Malzemelerin Deformasyonu

Malzemelerin Deformasyonu

Malzemelerin deformasyonu Kristal, etkiyen kuvvete deformasyon ile cevap verir. Bir malzemeye yük uygulandığında malzeme üzerinde çeşitli yönlerde ve çeşitli şekillerde yükler oluşur. Malzeme bu yükler tesiri altında ancak hasara (yani deformasyona) uğratılır. bu yüklerin bazıları aşağıda örnekleri ile malzeme üzerinde gösterilmiştir; Yüksüz Çekme Basma Kesme Burma Deformasyon mekanizmaları Yırtılan kenar Yırtılma Kayma Malzeme Bilimi Slaytları 2/40

Çekme ve Basma da Kayma Mekanizmaları Basma yükünde (eksenel yük) Çekme yükünde (eksenel yük) Basma yükünde (eksenel olmayan yük) Çekme yükünde (eksenel olmayan yük) Malzeme Bilimi Slaytları 3/40

Elastik deformasyon Malzemeler uygulanan kuvvetin büyüklüğüne göre elastik, plastik ve anelastik olmak üzere üç çeşit deformasyona maruz kalırlar. Elastik şekil değişimi, kuvvet uygulanan malzemeye ait atomların komşularından ayrılmadan aralarındaki uzaklığın değişmesi anlamına gelir. Uygulanan kuvvet ortadan kalkınca, cisim eski boyuna geri dönüyorsa bu tür şekil değişimine elastik deformasyon denir. Gerilmesiz durum Çekme gerilmesi uygulandığında Basma gerilmesi uygulandığında Gerilme kaldırıldıktan sonra Malzeme Bilimi Slaytları 4/40

Gerilme (kn/m 2 ) Elastik deformasyon Bir malzemenin elastik davranışını görmek için o malzemenin çekme diyagramından faydalanılır. Kristal yapılı malzemelerde uygulanan gerilme (σ) ile birim elastik uzama arasında (ε) Hook kanunu ile ifade edilen doğrusal bir ilişki (σ=e.ε) vardır. Birim uzama(%) Gerilme-uzama grafiği Kristallerin kütle, hacim, entalpi, entropi gibi özellikleri doğrultuya göre değişmez, buna izotropik özellikler denir. Elastisite modülü, elektrik ve ısı iletkenliği gibi özellikler değişir, buna anizotropi özellikler denir. Malzeme Bilimi Slaytları 5/40

Gerilme (kn/m 2 ) Plastik deformasyon Plastik deformasyon, uygulanan gerilmenin malzemenin elastik sınırını aşması sonucu kalıcı şekli değişiminin oluşumuna denir. Yükü kaldırsanız bile malzemede bir miktar uzama oluşur,bu miktar gerilme-uzama diyagramında aralığına eşittir. Birim uzama(%) Malzeme Bilimi Slaytları 6/40

Plastik deformasyon mekanizmaları Deformasyon mekanizmaları Kayma İkizlenme Tane sınırı kayması Yayınma sürünmesi En yaygın plastik deformasyon oluşum mekanizmasıdır Kaymanın kolay olmadığı durumlarda görülür Yüksek sıcaklık, düşük deformasyon hızlarında görülür Yayınma ile atomların yer değiştirmesi ile oluşur Malzeme Bilimi Slaytları 7/40

Kayma Kayma, dislokasyonların belirli düzlem ve doğrultularda hareket etmesi sonucu meydana gelir. Kaymanın meydana geldiği düzlem ve doğrultu kayma sistemini oluşturur. Kayma dislokasyonların hareketi sonucu meydana gediğinden dislokasyon hareketini sağlayacak bir gerilme değerini uygulanması gerekir. Düşük enerjili dislokasyonlar yani burger vektörü kısa olan dislokasyonlar daha rahat hareket eder. Bunun için tek kristalli bir malzemede kayma gerilmesinin çıkaralım; Kuvvet doğrultusu Kayma düzlemi Zn tek kristali Malzeme Bilimi Slaytları 8/40

Kayma Kayma düzleminde kayma gerilmesi r A S S Burada S ;, in kayma doğrultusundaki bileşeni, A S ; kayma düzlemi alanıdır. (Dikkat edin cos Φ =sin λ) Kayma düzleminin normali Kayma doğrultusu r S.cos... A A S S.cos A cos A S A cos.cos.cos.cos. cos ç cos. cos Schmit faktörü Açılar 45 olduğunda bu değer maksimumdur. r kr. ç 1 2 ç 2 Kayma düzleminin uygulanan gerilme doğrultusuna dik veya paralel olduğu durumda kayma gerçekleşmez. Bu durumda malzeme ikizlenme ile deformasyona uğrar. Malzeme Bilimi Slaytları 9/40

İkizlenme İkizlenme Kaymanın kolay olmadığı durumlarda plastik deformasyona ikizlenme katkıda bulunur. Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir. Kristal ikiz düzlemi adı verilen bir düzleme göre simetrik duruma gelir. Diğer bir deyişle; İkizlenme ile ötelenmiş veya ötelenmemiş atomlar ikiz düzlemlerine göre birbirinin aynadaki görüntüsü gibidir. Malzeme Bilimi Slaytları 10/40

İkizlenme İkizlenme, plastik deformasyon esnasında meydana gelebildiği gibi tavlama esnasında da meydana gelebilir. 1. Deformasyon İkizleri: Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir. Çünkü bu şartlarda kayma zordur. Deformasyon ikizleri daha çok magnezyum ve çinko gibi sıkı paket hekzagonal yapılı metallerde ve tungsten, α-e, ve pirinç gibi hacim merkezli yapılarda görülür. 2. Tavlama İkizleri: Daha çok alüminyum, bakır, gümüş ve pirinç gibi yüzey merkezli kübik yapılarda görülür. Bu ikizler, soğuk deformasyondan sonra uygulana tavlama ile oluşur. Düşük sıcaklıklarda ikizlenme içi gerekli olan gerilme kayma için gerekli olandan daha düşük olduğu için şekil değişimi ikizlenme ile olur. Malzeme Bilimi Slaytları 11/40

İkizlenme İKİZLENME 1. Mekanik ikizlenme çok yüksek deformasyon hızlarında veya ani yüklemelerde ve düşük sıcaklıklarda oluşur. 2.Oluşan deformasyon miktarı toplam deformasyonun küçük bir kısmıdır. 3.Kayma için gerekli olan gerilmeden daha fazladır. 4. Sıcaklığın etkisi daha az KAYMA 1. Bu şartlarda kayma kolaylıkla oluşmaz. 2. Plastik deformasyon daha çok kayma ile oluşur. 3. Daha az gerilmelerde görülür. 4. Sıcaklığın etkisi daha fazladır. 5.İkiz düzlemi boyunca oryantasyon farkı oluşur (Aynadaki görüntüsü gibi,)yani ikiz bölgesi parlatmayla kaybolmaz.yönlenmeler farklıdır. 5. Kaymada kristalin kaymış kısmı,kaymamış kısmıyla aynı oryantasyona sahiptir veya çok az değişir. Basamaklar kristal yüzeyinde görülebilir. Parlatmayla kaybolur. 6.Bir atom boyutundan daha az mesafelerde oluşur. 7.Atomlar veya düzlemleri hepsi deformasyona uğrar. 8. Ancak ikiz görüntüsü oluşturacak şekilde sınırlıdır. 9. Geniş bantlar şeklinde görülür. 6. Bir atom boyutunda oluşur. 7. arklı kayma düzlemlerinde olur. 8. Kayma yönü (+) veya (-) olabilir. 9. Mikroskopta ince çizgiler halinde görülür. Malzeme Bilimi Slaytları 12/40

Tane sınırı kayması Çok kristalli malzemelerde, yüksek sıcaklık ve düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Taneler birbirlerine göre yer değiştirirler.bu kayma yön değiştirmesi esnasında tane kenarlarında mikro boşluklar oluşur.deformasyon sırasında bu boşluklar büyür ve erken kırılmaya neden olur.çekme eksensiyle 45 açı yapan tanelerde en fazla kayma olur. σ Tane sınırları kayması sonucu mikro boşluklar σ Malzeme Bilimi Slaytları 13/40

Yayınma sürünmesi Çok yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Bu mekanizmanın etkin olabilmesi için deformasyon sıcaklığının malzemenin ergime sıcaklığının %90 ının üzerinde olması gerekir. Bu durumda çok kristalli malzemeler dislokasyon hareketi için gereli kritik gerilmeden daha düşük gerilmeler altında yayınma sürünmesi ile şekil değiştirebilirler. Bu mekanizmada malzeme içerisindeki atomlar gerilme ekseni doğrultusunda boşluklar ise gerilme eksenine dik doğrultuda yayınırlar. Bu yayınma sonucu malzemelerin taneleri uzayabilir. Bu durumda taneler en fazla tane boyutu kadar yol alabilirler. Atom boşluklarının yayınması σ Atom yayınması σ Atom boşluklarının yayınması σ σ Malzeme Bilimi Slaytları 14/40

Tane boyutunun mukavemete etkisi Tane boyutunun mukavemete etkisi genel olarak Hall-Petch bağıntısı ile ilişkili idi. Yani tane boyutu azaldıkça mukavemet artmakta idi. akat bu şart her zaman geçerli değildir. Gerilme b>0.5, Şekil değiştirme hızı düşük Tb<0.5 Tb>0.5, Şekil değiştirme hızı yüksek Tane boyutu Malzeme Bilimi Slaytları 15/40