MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri 3 Şekillendirmenin Metalurjik Esasları Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2012-2013 Güz Yarıyılı

3. Şekillendirmenin Metalurjik Esasları 3.1. Metallerin yapısı 3.2. Elastik deformasyon 3.3. Plastik deformasyon 3.4. Akma gerilmesi 3.5. Çatlak oluşumu 3.6. Rekristalizasyon 3.7. Akma gerilmesine etkiyen faktörler 3.8. Plastik şekillendirme uygulanan tipik malzemeler 2 Genel Bakış

Malzemelerde 4 temel bağ türü bulunmaktadır. Metalik bağ İyonik bağ Kovalent bağ Van der Waals bağları Metalik bağ Pozitif yüklü atomlar (Metal iyonları) Elektron bulutu İyonik bağ Bağ türleri 3

Metalik atomları temelde elektron vererek artı yüklü konuma geçerler. Pozitif yüklü iyonlar Saf bir metalde elektron alabilecek hiçbir atom bulunmaktadır. Bağlanmamış halde bulunan elektronlar (valans elektronları) bir elektron bulutu oluştururlar. Valans elektronları metalde serbestçe hareket edebilirler. İyi bir elektrik ve ısı iletimi sağlarlar. Tamamen saf olan bir metalde atomların hepsi aynı değerliktedir. Plastik şekillendirebilirlik Pozitif yüklü atomlar (Metal iyonları) Elektron bulutu Metalik bağ Metalik bağ 4

Yüzey merkezli kübik (ymk) Hacim merkezli kübik (hmk) Hegzagonal sıkı paket (hsp) Örnek g-fe, Al, Cu a-fe, Cr, Mo Mg, Zn, Be Kayma düzlemi 4 6 1 Kayma doğrultusu 3 2 3 Kayma sistemi 12 12 3 Plastik şekillendirebilirlik Çok iyi İyi Sınırlı Birim kafes yapılarında kayma 5

Birim kafes yapısı İdeal kristal yapı Kristal kafes Mikroyapı görüntüsü Gerçek mikroyapının 2 boyutlu kesiti Gerçek kristal yapısı Kesit alınan düzlem Şematik görüntü Gerçek görüntü Kristaller kümesi Metalik yapısının atomik ve mikroskobik düzeyde görünümü 6

Kuvvet Çok kristal Tek kristal uygun olmayan yönlenmede Tek kristal uygun yönlenmede Uzunluk Yüzey merkezli kübik kafes Uygun yük doğrultusu Uygun olmayan yük doğrultusu Metalik bağ 7

Tane sınırı Boşyer Fe-atomu Yeralan atomu Arayer atomları Kalıntı ya da çökelti Kalıntı ya da çökelti İstif hatası Dislokasyon Dislokasyonların oluşturdukları alt tane sınırı Kafes hataları Bleck, 2003 8

Kuvvet Numune 1 Numune 2 Numune 1 Numune 2 A 1 = 2. A 2 ise F 1 = 2. F 2 Uzunluk Kuvvet kesit alanı ile belirleniyor. Çekme deneyi 10

Gerilme Numune 1=2 Gerilme: Gerinme: Elastik alanda geçerli: Gerinme E=Elastisite modülü Elastik alanda gerilme-gerinme değişimi 11

Çekme Basma Kayma Çekme gerilmesi Basma gerilmesi Kayma gerilmesi Yükleme türüne bağlı olarak oluşan gerilmeler 12

Yükleme öncesi Yükleme sırasında Çekme yüklemesi sonucu elastik uzama Saf elastik çekme gerilmesi S Gerilme e - Uzama E Elastisite modülü 13

Yükleme öncesi Yükleme sırasında Kayma yüklemesi sonucu elastik kayma Saf elastik kayma gerilmesi g Kayma açısı - Kayma gerilmesi G Kayma modülü - Possion oranı E- Elastisite modülü 14

Gerilme Gerçek gerilme (Gerçek kesit ile orantılı) Yükün kaldırılması Tekrar yükleme Mühendislik gerilmesi (İlk kesit ile orantılı) Gerinme Gerilme gerinme eğrisi (boyun vermeye kadar) 16

Kayma önce Dislokasyon hareketi sonra Yüksek enerji gereksinimi Düşük enerji gereksinimi Plastik deformasyon türleri 17

Kayma Dislokasyon hareketi Plastik deformasyon türleri 18

İkizlenme oluşumu Inconel 718 Östenitik mikroyapı İkizlenme düzlemi Kayma sistemleri aktif olmadığı ya da deformasyon hızı çok yüksek olduğu takdirde, mekanik ikizlenme oluşumu meydana gelebilir. İkizlenme oluşumu İkizlenme ile plastik deformasyon 19

Gerilme Tek eksenli gerilme 3 eksenli gerilme Kesit daralması Kırılma Elastik gerinme ya da Plastik gerinme Eşdeğer kesit daralması Gerçek akma gerilmesi artan plastik gerinme (uzama) ile birlikte artar. Gerinme Çekme testi yardımıyla akma gerilmesinin belirlenmesi 21

Gerilme Akma gerilmesinin belirlenmesinde kullanılabilen alan Kırılma ya da Gerinme Gerçek gerilme: Akma gerilmesi: Çekme testi yardımıyla akma gerilmesinin belirlenmesi 22

Akma gerilmesi Pekleşmenin üstesinden gelebilmek için gerekli gerilme Plastik akmanın başlaması için gerekli gerilme Gerinme Akma eğrisi Klöcke,2006 23

Dislokasyon hareketinin şematik gösterimi Dislokasyon kaynağı Tane sınırı Kayma düzlemi Hareket doğrultusu Düşük deformasyon sonrası bakırda oluşan dislokasyon yapıları Tane sınırına yığılan dislokasyonlar Tane sınırı Dislokasyonların oluşturduğu pekleşme 24

Tresca ve von Mises e göre akma kriterleri 25

Tresca ve von Mises e göre akma kriterleri 26

Proses/Test Gerilmeler Mohr dairesi Çekme testi Tek eksenli çekme Sürtünmesiz basma testi Tek eksenli basma Derin çekme Taban bölgesinde iki eksenli çekme Genişlemesiz haddeleme İki eksenli basma Sac kesme Saf kayma Tresca ve von Mises e göre akma kriterleri 27

Gerilme Elastik şekil değiştirme Gerilme ve gerinme arasında Hooke kanununa göre değişim olmaktadır. Possion oranı Gerilme Plastik şekil değiştirme Gerilme ve gerinme arasındaki değişime göre akma kriterinin belirlenmesidir. Hooke kanunu ve Levy-Mises akma kriteri 28

Gerçek gerinme (plastik) Hacmin sabit olduğu dikkate alınırsa: Gerinme (elastik) Elastik ve plastik gerinmelerin toplamı İdealize edilmiş basma durumunda gerinmelerin belirlenmesi 29

Örneğin bir çubuğun uzunluğu yarıya indiriliyor ve iki katına çıkarılıyor. Basma Çekme Elastik gerinme Plastik gerinme Avantaj: Plastik gerinmede çoklu deformasyon adımlarında meydana gelen şekil değişimleri kolayca toplanabiliyor. Neden elastik ve plastik gerinme? 30

Elastik gerinme Plastik gerinme Çoklu deformasyon adımlarında toplam deformasyon miktarının belirlenmesi 31

Çelik DIN EN 1.4452 Sıcaklık = 1150 C =0.80 Çatlak oluşumu Erişir, 2008 33

Çelik DIN EN 1.4882 Sıcaklık = 1150 C =0 =0.70 =0.80 =0.90 Çatlak oluşumu Erişir, 2008 34

Plastik şekillendirme Döküm 1. Çekirdeklenme 2. Çekirdek büyümesi 3. Tane büyümesi Tane deformasyonu Tanelerin büyümesi ve deformasyonu 36

Toparlanma Soğuk şekillendirilen bir mikroyapıda rekristalizasyonun şematik gösterimi Koşullar: - v > 0 - T > T rekristalizasyon - Süre Kesit daralması Çekme mukavemeti R m R m değerinde küçük azalma A 10 değerinde büyük artış Sıcaklık Statik rekristalizasyon 37

Akma gerilmesi Makinanın sınırları Takım malzemesinin sınırları Kritik gerinme / Çatlak oluşumu Gerinme Rekristalizasyon tavlaması yapmadan soğuk şekillendirmenin sınırları 38

Rekristalizasyon tavlaması Rekristalizasyon tavlaması Akma gerilmesi Gerinme Rekristalizasyon tavlaması ile pekleşme gideriliyor ve akma gerilmesi düşürülüyor. Statik rekristalizasyon sonrası gerilme değişimi 39

Başlangıç durumu 580 C de 3 sn 580 C de 4 sn 580 C de 8 sn 580 C de 15 dk Rekristalizasyon mekanik özelliklerin deforme edilmemiş malzeme ile aynı seviyeye gelmesi ile anlaşılır. Bir pirinç alaşımında rekristalizasyon 40

Dinamik rekristalizasyon 41

Akma gerilmesi Rekristalizasyon sıcaklığı altında deformasyon sıcaklıklarında Düşük deformasyon hızı Rekristalizasyon sıcaklığı üstünde deformasyon sıcaklıklarında Gerinme Deformasyon sıcaklığının akma eğrisine etkisi 42

Akma gerilmesi Deformasyon hızının değiştirilmesi Rekristalizasyon sıcaklığının altındaki deformasyon sıcaklıklarında Gerinme Deformasyon hızının akma eğrisine etkisi 43

Tane boyutu Rekristalizasyonun görüldüğü bölge Gerinme Tane boyutuna gerinme ve sıcaklığın etkisi 44

C-miktarı Akma gerilmesi k f Normalize edilmiş Yumuşak tavlanmış Normalize edilmiş Yumuşak tavlanmış Normalize edilmiş Yumuşak tavlanmış Karbon miktarı Gerçek gerinme Akma gerilmesi Malzemenin etkisi 46

C15 çeliği (deformasyon sıcaklığı=1150 C) Akma gerilmesi k f Deformasyon hızı Gerçek gerinme Akma gerilmesi Akma eğrisi 47

Al 99,9 (deformasyon hızı=10 sn -1 ) Akma gerilmesi k f Sıcaklık Gerçek gerinme Akma gerilmesi Akma eğrisi 48

Çelik Kafes C Cr Mn Si Ni 16MnCr5 Sementasyon çeliği Hmk 0,16 0,95 1,15 0,25-100Cr6 Sertleşebilir çelik Hmk 1,00 1,5 0,35 0,25 - X5CrNi1810 Östenitik çelik Ymk 0,05 18 - - 10 Östenitik çelikler ymk kafes yapıları dolayısıyla soğuk şekil vermeye oldukça uygundur. Çelikler ve uygulamaları 50

Aluminyum ve Aluminyum alaşımları (örn: EN AW-AL99,98Mg1) o Ymk => çok iyi sıcak ve soğuk şekillendirebilirlik o Sertleşebilirliği artırmak için alaşım elementleri (örn: Cu, Mg, Si, Zn) Titanyum alaşımları (örn: Ti6Al4V) o Hmk/hsp => soğuk şekil verilebilir o Hsp yapıcı alaşım elementleri (örn: Al, Sn, O) o Hmk yapıcı alaşım elementleri (örn: V, Cr, Fe) Diğer demir dışı metaller: Bakır, Nikel, Magnezyum, Zirkonyum, Kalay, Çinko, Kurşun Diğer metaller ve uygulamaları 51