MAK211: Mühendislik Malzemeleri Dersin amacı... Malzeme bilimi ve mühendislik ilişkisi kavramlarının tanıtılması Şunları öğreneceksiniz: malzemenin yapısı yapının özellikleri nasıl belirlediği üretimin yapı değişiklikleri üzerindeki etkisi Ders şunlarda yardımcı olacak: malzemelerin doğru kullanımı malzemelerin değişik dizaynlarda kullanılabileceğinin farkındalığını yaratmak Chapter 1-1
Bölüm 1: Başlangıç Malzeme bilimi nedir? Malzeme bilimi hakkında neden bilgilendirilmeliyiz? Malzemeler toplumumuza yön vermiştir Taş devri Bronz devri Demir devri şimdi? Silikon devri? Polymer devri? Chapter 1-2
Örnek- Kalça implantasyonu Yaş ve hastalıklar sonucu eklemler bozulur. Özellikle belli bölgelere ağır yükler biner (mesela kalça eklemine). Alıntı: Fig. 22.25, Callister 7e. Chapter 1-3
Örnek- Kalça implantasyonu Teknik gereklilikler Mekanik dayanıklılık (fazla devir) İyi kayganlık biyouyum Alıntı: Fig. 22.24, Callister 7e. Chapter 1-4
Örnek- Kalça implantasyonu Alıntı: Fig. 22.26, Callister 7e. Chapter 1-5
Kalça implantasyonu Halledilecek anahtar problemler Acetabular kapağın sabitlenmesi için gereken malzeme Cup ı kayganlaştırıcı malzeme Femur kökü sabitleyici malzeme ( yapışkan ) Cup taki herhangi bir çöküntü engellenmeli Femur Kökü Alıntı: Bölüm 22 açılış fotoğrafı, Callister 7e. Top Acetabular Kapak ve Gömlek Chapter 1-6
Sertlik (BHN) Yapı, İşlem, & Özellikler Özellikler yapıya bağlıdır ör: çeliğin yapısı ve sertlik ilişkisi 6 00 5 00 4 00 3 00 2 00 (a) 30 m (b) 30 m (c) 4 m (d) 100 0.01 0.1 1 10 100 1000 Soğutma hızı (ºC/s) İşlem yapıyı değiştirebilir ör: çeliğin yapısı ve soğutma hızı ilişkisi 30 m Data obtained from Figs. 10.30(a) and 10.32 with 4 wt% C composition, and from Fig. 11.14 and associated discussion, Callister & Rethwisch 8e. Micrographs adapted from (a) Fig. 10.19; (b) Fig. 9.30;(c) Fig. 10.33; and (d) Fig. 10.21, Callister & Rethwisch 8e. Chapter 1-7
Malzeme Türü Metaller: metal bağlar Güçlü, sünek (dövülgen) Yüksek termal ve elektrik iletkenliği opak, yansıtıcı. Polymerler/plastikler: Kovalent bağlar e - paylaşımı Yumuşak, sünek, düşük dayanıklılık, düşük yoğunluk termal ve elektrik yalıtkanlık Optik olarak yarı saydam yada saydam. Seramikler: iyonik bağlar metal ve ametal elementlerin bileşiği (oksitler, karbitler, nitritler, sülfitler) kırılgan, camsı termal ve elektrik yalıtkanlık Chapter 1-8
Malzeme seçim prosesi 1. Uygulama seçilir Özellikler belirlenir Özellikler: mekanik, elektriksel, termal, manyeti, optik, yıkıcı (bozucu). 2. Özellikler Aday malzemenin(lerin) belirlenmesi Malzeme: yapı, kompozisyon. 3. Malzeme İşlem tekniğinin belirlenmesi İşlem: Yapıda ve tüm şekilde değişiklik yaratır ex: döküm, sinterleme, buharlı biriktirme, katılama oluşumu, montaj, tavlama. Chapter 1-9
Özdirenç, (10-8 Ohm-m) ELEKTRİKSEL Bakırı elektriksel özdirenci: 6 5 4 Adapted from Fig. 18.8, Callister & Rethwisch 8e. (Fig. 18.8 adapted from: J.O. Linde, Ann Physik 5, 219 (1932); and C.A. Wert and R.M. Thomson, Physics of Solids, 2nd edition, McGraw-Hill Company, New York, 1970.) 3 2 1 0-200 -100 0 T (ºC) Cu ya katkı atomlarının eklenmesi özdirencini arttırır. Cu nun deformasyonu özdirencini arttırır. Chapter 1-10
Termal İletkenlik (W/m-K) TERMAL Uzay mekiğinin yüzeyi: -- Silika fiber yalıtım düşük Isı iletkenliği sağlar. Adapted from chapteropening photograph, Chapter 17, Callister & Rethwisch 3e. (Courtesy of Lockheed Missiles and Space Company, Inc.) Bakırın Termal İletkenliği: -- çinko eklenmesiyle azalır! 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 Kompozisyon (wt% Zinc) 100 m Adapted from Fig. 19.4W, Callister 6e. (Courtesy of Lockheed Aerospace Ceramics Systems, Sunnyvale, CA) (Note: "W" denotes fig. is on CD-ROM.) Adapted from Fig. 19.4, Callister & Rethwisch 8e. (Fig. 19.4 is adapted from Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H. Baker, (Managing Editor), American Society for Metals, 1979, p. 315.) Chapter 1-11
Magnetization MANYETİK Manyetik Bellek: -- Kayıt ortamı (Recording medium) kayıt kafasıyla (recording head) manyetikleştirilir. Manyetik Geçirgenlik & Kompozisyon: -- % 3 lük Si atomu katkısı Fe i daha iyi kayıt ortamı yapar Fe+3%Si Fe Fig. 20.23, Callister & Rethwisch 8e. Magnetic Field Adapted from C.R. Barrett, W.D. Nix, and A.S. Tetelman, The Principles of Engineering Materials, Fig. 1-7(a), p. 9, 1973. Electronically reproduced by permission of Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey. Chapter 1-12
OPTİK Transmittance: -- Aluminum oxide may be transparent, translucent, or opaque depending on the material structure. single crystal polycrystal: low porosity polycrystal: high porosity Adapted from Fig. 1.2, Callister & Rethwisch 8e. (Specimen preparation, P.A. Lessing; photo by S. Tanner.) Chapter 1-13
OPTİK Aktarganlık (transmittance): -- Malzemenin yapısına bağlı olarak aluminyum oksit saydam, yarısaydam veya opak olabilir. tek crystal polykristal: düşük gözenek polykristal: yüksek gözenek Adapted from Fig. 1.2, Callister & Rethwisch 8e. (Specimen preparation, P.A. Lessing; photo by S. Tanner.) Chapter 1-14
Çatlama hızı (m/s) BOZULMA (KİMYASAL) Gerilim & Tuzlu su... -- Çatlamaya sebep olur! Isıl işlem: çatlağın ilerleme hızını azaltır! 10-8 10-10 Artan yük ısıl işlemsiz 160ºC de 1 saat testten önce bekletilmiş 7178 alaşımı doymuş NaCl çözeltisinde 23ºCde test edilmiştir Adapted from Fig. 11.20(b), R.W. Hertzberg, "Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials" (4th ed.), p. 505, John Wiley and Sons, 1996. (Original source: Markus O. Speidel, Brown Boveri Co.) Adapted from chapter-opening photograph, Chapter 16, Callister & Rethwisch 3e. (from Marine Corrosion, Causes, and Prevention, John Wiley and Sons, Inc., 1975.) -- malzeme: 7150-T651 Al "alaşım" (Zn,Cu,Mg,Zr) 4 m Adapted from Fig. 11.26, Callister & Rethwisch 8e. (Provided courtesy of G.H. Narayanan and A.G. Miller, Boeing Commercial Airplane Company.) Chapter 1-15
Dersin hedefi: ÖZET Doğru malzemenin seçimi. Özellik, yapı ve işlem arasındaki ilişkinin anlaşılması. Malzeme seçiminin farkındalığıyla yeni ürün tasarımlarının gerçekleşebilmesi. Chapter 1-16