöntemi

84 Durometer sertlik yöntemi

85 Ultrasonik sertlik ölçme yöntemi

87 Brinell sertlik yöntemi

89 örnekler çelikler: alüminyum: bakır: 50-90

90 Brinell sertlik yöntemi = ( ) = 4 =

91 Meyer bağıntısı = = = = = = =

92 Meyer bağıntısı = Örneğin: 3000 kg yük ve 10 mm çapında uç ile yapılan test; 750 kg yük ve? mm çapındaki uç ile aynı olacaktır? = =30 =25 =5

93 Rockwell sertlik testi

94 Batma derinliği ğ = 100 ğ ELMAS UÇ ğ = 130 ğ BİLYA UÇ Örneğin: HRC = 60 ise ğ = ğ =0.08

95 Yöntem Uç Yük (kgf) Uygulama alanı A Elmas 60 Semetit karbür, ince saç, çelik B mm 100 Bakır alaşımları, yumuşak çelik, alüminyum C Elmas 150 Çelik, dökme demir, titanyum, HRB >100 D Elmas 100 Ince saç, orta sertlikte çelik E mm 100 Dökme demir, alüminyum ve magnezyum alaşımları F 1.58 mm 60 Isıl işlem görmüş bakır alaşımları, yumuşak çelik G mm 150 Bronz, berilyum bakır ve HRG < 92 H mm 60 Alüminyum, çinko, kurşun K mm 150 Çok yumuşak ve ince malzemeler L mm 60 Çok yumuşak ve ince malzemeler M mm 100 Çok yumuşak ve ince malzemeler P mm 150 Çok yumuşak ve ince malzemeler R 12.7 mm 60 Çok yumuşak ve ince malzemeler S 12.7 mm 100 Çok yumuşak ve ince malzemeler V 12.7 mm 150 Çok yumuşak ve ince malzemeler

96 Vickers sertlik yöntemi 1 ile 120 kgf yük aralığında

97 HV = 2 (136/2) = örneğin: 1 kgf ve d = mm ise = (0.0753) =327

100

101 Knoop-Vickers sertlik yöntemi

102 Yöntemler arası dönüşüm

103

104

105

106

107

108

109

110 Genel faktörler Sertlik değeri(skala) Numune kalınlığı Numuneboyutuveşekli Yüzey karakteri Uçkonumu Üretim hızı Malzeme tipi

111

112 silindirler için -Brinell

113 silindirler için -Rockwell

114

115 Kırılma Gerilim altında katı gövdenin iki veya daha fazla parçalara ayrılmasıdır Kırılma prosesi iki adımdır: Çatlak oluşumu Çatlak ilerlemesi Kırıklar iki tipte incelenir Gevrek kırılma Sünek kırılma 115

116 Gözlem boyutu Gevrek Sünek Mühendis gözüyle Akmadan önce kırılma Akmayı aşıp oluşan kırılmalar Göz ile Makro boyut (< 50x) Boyun verme yok, parlak yüzey, kristalin ve tanesel Kesit alanındaki azalma hemen hemen yok (sünek davranış yok) Boyun verme var, mat yüzey Orta ile çok arası kesit alanında daralma Mikro boyut (100-10,000x) TEM (> 10,000x) Gevrek mikroporlar, taneiçi Yüksek oranda bölgesel plastiklik Sünek mikroporlar, boşluk birleşmesi Genel olarak yüksek plastiklik Yapı HMK, HSP YMK* * Tane sınırı gevrekleşmesi hariç 116

117 kırılma 117

118 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 118

119 gevrek sünek 119

120 Kırılma 1983 de, Ulusal Standartlar Bürosu(ABD), kırılma sonucu oluşan hasarlardan kaynaklanan zararının yaklaşık: $ Maddiyatın ve ekonomik götürüsünün yanısıra yaralanma ve insan hayatı ile ilişkili olması önem arz ediyordu

121 Kırılma sebepleri uygunolmayanyüklervedağılımları çevreselfaktörler tasarımvemalzemeseçimi malzemelerdekihatalar üretimveyabakımsırasındakieksiklikler

122 Dislokasyonlar mukavemetini arttırmak: mikroyapıda değişiklikler yaparak dislokasyon hareketini engelleyebilmektir. mukavemet artışı olurken, gevrek (kırılgan) bir malzeme elde edilmiş olunur.

123 Hatalar

124 Kırılma Malzeme türüne Sıcaklığa Yüke Yüklenme hızına Kırıklar iki tipte incelenir Gevrek kırılma Sünek kırılma

125 Kırılma karakteristiği Davranış Kullanılan terim Kristallografik Kayma Klivaj Kırık görüntüsü Fiberli Tanesel Deformasyon Sünek Gevrek

126 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 126

127 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 127

128 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 128

129 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 129

130 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 130

131 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 131

132 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 132

133 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 133

134 Materials and Chemistry Metalurji ve Malzeme Mühendisliği 134

135 Atomlar arası bağ Bağ kuvveti: ELASTİK MODÜL = 2

136 = 2 = = 2 =2 = 2 = 2

137 Inglis & Griffith

138 Griffith teorisi Çatlak ucundaki gerilime konsantre olmak yerine, bir enerji dengesiyaklaşımındabulunduvemalzemebilimindekien önemliveen meşhurçalışmayıortayaçıkartmıştır. Bir malzemenin birim hacmindeki deformasyon enerjisi: = 1 = = Lineer durumda, yani elastik bölgede(σ=ee): = 2 = 2

139 Çatlak oluşturabilmek için bağlarınkırılmasılazım; ve açığa çıkan bağ enerjisi malzeme tarafından absorblanmalıdır. = 2.

140 «a» uzunluğundaki bir çatlak ile ilişkili yüzey enerjisi«s»olursa; 2 tane(alttaveüste) yüzey olduğu için; ve γ arayüzey enerjisi ise: =2

141 toplam enerji =2 = 2.

142 ( + ) =2 =0 = 2 = 2

143 = 2 Çelik = / = MPa Alüminyum = / = MPa

144 Lennard-Jones potansiyeli =4 ε bağ enerjisi potansiyeli β potansiyelin sıfıra ulaştığı mesafe

145

146

147 çatlakların önemi test

148 1,5 cm çentik 90 = = 300

Benzer belgeler

ELASTİK PLASTİK. İstanbul Üniversitesi

ELASTİK PLASTİK. İstanbul Üniversitesi ELASTİK PLASTİK HOMOJEN HETEROJEN dislokasyon birkristalideformeetmekiçinharcananenerji, teorik ve hatasız olan kristalden daha daha az! malzemelereplastikdeformasyonuygulandığında, deforme edebilmek için