ANİZOTROPİ Schmid s Tek kristle uygulandığında: En büyük kayma gerilmesi için: λ = φ = 45 o olmalıdır. Diğer düzlemlerde daha düşük gerilmeler elde edilir. Tek kristalde atom düzlemleri farklı açılar yapabilir. En düşük gerilmede kayma olabilmesi için atom düzlemleri ile max kayma gerilmesi olan açının çakışması gerekir. Çakışmaması dayanımı yöne bağlı olarak değiştirir. Anizotropi kavramı: Malzemelerin farklı yönlerde farklı özellikler göstermesi. 1
Yüzeysel kusurlar 2
Yüzeysel kusurlar atomsal istifin bozuldukları yerlerdir. Bu kusurlar; İkiz sınırlar Küçük açılı tane sınırları Tane sınırları şeklinde 3e ayrılır. Her bir kristal tane belirli sınırlarla çevrelenmiş olarak bulunurlar İkiz sınırlar İki kristal bölgeyi simetrik olarak birbirinden ayıran sınırdır. İkiz oluşumu kaymadan ziyade yapı içerisinde burkulmadan dolayı oluşur. Bu kusur çok yaygın olmamasına rağmen sebepleri Şekil değiştirme (burkularak) - sdh ve hmk yapılarda. Tavlama (ısıl lişlem) ymk yapılarda olabilir. 3
Şekil 4.15: 2 kristal bölgeyi birbirinden ayıran ikiz sınır Prinçte ikizleme sınırları (a) Mükemmel kristal. (b) ikizlemeden dolayı atomlardaki öteleme Küçük açılı tane sınırları Kristal içerisinde kenar dislokasyonlarının üst üste dizilmesi ile meydana gelir. Genelde Isıl aktivasyon ile gerçekleşir (poliganizasyon). Dislokasyonların meydana getirdiği iki komşu dizi arasındaki açı 10 o den küçüktür. Bazı kaynaklarda alt tane (sub grain) olarak ta anılır. 4
Tane sınırları Tane sınırları: birbirine komşu olarak, tek kristal şeklinde bulunan iki tanenin arasındaki yüzeydir. İki grupta incelenmektedir Katılaşma sırasında iki farklı bölgede büyümüş kristaller arasında kalan sınır yüzeyidir. Mühendislik malzemeler, l elektronik sanayi hariç genelde çok tanelidirpolikristal. Tane sınırları Tane sınırları, dislokasyonun hareketini engellemektedirler. Bu nedenle plastik şekil değişimi için daha fazla gerilme gerekir malzemenin dayanımı artar. Küçük taneli malzemeler büyük tanelilere göre daha dayanımlıdır. Dayanım σ. f ( d 1 d σ y = σ o + k / 1/ 2 ) Hall-patch denklemi d 5
(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Figure 4.17 The effect of grain size on the yield strength of steel at room temperature. Tane Boyutu Tane boyutu sayısal olarak ASTM kriterlerine ASTM tane boyut numarası (n) şeklinde belirlenebilir. 1 (kaba tane) ve 12 (ince tane) numaraları arasında değişir. N ise, X100 büyütmede 1inch 2 alanda sayılan tane miktarıdır. Sanayide genelde 7-9 arasında değişir. N = 2 n 2 1 Gerçek tane boyutu ise kesen doğru tekniği (intercept method) ile belirlenebilir. C d = n M L 6
Mikroskoplar, Optik mikroskoplar Transmisyon elektron mikroskobu Taramalı elektron mikroskobu AFM Optik mikroskoplar: Numune yüzeyine gönderilen ışınlar, yüzeyden yansır. Daha sonra bunlar mercek sisteminde toplanır ve bu sayede büyütülmüş bir görüntü elde edilir. X 2000 büyütme elde etmek mümkündür, çözünürlük 0.5µm kadar olur. Mikrometre boyutunda taneler, yüzey topografyası, fazlar vs tespit edilebilir. 7
TEM: Transmisyon elektron mikroskobu: Elektron demetinin geçmesini mümkün kılacak incelikte numuneler kullanılır. l Numuneden geçen elektronlar, florasan bir ekrana düşürülür ve bu sayede görüntü alınmış olur. Bu sayede x100.000 den daha büyük büyütmeler mümkün hale gelir. Dislokasyonları görebilir. (Taneleri kolaylıkla görür) 8
Şekil 4.29: TEM resimleri (a) dislokasyon etrafında gerilme alanı, (b) dislokasyon ormanı (forest), (c) tane sınırları ve D- dislokasyon. SEM: Taramalı elektron mikroskop Numune yüzeyine elektron demeti düşürülür ve bu demet yüzeyi sürekli tarar. Yüzeyden yayınan ikincil elektronlar cihaz tarafından toplanır ve işlenir. Görüntüye dönüştüren ekrana verilir. Bu sayede x100.000 e kadar büyütmeler mümkündür. Bazı modelleri kimyasal analiz yapabilir. 9
Şekil 4.31: Apollo 11 in getirdiği aya ait toprak. Şekil 4.32: Paslanmaz çelik kırık yüzeyi. SEM Şekil 4.33: Pb-Sn lehimi: (a) normal fotoğraf, (b) Pb elemental dağılım (açık renk) haritası (c) Sn elemental dağılım (açık renk) haritası 10
AFM Figure 4 18 Microstructure of Figure 4.18 Microstructure of palladium (x 100). (From ASM Handbook, Vol. 9, Metallography and Microstructure (1985), ASM International, Materials Park, OH 44073.) 11
X 250 büyütmeye sahip mikroskopta çekilen fotoğrafta, malzemenin 1 inch 2 alanda 30 taneye sahip olduğu görülmüştür. ASTM tane boyutunu hesaplayınız. Bu malzeme iri mi yoksa küçük taneli bir yapıda mı? N = (250/100) 2 (30) = 187.5 grains/in. 2 = 2 n-1 Log (187.5) = (n 1) log 2 2.27 = (n 1)(0.301) n = 8.55 12