3 MALZEME BİLGB LGİSİ METALLERDE ERGİME ve KRİSTALLE STALLEŞME Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN Pamukkale Üniversitesi 2007 - BAHAR
METALLERDE ERGİME ve KRİSTALLE STALLEŞME Her bir maddenin atomları devamlı titreşim im yapar. Bu titreşim im o maddenin sıcakls caklığını belirler. Sıcaklık k yükseldiky kseldikçe e titreşim im artar, düştükçe d e azalır. Mutlak sıfır s sıcaklığında (-273( 273ºC) bütün b n atomların n titreşimleri imleri durur. Metallerin sıcakls caklığı arttıkça, a, atomların n titreşimleri imleri artar ve bu titreşimler imler atomlar arasındaki bağı zayıflat flatır. Titreşimlerin imlerin meydana getirdiği i enerji, metal atomlarını birbirine bağlayan enerjiyi geçince ergime dediğimiz imiz olay meydana gelir; yani metal sıvıs hale geçer. er. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 2
METALLERDE ERGİME ve KRİSTALLE STALLEŞME Ergimiş bir metalin sıvıdan s katıya geçişinde inde meydana gelen kristalleşme iki safhada oluşur: ur: 1. Çekirdek oluşumu umu 2. Kristal büyümesi. b PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 3
TANE SINIRLARI METALLERDE ERGİME ve KRİSTALLE STALLEŞME Katıla laşma sırass rasında belirli düzlem grupları farklı yönlerde dizilir. Bu dizilme gruplarına tane sınırları denir. Tek kristalli yapılarda tane grupları aynı yönde gelişir ir ve tane sınırlars rları oluşmaz. Tane sınırlars rları yüksek enerjilidir. (Yüzey gerilimi) Tane sınırlars rları kimyasal reaksiyona girebildiği i için i in üzerine dökülen d kimyasallar ile tespit edilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 4
METALLERDE ERGİME ve KRİSTALLE STALLEŞME KRİSTAL HATALARI Nokta Hataları Çizgi Hataları Yüzeysel Hatalar Segregasyon PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 5
KRİSTAL HATALARI Nokta Hataları Boş Yer Boşyer yer: : (Porozite( Porozite) Katıla laşma sırass rasında büzülme, b yeterli sıvıs olmaması veya içeride gaz hapsolması nedenleri ile oluşur. ur. Boş yer Süreksizlik Kesitte daralma Mukavemet kaybı nedenidir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 6
KRİSTAL HATALARI Nokta Hataları Boş Yer Boşluklar atomların n kristal içerisinde i hareketlerini kolaylaştırır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 7
KRİSTAL HATALARI Nokta Hataları Ara yer Ara Yer hataları Ara yer: Her hangi bir kristalde esas atomların n aralarındakilere daha küçük çaplı atomların n yerleşmesi ile oluşur. ur. Yer alan Yer alan: Her hangi bir kristalde esas atomların n yerine başka atomların yerleşmesi ile oluşur. ur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 8
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Atomların n hatalı dizilişleri leri bir çizgi boyunca devam ederse çizgi hatası oluşur. ur. Çizgi hataları kenar dislokasyonu ve vida dislokasyonu olarak bilinir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 9
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Kenar Dislokasyonu Kenar dislokasyonu,, kristal içinde i inde sona eren bir düzlemin kenarıdır. r. İşareti şeklindedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 10
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Vida Dislokasyonu Vida dislokasyonunda ise, çizgi etrafındaki atomların n dizilişi i vidanın n helisi gibidir. İşareti şeklindedir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 11
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Vida Dislokasyonu PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 12
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Kenar ve vida dislokasyonları çoğu zaman beraber bulunurlar ki; buna karışı ışık dislokasyon denilir. Dislokasyonlar,, atomların n denge mesafesini bozduğu u için i in kristalin enerjisini artırır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 13
KRİSTAL HATALARI Çizgi Hataları Dislokasyon yoğunlu unluğu Birim hacimdeki dislokasyon çizgilerinin uzunluğu u olarak verilir. (mm / mm 3 ) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 14
KRİSTAL HATALARI Yüzeysel hatalar Dış Yüzey: İç kısımdaki atomlar kendini çevreleyen atomlar ile denge durumunda olduğu u halde, metalin dışd yüzeye açılan a atomlarında denge durumu bozulmuştur. Küçük k AçılıA Tane Sınırı: S Kenar dislokasyonları biri birinin üzerine sıralanmass ralanması ile küçük üçük açılı tane sınırlars rları oluşur. ur. İki boyutlu olan bu sınırlarda s atomlar düzensiz yerleşirler irler Tane SınırlarS rları: Metal sıvıs halden katı hale geçerken erken genellikle çok sayıda kristal tanesi oluşur. ur. Katıla laşma tamamlandığı ığında tanelerin birleşti tiği yerlerde 2-32 3 atom kalınl nlığında düzensiz d yerleşme oluşur ur PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 15
KRİSTAL HATALARI Segregasyon Katıla laşma sırass rasında belirli malzemeler, belirli fazların, belirli bir yerde toplanması. Makro ya da mikro olabilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 16
MEKANİK ÖZELLİKLER
MEKANİK ÖZELLİKLER Dış kuvvetlerin etkisi altında değişik ik zorlamalar karşı şısında, malzemede oluşan şekil değişiklikleri iklikleri ve bu etkiler altında malzemenin gösterdig sterdiği i dayanma gücüg özelliklerine mekanik özellikler adı verilir. F 1 C F 3 F 2 K C L F n Dış kuvvetler altında dengede olan katı bir cisim düşünelim. d Dış kuvvetler cisim içinde i inde her atoma etkiyen yayılı iç kuvvetler oluştururlar. Bu cisim hayali bir CC kesiti ile K ve L parçalar alarına ayrıls lsın ve kesilen iki parça a dengede kalsın. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 18 18
MEKANİK ÖZELLİKLER F 1 T C F F 3 K N N A L F 2 C F T F n F kuvveti kesite dik normal N ve kesit yüzeyine y teğet et T bileşenlerine enlerine ayrılabilir. Gerçekte ekte N ara kesit düzleminde d her atoma etkiyen normal yayılı kuvvetlerin toplamına, T ise yayılı teğetsel etsel (kesme) kuvvetlerinin toplamına eşittir. e PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 19
MEKANİK ÖZELLİKLER Kuvvetler yerine parça a boyutundan bağı ğımsız z zorlama şiddetini belirten GERİLME tanımı kullanılır. Gerilme en basit şekliyle birim alana gelen kuvvet olarak tanımlanabilir. A σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ N Bu durumda cismin parças asının n kesit alanı A ise, NORMAL GERİLME σ = F A PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 20
MEKANİK ÖZELLİKLER NORMAL GERİLME: σ = F A TEĞETSEL GERİLME (kesme, kayma, makaslama) ise, A τ τ ττ τ ττ τ τ τ τ τ = T A T PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 21
MEKANİK ÖZELLİKLER POZİTİF KAYMA VE NORMAL GERİLMELERİ τ σ n Kesitten uzaklaşan an gerilmeler çekme gerilmesi adını alır r ve işareti artıdır. r. ( + ) Kesite doğru gelen gerilmeler ise basınç gerilmesi adını alır, işareti i eksidir. ( - ) çekme basınç PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 22 22
MEKANİK ÖZELLİKLER POZİTİF KAYMA VE NORMAL GERİLMELERİ τ σ n Kesme gerilmeleri için i in ise pozitif işaret i kuralı; ; normal doğrultudan saat ibrelerinin ters yönünde y nde okun ucunun yukarıda olması ile belirlenir. ( + ) Kesme PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 23
MEKANİK ÖZELLİKLER Gerilme bir, iki ve üç eksenli olmak üzere çeşitli şekillerde cismi etkileyebilir PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 24
MEKANİK ÖZELLİKLER Basit çekme hali (kablo) F F A 0 = kesit alan (yüksüzken) σ = F A o σ σ Teleferik Asansörü PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 25
MEKANİK ÖZELLİKLER Basit basınç A o Canyon köprüsü, Los Alamos, NM σ = F A o Note: compressive structure member (σ < 0 here). PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 26
MEKANİK ÖZELLİKLER İki eksenli gerilme Hidrostatik gerilme Basınçlı tank σθ > 0 Su altında balık σz > 0 σ < 0 h PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 27 27
MEKANİK ÖZELLİKLER Uygulamada yapı elemanları daha çok iki veya üç eksenli gerilmeler altındad ndadır. Ancak özellikle üç eksenli gerilme durumu, gerilme tansörleri ile ifade edilir ve ileri düzeyde d mukavemet bilgisi gerektirir. A A PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 28
MEKANİK ÖZELLİKLER Ayrıca iki ve özellikle üç eksenli gerilme durumunu deneylerle gerçekle ekleştirmek çok zordur. Bu nedenle genellikle, tek eksenli gerilme durumundan, uygun kırılma k hipotezleri kullanılarak larak üç eksenli gerilme durumuna geçilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 29
MEKANİK ÖZELLİKLER Bir malzemenin cisimlerin dayanımı yönünden, nden, hangi yük y sınırında nda plastik hale geçece eceği i veya hangi gerilme değerinde erinde kırılacak lacağını bulmak önemli bir sorundur. Yapı için in tehlikeli sayılacak bu sınırlars rları deneylerle saptamak gerekir. Ancak malzeme deneyleri çok defa tek eksenli gerilme altında yapılıp, p, tehlikeli sınırlar s bu gerilme durumu için i in saptanır. Üç eksenli gerilme halinin çeşidi sonsuz olup, bütün b n haller için in ayrı ayrı deney yapmak olanaksızd zdır. Ayrıca üç eksenli deney tekniği çok zordur. Ancak gelişmi miş laboratuvarlarda bu deneyleri gerçekle ekleştirmek mümkm mkündür. 30 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 30
MEKANİK ÖZELLİKLER Tek eksenli gerilme haliyle üç eksenli gerilme halini, tehlike sınırı yönünden nden kıyaslayan k kriterleri gözden g geçirelim. Tehlikeli durum sözünden s cisimlerin göçg öçmesi (kırılma, kopma, ezilme) ve akması anlaşı şılır. σ 3 σ 1 σ m σ m σ 2 σ 2 σ 1 σ 3 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 31
MEKANİK ÖZELLİKLER Şekilde bir cismin iki tip zorlanması gösterilmiştir. tir. Bunların ilkinde cisim, tek eksenli gerilme, σm ile sınır s r durumuna gelmiştir. İkinci şekilde cisim, üç eksenli gerilme altında yine sınır s r durumundadır. r. σ 3 σ 1 σ m σ m σ 2 σ 2 σ 1 σ 3 PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 32
MEKANİK ÖZELLİKLER Fizik yönden y eşit e olan iki halin gerilmeleri arasında, σ m = F ( σ, σ, σ 1 2 3 ) gibi bir bağı ğıntı kurulabilir. Burada F üç asal gerilmeye bağlı bir fonksiyonu gösterir. g Üç eksenli gerilme altında cisim henüz z kırılmamk lmamış veya plastik hale geçmemi memişse bağı ğıntı: σ m > F ( σ, σ, σ 1 2 3 ) gibi bir eşitsizlik e olacaktır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 33
MEKANİK ÖZELLİKLER Uygulamada önemi büyük b k olan böyle b kriterleri koyabilmenin kuramsal yönden y olanağı yoktur. İç bünyede geçen en karmaşı şık k olayların n fizik yasalarını bulmak yerine; mühendis m olarak kırılma k veya plastik hale geçme olayının n dışd ve ortalama faktörlerini bulmakla yetinmek zorundayız. z. Tarih boyunca bir çok varsayım, geçerlili erliliği i deneylerle kanıtlanamad tlanamadığından terkedilmiştir. tir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 34
MEKANİK ÖZELLİKLER Statik yükleme y hali için i in cisimlerin kırılma k veya plastik hale geçişinde, inde, başka başka faktörleri sorumlu tutan çeşitli varsayımlar üç ana grupta toplanabilir. a) Gerilme varsayımlar mları b) Şekil değiştirme varsayımlar mları, c) Enerji varsayımlar mları. Söz z konusu varsayımlar mların n ayrı ayrı incelenmesi ileri mukavemet konularından ndan olup, bu ders kapsamında ayrınt ntıya girmemekte yarar vardır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 35
ŞEKİL L DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Bir malzemeye gerilme uygulandığı ığında şekli değişir. ir. Gerilme kalkınca malzeme eski durumuna geliyor ise elastik şekil değiştirmeye, gelmiyor ise plastik şekil değiştirmeye uğramu ramış denilir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 37
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Bir metal plastik şekil değişikli ikliğine ine uğramu ramış ise, atomların n yeri değişmi miş demektir. Atomların n yer değiştirmesi nasıl l olabilir? PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 38
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ İlk akla gelen, atom düzlemlerinin d birbirinin üzerinde, atomlar arası bağlar koparılarak hareket ettirilmesidir. Yapılan teorik hesaplamalar, böyle b bir işlemin i olabilmesi için i in gerekli gerilmenin, malzemenin pratikte uygulananın n 100 ile 10000 katı kadar olması gerektiğini ini göstermiştir. tir. Demek ki, plastik şekil değiştirme, başka bir mekanizma ile meydana geliyor. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 39 39
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Örneğin halıyı bir yüzey y üzerinde kaydırmak isteyelim PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 40
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Örneğin halıyı bir yüzey y üzerinde kaydırmak isteyelim Kayma düzlemi PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 41
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yapılan incelemeler, plastik şekil değiştirmenin dislokasyon hareketi ile meydana gelen kayma ile veya ikiz teşekk ekkülü ile meydana geldiğini ini göstermig stermiştir. tir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 42
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların kayma hareketi dışıd ışında - tırmanma ve - çapraz kayma hareketleri vardır. r. Tırmanma: yüksek sıcakls caklıkta kta boş yerlerin yayınmas nması ile dislokasyonunun bulunduğu u düzlemi d terk etmesi olayıdır. Çapraz kayma: dislokasyonların düzlem değiştirmesi olayıdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 43
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Çapraz kayma: dislokasyonların düzlem değiştirmesi olayıdır. Genelde vida dislokasyonu yapar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 44
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyon hareketi, kayma gerilmesi ile meydana gelir. Ekseni doğrultusunda çekilen bir metalin, dik kesitinde normal gerilme meydana geldiği i halde, yine plastik şekil değiştirme meydana gelir. F F Y α F D S 0 S 0 F Bunun sebebi, malzemenin dik kesiti ile herhangi bir açıa yapan kesitinde, kayma gerilmesi oluşmas masıdır PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 45 45
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ F Y S 0 F α S 0 F F D F F S D y ' o = F.Cosα = F.Sinα = S o Cosα τ τ y = y = F S F S o Y = ' o Sin F. Sin S o Cos α α α Cos α 1 τ = σ Sin2α y 2 α=45 için in için i in en büyük b değerini erini alır r ve PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 46 τ eb = σ 2
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ F Bu bağı ğıntıdan çıkan sonuç F Y S 0 α S 0 F F D 1) Sünek metallerde meydana gelen plastik şekil değiştirme, kayma gerilmesi ile meydana gelmektedir. Metale, normal gerilme oluşturan, çekme gerilmesi, eğme e gerilmesi ve basma gerilmesi de uygulansa normal gerilme ile şekil değiştirme meydana gelmez. Görünüşte metal normal gerilme ile kalıcı şekil değişikli ikliğine ine uğramaktadu ramaktadır; r; esasında kalıcı şekil değişikli ikliğini ini meydana getiren kayma gerilmesidir. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 47
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ F Bu bağı ğıntıdan çıkan sonuç F Y S 0 α S 0 F F D 2) Sünek metale, kayma gerilmesi meydana getiren burma gerilmesi ve kesme gerilmesi uygulandığı ığında göstereceg stereceği dayanım m değeri eri çekme zorlamasında göstermiş olduğu u dayanım m değerinin erinin yarısıdır. r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 48
İkiz Oluşumu umu MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Plastik şekil değiştirmenin diğer bir mekanizması ise ikiz teşekk ekkülüdür. İkiz teşekk ekkülünde, ikiz bölgesindeki b atomlar diğer atomlar ile ayna simetrisi oluştururlar İkiz oluşumu, umu, kristalleşme esnasında nda veya plastik şekil değiştirme esnasında nda meydana gelir. Gerilme uygulanan bir kristalde dislokasyon hareketi ile şekil değiştirme oluşmuyor ise ikiz teşekk ekkülü ile şekil değiştirme oluşur. ur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 49
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ İkiz Oluşumu umu PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 50
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların Bazı Özellikleri Dislokayonlar aynı işaretli (aynı yönde) ise birisi diğerine ancak belirli bir mesafede yaklaşabilir. abilir. Dislokayonlar zıt t işaretli i (ters yönde) y ise birbirlerini çeker ve nötrlerler. n PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 51
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların Bazı Özellikleri Basınç Dislokayonların olduğu bölgelerde çekme ve basınç gerilmeleri oluşur. ur. Çekme PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 52
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların Bazı Özellikleri Kayma düzlemi d en yoğun dizilmiş düzlemlerde oluşur. ur. Dislokasyonlar sonucu plastik deformasyonlar yani kalıcı deformasyonlar oluşur. ur. (Bağlar kopar yeni bağlar oluşur) ur) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 53
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların Bazı Özellikleri Tek taneli (kristalli) malzemelerde; bütün b n sistemde 45 lik kayma düzleminde d deformasyon oluşur ur Çok taneli malzemelerde ise; bir tane kayma düzleminde plastik deformasyona uygun iken yanındakilerin ndakilerin uygun olmayabilir. Dolayısıyla yla diğerlerinin deformasyonunu beklemek zorundadır. r. Bu durumda daha fazla kuvvet gerektirir. Çok taneli malzemeler, tek tanelilere göre g daha yüksek dayanıml mlıdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 54 54
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Dislokasyonların Bazı Özellikleri Plastik deformasyon güçg üçleşirse malzemelerin dayanımı artıyor. Başka bir deyişle; dislokasyonlar engellenirse ve/veya güçleştirilirse malzemelerin dayanımı artıyor. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 55
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk Şekil Değiştirme ve Yeniden Kristalleşme Metale plastik şekil değiştirme uygulandığı ığında dislokasyon yoğunlu unluğu u ve buna bağlı olarak sertliği i ve dayanımı artar, sünekliliği ve tokluğu u ise düşer. d Hareket eden dislokasyonlar ya kaymayı oluşturur ya da başka dislokasyon,, tane sınırıs gibi engeller ile durdurulur. Engellerin önünde nde dislokasyonların yığılması (mesela tane sınırlars rlarında) bitişik ik tanedeki gerilmeyi artırır. r. Artan gerilme, bitişik ik tane içindeki i indeki dislokasyon kaynaklarını harekete geçirir. Bu şekilde plastik şekil değiştirme taneden taneye geçerek, erek, tüm t m malzeme plastik şekil değiştirmeye uğrar. u PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 56
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk Şekil Değiştirme ve Yeniden Kristalleşme Plastik şekil değişimine imine uğramu ramış metalin kristal tane yapısı bozulur; taneler şekil verme yönü doğrultusunda uzar. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 57
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk Şekil Değiştirme ve Yeniden Kristalleşme Plastik şekil değiştirme miktarı arttıkça dislokasyon yoğunlu unluğu u da artar. Dislokasyonlar birbirlerinin hareketini engelledikleri için i in dislokasyon hareketi zorlaşı şır. Bu olaya pekleşme veya şekil değiştirme sertleşmesi denilir. Plastik şekil değiştirmenin artması ile öyle bir noktaya gelinir ki, artık k malzeme şekil değiştirmeye uğratu ratılamaz, çatlaklar oluşur ur ve kırılır. k r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 58
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk Şekil Değiştirme ve Yeniden Kristalleşme Dislokasyon bölgesindeki atomlar denge durumundan uzaklaştıklar kları için in dislokasyon yoğunlu unluğunun unun artması (gerilmiş yay gibi) malzemenin içi enerjisini artırır. r. Denge durumu bozulan atomlar denge durumuna gelme eğilimindedir. DışD ışarıdan bir enerji (ısı)( ) verilecek olursa, malzeme eski düzenli d haline gelir. Bu olaya yeniden kristalleşme denilir. Haddelemeye giriş çıkış 1100 C 850 C PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 59
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme Yeniden kristalleşmede olaylar üç safhada incelenebilir: 1. Toparlanma (0.1-0.3 T ergime ) 2. Yeniden Kristal Oluşumu umu (0.3-0.5 T ergime ) 3. Tane Büyümesi B ( > 0.5 T ergime ) PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 60
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 1. Toparlanma (0.1-0.3 T ergime ) Plastik şekil değiştirmeye uğramu ramış metale dışd enerji verilince ilk önce kristal hatalarında bir azalma görülür. r. Ara yer atomları boş yerlere yayınır, ters işaretli i dislokasyonlar biri birini yok eder, boş yerler bir araya toplanır, dislokasyonlar aynı hizaya gelerek küçük üçük k açılıa tane sınırları oluşur. ur. Malzemenin mekanik özelliklerinde bir değişiklik iklik olmamış ıştır PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 61
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 2. Yeniden Kristal Oluşumu: umu: (0.3-0.5 T ergime ) Metale verilen dışd enerji artırılırsa, rsa, dislokasyon yoğunlu unluğunun unun çok olduğu u yüksek y enerjili bölgelerde b yeni kristal çekirdekleri oluşur. ur. Bu çekirdekler büyüyerek b yerek malzemenin yeniden kristalleşmesi tamamlanır. Yeniden kristalleşen en malzemenin kristal tane büyüklb klüğü, oluşacak çekirdek sayısına, çekirdek sayısı da dislokasyon yoğunlu unluğu u fazla olan bölgelerin b çokluğuna una bağlı olduğu için in kristal tane büyüklb klüğü şekil değiştirme miktarına bağlıdır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 62
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 2. Yeniden Kristal Oluşumu: umu: (0.3-0.5 T ergime ) Yeniden kristalleşme için i in gerekli dışd enerji malzemeyi ısıtarak sağlan lanır. Bu olaya tavlama denilir. Yeniden kristalleşme sıcakls caklığı,, malzemenin bir saat içinde inde kristalleşmesini tamamlayabildiği i sıcakls caklıktır. Çok az karbonlu bir çelik içini in T e T ykek 04, ( ) T = 1536 + 273 = 1809K T 0, 4 1809 = 723K = 450 C ykek PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 63 e o 63
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 3. Tane Büyümesi B ( > 0.5 T ergime ) Malzemenin tavlama süresi s ve tavlama sıcakls caklığı artırılır r ise taneler büyüyerek b yerek irileşir Böyle bir yapı çoğu u zaman arzu edilmez. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 64
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme %33 soğuk şekil değiştirme uygulanmış pirinçte yeniden tane oluşumu umu ve tane büyümesib PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 65
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme %33 soğuk şekil değiştirme uygulanmış pirinç PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 66
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 580 C C de 3saat tavlandıktan sonra yeniden kristalleşme çekirdekleri oluşmaya başlam lamış PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 67
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 580 C C de 4 saat tavlamadan sonra bozulmuş tanelerin yerine yeniden oluşan taneler almış PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 68
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 580 C C 8 saat tavlama sonucu yeniden kristalleşme tamamlanmış PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 69
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme yeniden kristalleşme tamamlandıktan 15 dakika sonra oluşan taneler PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 70
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Yeniden Kristalleşme 700 C C de kristalleşme tamamlandıktan 10 dakika sonra oluşan taneler. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 71
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk ve Sıcak S Şekillendirme Malzemenin şekillendirme işlemi i yeniden kristalleşme sıcakls caklığının n altında yapılıyor yor ise soğuk şekillendirme, üstünde yapılıyor yor ise sıcak şekillendirme denilir. Kurşun un ve kalay oda sıcakls caklığında sıcak s şekillendirmeye uğradu radığı halde demir 400 C'de soğuk şekillendirilmiş olur. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 72
MALZEMELERİN ŞEKİL DEĞİŞ ĞİŞTİRME ÖZELLİKLERİ Soğuk Şekillendirme Soğuk şekillendirme ve yeniden kristalleştirme tirme işlemi i ile malzemelerin tane boyutları küçültülebilir. lebilir. Tane boyutu küçük üçük k olan malzemenin dayanımı daha yüksek y olur. Haddelemeye giriş çıkış 1100 C 850 C PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 73
SAF METALİN MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERİ
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Tane Ufaltma Katı eriyik Alaşı şımlandırılması Deformasyon Sertleştirmesi tirmesi Isıl İşlem PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 75
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Tane Ufaltma Tane sınırlars rları dislokasyonlar için in engeldir. Tane sınırlars rlarında boşluklar vardır r ve yönler değişir. ir. Tane sınırlars rları artarsa, dislokasyonlar için in gerekli olan kuvvet artar. Malzeme tane boyutu azalırsa, tane sınırları artar. Tane ufaltması; ; hızlh zlı soğutma ve katıla laşma sırass rasında içine ine katı malzeme katılarak (aşı şılama) çekirdek oluşturmas turması ile yapılır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 76 76
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Katı eriyik Alaşı şımlandırılması Araya giren atom boyutu küçük üçük k ise; atomlar, atomlar arası mesafeyi koruyabilmek için i in çekme gerilmeleri oluşturur. Yani atomlardan daha küçük üçük k bir atom girerse; çekme kuvveti oluşur. ur. Daha büyük b k bir atom girerse; atomlar onları itmek isteyecek ve atomlar üzerinde basınç kuvvetleri oluşacakt acaktır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 77
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Katı eriyik Alaşı şımlandırılması Basınç Dislokayonların olduğu bölgelerde çekme ve basınç gerilmeleri vardır. r. Yabancı atomların n olduğu bölgeler onları nötrler. Çekme Yeralan ve ara yer olarak yerleşen en bu atomlar sayesinde dislokasyon hareketi engellenir. Ve mukavemet artar PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 78 78
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Deformasyon Sertleştirmesi tirmesi Plastik şekil değiştirme miktarı arttıkça dislokasyon yoğunlu unluğu u da artar. Dislokasyonlar birbirlerinin hareketini engelledikleri için i in dislokasyon hareketi zorlaşı şır. Bu olaya pekleşme veya şekil değiştirme sertleşmesi denilir. Plastik şekil değiştirmenin artması ile öyle bir noktaya gelinir ki, artık k malzeme şekil değiştirmeye uğratu ratılamaz, çatlaklar oluşur ur ve kırılır. k r. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 79
SAF METALİN N MUKAVEMETİNİ ARTTIRMA YÖNTEMLERY NTEMLERİ Isıl İşlem Isıl l işlemler i neticesi meydana gelen martenzit, beynit, temperlenmiş martenzit mikroyapılar ları veya oluşturulan çökeltiler, dislokasyon hareketini zorlaştırır. r. Bu yöntem y bilhassa çeliklerin dayanım artırma rma işlemleri i için i in sıkça s a uygulanmaktadır. PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN 80