MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ 1 1 /45
Endüstride malzeme seçiminin TASARIM (Design) ile yakın bir ilişkisi vardır. Bir ürün (ev, araba, alet vs.) yapmak istiyorsanız önce onu tasarlamanız gerekir. Şapkadan toplu iğneye, dişli çarklardan kaşıklara, taş duvarlara kadar birçok ürün birer tasarım eseridirler. 2 2 /45
Bu ürünlerde TASARIM YOK denilebilir mi? 3 3 /45
Dizayn daha iyi özelliklerde bir malzeme üretmek için geliştirilen bir prosestir. Örneğin; dişliler, kollar, miller, yataklar, vs. gibi. Bu parçalar malzeme lerden oluşurlar. Bu parçaların bazısı metal, bazısı plastik, bazısı seramik vs. gibi çeşitli malzemelerdendir. Bu malzemeler değişik imalat yöntemleri mesela; döküm, dövme, haddeleme gibi yöntemlerle ürün haline gelmişlerdir. 4 4 /45
Bu ürünlerin aşağıdakiler gibi çok değişik şekilleri vardır. Bu farklı şekillerdeki ürünlerin ağırlıkları aynı osa bile onlara uygulanan gerilmelere karşı davranışları farklı olacaktır. Demek ki kullanılacak malzemenin şekil faktörü de çok önemlidir. 5 5 /45
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu parçalar, bulundukları çalışma yerlerindeki şekilleri ile yük taşır lar, zorlamalara maruz kalırlar. Bu zorlamalar Çekme, basma, Burma, Kesme ve Eğme yüklemeleri şeklindedir. Bu malzemeler, ısı iletirler, yorulurlar, genleşirler, aşınırlar, korozyona uğrarlar. 6 6 /45
Tasarım, düşünülen bir fikri, bir ürüne dönüştürme işlemidir. Tıpkı bir köprü kuracağım deyip bu rüyayı gerçekleştirme gibi. Bu köprü tasarımının her aşamasında, karar alma vardır. Bu köprü tasarımı, malzeme seçme yi zorunlu kılar. Bu köprü tasarımında yeni malzemeler çıktıkça eski malzemeler terkedilir. Mühendislerin kullandıkları malzeme sayısı günümüzde 200.000 in üzerindedir. 7 7 /45
Malzeme seçiminde sistematik bir yol izlemeye ihtiyaç vardır. Başlangıçta tasarım AKICI dır ve fikirler GENİŞTİR. Tüm malzemeler göz önüne alınır. Sonra tasarım, bir ODAK NOKTAya doğru gelir. Malzeme seçim kriterleri keskinleşir. Ulaşılan malzeme listesi daha DAR ve KISA olur. Tasarımın ileri aşamalarında çok daha doğru veriler geldikçe seçilecek malzeme sayısı da düşer. En sonunda hassas verilere varıldıkça, seçilecek malzeme tek sayıya bile inebilir. Malzeme seçimi, onu üretmek ve şekillendirmek için yapılan ; deformasyon, birleştirme, yüzey işlemlerinden bağımsız yapılamaz. Onların da göz önüne alınması gerekir. Malzeme seçiminde; malzemenin fiyatı, malzemenin çevreye olan etkisi de göz önüne alınır. 8 8 /45
İyi bir mühendislik tasarımı, tek başına ürünü satmaya yetmez. Şu cümleler çok önemlidir. İyi bir tasarım çalışır, Ama mükemmel bir tasarım zevk verir, tutku oluşturur. Bir tasarımcının en çok ihtiyaç duyduğu şey, AÇIK FİKİR li olmasıdır. Tüm ihtimalleri göz önüne almalıdır. Bu şuna benzer; GENİŞ BALIK AĞI KURARSAN ÇOK BALIK ÇEKERSİN 9 9 /45
MALZEME SEÇİMİNDE GENEL OLARAK DİKKATE ALINACAK TEMEL FAKTÖRLER 1. Mukavemet 2. Süneklik 3. Kararlılık 4. İmal edilebilirlik 5. Elde edilebilirlik 6. Korozyon direnci 7. Isı iletim özelliği 8. Maliyet Birçok uygulama, bütün bu faktörlerin olmasını gerekli kılmaz. Ama bazı uygulamalarda da ek faktörlerin de devreye girmesi gerekebilir. 10 10 /45
1. Mukavemet Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme çalışma esnasında uygulanan yüke ve doğacak gerilmeye dayanır mı, dayanmaz mı? 2. Süneklik : Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme, üretim aşamasında ne kadar, çalışma esnasında ne kadar sünek olması gerekir? Yeterli süneklilik genelde mukavemetten fedakarlıkla elde edilir. 11 11 /45
Mekanik Özellikler Mukavemetli Tok hafif esnek hepsi TAMAM! Elastik modül küçük (daha yüksek E) yeterince muk. değil(daha büyük y ) Seçilen malzemelerin iyileştirilmeye ihtiyacı var yeterince tok değil(daha büyük K ic ) Çok ağır (çok düşük yoğunlu ) 12 12 /45
Tren ray ında süneklilik az istenir., zira çalışma koşulları serttir. Yani buradaki süneklilik ne olmalı? Buhar türbin kanadında %1,5 luk süneklilik, kanadın aerodinamiğini yok etmeye yeter. Böyle bir uygulamada gevreklik avantaj olabilir. Ama buna rağmen haddelemede, extrüzyonda, tel çekmede ve diğer bazı işleme proseslerinde aranan özelliktir. 13 13 /45
3. Tasarım-Yorulma Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme çalışma esnasında neden bu kadar çabuk yoruldu? Tasarımda bir yanlışlık mı var? Çalışan malzemelerin bozulmalarının büyük ekseriyeti yorulma yüzünden, yorulmanın da % 90 tasarım ve üretim hatası ndan meydana gelmektedir. 14 14 /45
4. Kararlılık Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme çalışma esnasında ne kadar süre devamlı çalışması gerekecek? Çalışma halindeki bir malzemenin kararlılığı, doğrudan sıcaklığa, sıcaklık dalgalanmasına ve bu sıcaklıkta uzun süre kalıp kalmamasına bağlıdır. 15 15 /45
Malzemenin kararlı çalışmasını en çabuk sıcaklık ve dalgalanmaları bozabilir. Mukavemeti etkiler, sürünmeye ve iç yapı değişikliklerine sebep olur Bir roket motoru kısa süreli çalışması istenirken, bir buhar türbini yıllarca çalışsın istenir. 16 16 /45
Kararlılığın diğer bir yönü de hatanın ciddiyeti sorunudur. Örnek olarak görmüş olduğunuz gibi çaydanlıktaki bir çatlak ile yanıcı ve radyoaktif madde ile dolu kaptaki bir çatlak aynı değildir. 17 17 /45
5. Elde edilebilirlik Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme kolay mı yoksa zor mu bulunur? Sadece tek bir yöntemle mi imalatı söz konusudur? Fiyatı ulaşılamayacak kadar yüksek midir? Malzemenin nitelikleri göz önüne alınmadan, eğer malzeme kolay elde edilebilir değilse bir tasarım yapmak mantıksızlıktır. 18 18 /45
6. Üretilebilirlik Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu malzeme kolay mı yoksa zormu üretiliyor? İstenilen parça sayısı az mı çok mu? Bu parametre bir önceki elde edilebilirlik ile sıkı sıkıya bağlıdır. Sadece fark, parça sayısı fazla olunca metal kalıp gerekecek fakat masraf fazla olacak, ancak kritik sayı aşılınca karlı olunacaktır. 19 19 /45
Parça sayısı az ise imalat el ile yapılır ama ucuz malzeme kullanılır, o zaman da toplam maliyet ucuza getirilir. 20 20 /45
7. Korozyon Direnci Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu seçilecek malzeme çalışma koşullarında korozyona karşı dirençli mi? yoksa dirençsiz mi? Her tasarımda korozyon ihtimali mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. 21 21 /45
Bazı durumlarda, periyodik değiştirmeler gerektiren yerlerde daha kötü bir malzeme kullanmak daha elverişli olabilir çünkü bu durum pahalı bir malzeme kullanılmasından daha ekonomiktir. Bununla birlikte, bazı durumlarda bu yaklaşım, hayati tehlike ihtimali veya farklı sebeplerden kabul edilmeyebilir. 22 22 /45
8. Maliyet Bu kriter şu sorunun karşılığı olarak önemlidir. Bu seçilecek malzemenin fiyatı nedir? Malzeme seçiminde bu kriter, son karar olarak ödün vermeyi gerektirebilir. Bu malzemeden vazgeçilebilir mi?. 23 23 /45
Büyük tasarruflar genellikle imalat prosedüründen veya malzemenin kullanıldığı şekilde değişiklikler yaparak gerçekleştirirler. Örneğin bazı özel kompleks şekiller, doğrudan pahalı işlemlerle elde edilebilecekken; levha, plaka, döküm veya dövme yöntemlerinden biriyle hazır imal edilmiş basit parçaların birleştirilmesinden de yapılabilirler. Diğer taraftan birleştirme masrafı döküm veya ekstrüzyon yöntemleri kullanılarak minimize edilebilir. Buna belirgin bir örnek otomobil motorlarındaki krank milleridir. 24 24 /45
Örneğin, Krank mili imalatı son yıllara dek hep dövme çelikten yapılırdı. Çünkü darbeye karşı çok sert oluyor, mutlaka dövme ıslah çeliği nden yapılmalıdır, fikri bu günlerde darbe çok sert olmamakta, çok yüksek sertliğe gerek olmadığı, sadece yeterli sünekliliğe sahip olması yeterli şeklinde düşünülerek küresel grafitli dökme demirden de yapılmaya başlanmıştır. Dövme, küresel grafitli dökme demire göre çok pahalıdır. Dövme islah çeliği Küresel G. dökme demir 25 25 /45
Malzemelerin Sınıflandırılması Şayet, atomlararası bağ kuvvetleri ve diğer özellikleri dikkate alırsak mühendislik malzemelerini 4 ayrı sınıfa ayırabiliriz. (Seramikler ve camlar ile Polimerler ve Elastomerler tek grup olarak düşünülmelidir) Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 26 26 /45
METALLER PLASTİKLER SERAMİKLER KOMPOZİTLER Örnek malzeme Fe,Çelik,Zn,Cu,Ni Pvc, bakalit Briket, cam Beton, kontraplak Atomlara arası Bağ Metalik Kovalent İyonik / Kovalent Makro düzeyde birleşme Mukavemet Yüksek düşük Basma muk. yüksek MMK- iyi, PMK- düşük Isıl İletkenlik yüksek düşük düşük değişken Elektrik iletkenliği yüksek düşük düşük Değişken Korelasyon katsayısı >= 8 <=8 <=6 - Özgül ağırlık Ağır Hafif yüksek MMK - yüksek PMK - düşük PŞV kabiliyeti İyi Termoplastikler (iyi) Termoset (yok) Süneklik Darbe direnci Korozyon direnci Al sünek W - gevrek Çelik yüksek Kurşun -düşük Paslanmaz ç-iyi Demir kötü Termoplastik sünek Termoset - gevrek MMK : Metal matrixli kompozit, PMK : Polimer matrixli kompozit,smk : Seramik matrisli kompozit yok Sert, gevrek Zayıf PMK sünek SMK gevrek yüksek düşük PMK yüksek SMK düşük İyi İyi PMK iyi MMK - kötü 27 27 /45
Uygun malzeme seçimi Sıcaklık, çevre koşulları, uygulanan gerilmenin derecesi, ve diğer faktörleri içeren imalat ve çalışma koşulları bilinmeden uygun malzemeyi seçmek zordur. Bu malzeme çalışma esnasında uygulanan yüke ve doğacak gerilmeye dayanır mı, dayanmaz mı? Yüzde yüz mukavemet gerekiyorsa bu parametre birinci sırada olmasına karşılık bazen birinci sıraya bir anda sertlik, korozyon, iletkenlik, manyetiklik, özgül ağırlık, mukavemet / özg.ağırlık gelebilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 28 28 /45
Evdeki su tesisatı bakır borudan da döşenir, çelik borudan da döşenir. Bakır boru Çelik boru Su basıncı Düşük Düşük Mukavemet Düşük Yüksek Tesisat masrafı Düşük Yüksek Malzeme fiyatı Yüksek Düşük Kışın donda Esner Çatlar Eğer, boru evin dışında da bulunacaksa ve o bölgede hava sıcaklıkları eksi değerlere düşüyorsa boru içindeki su donar. Su donarsa çelik boru çatlar, bakır boru genleşir ama çatlamaz. Mukavemet, fiyat ve tesisat masrafı açısından olumsuz olmasına rağmen o bölgede bakır boru seçilmelidir. 29 29 /45
Metaller Aynı veya benzer tür atomların karışımından meydana gelen metallerde metalik bağ vardır. Kütle içinde bulunan serbest elektronlar nedeni ile termal ve elektriksel iletkenlikleri yüksektir. Serbest elektronlar üzerlerine düşen ışığı yansıtırlar. Bu nedenle saydam olamazlar. Metaller parlatılarak yansıtıcı (reflektör) olarak kullanılmaya elverişlidirler. Koordinasyon sayıları büyük olduğundan (KS < 8) özgül ağırlıkları yüksektir, genellikle 7 gr/cm 3 den fazladır. Sürekli elektron bulutu içinde bulunan atomların çevreleri benzerdirler ve kuvvet etkisinde yer değiştirebilirler. Dolayısıyla metaller, genellikle plastik şekil değiştirme yeteneğine sahiptirler. Metallerin elastisite modülleri ve mukavemetleri nispeten yüksektir. Saf halde iken çoğu metal sünektir ve kolayca deforme edilebilirler. Ayrıca alaşımlandırma, soğuk şekil verme ve ısıl işlemle sertlik ve mukavemetleri arttırılabilir. Bazı yüksek mukavemetli alaşımların süneklikleri %1 in bile altındadır (yay çelikleri gibi). Bu gibi alaşımlar uzayarak şekil değiştirmeksizin kırılan gevrek malzemelerdir. Ama metallerin çoğu kırılmazdan önce oldukça fazla miktarda kalıcı şekil değişimine maruz kalırlar ki bunlar da tok malzemelerdir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 30 30 /45
Metal Dökme demir ve Çelikler Bakır ve alaşımları Alüminyum ve alaşımları Çinko ve alaşımları Magnezyum ve alaşımları Nikel ve alaşımları Titanyum ve alaşımları Altın ve alaşımları Gümüş ve alaşımları Kalay ve kalay-kurşun alaşımları Uygulama Alanları Motor şaftı, dişliler, kutular, kaporta, takımlar, endüstriyel ekipmanlar Elektrik kontakt ve kabloları, sıhhi tesisat malzemeleri, kutular, yaylar, klipsler, yataklar, dişliler, mutfak malzemeleri Kutular, otomotiv parçaları, taşıt araçları parçaları, bisiklet gövdesi, elektrik iletim kablosu Galvanizleme, otomotiv parçaları, ev aletleri parçaları, yataklar, el aletleri Otomotiv, endüsstri ve hava taşıtları parçaları, bilgisayar kasaları, kamera gövdeleri, ev aletleri, merdiven Gaz türbin parçaları, protezler, ısıl işlem ekipman parçaları, roket motor parçaları, mıknatıs, elektronikte kaplamalar Uçak gövdesi ve jet motor parçaları, protezler, kimyasal prosesler için bileşenler Kuyumculuk, elektronik amaçlı iletkenler ve kaplamalar, Kuyumculuk, elektronik amaçlı kaplamalar, lehimcilik Lehim, çelikler için kaplama (teneke), elektronik için kaplamalar Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 31 31 /45
Polimerler Polimerler üretiminin bir aşamasında, plastik olarak kolayca biçimlendirildiklerinden bunlara plastikler de denir. Plastik; polimer hammaddesinin gerek şekillendirme aşamasında gerekse kullanım esnasında bir takım özelliklere sahip olması için bazı katkı maddeleri (Plastikleştiriciler, yağlayıcılar, renk vericiler, UV stabilizatörü vs.) ile karıştırılıp, uygun bir yöntemle şekillendirme sonrası elde edilen ürüne denir. Bunlar moleküllerden oluşurlar. Periyodik cetvelin sağ üst köşesinde bulunan bazı metalik olmayan elementler (C, H, N, O, F, Cl, gibi) komşuları ile valans elektronlarını paylaşma eğilimi gösterirler. Böylece birbirlerine kovalent bağlarla eklenerek zincir tarzında büyük moleküller meydana getirirler. Tabiatta tek başına bulunabilen Monomer olarak adlandırılan basit organik moleküllerin, birbirleriyle Polimerizasyon denilen uç uca eklenme reaksiyonuyla zincir yapısı oluştururlar. Reaksiyon şartlarının uygunluğu nisbetinde zincirde yer alan molekül sayısı 25.000 lere kadar çıkar. Monomer iken gaz halindeki madde, polimerizasyonun ilerlemesi ile önce sıvılaşır, sonra mumsu bir hal kazanır, daha sonra ise katı bir madde halini alır. Polimerizasyon daha da devam ederse o zaman daha sert, rijit polimerler elde edilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 32 32 /45
Tabiatta tek başına bulunabilen Monomer olarak adlandırılan basit organik moleküllerin, birbirleriyle Polimerizasyon denilen uç uca eklenme reaksiyonuyla zincir yapısı oluştururlar. Reaksiyon şartlarının uygunluğu nisbetinde zincirde yer alan molekül sayısı 25.000 lere kadar çıkar. Monomer iken gaz halindeki madde, polimerizasyonun ilerlemesi ile önce sıvılaşır, sonra mumsu bir hal kazanır, daha sonra ise katı bir madde halini alır. Polimerizasyon daha da devam ederse o zaman daha sert, rijit polimerler elde edilir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 33 33 /45
Lineer ve Dallanmış yapı termoplastiklerde olur. Karşılıklı bağlı denilen vulkanize yapı ise elastomerlerde görülür. Elastomerler de aslında lineer-düz zincir yapılı polimerlerin birbirlerine karşılıklı olarak kimyasal bağlarla bağlanması yoluyla üretilir. Zincirlerin birbirlerine kükürt kullanılarak karşılıklı bağlanmasına Vulkanizasyon denir. Uzay ağı denilen network yapı ise termoset denilen plastiklerde görülür. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 34 34 /45
Polimerler atomik bağların sürekliliği ve atomların dizilişi yönünden iki ayrı tür yapıya sahiptirler. Birinci türde kovalent bağlı molekül birimleri (mer) zincir şeklindedir ve komşu molekül zincirleri ile aralarında zayıf Van der Waals bağları vardır. Bunlara lineer düz zincir yapılı polimerler denir. Yüksek sıcaklıkta bu zayıf bağlar kolaylıkla kopar ve polimer yumuşar. Bu durumda kalıp içini doldurarak kolayca biçim verilir. Soğuma suresinde zayıf yan bağlar tekrar oluşur ve kütle sertleşir, tekrar ısıtılırsa benzer şekilde yumuşar. Bu özelliği nedeniyle lineer polimerlere Termoplastikler denir. Bu tür plastikler genellikle yük altında kolay şekil değiştirirler ve mukavemetleri düşüktür. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 35 35 /45
İkinci tür yapıya sahip polimerlerde kovalent bağ, sürekli bir ağ oluşturur ve bunlara uzay ağı polimerleri, network, karşılıklı bağlı veya üç boyutlu polimerler denir. Üretim suresinde meydana gelen sürekli kovalent bağ, şekil değiştirmeyi çok kısıtlar. Bu nedenle genellikle sert ve gevrek olurlar. Ancak üretimin belirli bir aşamasında viskoz bir kıvamda iken, kalıba doldurularak biçim verilir. Üretim sırasında ısının etkisiyle oluşan kuvvetli bağların sayısı çoğalırsa sertlik artar, polimerizasyon denen moleküllerin birbirlerine kovalent bağlarla bağlanma reaksiyonu tamamlandıktan sonra ısının etkisi kalmaz, sıcaklık arttırılsa dahi yumuşama olmaz. Ancak aşırı sıcaklık kavrulmaya ve kovalent bağların bozunmasına neden olur. Böyle bir malzeme kömürleşerek ufalanır ve eski sertlik ve mukavemeti de kalmaz. Karşılıklı bağlar bir kez oluşup da plastik ürün soğuyunca sertlik korunur tekrar ısıtılırsa yumuşama oluşmaz. Bu polimerlere Termoset plastikler denir ve bunların tekrar kullanılmaları, geri dönüşümü mümkün değildir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 36 36 /45
Elastomerler, cam geçiş sıcaklığının (Tg) üzerinde uzun zincirli polimerlerdir. Cam geçiş sıcaklığının altında polimer zincirlerini birbirine bağlayan karşılıklı bağlar sağlam kalır fakat zincirleri birbirine bağlayan zayıf Van der Walls ve hidrojen bağları etkisiz hale gelirler. Bu ise elastomerlerin çok önemli bir özelliğidir ki 10-3 GPa olan elastik modülleri (Metallerin tipik modüllerinden yaklaşık 10 5 kez daha küçüktür) sıcaklık arttıkça artar ve muazzam bir elastik uzamaya (% 1200 e kadar) sahip olur. Halbuki bu durum, diğer bütün katılarda tam tersidir, yani sıcaklık arttıkça modül azalır. Termoset plastiklerin geri dönüşümü çok düşük oranda varsa da bu tekrar elastomer olarak değil farklı sektörlerde olmaktadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 37 37 /45
Polimerlerde koordinasyon sayısı küçüktür (KS<4), dolayısıyla özgül ağırlıkları da düşüktür (<2,2 gr/cm3). Isıl ve elektriksel iletkenlikleri çok düşüktür çünkü kovalent bağlıdırlar ve genellikle yalıtkan olarak kullanılırlar (Atomlarının son yörüngelerinde serbest elektronları olmadığından). Saydam olabilirler ışığı iyi yansıtmazlar. Çoğu polimerlerin elastisite modülleri metallerinkinden yaklaşık 50 kez daha düşüktür. Fakat bazı polimerlerin modülleri ise metallerinki kadar yüksektir. Lineer polimerler, sünek olabilirler, buna karşın uzay ağı polimerleri gevrektir. Termoplastikler sürünmeye maruz kalırlar. Yani yük altında iken oda sıcaklığı gibi çok düşük sıcaklıklarda bile kalıcı şekil değişimine maruz kalırlar. Bu yüzden özellikleri kullanım sıcaklığına bağlıdır. Mesela, 20 C de esnek olan bir plastik ürün, buzdolabında 4C de gevrek iken, 100 C deki suya koyduğumuzda ise sürünmeye uğrar ve şekli deforme olabilir. Çok azı 200 C nin üzerinde iken kabul edilebilir bir mukavemeti vardır. Bazı polimerler kristal yapılı iken bazıları amorf yapılıdır. Amorf yapılı polimerler saydam yapılıdır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 38 38 /45
Seramikler Seramikler, metal ve metal olmayan elementlerin oluşturduğu iyonik bileşiklerdir. Elektropozitif elementler (Na, Mg, Fe, Al gibi), elektronegatif elementlerle (Cl, O gibi) kolaylıkla iyonik bağ kurarak (NaCI, MgO, Fe 2 O 3, SiO 2, gibi) çok çeşitli türde seramik bileşik meydana getirirler. Koordinasyon sayıları çoğunlukla 6, bazılarında ise 4 tür. Çoğunlukla kristalli ve kısmen de amorf yapıda (camlar) bulunurlar. Özgül ağırlıkları metallerle plastikler arasında olup çoğunlukla 2-3 ton/m 3 arasındadır. Seramiklerin, plastik deformasyon kabiliyetleri yoktur. Sert ve gevrektirler. Yüksek sertlikleri dolayısıyla Al 2 O 3, TiC, WC, SiC gibi bileşikler aşındırıcı (abrazif) olarak kullanılırlar. Ergime sıcaklıkları yüksek, ısıl ve elektriksel iletkenlikleri ise düşüktür. Elektrikli ısıtıcılarda, fırınlarda, yalıtım malzemesi (refrakter malzeme) olarak kullanılırlar. Bazıları saydamdır, ışığı kötü yansıtırlar. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 39 39 /45
Çekme mukavemetleri oldukça düşük olmakla beraber çoğunlukla basma mukavemetleri yüksektir. Basma mukavemetleri kimi seramiklerde çekme mukavemetlerinin 15 katı kadar olabilir. Dış etkilere karşı dayanımları yani korozyon dirençleri çok yüksektir. Beton, fayans, tuğla, kiremit gibi seramik malzemeler yapılarda büyük ölçüde kullanılırlar. Ayrıca ileri teknoloji seramikleri diye adlandırılan saf oksitler, karbürler, silisitler ve nitrürler üstün mekanik özellikleri nedeni ile son yıllarda büyük önem kazanmışlardır. Bu ileri teknoloji seramikleri, uzay ve havacılık sanayiinde, kesici takım malzemelerinde, elektronik sanayiinde, implant malzeme endüstrisinde, optik endüstrisinde, nükleer reaktörlerde, vs. gibi pek çok sahada kullanılmaktadır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 40 40 /45
Zirkonya Porselen Çini SiC kesme diski Silisyun Nitrür bilye Alümina ürünler Alümina femur başı Porselen diş Fiber optik kablo Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 41 41 /45
Camlar, kristal yapılı olmayan katılardır. Seramik malzemelerin epey bir kısmını bunlar oluşturur. Soda-kireç camı, bor-silikat camı (borcam) gibi pek çok çeşitleri ve buna bağlı olarak pek çok kullanım alanı vardır. Metallerde cam olarak katılaştırılabilir. Eğer metaller, yeteri kadar hızlı bir şekilde soğutulabilirlerse onlar da kristal yapı oluşturamadan katılaşıp metalik cam haline gelebilirler. O takdirde bu amorf yapı, metallerin sahip oldukları plastiklik özelliğini ortadan kaldırır ve onlarda seramikler gibi sert ve gevrek hale gelirler ki o zaman küçük gerilmelerde bile kırılabilirler. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 42 42 /45
Kompozit Malzemeler İki veya daha fazla malzemenin, belirli şekil ve oranlarda makro ölçekte bir araya gelmesiyle oluşan malzeme kombinasyonlarına Kompozit (Karma) Malzemeler denir. Bu malzemelerde yapı bileşenleri; matriks, fiber, partikül, pul, tabaka ve iskeletdir. Matriks malzemesi; metal, seramik ve polimer olabilir. Fiber ve partikül takviyeli kompozitler çok yaygındır. Takviye fazı olarak; karbon, cam, aramid ile SiC, B 4 C, Al 2 O 3, TiC gibi bir çok seramik bileşikler kullanılmaktadır. Kompozit malzemeler ile daha rijit, yüksek sıcaklığa dayanıklı, daha hafif daha tok malzemeler elde edilebilmektedir. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 43 43 /45
Kompozit Malzemeler Sert Metal-Freze bıçağı Al-PE tabaka yapılı Fiber takviyeli epoksi oto kaporta Fren balatası Çeşitli levhalar PC- PS Çelik Yelek Oto lastik kesiti Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 44 44 /45
Tasarımda özellik bilgisinin yeri Malzeme bilgisinin çeşitleri: Bu şemanın merkezinde dizaynın sağlaması gerekli olan (izin verilenler) veriler ve ilgili malzemenin şekillendirilmesi için gerekli olan karakteristikler, kullanımı sırasında ortaya çıkan durumlar ve kullanımı için dizayn rehberi yer alır. Prof.Dr. İbrahim ÖZBEK MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ 23 Şubat 2016 45 45 /45