PLASTİK DEFORMASYON Mikr ölçekte plastik defrmasyn, uygulanan gerilme etkisiyle çk sayıdaki atmun kimyasal bağlarını kpararak hareket etmesi ve yeni bağlar kurmasıyla luşur. Kristal yapılı katı malzemelerde plastik defrmasyn genellikle çizgisel kusurlar lan kenar ve vida dislkasynlarının hareketinden kaynaklanan kayma mekanizmasıyla açıklanır. Bazı metallerde ikizlenme layı da plastik defrmasynda etkilidir. Dislkasynların plastik defrmasyndaki önemi kusursuz kristal yapılar için terik larak hesaplanan dayanım değerlerinin gerçekte ölçülen değerlerden kat kat yüksek lduğunun görülmesiyle anlaşılmış ve yapı içindeki kusurların, özellikle de dislkasynların, şekil değişimini klaylaştırdığı snucuna ulaşılmıştır. Kenar dislkasynları uygulanan gerilme yönünde, vida dislkasynları ise uygulanan gerilmeye dik yönde hareket ederek snuçta uygulanan gerilme yönünde bir defrmasyn hareketine yl açarlar. Yani her iki dislkasyn hareketi de aynı plastik defrmasyn ile snuçlanır. Kristal kafeste plastik (kalıcı) şekil değişimi lması için kafesin bir bölümünün kmşu atmlarla bağlarını kparıp kayma düzlemi byunca ötelenmesi gerekir. Bunun için ilgili düzlemdeki tüm atmların bağlarının aynı anda kpması için gerekli terik kuvvetler çk büyüktür. Oysa deneysel larak bulunan değerler bu terik kuvvetlerin çk altındadır. Bunun nedeni dislkasynların adım adım ilerleyerek çk daha düşük kuvvetlerle kalıcı şekil değişimini sağlamasıdır. Dlayısıyla kristal yapılarda şekil değişimi için dislkasynların varlığı sn derece önemlidir. Dislkasynların hareketi ile bütün bağların kpmasına gerek lmadan çk daha düşük yükler ile şekil değişimleri gerçekleşir. Bu hareket bir tırtılın ilerlemesine benzetilebilir. Metallerde dislkasynlar katılaşma, plastik defrmasyn veya hızlı sğutmadan kaynaklanan ısıl gerilmeler snucunda luşur. Malzemedeki dislkasyn sayısı (yğunluğu) birim hacimdeki tplam dislkasyn uzunluğu veya bir kesitteki birim alanı kesen dislkasyn sayısı ile ifade edilir. Buna göre dislkasyn yğunluğunun birimi mm/mm 3 (bir milimetreküpteki dislkasyn uzunluğu) veya 1/mm 2 (bir milimetrekaredeki dislkasyn sayısı) lur. Kntrllü katılaştırılmış bir metal kristalindeki dislkasyn yğunluğu 10 3 mm -2 mertebesindeyken plastik defrmasyn snucu bu değer 10 10 mm -2 mertebesine ulaşabilir. Isıl işlem snucu bu değer 10 5 mm -2 mertebesine düşürülebilir. Özel geliştirilmiş tek kristalli yapılarda bu değer 0,1 mm -2 mertebelerine düşürülebilir. Kenar dislkasynlarının çevresindeki atmlar basma ve çekme gerilmelerinin etkisine girerler. Dislkasyn civarında ise kayma gerilmeleri luşur. Vida dislkasynlarında ise sadece kayma gerilmeleri söz knusudur.
Dislkasynlar atm yğunluğunun yüksek lduğu düzlem ve dğrultularda daha klay hareket ederler. Kaymanın gerçekleştiği bu düzlem ve dğrultulara kayma düzlemi ve kayma dğrultusu, bunların luşturduğu kmbinasyna ise kayma sistemi denir. Örneğin, YMK kafeste (1 1 1) düzlemindeki 11 0 dğrultu ailesinde kayma gerçekleşir. Birbirine yakın dislkasynlarda bulunan gerilmelerden kaynaklanan şekil değişimi alanlarının etkileşimi snucu birbirlerini iterek veya çekerek plastik şekil değişimini sağlarlar. Birbirlerini çeken dislkasynlar snuçta bir araya gelerek birbirlerini sönümlerler. Metallerin Kayma Sistemleri Yapı Metal Kayma Düzlemi Kayma Dğrultusu Kayma Sistemi Sayısı YMK Cu, Al, Ni, Ag, Au (1 1 1) 12 Fe, W, M (1 1 0) 12 HMK Fe, W (2 1 1) 12 SDH Fe, K (3 2 1) 1 1 0 1 11 1 1 0 1 1 0 Cd, Zn, Mg, Ti, Be (0 0 0 1) 11 2 0 3 Ti, Mg, Zr (1 0 1 0) 0 3 Ti, Mg (1 0 1 1) 6 11 2 11 2 0 Yüksek sayıda kayma sistemine sahip lan HMK ve YMK yapılı metaller sünek, az sayıda kayma sistemine sahip SDH yapılı metaller ise gevrek yapılıdır. 24
Bir tek kristalde kayma gerilmesi; cs cs şeklinde ifade edilir ve bu değer kritik kayma gerilmesinden büyük ise akma ve plastik şekil değişimi lur. METALLERDE DAYANIM ARTTIRICI MEKANİZMALAR: Malzeme geliştirilirken yüksek dayanımın yanında yeterli seviyede süneklik ve tkluk da istenir. Bununla birlikte genel larak dayanım ve süneklik ters rantılıdır. Çünkü dayanımı arttırmak için malzemenin plastik şekil değişimine karşı direncini yükseltmek, bunun için ise dislkasyn hareketlerini zrlaştırmak gerekir. Plastik şekil değiştiremeyen malzeme ise en zayıf lduğu yerden hasara uğrayarak üzerindeki enerjiyi bşaltır. Tek fazlı metallerde dayanım arttırmak için tane inceltme (küçültme), katı çözelti luşturma ve pekleştirme mekanizmaları kullanılır. TANE BOYUTU KÜÇÜLTME: Dislkasynlar tane sınırlarına ulaştıklarında tanelerin farklı yönlenmeleri nedeniyle dğrultu değiştirmek zrunda kaldıklarından ve tane sınırlarındaki süreksizlikler (bşluk) nedeniyle ilerlemekte zrlandıklarından dlayı tane sınırlarında dislkasyn birikimi ve buna bağlı larak gerilme yığılması meydana gelir. Birim hacim için daha büyük tane sınırı yüzey alanı bulunduğundan ince taneli malzemelerde yukarıda açıklanan mekanizmalar daha etkindir ve dayanım daha yüksektir. Çk kristalli yapılarda ise durum daha karmaşıktır. Çk sayıdaki tanenin farklı yönlenmeleri nedeniyle kayma hareketi taneden taneye değişir. Diğer bir deyişle tane sınırları kaymayı zrlaştırır. tane byutu ile dayanım arasındaki ilişki Hall-Petch denklemi ile ifade edilir. Buna göre malzemenin akma dayanımı; ak k y d şeklinde ifade edilir. Burada; ve k y malzemeye özgü sabitler, d ise mm larak rtalama tane byutudur. Tane byutu küçültme işlemi katılaşma hızının kntrlü ve ısıl işlem uygulaması ile sağlanır.
KATI ÇÖZELTİ SERTLEŞMESİ: Daha önce yer alan ve ara yer nktasal kusurları larak ifade edilen ve ana yapıda katı çözelti luşturan katışkı atmları ile yapılan alaşımlama işlemi yapıda sertleşmeye neden larak dayanımı arttırır. Çözünen atmun çözelti içindeki ranı arttıkça dayanım artarken süneklik azalır. Alaşımların daha yüksek dayanıma sahip lmasının nedeni katışkı atmlarının kafes yapısını çarpıtarak çekme ve basma şekil değişimlerine neden lmasıdır. Bu durum dislkasynların hareketini kısıtlayarak şekil değişimini zrlaştırır. Küçük çaplı yer alan atmları çekme türü, büyük çaplı yer alana atmları ise basma türü şekil değişimine neden lurlar. PEKLEŞME (DEFORMASYON SERTLEŞMESİ) : Pekleşme plastik şekil değiştiren bir malzemenin şekil değişim miktarıyla rantılı bir şekilde dayanımının artması larak ifade edilir. Diğer bir deyişle, bir malzeme ne kadar çk plastik şekil değişimine maruz kalırsa dayanımı kadar artarken sünekliği de kadar azalır. Pekleşmenin gerçekleşmesi için şekil değişiminin sğuk şartlarda (mutlak erime sıcaklığının yarısından daha düşük sıcaklıklarda) lması gerekir. Plastik şekil değişiminin büyüklüğü % sğuk şekil değişimi larak ifade edilebilir. A A A 1 % _ SŞD ( )*100 Burada; A alanını ifade eder. defrmasyn öncesi kesit alanını, A 1 ise defrmasyn snrası kesit Ara yer atmları da benzer şekilde kafes yapısını bzar ve basma türü şekil değişimleri luşturarak dislkasynları kilitlerler. Katışkı atmları dislkasyn bölgelerinde bulunan bşluklara yerleşerek hareket etmeleri için gerekli gerilme değerlerini yükseltir ve dayanım artışı sağlarlar. Ayrıca, yapı içinde bulunan büyük çaplı yer alan katışkı atmlarının ve ara yer atmlarının plastik şekil değişimi sırasında daha zr hareket etmesi de dayanım artışı üzerinde etkilidir. Sğuk şekil değişimi ile dislkasynlar birbiriyle çarpışarak birbirine engel lur ve kilitlenir. Dislkasynlar hareket etmekte zrlandığından malzemenin dayanımı yükselir. Plastik şekil değişimi nedeniyle pekleşen malzemeler ve tane küçültme ile dayanımı arttırılan malzemeler istenildiğinde ısıl işlem uygulanarak sünekleştirilebilirler. Alaşımlama ile elde edilen dayanım artışı ise ısıl işlemden etkilenmez.
Malzemeleri daha (sğuk şekil değişimi) önceki özelliklerine ve yapısına döndürmek için yapılan ısıl işleme tavlama adı verilir. Tavlama ile malzemenin dayanımı düşerken sünekliği artar. Bu yapısal değişiklik, yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilen ve snrasında tane büyümesinin labileceği tparlanma ve yeniden kristalleştirme denilen işlemlerle sağlanabilir. Bu sıcaklık malzeme özellikleri ve sğuk şekil değişim miktarına bağlı lup genellikle Te Te malzemenin ergime sıcaklığının üçte biri ile yarısı arasındadır ( T 3 yk ). 2 Sğuk şekil değişim miktarı arttıkça yeniden kristalleşme hızı artar. Alaşımlarda yeniden kristalleşme hızı saf metallere göre düşüktür. Bunun nedeni katışkı atmların işlem sırasında tane sınırlarına yerleşerek tane sınırı ilerlemesini yavaşlatmasıdır. Bu nedenle alaşımlarda yeniden kristalleştirme sıcaklığı erime sıcaklığının % 70 ine kadar çıkabilir. Yeniden kristalleştirme ile sğuk şekil değiştirme etkileri giderildikten snra tavlama devam ettirilirse taneler birleşerek rtalama tane byutu artar. Bunun snucunda dislkasyn hareketini zrlaştıran tane sınırı alanı azaldığından dayanım düşer. Tparlanma neticesinde tane yapısı değişmezken sıcaklık artışıyla birlikte atmik yayınma gerçekleşir. Dislkasynların sayısı bir miktar azalır ve şekil değişim enerjileri düşer. Böylece sıkışmış dislkasynlar gevşer ve dislkasyn hareketleri klaylaşarak dayanım bir miktar düşer. Yeniden kristalleştirme snucunda eş eksenli (hmjen/küresel) ince taneli bir yapı luşur. Yeniden kristalleşme layı zamana ve sıcaklığa bağlı lup genellikle yeniden kristalleşmenin bir saatte gerçekleştiği sıcaklık yeniden kristalleştirme sıcaklığı ( T ) larak adlandırılır. yk