Kristal Olusumu

METALLERDE METALLERDE ERGERGİİME ve KRME ve KRİİSTALLESTALLEŞŞMEME

Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜNPamukkale Üniversitesi

2007 - BAHAR

MALZEME BMALZEME BİİLGLGİİSSİİ 33

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGİİME ve ME ve KRKRİİSTALLESTALLEŞŞME ME

Her bir maddenin atomlarHer bir maddenin atomlarıı devamldevamlıı titretitreşşim yapar. Bu titreim yapar. Bu titreşşim o im o maddenin smaddenin sııcaklcaklığıığınnıı belirler. belirler.

Metallerin sMetallerin sııcaklcaklığıığı arttarttııkkçça, atomlara, atomlarıın titren titreşşimleri artar ve bu imleri artar ve bu titretitreşşimler atomlar arasimler atomlar arasıındaki bandaki bağığı zayzayııflatflatıır. r.

SSııcaklcaklıık yk yüükseldikkseldikççe titree titreşşim artar, dim artar, düüşşttüükkççe azale azalıır. Mutlak sr. Mutlak sııffıır r ssııcaklcaklığıığında (nda (--273273ººC) bC) büüttüün atomlarn atomlarıın titren titreşşimleri durur. imleri durur.

TitreTitreşşimlerin meydana getirdiimlerin meydana getirdiğği enerji, metal atomlari enerji, metal atomlarıınnıı birbirine birbirine babağğlayan enerjiyi gelayan enerjiyi geççince ergime dediince ergime dediğğimiz olay meydana gelir; imiz olay meydana gelir; yani metal syani metal sııvvıı hale gehale geççer. er.

PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN22

METALLERDE ERGMETALLERDE ERGİİME ve ME ve KRKRİİSTALLESTALLEŞŞME ME

ErgimiErgimişş bir metalin sbir metalin sııvvııdan katdan katııya geya geççiişşinde inde meydana gelen kristallemeydana gelen kristalleşşme iki safhada olume iki safhada oluşşur:ur:

1. 1. ÇÇekirdek oluekirdek oluşşumuumu

2. Kristal b2. Kristal büüyyüümesi.mesi.


METALLERDE ERGMETALLERDE ERGİİME ve ME ve KRKRİİSTALLESTALLEŞŞMEME

KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında belirli nda belirli ddüüzlem gruplarzlem gruplarıı farklfarklıı yyöönlerde nlerde dizilir. dizilir. Bu dizilme gruplarBu dizilme gruplarıına na tane tane ssıınnıırlarrlarıı denir.denir.

TANE SINIRLARI

Tek kristalli yapTek kristalli yapıılarda tane larda tane gruplargruplarıı aynaynıı yyöönde gelinde gelişşir ve ir ve tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşmaz. maz.

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı yyüüksek enerjilidir. (Yksek enerjilidir. (Yüüzey gerilimi)zey gerilimi)

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı kimyasal reaksiyona girebildikimyasal reaksiyona girebildiğği ii iççin in üüzerine dzerine döökküülen len kimyasallar ile tespit edilir.kimyasallar ile tespit edilir.


METALLERDE ERGMETALLERDE ERGİİME ve ME ve KRKRİİSTALLESTALLEŞŞMEME

KRİSTAL HATALARI

Nokta HatalarNokta Hatalarıı

ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı

YYüüzeysel Hatalarzeysel Hatalar

SegregasyonSegregasyon


KRKRİİSTAL HATALARISTAL HATALARI

Nokta HatalarNokta Hatalarıı

BoBoşşyeryer: (: (PorozitePorozite))KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında bnda büüzzüülme, lme, yeterli syeterli sııvvıı olmamasolmamasıı veya veya iiççeride gaz hapsolmaseride gaz hapsolmasıınedenleri ile olunedenleri ile oluşşur.ur.

SSüüreksizlikreksizlikKesitte daralma Kesitte daralma Mukavemet kaybMukavemet kaybıı nedenidir.nedenidir.BoBoşş yeryer

BoBoşş YerYer



Nokta HatalarNokta Hatalarıı BoBoşş YerYer

BoBoşşluklar atomlarluklar atomlarıın kristal in kristal iççerisinde hareketlerini erisinde hareketlerini kolaylakolaylaşşttıırrıır.r.



Nokta HatalarNokta Hatalarıı Ara Yer hatalarAra Yer hatalarıı

Ara yer: Ara yer: Her hangi bir kristalde esas Her hangi bir kristalde esas atomlaratomlarıın aralarn aralarıındakilere daha ndakilere daha kküçüüçük k ççaplaplıı atomlaratomlarıın yerlen yerleşşmesi mesi ile oluile oluşşur. ur.

Ara yerAra yer

Yer alanYer alanYer alan: Yer alan: Her hangi bir kristalde esas Her hangi bir kristalde esas atomlaratomlarıın yerine ban yerine başşka atomlarka atomlarıın n yerleyerleşşmesi ile olumesi ile oluşşur. ur.




AtomlarAtomlarıın hataln hatalıı dizilidizilişşleri bir leri bir ççizgi boyunca devam ederse izgi boyunca devam ederse ççizgi hatasizgi hatasıı oluoluşşur. ur.

ÇÇizgi hatalarizgi hatalarııkenar kenar dislokasyonudislokasyonu ve ve vida vida dislokasyonudislokasyonu

olarak bilinir. olarak bilinir.



ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı Kenar Kenar DislokasyonuDislokasyonu

Kenar Kenar dislokasyonudislokasyonu, kristal i, kristal iççinde sona eren bir inde sona eren bir ddüüzlemin kenarzlemin kenarııddıır. r. İşİşareti areti ⊥⊥ şşeklindedir.eklindedir.



ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı Vida Vida DislokasyonuDislokasyonu

Vida Vida dislokasyonundadislokasyonunda ise, ise, ççizgi etrafizgi etrafıındaki ndaki atomlaratomlarıın dizilin dizilişşi vidani vidanıın helisi gibidir.n helisi gibidir.İşİşareti areti şşeklindedir. eklindedir.



ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı Vida Vida DislokasyonuDislokasyonu




Kenar ve vida Kenar ve vida dislokasyonlardislokasyonlarıı ççooğğu u zaman beraber zaman beraber bulunurlar ki; buna bulunurlar ki; buna karkarışıışık k dislokasyondislokasyondenilir. denilir.

DislokasyonlarDislokasyonlar, atomlar, atomlarıın denge mesafesini n denge mesafesini bozdubozduğğu iu iççin kristalin enerjisini artin kristalin enerjisini artıırrıır.r.




DislokasyonDislokasyon yoyoğğunluunluğğuuBirim hacimdeki Birim hacimdeki dislokasyondislokasyon ççizgilerinin izgilerinin uzunluuzunluğğu olarak verilir. u olarak verilir.

(mm / mm(mm / mm22))


KRKRİİSTAL HATALARISTAL HATALARIYYüüzeysel hatalarzeysel hatalar

DDışış YYüüzey:zey:İİçç kkııssıımdaki atomlar kendini mdaki atomlar kendini ççevreleyen atomlar ile denge evreleyen atomlar ile denge durumunda oldudurumunda olduğğu halde, metalin du halde, metalin dışış yyüüzeye azeye aççıılan lan atomlaratomlarıında denge durumu bozulmunda denge durumu bozulmuşştur.tur.

KKüçüüçük Ak Aççııllıı Tane STane Sıınnıırrıı::Kenar Kenar dislokasyonlardislokasyonlarıı biri birinin biri birinin üüzerine szerine sııralanmasralanmasıı ile kile küçüüçük k aaççııllıı tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşur. ur. İİki boyutlu olan bu ski boyutlu olan bu sıınnıırlarda atomlar rlarda atomlar ddüüzensiz yerlezensiz yerleşşirler irler

Tane STane Sıınnıırlarrlarıı::Metal sMetal sııvvıı halden kathalden katıı hale gehale geççerken genellikle erken genellikle ççok sayok sayııda kristal da kristal tanesi olutanesi oluşşur. Katur. Katıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında tanelerin birlenda tanelerin birleşştitiğği i yerlerde 2yerlerde 2--3 atom kal3 atom kalıınlnlığıığında dnda düüzensiz yerlezensiz yerleşşme olume oluşşur ur



SegregasyonSegregasyon

KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında nda belirli malzemeler, belirli malzemeler, belirli fazlarbelirli fazlarıın, belirli n, belirli bir yerde toplanmasbir yerde toplanmasıı..

Makro ya da mikro Makro ya da mikro olabilir.olabilir.


MEKANMEKANİİK K ÖÖZELLZELLİİKLERKLER


DDışış kuvvetlerin etkisi altkuvvetlerin etkisi altıında denda değğiişşik zorlamalar karik zorlamalar karşışıssıında, nda, malzemede olumalzemede oluşşan an şşekil deekil değğiişşiklikleri ve bu etkiler altiklikleri ve bu etkiler altıında nda malzemenin gmalzemenin göösterdisterdiğği dayanma gi dayanma güüccüü öözelliklerine zelliklerine mekanik mekanik öözelliklerzellikler adadıı verilir.verilir.

K L

C

CF1 F3

F2 Fn

DDışış kuvvetler altkuvvetler altıında dengede nda dengede olan katolan katıı bir cisim dbir cisim düüşşüünelim.nelim.DDışış kuvvetler cisim ikuvvetler cisim iççinde her inde her atoma etkiyen yayatoma etkiyen yayııllıı iiçç kuvvetler kuvvetler oluoluşştururlar.tururlar.

Bu cisim hayali bir CC kesiti ile K ve L parBu cisim hayali bir CC kesiti ile K ve L parççalaralarıına ayrna ayrıılslsıın n ve kesilen iki parve kesilen iki parçça dengede kalsa dengede kalsıın.n.



F F kuvveti kesite dik normal kuvveti kesite dik normal NN ve kesit yve kesit yüüzeyine tezeyine teğğet et T T bilebileşşenlerine ayrenlerine ayrıılabilir. labilir. GerGerççekte N ara kesit dekte N ara kesit düüzleminde her atoma etkiyen normal zleminde her atoma etkiyen normal yayyayııllıı kuvvetlerin toplamkuvvetlerin toplamıına, T ise yayna, T ise yayııllıı teteğğetsel (kesme) etsel (kesme) kuvvetlerinin toplamkuvvetlerinin toplamıına ena eşşittir.ittir.

F1

F2

C

C

K L

F3

Fn

A

F

F

T

N N

T



Kuvvetler yerine parKuvvetler yerine parçça boyutundan baa boyutundan bağığımsmsıız zorlama z zorlama şşiddetini belirten iddetini belirten GERGERİİLMELME tantanıımmıı kullankullanııllıır. r.

σσσ

σ

σ

σσ

σσ

σ

NA

Gerilme en basit Gerilme en basit şşekliyle birim alana gelen kuvvet olarak ekliyle birim alana gelen kuvvet olarak tantanıımlanabilir. mlanabilir.

Bu durumda cismin Bu durumda cismin parparççasasıınnıın kesit alann kesit alanıı A ise, A ise,

AFσ =

NORMAL GERİLME



AFσ =NORMAL GERİLME:

AT

=τ

TEĞETSEL GERİLME (kesme, kayma, makaslama) ise,

A

τττ

τ τττ

ττττ

TPAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN

2121


n

POZİTİF KAYMA VE NORMAL GERİLMELERİτ

σ

ççekmeekme

Kesitten uzaklaKesitten uzaklaşşan an gerilmeler gerilmeler ççekmeekmegerilmesi adgerilmesi adıınnıı alalıır ve r ve iişşareti areti artartııddıır.r.

( + )( + )

Kesite doKesite doğğru gelen ru gelen gerilmeler ise gerilmeler ise basbasıınnççgerilmesi adgerilmesi adıınnıı alalıır, ir, işşareti areti eksidir.eksidir.

basbasıınnçç

( ( -- ))



n

POZİTİF KAYMA VE NORMAL GERİLMELERİτ

σ

KesmeKesme

Kesme gerilmeleri iKesme gerilmeleri iççin ise in ise pozitif ipozitif işşaret kuralaret kuralıı; normal ; normal dodoğğrultudan saat ibrelerinin rultudan saat ibrelerinin ters yters yöönnüünde okun ucunun nde okun ucunun yukaryukarııda olmasda olmasıı ile belirlenir.ile belirlenir.

( + )( + )



Gerilme bir, iki ve Gerilme bir, iki ve üçüç eksenli olmak eksenli olmak üüzere zere ççeeşşitli itli şşekillerde cismi etkileyebilir ekillerde cismi etkileyebilir



Basit Basit ççekme hali (kablo) ekme hali (kablo)

oσ =

FA

σσ

Teleferik Asansörü

A0= kesit alan (yüksüzken)

FF



Basit basBasit basıınnçç

oσ =

FA

Note: compressivestructure member(σ < 0 here).

Canyon köprüsü, Los Alamos, NM

Ao



İİki eksenli gerilmeki eksenli gerilme

Basınçlı tank

σz > 0

σθ > 0

σ < 0h

Su altında balık

Hidrostatik gerilmeHidrostatik gerilme



Uygulamada yapUygulamada yapıı elemanlarelemanlarıı daha daha ççok iki veya ok iki veya üçüçeksenli gerilmeler alteksenli gerilmeler altıındadndadıır. r. Ancak Ancak öözellikle zellikle üçüç eksenli gerilme durumu, gerilme eksenli gerilme durumu, gerilme tanstansöörlerirleri ile ifade edilir ve ileri dile ifade edilir ve ileri düüzeyde mukavemet zeyde mukavemet bilgisi gerektirir.bilgisi gerektirir.

A

A



AyrAyrııca iki ve ca iki ve öözellikle zellikle üçüç eksenli gerilme durumunu eksenli gerilme durumunu deneylerle gerdeneylerle gerççekleekleşştirmek tirmek ççok zordur. ok zordur. Bu nedenle genellikle, tek eksenli gerilme Bu nedenle genellikle, tek eksenli gerilme durumundan, uygun kdurumundan, uygun kıırrıılma hipotezleri kullanlma hipotezleri kullanıılarak larak üçüçeksenli gerilme durumuna geeksenli gerilme durumuna geççilir.ilir.



Bir malzemenin cisimlerin dayanBir malzemenin cisimlerin dayanıımmıı yyöönnüünden, hangi ynden, hangi yüük k ssıınnıırrıında plastik hale genda plastik hale geççeceeceğği veya hangi gerilme i veya hangi gerilme dedeğğerinde kerinde kıırrıılacalacağığınnıı bulmak bulmak öönemli bir sorundur. nemli bir sorundur. YapYapıı iiççin tehlikeli sayin tehlikeli sayıılacak bu slacak bu sıınnıırlarrlarıı deneylerle deneylerle saptamak gerekir. saptamak gerekir. Ancak malzeme deneyleri Ancak malzeme deneyleri ççok defa tek eksenli gerilme ok defa tek eksenli gerilme altaltıında yapnda yapııllııp, tehlikeli sp, tehlikeli sıınnıırlar bu gerilme durumu irlar bu gerilme durumu iççin in saptansaptanıır.r.

ÜçÜç eksenli gerilme halinin eksenli gerilme halinin ççeeşşidi sonsuz olup, bidi sonsuz olup, büüttüün haller n haller iiççin ayrin ayrıı ayrayrıı deney yapmak olanaksdeney yapmak olanaksıızdzdıır. Ayrr. Ayrııca ca üçüç eksenli eksenli deney teknideney tekniğği i ççok zordur. ok zordur. Ancak geliAncak gelişşmimişş laboratuvarlardalaboratuvarlarda bu deneyleri bu deneyleri gergerççekleekleşştirmek mtirmek müümkmküündndüür.r.



Tek eksenli gerilme haliyle Tek eksenli gerilme haliyle üçüç eksenli gerilme halini, tehlike eksenli gerilme halini, tehlike ssıınnıırrıı yyöönnüünden knden kııyaslayan kriterleri gyaslayan kriterleri göözden gezden geççirelim. irelim. Tehlikeli durum sTehlikeli durum söözzüünden cisimlerin gnden cisimlerin göçöçmesi (kmesi (kıırrıılma, lma, kopma, ezilme) ve akmaskopma, ezilme) ve akmasıı anlaanlaşışıllıır.r.

σm σ2≅σm σ2

σ1σ3

σ1σ3



ŞŞekilde bir cismin iki tip zorlanmasekilde bir cismin iki tip zorlanmasıı ggöösterilmisterilmişştir. Bunlartir. Bunlarıın n ilkinde cisim, tek eksenli gerilme, ilkinde cisim, tek eksenli gerilme, σσmm ile sile sıınnıır durumuna r durumuna gelmigelmişştir. tir. İİkinci kinci şşekilde cisim, ekilde cisim, üçüç eksenli gerilme alteksenli gerilme altıında nda yine syine sıınnıır durumundadr durumundadıır. r.

σm σ2≅σm σ2

σ1σ3

σ1σ3



Fizik yFizik yöönden enden eşşit olan iki halin gerilmeleri arasit olan iki halin gerilmeleri arasıında,nda,

),,( 321 σσσσ Fm =

gibi bir bagibi bir bağığıntntıı kurulabilir. Burada F kurulabilir. Burada F üçüç asal gerilmeye asal gerilmeye babağğllıı bir fonksiyonu gbir fonksiyonu göösterir. sterir. ÜçÜç eksenli gerilme alteksenli gerilme altıında nda cisim hencisim henüüz kz kıırrıılmamlmamışış veya plastik hale geveya plastik hale geççmemimemişşse se babağığıntntıı::

),,( 321 σσσσ Fm >

gibi bir egibi bir eşşitsizlik olacaktitsizlik olacaktıır.r.



Uygulamada Uygulamada öönemi bnemi büüyyüük olan bk olan bööyle kriterleri yle kriterleri koyabilmenin kuramsal ykoyabilmenin kuramsal yöönden olananden olanağığı yoktur. yoktur.

İİçç bbüünyede genyede geççen karmaen karmaşışık olaylark olaylarıın fizik yasalarn fizik yasalarıınnııbulmak yerine; mbulmak yerine; müühendis olarak khendis olarak kıırrıılma veya plastik hale lma veya plastik hale gegeççme olayme olayıınnıın dn dışış ve ortalama faktve ortalama faktöörlerini bulmakla rlerini bulmakla yetinmek zorundayyetinmek zorundayıız. z.

Tarih boyunca bir Tarih boyunca bir ççok varsayok varsayıım, gem, geççerlilierliliğği deneylerle i deneylerle kankanııtlanamadtlanamadığıığından terkedilmindan terkedilmişştir. tir.


MEKANMEKANİİK K ÖÖZELLZELLİİKLERKLERStatik yStatik yüükleme hali ikleme hali iççin cisimlerin kin cisimlerin kıırrıılma veya plastik hale lma veya plastik hale gegeççiişşinde, bainde, başşka baka başşka faktka faktöörleri sorumlu tutan rleri sorumlu tutan ççeeşşitli itli varsayvarsayıımlar mlar üçüç ana grupta toplanabilir.ana grupta toplanabilir.

a)a) Gerilme varsayGerilme varsayıımlarmlarııb)b) ŞŞekil deekil değğiişştirme varsaytirme varsayıımlarmlarıı,,c)c) Enerji varsayEnerji varsayıımlarmlarıı..

SSööz konusu varsayz konusu varsayıımlarmlarıın ayrn ayrıı ayrayrıı incelenmesi ileri incelenmesi ileri mukavemet konularmukavemet konularıından olup, bu ders kapsamndan olup, bu ders kapsamıında nda ayrayrııntntııya girmemekte yarar vardya girmemekte yarar vardıır.r.


ŞŞEKEKİİL DEL DEĞİŞĞİŞTTİİRME RME ÖÖZELLZELLİİKLERKLERİİ

MALZEMELERMALZEMELERİİN N ŞŞEKEKİİL L DEDEĞİŞĞİŞTTİİRME RME ÖÖZELLZELLİİKLERKLERİİ

Bir malzemeye gerilme uygulandBir malzemeye gerilme uygulandığıığında nda şşekli deekli değğiişşir. ir. Gerilme kalkGerilme kalkıınca malzeme eski durumuna geliyor ise nca malzeme eski durumuna geliyor ise elastik elastik şşekil deekil değğiişştirmeye, gelmiyor ise plastik tirmeye, gelmiyor ise plastik şşekil ekil dedeğğiişştirmeye utirmeye uğğramramışış denilir. denilir.



Bir metal plastik Bir metal plastik şşekil deekil değğiişşikliikliğğine uine uğğramramışış ise, ise, atomlaratomlarıın yeri den yeri değğiişşmimişş demektir. demektir. AtomlarAtomlarıın yer den yer değğiişştirmesi nastirmesi nasııl olabilir? l olabilir?



İİlk akla gelen, atom dlk akla gelen, atom düüzlemlerinin birbirinin zlemlerinin birbirinin üüzerinde, zerinde, atomlar arasatomlar arasıı babağğlar koparlar koparıılarak hareket ettirilmesidir.larak hareket ettirilmesidir.

YapYapıılan teorik hesaplamalar, blan teorik hesaplamalar, bööyle bir iyle bir işşlemin lemin olabilmesi iolabilmesi iççin gerekli gerilmenin, malzemenin pratikte in gerekli gerilmenin, malzemenin pratikte uygulananuygulananıın 100 ile 10000 katn 100 ile 10000 katıı kadar olmaskadar olmasıı gerektigerektiğğini ini ggööstermistermişştir. tir.

Demek ki, plastik Demek ki, plastik şşekil deekil değğiişştirme, batirme, başşka bir mekanizma ka bir mekanizma ile meydana geliyor.ile meydana geliyor.



ÖÖrnerneğğin halin halııyyıı bir ybir yüüzey zey üüzerinde kaydzerinde kaydıırmak isteyelimrmak isteyelim



ÖÖrnerneğğin halin halııyyıı bir ybir yüüzey zey üüzerinde kaydzerinde kaydıırmak isteyelimrmak isteyelim

Kayma düzlemi



YapYapıılan incelemeler, plastik lan incelemeler, plastik şşekil deekil değğiişştirmenin tirmenin dislokasyondislokasyon hareketi ile meydana gelen kayma ile veya hareketi ile meydana gelen kayma ile veya ikiz teikiz teşşekkekküüllüü ile meydana geldiile meydana geldiğğini gini gööstermistermişştir.tir.



TTıırmanma: rmanma: yyüüksek sksek sııcaklcaklııkta bokta boşş yerlerin yayyerlerin yayıınmasnmasıı ile ile dislokasyonunundislokasyonunun bulundubulunduğğu du düüzlemi terk etmesi zlemi terk etmesi olayolayııddıır. r.

DislokasyonlarDislokasyonlarıınn kayma hareketi dkayma hareketi dışıışında nda -- ttıırmanma ve rmanma ve -- ççapraz kaymaapraz kayma

hareketleri vardhareketleri vardıır. r.

ÇÇapraz kayma:apraz kayma:dislokasyonlardislokasyonlarıınn ddüüzlem dezlem değğiişştirmesi olaytirmesi olayııddıır.r.



ÇÇapraz kayma:apraz kayma:dislokasyonlardislokasyonlarıınn ddüüzlem dezlem değğiişştirmesi olaytirmesi olayııddıır.r.

Genelde vida Genelde vida dislokasyonudislokasyonu yapar.yapar.


FF

FF


DislokasyonDislokasyon hareketi, kayma gerilmesi ile meydana gelir. hareketi, kayma gerilmesi ile meydana gelir. Ekseni doEkseni doğğrultusunda rultusunda ççekilen bir metalin, dik kesitinde normal ekilen bir metalin, dik kesitinde normal gerilme meydana geldigerilme meydana geldiğği halde, yine plastik i halde, yine plastik şşekil deekil değğiişştirme tirme meydana gelir. meydana gelir.

Bunun sebebi, malzemenin dik kesiti ile herhangi bir aBunun sebebi, malzemenin dik kesiti ile herhangi bir aççııyapan kesitinde, kayma gerilmesi oluyapan kesitinde, kayma gerilmesi oluşşmasmasııddıır r

FFDDFFYYαα

SS00

SS00’’



FF

FF

FFDDFFYYαα

SS00

SS00’’

α=

α=

α=

CosSS

Sin.FFCos.FF

o'o

y

D

α

ατ

CosSSinF

SF

oo

Yy

.==

ασ=τ 2Sin21

y

αατ CosSinSF

oy =

αα=45=45°° iiççin iin iççin en bin en büüyyüük k dedeğğerini alerini alıır ve r ve

2

=ebσ

τPAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN

4646


FF

FF

FFDDFFYYαα

SS00

SS00’’

Bu baBu bağığıntntııdan dan ççııkan sonukan sonuçç

1)1) SSüüneknek metallerde meydana gelen plastik metallerde meydana gelen plastik şşekil deekil değğiişştirme, kayma gerilmesi ile tirme, kayma gerilmesi ile meydana gelmektedir. meydana gelmektedir. Metale, normal gerilme oluMetale, normal gerilme oluşşturan, turan, ççekme ekme gerilmesi, egerilmesi, eğğme gerilmesi ve basma me gerilmesi ve basma gerilmesi de uygulansa normal gerilme ile gerilmesi de uygulansa normal gerilme ile şşekil deekil değğiişştirme meydana gelmez. tirme meydana gelmez. GGöörrüünnüüşşte metal normal gerilme ile kalte metal normal gerilme ile kalııccıışşekil deekil değğiişşikliikliğğine uine uğğramaktadramaktadıır; r; esasesasıında kalnda kalııccıı şşekil deekil değğiişşikliikliğğini ini meydana getiren kayma gerilmesidir.meydana getiren kayma gerilmesidir.



FF

FF

FFDDFFYYαα

SS00

SS00’’

Bu baBu bağığıntntııdan dan ççııkan sonukan sonuçç

2)2) SSüüneknek metale, kayma gerilmesi meydana metale, kayma gerilmesi meydana getiren burma gerilmesi ve kesme getiren burma gerilmesi ve kesme gerilmesi uygulandgerilmesi uygulandığıığında gnda göösterecestereceğği i dayandayanıım dem değğeri eri ççekme zorlamasekme zorlamasıında nda ggööstermistermişş olduolduğğu dayanu dayanıım dem değğerinin erinin yaryarııssııddıır.r.



İİkiz Olukiz Oluşşumuumu

Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirmenin ditirmenin diğğer bir mekanizmaser bir mekanizmasıı ise ise ikiz teikiz teşşekkekküüllüüddüür. r. İİkiz tekiz teşşekkekküüllüünde, ikiz bnde, ikiz böölgesindeki lgesindeki atomlar diatomlar diğğer atomlar ile ayna simetrisi oluer atomlar ile ayna simetrisi oluşştururlar tururlar

İİkiz olukiz oluşşumu, kristalleumu, kristalleşşme esnasme esnasıında veya plastik nda veya plastik şşekil deekil değğiişştirme esnastirme esnasıında meydana gelir. nda meydana gelir.

Gerilme uygulanan bir kristalde Gerilme uygulanan bir kristalde dislokasyondislokasyon hareketi hareketi ile ile şşekil deekil değğiişştirme olutirme oluşşmuyor ise ikiz temuyor ise ikiz teşşekkekküüllüü ile ile şşekil deekil değğiişştirme olutirme oluşşur.ur.



İİkiz Olukiz Oluşşumuumu



DislokasyonlarDislokasyonlarıınn BazBazıı ÖÖzelliklerizellikleri

DislokayonlarDislokayonlar aynaynıı iişşaretli aretli (ayn(aynıı yyöönde) ise birisi nde) ise birisi didiğğerine ancak belirli bir erine ancak belirli bir mesafede yaklamesafede yaklaşşabilir.abilir.

DislokayonlarDislokayonlar zzııt it işşaretli aretli (ters y(ters yöönde) ise birbirlerini nde) ise birbirlerini ççeker ve neker ve nöötrlerler.trlerler.




DislokayonlarDislokayonlarıınn olduolduğğu u bböölgelerde lgelerde ççekme ve basekme ve basıınnççgerilmeleri olugerilmeleri oluşşur.ur.

BasBasıınnçç

ÇÇekmeekme



Kayma dKayma düüzlemi en yozlemi en yoğğun un dizilmidizilmişş ddüüzlemlerde oluzlemlerde oluşşur.ur.


DislokasyonlarDislokasyonlar sonucu plastik sonucu plastik deformasyonlar yani kaldeformasyonlar yani kalııccııdeformasyonlar oludeformasyonlar oluşşur.ur.(Ba(Bağğlar kopar yeni balar kopar yeni bağğlar olular oluşşur)ur)



Tek taneli (kristalli) malzemelerde; bTek taneli (kristalli) malzemelerde; büüttüün sistemde n sistemde 4545’’lik kayma dlik kayma düüzleminde deformasyon oluzleminde deformasyon oluşşurur


ÇÇok taneli malzemelerde ise; bir tane kayma ok taneli malzemelerde ise; bir tane kayma ddüüzleminde plastik deformasyona uygun iken zleminde plastik deformasyona uygun iken yanyanıındakilerin uygun olmayabilir. Dolayndakilerin uygun olmayabilir. Dolayııssııyla yla didiğğerlerinin deformasyonunu beklemek erlerinin deformasyonunu beklemek zorundadzorundadıır. r. Bu durumda daha fazla kuvvet gerektirir. Bu durumda daha fazla kuvvet gerektirir.

ÇÇok taneli malzemeler, tek tanelilere gok taneli malzemeler, tek tanelilere gööre daha re daha yyüüksek dayanksek dayanıımlmlııddıır.r.



Plastik deformasyon gPlastik deformasyon güçüçleleşşirse irse malzemelerin dayanmalzemelerin dayanıımmıı artartııyor.yor.


BaBaşşka bir deyika bir deyişşle;le;dislokasyonlardislokasyonlar engellenirse ve/veya engellenirse ve/veya ggüçüçleleşştirilirse malzemelerin dayantirilirse malzemelerin dayanıımmııartartııyor.yor.



Metale plastik Metale plastik şşekil deekil değğiişştirme uygulandtirme uygulandığıığında nda dislokasyondislokasyon yoyoğğunluunluğğu ve buna bau ve buna bağğllıı olarak sertliolarak sertliğği ve i ve dayandayanıımmıı artar, artar, ssüüneklilinekliliğğii ve tokluve tokluğğu ise du ise düüşşer.er.

SoSoğğuk uk ŞŞekil Deekil Değğiişştirme ve Yeniden Kristalletirme ve Yeniden Kristalleşşmeme

Hareket eden Hareket eden dislokasyonlardislokasyonlar ya kaymayya kaymayıı oluoluşşturur ya turur ya da bada başşka ka dislokasyondislokasyon, tane s, tane sıınnıırrıı gibi engeller ile gibi engeller ile durdurulur. durdurulur. Engellerin Engellerin öönnüünde nde dislokasyonlardislokasyonlarıınn yyığıığılmaslmasıı (mesela (mesela tane stane sıınnıırlarrlarıında) bitinda) bitişşik tanedeki gerilmeyi artik tanedeki gerilmeyi artıırrıır. Artan r. Artan gerilme, bitigerilme, bitişşik tane iik tane iççindeki indeki dislokasyondislokasyon kaynaklarkaynaklarıınnııharekete geharekete geççirir. Bu irir. Bu şşekilde plastik ekilde plastik şşekil deekil değğiişştirme tirme taneden taneye getaneden taneye geççerek, terek, tüüm malzeme plastik m malzeme plastik şşekil ekil dedeğğiişştirmeye utirmeye uğğrar.rar.



Plastik Plastik şşekil deekil değğiişşimine uimine uğğramramışış metalin metalin kristal tane yapkristal tane yapııssıı bozulur; taneler bozulur; taneler şşekil verme ekil verme yyöönnüü dodoğğrultusunda uzar. rultusunda uzar.




Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirme miktartirme miktarıı arttarttııkkçça a dislokasyondislokasyon yoyoğğunluunluğğu da artar.u da artar.

DislokasyonlarDislokasyonlar birbirlerinin hareketini birbirlerinin hareketini engelledikleri iengelledikleri iççin in dislokasyondislokasyon hareketi hareketi zorlazorlaşışır. r.

Bu olaya Bu olaya peklepekleşşme veya me veya şşekil ekil dedeğğiişştirmetirme sertlesertleşşmesi denilir. mesi denilir.

Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirmenin artmastirmenin artmasıı ile ile ööyle bir noktaya gelinir ki, artyle bir noktaya gelinir ki, artıık malzeme k malzeme şşekil deekil değğiişştirmeye utirmeye uğğratratıılamaz, lamaz, ççatlaklar atlaklar oluoluşşur ve kur ve kıırrııllıır. r.




DislokasyonDislokasyon bböölgesindeki atomlar denge durumundan lgesindeki atomlar denge durumundan uzaklauzaklaşşttııklarklarıı iiççin in dislokasyondislokasyon yoyoğğunluunluğğunun artmasunun artmasıı(gerilmi(gerilmişş yay gibi) malzemenin iyay gibi) malzemenin içç enerjisini artenerjisini artıırrıır. r.


Denge durumu bozulan atomlar denge durumuna gelme Denge durumu bozulan atomlar denge durumuna gelme eeğğilimindedir. Dilimindedir. Dışışararııdan bir enerji (dan bir enerji (ııssıı) verilecek olursa, ) verilecek olursa, malzeme eski dmalzeme eski düüzenli haline gelir. zenli haline gelir.

Bu olaya yeniden kristalleBu olaya yeniden kristalleşşme denilir. me denilir.

çıkışHaddelemeye

giriş

1100 °C 850 °C



Yeniden kristalleYeniden kristalleşşmede olaylar mede olaylar üçüç safhada incelenebilir:safhada incelenebilir:

Yeniden KristalleYeniden Kristalleşşmeme

1. Toparlanma 1. Toparlanma (0.1 (0.1 -- 0.3 0.3 TTergimeergime) )

2. Yeniden Kristal Olu2. Yeniden Kristal Oluşşumu umu (0.3 (0.3 -- 0.5 0.5 TTergimeergime))

3. Tane B3. Tane Büüyyüümesi mesi ( > 0.5 ( > 0.5 TTergimeergime))




1. Toparlanma 1. Toparlanma (0.1 (0.1 -- 0.3 0.3 TTergimeergime) )

Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirmeye utirmeye uğğramramışış metale dmetale dışış enerji enerji verilince ilk verilince ilk öönce kristal hatalarnce kristal hatalarıında bir azalma nda bir azalma ggöörrüüllüür. r.

Ara yer atomlarAra yer atomlarıı boboşş yerlere yayyerlere yayıınnıır, r, ters iters işşaretli aretli dislokasyonlardislokasyonlar biri birini yok eder, biri birini yok eder, boboşş yerler bir araya toplanyerler bir araya toplanıır, r, dislokasyonlardislokasyonlar aynaynıı hizaya gelerek khizaya gelerek küçüüçük ak aççııllıı tane tane ssıınnıırlarrlarıı oluoluşşur. ur.

Malzemenin mekanik Malzemenin mekanik öözelliklerinde bir dezelliklerinde bir değğiişşiklik olmamiklik olmamışışttıırrPAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN

6161



2. Yeniden Kristal Olu2. Yeniden Kristal Oluşşumu: umu: (0.1 (0.1 -- 0.3 0.3 TTergimeergime) )

Metale verilen dMetale verilen dışış enerji artenerji artıırrııllıırsa, rsa, dislokasyondislokasyonyoyoğğunluunluğğunun unun ççok olduok olduğğu yu yüüksek enerjili bksek enerjili böölgelerde lgelerde yeni kristal yeni kristal ççekirdekleri oluekirdekleri oluşşur. ur.

Bu Bu ççekirdekler bekirdekler büüyyüüyerek malzemenin yeniden yerek malzemenin yeniden kristallekristalleşşmesi tamamlanmesi tamamlanıır. r. Yeniden kristalleYeniden kristalleşşen malzemenin kristal tane ben malzemenin kristal tane büüyyüüklklüüğğüü, , oluoluşşacak acak ççekirdek sayekirdek sayııssıına, na, ççekirdek sayekirdek sayııssıı da da dislokasyondislokasyonyoyoğğunluunluğğu fazla olan bu fazla olan böölgelerin lgelerin ççokluokluğğuna bauna bağğllıı olduolduğğu u iiççin kristal tane bin kristal tane büüyyüüklklüüğğüü şşekil deekil değğiişştirme miktartirme miktarıına na babağğllııddıır.r.




2. Yeniden Kristal Olu2. Yeniden Kristal Oluşşumu: umu: (0.1 (0.1 -- 0.3 0.3 TTergimeergime) )

Yeniden kristalleYeniden kristalleşşme ime iççin gerekli din gerekli dışış enerji malzemeyi enerji malzemeyi ııssııtarak satarak sağğlanlanıır. r. Bu olaya Bu olaya tavlamatavlama denilir. denilir.

Yeniden kristalleYeniden kristalleşşme sme sııcaklcaklığıığı, malzemenin bir saat , malzemenin bir saat iiççinde kristalleinde kristalleşşmesini tamamlayabildimesini tamamlayabildiğği si sııcaklcaklııktktıır. r.

ÇÇok az karbonlu ok az karbonlu bir bir ççelik ielik iççinin

T Tykek e≈ 0 4,

( )T K

T K Ce

ykeko

= + =

≈ ⋅ = =

1536 273 1809

0 4 1809 723 450,PAÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilgisi Dersi Yrd. Doç. Dr. Hayri ÜN

6363



3. Tane B3. Tane Büüyyüümesi mesi ( > 0.5 ( > 0.5 TTergimeergime))

Malzemenin tavlama sMalzemenin tavlama süüresi ve tavlama sresi ve tavlama sııcaklcaklığıığıartartıırrııllıır ise taneler br ise taneler büüyyüüyerek irileyerek irileşşirirBBööyle bir yapyle bir yapıı ççooğğu zaman arzu edilmez. u zaman arzu edilmez.




%33 so%33 soğğuk uk şşekil deekil değğiişştirme uygulanmtirme uygulanmışış pirinpirinççte te yeniden tane oluyeniden tane oluşşumu ve tane bumu ve tane büüyyüümesimesi




%33 so%33 soğğuk uk şşekil deekil değğiişştirme tirme uygulanmuygulanmışış pirinpirinçç




580580°°C de 3saat tavlandC de 3saat tavlandııktan ktan sonra yeniden kristallesonra yeniden kristalleşşme me

ççekirdekleri oluekirdekleri oluşşmaya bamaya başşlamlamışış




580580°°C de 4 saat tavlamadan C de 4 saat tavlamadan sonra bozulmusonra bozulmuşş tanelerin yerine tanelerin yerine

yeniden oluyeniden oluşşan taneler alman taneler almışış




580580°°C 8 saat tavlama sonucu C 8 saat tavlama sonucu yeniden kristalleyeniden kristalleşşme me

tamamlanmtamamlanmışış




yeniden kristalleyeniden kristalleşşme me tamamlandtamamlandııktan 15 dakika ktan 15 dakika

sonra olusonra oluşşan taneleran taneler




700700°°C de kristalleC de kristalleşşme me tamamlandtamamlandııktan 10 dakika ktan 10 dakika

sonra olusonra oluşşan taneler.an taneler.



SoSoğğuk ve Suk ve Sııcak cak ŞŞekillendirmeekillendirme

Malzemenin Malzemenin şşekillendirme iekillendirme işşlemi yeniden lemi yeniden kristallekristalleşşme sme sııcaklcaklığıığınnıın altn altıında yapnda yapııllııyor ise yor ise sosoğğuk uk şşekillendirmeekillendirme, , üüststüünde yapnde yapııllııyor ise yor ise ssııcak cak şşekillendirmeekillendirme denilir. denilir.

KurKurşşun ve kalay oda sun ve kalay oda sııcaklcaklığıığında snda sııcak cak şşekillendirmeye uekillendirmeye uğğradradığıığı halde demir 400halde demir 400°°C ' C ' de sode soğğuk uk şşekillendirilmiekillendirilmişş olur. olur.



SoSoğğuk uk ŞŞekillendirmeekillendirme

SoSoğğuk uk şşekillendirme ve yeniden kristalleekillendirme ve yeniden kristalleşştirme itirme işşlemi lemi ile malzemelerin tane boyutlarile malzemelerin tane boyutlarıı kküçüüçültltüülebilir. Tane lebilir. Tane boyutu kboyutu küçüüçük olan malzemenin dayank olan malzemenin dayanıımmıı daha ydaha yüüksek ksek olur. olur.

çıkışHaddelemeye

giriş

1100 °C 850 °C


SAF METALSAF METALİİN N MUKAVEMETMUKAVEMETİİNNİİ ARTTIRMA ARTTIRMA

YYÖÖNTEMLERNTEMLERİİ

SAF METALSAF METALİİN MUKAVEMETN MUKAVEMETİİNNİİARTTIRMA YARTTIRMA YÖÖNTEMLERNTEMLERİİ

Tane UfaltmaTane Ufaltma

KatKatıı eriyik eriyik AlaAlaşışımlandmlandıırrıılmaslmasıı

Deformasyon Deformasyon SertleSertleşştirmesitirmesi

IsIsııl l İşİşlemlem



Tane UfaltmaTane Ufaltma

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı dislokasyonlardislokasyonlar iiççin engeldir.in engeldir.

Tane sTane sıınnıırlarrlarıında bonda boşşluklar vardluklar vardıır ve r ve yyöönler denler değğiişşir. ir.

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı artarsa, artarsa, dislokasyonlardislokasyonlar iiççin gerekli olan in gerekli olan kuvvet artar. Malzeme tane boyutu azalkuvvet artar. Malzeme tane boyutu azalıırsa, tane rsa, tane ssıınnıırlarrlarıı artar. artar.

Tane ufaltmasTane ufaltmasıı; h; hıızlzlıı sosoğğutma ve katutma ve katıılalaşşma sma sıırasrasıında nda iiççine katine katıı malzeme katmalzeme katıılarak (alarak (aşışılama) lama) ççekirdek ekirdek oluoluşşturmasturmasıı ile yapile yapııllıır. r.



KatKatıı eriyik Alaeriyik Alaşışımlandmlandıırrıılmaslmasıı

Araya giren atom boyutu kAraya giren atom boyutu küçüüçük ise; atomlar, k ise; atomlar, atomlar arasatomlar arasıı mesafeyi koruyabilmek imesafeyi koruyabilmek iççin in ççekme gerilmeleri oluekme gerilmeleri oluşşturur. turur.

Yani atomlardan daha kYani atomlardan daha küçüüçük bir atom k bir atom girerse; girerse; ççekme kuvveti oluekme kuvveti oluşşur.ur.

Daha bDaha büüyyüük bir atom girerse; atomlar onlark bir atom girerse; atomlar onlarııitmek isteyecek ve atomlar itmek isteyecek ve atomlar üüzerinde baszerinde basıınnççkuvvetleri olukuvvetleri oluşşacaktacaktıır.r.



KatKatıı eriyik Alaeriyik Alaşışımlandmlandıırrıılmaslmasıı

DislokayonlarDislokayonlarıınn olduolduğğu u bböölgelerde lgelerde ççekme ve basekme ve basıınnççgerilmeleri vardgerilmeleri vardıır.r.

BasBasıınnçç

ÇÇekmeekme

YabancYabancıı atomlaratomlarıın oldun olduğğu u bböölgeler onlarlgeler onlarıı nnöötrler.trler.

YeralanYeralan ve ara yer olarak yerleve ara yer olarak yerleşşen en bu atomlar sayesinde bu atomlar sayesinde dislokasyondislokasyon hareketi engellenir. hareketi engellenir. Ve mukavemet artarVe mukavemet artar



Deformasyon SertleDeformasyon Sertleşştirmesitirmesi

Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirme miktartirme miktarıı arttarttııkkçça a dislokasyondislokasyon yoyoğğunluunluğğu da artar.u da artar.

DislokasyonlarDislokasyonlar birbirlerinin hareketini birbirlerinin hareketini engelledikleri iengelledikleri iççin in dislokasyondislokasyon hareketi hareketi zorlazorlaşışır. r.

Bu olaya Bu olaya peklepekleşşme veya me veya şşekil ekil dedeğğiişştirmetirme sertlesertleşşmesi denilir. mesi denilir.

Plastik Plastik şşekil deekil değğiişştirmenin artmastirmenin artmasıı ile ile ööyle bir noktaya gelinir ki, artyle bir noktaya gelinir ki, artıık malzeme k malzeme şşekil deekil değğiişştirmeye utirmeye uğğratratıılamaz, lamaz, ççatlaklar atlaklar oluoluşşur ve kur ve kıırrııllıır. r.



IsIsııl l İşİşlemlem

IsIsııl il işşlemler neticesi meydana gelen lemler neticesi meydana gelen martenzitmartenzit, , beynitbeynit, , temperlenmitemperlenmişş martenzitmartenzitmikroyapmikroyapıılarlarıı veya oluveya oluşşturulan turulan çöçökeltiler, keltiler, dislokasyondislokasyon hareketini zorlahareketini zorlaşşttıırrıır. r. Bu yBu yööntem bilhassa ntem bilhassa ççeliklerin dayaneliklerin dayanıım m artartıırma irma işşlemleri ilemleri iççin sin sııkkçça uygulanmaktada uygulanmaktadıır. r.


Documents

Kristal Olusumu