MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 2 Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Mukavemet ve akma davranışı

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 2 Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Mukavemet ve akma davranışı Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2012-2013 Bahar Yarıyılı

2. Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi 2.2. Mukavemet ve Akma Davranışını Etkileyen Faktörler 2.2.1. Akma mukavemetine mikroyapının etkisi 2.2.2. Pekleşmeye mikroyapının etkisi 2.2.3. Akma mukavemetine sıcaklık ve deformasyon hızının etkisi 2.2.4. Pekleşmeye sıcaklık ve deformasyon hızının etkisi 2.2.5. Dinamik yaşlanma 2.2.6. Bauschinger etkisi 2 Genel Bakış

Gerçek gerilme w a h r e S p a n n u n g Akma mukavemeti F l i e ß g r e n z e ( R e L, R p 0, 2 ) = f ( T, e, G Mikroyapı) e f ü g e ) V e Pekleşme r f e s t i g u n g d s / d e = f ( T, e, e, G e f ü g e ) Mikroyapı) W a h r e B r u c h d e h n u n g = f ( T, e, G Mikroyapı) e f ü g e ) Gerçek kırılma gerinmesi w Gerçek a h r e D e h gerinme n u n g Gerçek gerilme-gerinme diyagramlarına etkiyen önemli parametreler 4

R el, R p0,2 = s kayma + s + s + s + KE P Tİ s Ç s engel s 2 P s 2 Ç R el, R p0,2 = s kayma + s + s + KE Tİ s engeller Gerçek gerilme-gerinme diyagramlarına etkiyen önemli parametreler 5

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 Önemli kafes hatalarının şematik gösterimi 6

Karbona Kohlenstoff aşırı doymuş in katı übersättigtem ergiyik Mischkristall a) Ausgangszustand Başlangıç durumu Dislokasyon Versetzung b) Gleichgewichtszustand Denge durumu Cottrell-Wolke bulutu Bir kenar dislokasyonu çevresinde arayer atomlarının kümelenmesi 7

Gerilme Bakehardening Deformasyon (örn: derin çekme) sonrası Dislokasyon Başlangıç durumu C-atomu Gerinme Bake-hardening etkisinde gerçekleşen fiziksel metalurjik olaylar 8

s KE, MPa s katıergiyik, MPa ferrit s KE ~ c s KE 2 n 1 da 2 ~ a dc G c n östenit Östenit yapıcı elementler, arayer Ferrit yapıcı elementler, yeralan Östenit yapıcı elementler, yeralan Alaşım elementi miktarı, kütle-% Alaşım elementi miktarı, kütle-% Yeralan ve arayer elementlerinin ferrit ve östenitin alt akma sınırına etkisi (oda sıcaklığı) 9

Akma Fließgrenze sınırı, [MPa] Dislokasyon Versetzungsdichte yoğunluğu [10 10 cm -2 ] 0 1 4 9 16 25 800 700 600 s P 1 G b toplam 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 Dislokasyon Versetzungsdichte yoğunluğu [10 5 cm -1 ] Ferritin akma sınırının dislokasyon yoğunluğu ile ilişkisi 10

Hall-Petch s Tİ k d 1/ 2 s bei Yeteri ausreichendem miktarda Spannungs- gerilme aufbau oluşturan der tane Korngrenze sınırındaki emittierte dislokasyonlar Versetzungen Dislokasyon Versetzungs- kaynağı quelle s Tane sınırında dislokasyonların yığılması 11

Untere Alt akma Streckgrenze sınırı R el, MPa ReL [MPa] Untere Alt Streckgrenze akma sınırı R ReL el, [MPa] R el s i k y d 1/ 2 800 700 Dehngeschwindigkeit Deformasyon hızı e = 8.3. 10-5 s -1 800 700 Dehngeschwindigkeit Deformasyon hızı e = 8.3. 10-2 s -1 600 600 500 500 400 400 300 300 200 OS RT -25 100 o C -75 o C -125 0 o C 0 3 6 9 Tane boyutu Korndurchmesser d -1/2 [mm -1/2 ] 200 OS RT -25 100 o C -75 o C -125 0 o C 0 3 6 9 Tane boyutu Korndurchmesser d -1/2 [mm -1/2 ] C10 çeliğinde farklı sıcaklık ve deformasyon hızlarında mukavemet 12

Akma Streckgrenze sınırı R el in, [MPa] 600 550 C-Mn-Nb-Stahl çeliği 500 450 400 350 300 C-Mn-Stahl çeliği 250 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 d -1/2 [mm -1/2 ] 30 20 15 12 10 8 7 6 5 d [ m] 7 8 9 10 11 12 Tane Korngröße boyutu ASTM Farklı alaşımlarda Hall-Petch ifadesi 13

Akma sınırı R el, MPa v Ç, d Ç, D ` A u s s c h e i d u n g Çökelti oluşumu O s t w a l d r e i f u n g Ostwald kabalaşması D ` v T Ç d c d T Ç d k s s s t k Kesme S c h n e i d e n U m g e h e n Halkalama t s ~ Ç f Ç s k d Ç K e i m b i l d u n g Çekirdeklenme Temperleme A n l a ß süresi, d a u e r t Temperlemede metalik malzemelerde gerçekleşen olayların şematik gösterimi a G b a G b v s Ç D d t Ç 1/3 Ç 14

Çökelti sertleşmesi Festigkeitszunahme durch Ausscheidungshärtung ile mukavemet artışı s st Ç, [MPa] 1000 500 Titan Titanyum 100 Abschreck- Su verme alterung yaşlanması 50 Niob Niyobyum Vanadium Vanadyum x=0.003 m x=0.01 m x=0.03 m x=0.10 m 10 10-4 5 10-3 5 10-2 5 Ausscheidungs-Volumenanteil Çökelti miktarı, hacimsel miktar v T v Ç Çökelti tipi ve boyutuna bağlı olarak çökelti sertleşmesinin mukavemete etkisi 15

Streckgrenze [MPa] Akma sınırı, MPa 500 400 300 Perlit 200 Ferritkorngröße Ferrit tane boyutu 100 Mischkristall Katı ergiyik (Mn), (Mn), sürtünme Reibspannung gerilmesi Mischkristall (Si, N) Katı ergiyik (Si,N) 0 0 20 40 60 80 100 Perlit miktarı, % Perlitanteil [%] Normalizasyon tavlaması sonrası ferritik perlitik yapıda perlit miktarına göre mukavemet dağılımı 16

Akma Streckgrenze sınırı, [MPa] 2000 Massengehalt Nikel miktarı, an Nickel % [%] 30 25 20 15 1500 1000 Mischkristallhärtung Karbon ile katı ergiyik durch Kohlenstoff sertleşmesi 500 Kafes Härtung hataları durch ile Gitterbaufehler sertleşme -Eisen demir 0 0 0.3 0.6 0.9 1.2 Massengehalt Karbon miktarı, an Kohlenstoff % [%] Dislokasyonlar Verfestigung durch ile sertleşme Versetzungen (Pekleşme) Martenzitte arayer atomu olarak çözünen karbon atomları ile katı ergiyik sertleşmesi 17

18 Sertleştirme mekanizmalarının mukavemete etkisi

~ e s P ~ toplam s P ~ e ds de ~ 1 e s P ~ n Gerçek gerilme-gerinme diyagramlarına etkiyen önemli parametreler 20

n değeri n-wert 0.30 C O Mn 0.28 Mn Cr Ni 0.26 N C 0.24 P Cu C 0.22 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 Alaşım Legierungsgehalt elementi miktarı, [%] % Demir alaşımlarında alaşım elementlerinin n-değerine etkisi 21

Spannungs-Dehnungs-Kurven in den unterschiedlichen Temperaturbereichen s e s s e e e e e thermisch aktiviertes Fließen dynamische Reckalterung diffusionsgesteuertes Difüzyon kontrollü Versetzungskriechen Isıl aktive akma Dinamik yaşlanma dislokasyon sürünmesi 0 RT 100 200 300 400 < 0,4. T s Temperatur Sıcaklık, T ºC [ o C] R s s * ( T, e ) el i Farklı sıcaklık aralıklarında gerilme-gerinme eğrileri 23

E l K Ep Kinkler Kinken İki kink oluşumu sayesinde ısıl aktivasyon ile Peierls gerilmesinin aşılması 24

s = s i +s * s * s * 0 s * 1 T=0K T 1 T 2 T 0 (T 1 >0K) (T 2 >T 1 ) (T 0 >T 2 ) Dislokasyon Versetzung G 1 G 2 G 0 s * 2 s i 0 0 s i Mesafe Abstand x Farklı sıcaklıklarda bir dislokasyon engelinin aşılması 25

s / G s * 0 / G e 2 > e 1 e 2 e 1 s i / G T 0, 1 T 0, 2 0, 4. T S T e m p e r a t u r T Sıcaklık Gerçek gerilme-gerinme diyagramlarına etkiyen önemli parametreler 26

Untere Alt Streckgrenze akma sınır R el ReL, MPa [MPa] 1200 1000 800 StE 47 normalisiert St47, normalize edilmiş e pl. = 10-4 s -1 e pl. = 10-2 s -1 e pl. = 10-1 s -1 e pl. = 10 0 s -1 e pl. = 10 2 s -1 600 400 60 100 140 180 220 260 300 340 380 Temperatur Sıcaklık, T K [K] Sıcaklık ve deformasyon hızına bağlı olarak mukavemetin değişimi 27

wahre Gerçek Spannung gerilme sw [MPa] wahre Spannung sw [MPa] Gerçek gerilme 600 500 Cu (kfz) (YMK) 600 500 Fe (HMK) (krz) -135 ºC 138K 400-120 ºC 153K 400-100 ºC 173K 300 295K 22ºC 300 25ºC 298K 200 493K 220 ºC 200 100 100 0 0 10 20 30 40 50 60 Gerçek wahre Dehnung gerinme e w [%] 0 0 10 20 30 40 50 60 wahre Gerçek Dehnung gerinme e w [%] YMK ve HMK malzemeler için sıcaklığın gerçek gerilme-gerçek gerinme diyagramına etkisi 29

Eşdeğer uzama (Kesit daralmasından önceki Gleichmaßdehnung uzama değieri) Zunahme Artan der akma Fließgrenze sınırı Armco-Eisen Armco-demiri C 10 St 52-3 St E 47 St E 70 42 Cr Mo 4 Temperatur Sıcaklık HMK kafesli çelik alaşımlarında eşdeğer uzamaya sıcaklık ve akma sınırının etkisi 30

Gerçek gerilme Pekleşme Verfestigung dsw/dew [MPa] 1500 ds w de w e1 e 1,e 2 wahre Spannung sw 1000 R e,3 R e,2 500 R e,1 e 3 e 1 e 2 Abnahme Adyabatik der deformasyon Verfestigung für e 10-2 s -1 ile durch pekleşme adiabatische ( Verformung 10-2 sn -1 ) ε e 3 >>e 2 >e 1 0 0 0.1 0.2 0.3 Gerçek gerinme wahre Dehnung e w [-] e w,gl Yüksek deformasyon hızlarında adyabatik deformasyon etkisi 31

Gerileme, Spannung [MPa] 500 400 300 200 100 : Gleichmaßdehnung Eşdeğer uzama Aluminium (kaltgewalzt) Aluminyum (soğuk haddelenmiş) n = 0.04 m= 0.003 r = 0.76 HSLA-Stahl çeliği (Nb-Si) n = 0.16 m= 0.005 r = 0.80 3003-0 Aluminium Aluminyum n = 0.22 m= 0.005 r = 0.70 0 0 10 20 30 40 50 Gerinme, Dehnung [%] % Al ile durgunlaştırılmış çelik Al - beruhigter Stahl n = 0.23 m= 0.012 r = 1.6 Zn-Ti alaşımı Legierung n = 0.05 m= 0.06 r = 0.35 n r m : Hollomon denklemindeki üs : Dikey anizotropi : Gerinme hızı duyarlılığı Farklı malzemelerde çekme testi sonuçları 32

Spannung [MPa] Gerileme, MPa Demir-karbon alaşımı (%0,01 C) 720 ºC den su verme + 60 C de farklı sürelerde ısıl işlem 250 230 210 190 170 150 Auslagerungsdauer Isıl işlem süresi, in dk. min: 69000 1200 300 30 10 <1 5 0 15000 7200 2400 T = 60 o C 1,6 ay 10 gün 5 gün 40 saat 20 saat 5 saat 30 dk 10 dk 5 dk 1 dk 130 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Dehnung Gerinme, [%] % Yaşlanma (Statik yaşlanma, su verme yaşlanması) 34

Geschwindigkeit v und vc [m/s] 10-2 10-3 Temperatur Sıcaklık [K] 1000 666 500 400 333 375 o C v Hız v ve v c 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 v c 10-9 10-10 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Sıcaklık Temperatur [10-3 K -1 ] Sıcaklığa bağlı olarak karbon atomlarının difüzyon hızı (v c ) ve dislokasyonların (v) hızı 35

Kuvvet, N Dinamik gerinme yaşlanması Uzama Dinamik gerinme yaşlanması Bleck, 2008 36

%0.2 0,2%-Dehngrenze Akma sınırı R p0.2 R p0,2 ve und %0.2 0,2%-Stauchgrenze basma sınırı s 0.2 s q0,2, MPa [%] 800 800 Vorverformung Ön deformasyon durch (çekme) Zug 800 600 600 600 400 400 400 200 0 St37-3 200 0 C 35 200 0 C 70 1000 800 Ön nach deformasyon der Vorverformung sonrası hemen sofort geprüft test edilmiş tavlanma spannungsarm sonrası geglüht test 1000 800 Vorverformung Ön deformasyon durch (basma) Druck 1000 800 600 R p0,2 s 0,2 600 600 400 400 400 200 St37-3 0 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 200 C 35 0 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 200 C 70 0 0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 bleibende Ön Dehnung deformasyon oder Stauchung sonrası kalıcı bei der şekil Vorverformung değişimi, %[%] Alaşımsız çeliklerde gerilim giderme tavlaması öncesi ve sonrasında çekme ve basma ile ön deformasyonun etkisi 38