ENDÜSTR DE MALZEME SEÇ M Prof. Dr. rfan AY Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 0
Bu ders notlar n n haz rlanmas nda faydaland m çok önemli 2 kayna n ismini vermek istiyorum. Birincisi Prof.Dr.Fehim F nd k kitab n n ad : Malzeme Seçimi ve Uygulamalar -2008 kincisi Prof.Dr.M.F. Ashby kitab n n ad : Materials Selection in Mechanical Design -1995 Huzurlar n zda her iki hocaya da te ekkür etmeyi bir borç bilirim. Ocak 2010 - Prof.Dr. rfan Ay Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 1
1. MALZEME SEÇ M N N ÖNEM Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 2
Genel anlamda; nsanlar n ihtiyac olan her eye MALZEME denir. Özel anlamda ; üretim yapmak için kullan lan her türlü araç ve gerece MALZEME denir. Malzemelerin fiziksel,mekanik kimyasal vs. özellikleri ni MALZEME B L M inceler. Biz bu notlarda malzeme seçiminde proses,malzemenin ekli, çevre ve fiyat etkilerini inceleyemedik. Bunun bilinmesi gerekir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 3
Her teknik eleman malzemeler hakk nda bilgi sahibi olmak zorundad r Yoksa kullanma alan na en uygun olan malzemeyi seçemez. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 4
Malzeme seçimi niçin önemli? 1. Farzedelim Türkiye den Amerika ya konserve ihraç edelim.konserveler kutulara doldurulup gemiye yükleniyor.bir ayl k yolculuktan sonra Amerika ya vard nda kapaklar aç l yor. O da ne? Konserve kapaklar küflenmi.tabii mallar geri gönderiliyor. Milyarlarca lira zarar. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 5
Küflenmenin sebebi, Dü ük Karbonlu Çelik kutular n korozyona dayanmas için kaplama yap lmay d r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 6
2. Ba ka bir örnek ; Helikopter için gerekli bir mil malzemesini dövme çelikten yapmak zorunday z. Helikop terde can kayb olma riski vard r. Oysa temizlik robotu nda kullan lan ayn mili, dökme çeli i nden yapabiliriz. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 7
3. Önceki anlatt m z örneklerden de görüldü ü gibi ; Malzemelerin kullan lacaklar yere ve yükleme artlar na uygun olacak ekilde seçilmesi gereklidir Titizlik ve disiplin Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 8
2. MALZEME SEÇ M - TASARIM L K S Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 9
Endüstride malzeme seçiminin TASARIM la yak n bir ili kisi vard r. 2.1 TASARIM NED R? Bir ürün (ev,araba,alet vs) yapmak istiyorsan z önce onu tasarlaman z gerekir. Örne in DO A, tanr sal bir tasar m n sonucu olu mu tur. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 10
Han mlar n apkalar ndan tutun da, ya l di li kutular birer tasar m eseridirler. Bu kadar geni anlam olan tasar m kavram n makine mühendisli i için daha dar alana sokmak zorunday z. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 11
Bizim Makine mühendisleri olarak tasar mdan anlad m z ey, MEKAN K TASARIM d r. Mekanik tasar m,hareketli veya hareketsiz bir S STEM olabilir.bu sistemi olu turan parçalar vard r.(örnek- di liler, kollar, miller, yataklar,vs. gibi).bu malzeme lerden olu urlar ( örnek-bu parçalar parçalar n baz s çelik,baz s plastik,baz s seramik vs. gibi ) Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 12
imalat yöntemleri Bu malzemeler de i ik (döküm sonucu, dövme sonucu, haddeleme sonucu vs. gibi)sonucu ürün haline gelmi lerdir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 13
Bu ürünlerin a a dakiler gibi çok de i ik vard r. de i ik ekilleri I - Profil T - Profil U - Profil Yuvarlak Çokgen kesit Saç,Plaka, erit Kare profil Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 14
Bu parçalar, ekilleri ile kal rlar. bulunduklar ile yük ta r lar çal ma yerlerindeki lar, zorlamalara maruz Bu zorlamalar Çekme, basma,burma,kesme ve E me yüklemeleri eklindedir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 15
s iletirler, yorulurlar, genle irler, a n rlar, korozyona u rarlar. Bu malzemeler, s Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 16
Bu derste anlat lacak konular ; Bütün bu aktivitelerin birbirleri ile nas l ili kide oldu unu bize ö retecektir.unutm yal m ki hem malzemeler hem de ekil verme yöntemleri eskiye göre h zl bir ekilde geli ip yenilenmektedir. Eski Yeni Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 17
2.2 TASARIMDA MALZEMELER * Tasar m, dü ünülen bir fikri, bir ürüne dönü türme i lemidir.t pk bir köprü kuraca m deyip bu rüyay gerçekle tirme gibi. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 18
* Bu köprü tasar m n n her a amas nda, karar alma vard r. * Bu köprü tasar m, malzeme seçme yi zorunlu k lar. * Bu köprü tasar m nda yeni malzemeler ç kt kça,eski malzemeler terkedilir. Mühendislerin kulland klar malzeme say s 120 bin in üzerindedir. Eski Seçme Yeni Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 19
* Standardizasyon çal malar sayesinde bu 120 bin say s dü ürülmeye çal lmaktad r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 20
B R MÜHEND S BU KADAR GEN B R MALZEME L STES NDEN AMACA UYGUN, EN Y MALZEY NASIL SEÇMEL? * Son y llarda mühendislik tasar m nda malzeme seçimi ile ilgili çok ilerlemeler oldu. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 21
* Malzeme seçiminde sistematik bir yol izlemeye ihti yaç vard r. Ba lang çta tasar m AKICI d r ve fikirler GEN T R. Tüm malzemeler GÖZÖNÜNE ALINIR. plastikler metaller seramikler kompozitler camlar hibridler Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 22
* Sonra tasar m bir ODAK NOKTA ya do ru gelir. Malzeme seçme kriteri KESK NLE R. Malzeme listesi DAHA DAR ve KISA olur. Örne in Seçilecek Malzeme iki gruba dü er. metaller seramikler Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 23
* Tasar m n ileri a amalar nda çok daha do ru veriler geldikçe seçilecek malzeme say s da dü er. * En sonunda hassas verilere var ld kça, seçilecek malzeme tek say ya bile iner. A a da görüldü ü gibi sadece metallerden pirinç ve bronz gibi metaller pirinçler Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 24
* Malzeme seçimi, onu üretmek ve ekillendirmek için yap lan ; deformasyon, birle tirme, yüzey i lemlerin den ba ms z Onlar n da gözönüne al nmas gerekir. yap lamaz. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 25
* Malzeme seçiminde ; malzemenin fiyat, de gözönüne al n r. malzemenin çevreye olan etkisi Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 26
* yi bir mühendislik tasar m, tek ba na ürünü satma ya yetmez. u cümleler çok önemlidir. * yi bir tasar m çal r, Ama * Mükemmel bir tasar m zevk verir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 27
* Bir tasar mc n n en çok ihtiyaç duydu u ey, AÇIK D MA l l olmas d r.tüm ihtimalleri gözönüne almal d r. Bu una benzer ; GEN BALIK A I KURAR SAN ÇOK BALIK ÇEKERS N Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 28
Unutma! Bu ders notlar sana kar k bir ormanda rehberlik yapacakt r.malzemenin bazen en iyisini seçeceksin, bazen de en yak n olan n, çünkü etkili olan parametr eler bir hayli fazla olacak. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 29
3 )- MALZEMELER N SINIFLANDIRILMASI Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 30
Genel olarak malzemeleri elektrik iletkenli i ve kaynak edilebilirlik özellikleri baz al nd nda iki gruba ay rabiliriz. 1. Metaller 2. Demir d metal malzemeler Fe ve Çelik Al Cu Ti Sn Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 31
ayet, atomlararas ba kuvvetleri ve di er özellikleri dikkate al rsan z o zaman da a a daki gibi 6 ayr s n fa ay rabiliriz. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 32
Malzemelerin s n fland r lmalar ve özellikleri Metaller (Fe,çelik,Zn, Cu,Ni vb) Plastikler (lastik,pvc, Bakalit, yapıştırıcı) Seramikler (Briket,cam, porselen vb) Kompozitler (Beton,ker piç, kontraplak,ke mik vb) Metalik bağ Kovalent bağ İyonik bağ Makro düzeyde birleşme Mukavemet yüksek-(pb hariç) Mukavemet düşük Basma mukavemeti yüksek Muk.iyi (MMK) Muk.dşk(PMK) Isıl iltk. yüksek Isıl iltk. düşük Isıl iltk. düşük Değişken Elktrik iltk. yüksek Elktrik iltk. düşük Elktrik iltk. düşük Değişken Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 33
Korelasyon sayısı KS 8 KS 8 KS 6 ------ Özg.ağırlık yüksek (ağır) Özg.ağırlık düşük (hafif) ρplas. plas.< ρserm. < Düşük (PMK) Yüksk (MMK) ρmetal. Pşv Yeteneği iyi Pşv var (thermplst) Pşv yok (ther moset) Pşv yeteneği yok Pşv yeteneği zayıf Sünek(Al) Gevrek(W) Sünek(ther moplast) gevrek (ther moset) Sert, Gevrek Sünek(PMK) Gevrek(SMK) Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 34
D.direnci yüksek(çelik) Düşük(Pb) D.direnci yüksek D.direnci düşük D.direnci yüksek (PMK) düşük (SMK) K.Direnci iyi (paslanmaz ç) kötü (Fe) K.Direnci iyi K.Direnci iyi K.Direnci iyi (PMK) Kötü (MMK) MMK : Metal matrixli kompozit, PMK : Polimer matrixli kompozit KS : Koordinasyon say s, ρ :Özgül a rl k, P V ; Plastik ekil verme, SMK ; Seramik matrisli kompozit, D.direnci ; Darbe direnci, K.Direnci ; Korozyon direnci * Ders anlat l rken tablo üzerinden kar la t rmal yorum yap lacak. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 35
4 )- MALZEME SEÇ M NDE GENEL OLARAK D KKATE ALINACAK FAKTÖRLER Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 36
li ikteki tablo da Malzeme Seçimi için genel yakla mda gözönüne al nacak etkili faktörler gösterilmi tir. Birçok uygulama, bütün bu faktörlerin olmas n gerekli k lmaz. Ama baz uygulamalarda da ek faktörlerin devreye girmesi bile gerekebilir. Mukavemet Süneklilik Kararlılık İmaledile bilirlik Eldeedilebilir lik Korozyon direnci Isı transfer özelliği Maliyet Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 37
S cakl k,çevre ko ullar,uygulanan gerilmenin derecesi, ve di er faktörleri içeren imalat ve çal ma ko ullar bilinme den uygun malzemeyi seçmek zordur. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 38
4.1.ci malzeme seçim kriteri : MUKAVEMET Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme çal ma esnas nda uygulanan yüke ve do acak gerilmeye dayan r m? dayanmaz m? Yüzde yüz mukavemet gerekince bu parametre birinci s rada olmas na kar l k bazen birinci s raya bir anda sertlik, korozyon, iletkenlik, manyetiklik, özgül a rl k, mukavemet / özg.a rl k gelebilir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 39
Evdeki su tesisat bak r borudan da dö enir, çelik boru dan da dö enir. Bak r boru Çelik boru Su bas nc Dü ük Dü ük Mukavemet Dayan ks z Dayan kl Tesisat masraf Dü ük Yüksek Malzeme fiyat Yüksek Dü ük K n donda Esner Çatlar Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 40
Yorum : Bu olayda dü ük su bas nc oldu u sürece, çelik boru yerine bak r boru kullan m, bak r n yüksek fiyat n, tesisat masraf n n dü ük olu u ile telafi etti inden ve e er so uk bir ortamda isek çatlama yapm yaca için çeli in yüksek olan mukavemetine tercih edebiliriz. DEMEK K MALZEME SEÇ M NDE KULLANI LAN KR TER HER ZAMAN TEK B R ÖZEL L K DE LD R. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 41
4.2.ci malzeme seçim kriteri : SÜNEKL L K Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme çal ma esnas nda ne kadar sünek olmas gerekir? Yeterli süneklilik genelde mukavemetten fedakarl k la elde edilir. Bu parçalar so uk i lemle ekillendirilmi,mukavemetleri yüksek ama süneklilikleri dü üktür. Maksat,büyük mukavemet kay b olmadan ne kadar süneklilik olabilir? Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 42
Tren ray nda süneklilik az istenir.,zira çal ma ko ullar serttir.yani buradaki süneklilik ne olmal? Buhar türbin kanad nda %1,5 luk süneklilik kanad n aerodinami ini yok etmeye yeter.böyle bir uygulamada gevreklik avantaj olabilir. Ama buna ra men haddelemede, extrüzyonda tel çekme de ve di er baz i leme proseslerinde aranan özelliktir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 43
4.3.ci malzeme seçim kriteri : TASARIM-YORULMA Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme çal ma esnas nda neden bu kadar çabuk yoruldu? Tasar mda bir yanl l k m var? Çal an malzemelerin bozulmalar n n büyük ekseriyeti yorulma yüzünden, yorulman n da % 90 tasar m ve üretim hatas ndan meydana geldi i kan tlanm t r Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 44
4.4.ci malzeme seçim kriteri : KARARLILIK Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme çal ma esnas nda ne kadar süre devaml çal mas gerekecek? Çal ma halindeki bir malzemenin kararl l, do ru dan s cakl a,s cakl k dalgalanmas na ve bu s cakl kta uzun süre kal p kalmamas na ba l d r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 45
Malzemenin kararl çal mas n en çabuk s cakl k ve dalgalanmalar bozabilir.mukavemeti etkiler, sürünmeye ve iç yap de i ikliklerine sebep olur Bir roket motoru k sa süreli çal mas istenirken, bir buhar türbini y llarca çal s n istenir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 46
Kararl l n di er bir yönü de hatan n ciddiyeti sorunudur. Örnek olarak görmü oldu unuz gibi çaydanl ktaki bir çatlak ile yan c ve radyoaktif madde ile dolu kaptaki bir çatlak ayn de ildir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 47
4.5.ci malzeme seçim kriteri : ELDEED LEB L RL K Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme kolay m yoksa zor mu bulunur? Sadece tek bir yöntemle mi imalat sözkonusudur? Fiyat ula lam yacak kadar yüksek midir? Malzemeyi kolay bulam yacaksak tasar m n yapmak mant ks zl kt r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 48
Burada sözü edilen elde edilebilirlik teriminden malzemenin fiyat ve istenilen ekli alabilmesi anla l mal d r.örnek, sadece dökümle üretilebilen bir malze me haddeleme,tel çekme,extrüzyonla yap lam yorsa, i i miz zor demektir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 49
Seçilen malzeme yaln zca yurt d ndan gelecek ise bu her zaman risklidir.özellikle sava zamanlar nda Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 50
4.6.ci malzeme seçim kriteri : ÜRET LEB L RL K Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu malzeme kolay m yoksa zormu üretiliyor? stenilen parça say s az m çok mu? Bu parametre bir önceki elde edilebilirlik ile s k s k ya ba l d r.sadece fark, parça say s fazla olunca metal kal p gerekecek fa kat masraf fazla olacak, ancak kri tik say a l nca karl olunacak t r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 51
Parça say s az ise imalaat el ile yap l r ama ucuz malzeme kullan l r, o zaman da toplam maliyet ucuza getirilir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 52
4.7.ci malzeme seçim kriteri : KOROZYON D RENC Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. Bu seçilecek malzeme çal ma ko ullar nda korozyo na kar dirençli mi? yoksa dirençsiz mi? Her tasar mda korozyon ihtimali mutlaka gözönünde bulundurulmal d r. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 53
4.8.ci malzeme seçim kriteri : MAL YET Bu kriter u sorunun kar l olarak önemlidir. seçilecek malzemenin fiyat nedir? Bu Malzeme seçiminde bu kriter, son karar olarak ödün vermeyi gerektirebilir.bu malzemeden vazgeçilebilinir. li ikteki tablo yu inceleyiniz? ayet bu tablo daki sorulardan herhangibirinin cevab EVET olursa MALZEME SEÇME i i bitmemi demektir. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 54
De er biçme testi Her malzeme,her parça, her işlem bu test ten geçirilmelidir. 1. Bu malzeme olmadan yapabilirmiyiz? 2. İstenilenden daha fazla özelliği var mı? 3. Değerinden daha pahalı mı? 4. İşiyapmak için daha iyi olasılık var mı? 5. Daha ucuz bir metotla yapılır mı? 6. Standar t bir malzeme mi? 7. Miktarı da düşünürsen daha ucuza işlenerek kullanılır mı? 8. Maliyet =İşçilik+sabit masraf+malzeme+kar dan daha fazla mı? 9. Bir başkası aynı malzemeyi daha ucuza temin eder mi? 10. Paranız olsaydı çok pahalı olan bu malzemeyi almayı reddeder miydiniz? Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 55
Fiyat çok önemli oldu undan ; Tasar mc lar bilgi eksikli i yüzünden, gergili bölge leri gere inden fazla yaparak fiyat art rm olabilirler. Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 56
* Örne in, Krank mili imalat son y llara dek hep dövme çelikten yap l rd.çünkü darbe çok sert oluyor, mutlak dövme slah çeli i nden yap lmal d r, fikri bu günlerde darbe çok sert olmamakta, çok yüksek sertli e gerek olmad, sadece yeterli süneklili e sahip olmas yeterli eklinde dü ünülerek grafitli dökme demirden-sfero de yap lmaya ba lanm t r.dövme, sferoya göre çok pahal d r. Dövme islah çeli i Sfero dökme demir Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 57
Doç. Dr. İRFAN AY / Arş. Gör. T.KEREM DEMİRCİOĞLU 58