metaller ve alaşımlar

MAL 201 (6)
METALLER ve ALAŞIMLARI,
SERAMİKLER, CAMLAR VE
POLİMERLER
Metaller
• İmalat sektöründe en büyük paya sahip olan
malzemeler metaller ve alaşımlardır
• Alaşımlar: İki veya daha çok metalin belli özellikler elde
edilmesi için karıştırılması.
• Kullanıma sunulan metal ve alaşımları şu yapılara sahip
olabilirler.
–
–
–
–
Döküm yapı (Cast structure)
Yoğruk yapı (Wrough structure)
Sinter yapı (Sintered structure)
Camsı yapı (Glassy/rapidly solidified structure)
Döküm yapı
• Bileşimleri hazırlandıktan sonra, eritilerek kum veya
kokil kalıba dökülen metal veya alaşımların
katılaştıktan sonra sahip oldukları iç yapıdır.
• Bu yapının tipik özellikleri:
– Dendiritik veya kaba taneli iç yapı
– Segregasyonlar
– Gaz boşlukları
• Döküm ile elde edilen metale, kullanılmadan önce
talaşlı imalat ile son şekillendirme veya ısıl işlemler
uygulanabilir.
Dendritik yapı
Yoğruk yapı
• Sanayide kullanılan metal ve alaşımların büyük
çoğunluğu bu yapıdadır.
Yoğruk yapının eldesi için uygulama;
– Bileşimi hazırlanan eriyiğin ingot kalıplara
dökülmesi.
– Katılaşma sonrası homejenleştirme tavı ile
segregasyonların ortadan kaldırılması,
– Büyük oranda sıcak PŞV uygulanarak döküm
yapısının kırılması,
• PŞV yöntemleri;
– Haddeleme
– Ekstrüzyon
– Dövme
• Avantajları:
– Dendiritik kaba tane yapısı, eş eksenli ince tane
yapısına dönüşür.
– Dışarı açılmamış ve oksitlenmemiş iç boşluklar
kapanır.
– Segregasyonların dağıtılarak homojen iç yapı elde
edilmesi.
Sinter yapı (Toz metalurjisi: powder metallurgy)
• İngot metalurjisi kullanımının veya hassas
boyutlandırmanın zor olduğu bazı bileşimlerin
imalatında toz metalurjisi kullanılır.
• Sinter yapı; toz metalurjisi ile imal edilen malzemeleri
ifade eder.
Toz metalujisinin uygulanışı:
• Önceden hazırlanmış metal veya alaşım tozlar belirli
oranlarda karıştırılır.
• Tozlar istenen geometriye sahip kalıplarda
sıkıştırılarak şekillendirilir.
• Şekillendirilen tozlar sinterlenir. Yani; yüksek
sıcaklıklarda kontrollü atmosferde uzun süre ısıtılarak
difüzyon yoluyla birbirine kaynatılarak yeterli
dayanıma sahip katı bir yapı oluştururlur.
Toz metalurjisi
Dezavantajları;
• Kalıntı iç boşlukların çentik etkisi yaparak düşük
dayanıma sebep olabilmesi,
• Toz üretiminin ek bir maliyet gerektirmesidir.
Kullanım amaçları;
• Çok yüksek dayanım gerektiren parçaların imalinde,
• Talaşlı imalatı zor olan geometrideki parçaların
imalinde,
• Pahalı malzemelerde parça imalinde,
• Çok sert parçaların imalinde kullanılır.
Camsı yapı (Amorf Yapı)
• Amorf da denilen ve kristal yapıları olmayan metallerdir.
• Erimiş durumdan 105-106 oC/s hızlarında ani olarak soğutulurlar.
Malzeme kristal yapı oluşturmaya zaman bulamaz.
• Tane sınırları oluşmadığından manyetik ve korozyon açısından
üstün özelliklere sahiptirler.
• Düşük sıcaklıklarda kullanılabilirler, yüksek sıcaklıklarda daha
kararlı yapılara dönüşme ihtimalleri vardır.
• Yüksek soğuma hızları gerektirdiklerinden ince kesitler şeklinde
elde edilebilirler.
• Yumuşak mıknatıs uygulamalarında ve transformatör
çekirdeklerinde kullanılırlar.
Bazı amorf demir alaşımları ve kompozisyonları
Metaller
• Kimyasal bileşimleri açısından metaller ve
alaşımlar 2 büyük gruba ayrılırlar:
– Demir ve alaşımları (Ferrous alloys)
– Demir dışı metal ve alaşımlar (Non-ferrous alloys)
• Demir alaşımları:
– Çelikler
– Dökme demirler.
Alaşımlama
Demire katılan alaşım elementlerinin amacı:
• İmalatta kolaylık; (Mn
Kaynak ve PŞV; Si
Döküm).
• Dayanım artışı; (iç yapı kontrolü ile yorulma/statik ve aşınma
dayanım artışı) (Cr, Mo, V, vs)
• Sertleşebilme kabiliyeti; ZSD eğrilerini sağa doğru kaydırma
kabiliyeti (Cr, Mo, vs.)
• Korozyon dayanımı (Cr)
• Yüksek sıcaklık dayanımı; (Demir dışında kuvvetli metal
karbürler oluşturma, Cr, Mo, V, vs.)
Metaller ve Alaşımları
Demir alaşımları
Çelikler
1.Basit karbonlu çelikler
(Plain carbon steels)
2.Düşük alaşımlı çelikler
(Low alloy steels)
3.Yüksek alaşımlı çelikler
(Alloy steels)
Dökme Demirler
1. Beyaz dökme demir
(White cast iron)
2. Kır gri dökme demir
(Grey cast iron)
3. Temper dökme demir
(Malleable cast iron)
4. Küresel/Sfero dökme demir
(Ductile cast iron)
Çelik türleri: Karbon çelikler
• Standart kod numaraları:
AISI: American Institute of Steel and Irons
SAE: (Society of Automotive Engineers)
AISI 10xx
1020, 1040, 1080, 10130, vs
C% x 100
• Çoğunlukla;
– Saç (DKP, Derin çekme (Deep drawing quality), etc.
– Profiller (I, U, H, T, L, vs)
– Daire, kare, dikdörtgen, altıgen, çubuklar halinde yoğruk
yapıda bulunur.
Çelikler
yukardaki
Çelikler içerdikleri karbon oranına göre aşağıdaki gibi
sınıflandırılır:
1. Düşük karbonlu çelikler: C < %0,25
Kolay şekillendirilirler, kolay kaynak edilirler, yapı çelikleri olarak,
lama ,boru, profil imalatında kullanılırlar.Su verme yoluyla
sertleştirilemezler.
2. Orta karbonlu çelikler: %0,25 < C < %0,55
Su verilerek sertleştirilirler,kaynağı zordur; özel tedbirler alarak
kaynak edilirler.Makina imal çelikleridir.
3.Yüksek karbonlu çelikler: 0,55 < C < 1,5
Martenzit serliği %0,55 C dan sonra önemli ölçüde artmaz.Bu
nedenle daha yüksek karbon oranları aşınma direncini arttırmak için
kullanılır (Yapıdaki sementit miktarını arttırma yoluyla).
Genelde,aşınma direnci gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Çelikler ayrıca içerdikleri alaşım elemanlarının toplam
miktarlarına göre şu şekilde sınıflandırılır:
1.Alaşımsız çelikler (Adi karbonlu çelikler):Alaşım elemanı
yok.Yapı çelikler ,takım çelikleri(Yüksek karbonlusu)
2.Mikro alaşımlı çelikler : Toplam alaşım oranı < %1
Tane küçülterek ve ince sert karbürler oluşturarak mukavemeti
arttırılmış olan ve akma mukavemeti/çekme mukavemeti oranı
yüksek olan çeliklerdir.Herhangi bir ısıl işlem yapılmadan
kullanılırlar.
3.Düşük alaşımlı çelikler: Toplam alaşım oranı < %5
Bu çeliklere alaşım elemanı katmanın esas nedeni çeliğin
sertleşme kabiliyetini arttırmaktır(Yani kritik soğuma hızını
düşürmek)Makine imal çelikleri
4.Yüksek alaşımlı çelikler: Toplam alaşım oranı ≥ %5 dir.
Çeliğe sertleşme kabiliyitini arttırmaya ek olarak çeşitli amaçlarla
da katılır.Aşınmaya , paslanmaya direnç , düşük sıcaklıklarda
yüksek tokluk, yüksek sıcaklılarda sünmeye ve oksidasyona
direnç gibi.
Düşük alaşımlı çelikler
• Karbon hariç, alaşım elementleri toplamı %5 ten azdır.
• Kare, dikdörtgen, veya yuvarlak çubuklar halinde
bulunabilir.
• AISI 4140, 8620, 4340, 9260, vs.
• Yüksek dayanımlı düşük alaşımlı (HSLA) çelikler: C oranı %
0.1 den az ve alaşım %1 den azdır. Alaşım elementleri
kuvvetli karbür yapıcı Ti, Nb vs. dir. Çok ince taneli
yapısından dolayı dayanım ve süneklikler yüksektir.
• Saç ve levha şeklinde imal edilir ve otomativ sektöründe
yaygın kaporta malzemesidir.
Alaşımlı çelikler
• Toplam alaşım oranının %5 ten fazladır.
• En önemlileri:
– Paslanmaz çelikler (Stainless steels).
– Takım çelikleri (Tool steels).
• Paslanmaz Çelikler: En az % 8 oranında Cr içerir.
Oda sıcaklığı yapılarına göre 2 ye ayrılır.
– Ostenitik
– Ferritik/Martenzitik
Paslanmaz çelikler
• Ostenitik PÇ:
– Cr a ilaveten % 8 in üzerinde Ni içerir.
– C oranı çok düşüktür (% 0.02-0.08)
– Ni ve Mn, ostenit bölgesini oda sıcaklığının altına
indirerek ostenitin oda sıcaklığında stabil kalmasını
sağlar.
– Martenzit oluşturamadıkları için N (azot) içeren
bazı tipleri bazı yaşlandırarak sertleştirilebilir
(Nitrürün çökeltilmesi ile): PH 15-5 gibi.
Bunlara Çökelme Sertleştirilmeli Pasl. Ç. denir
Paslanmaz çelikler
• Ferritik/Martenzitik PÇ:
– Ni veya Mn nın az olması durumunda oda
sıcaklığında Ferrit stabil hale gelir.
– Karbonun yeterli olması durumunda hızlı soğutma
ile martenzitik yapı elde edilebilir.
– Bunun dışında oda sıcaklığında yapısında hem
Delta ferrit hem de Ostenit fazının dengeli
olarak bulunduğu Dupleks Paslanmaz Çelikler
de mevcuttur.
Çelik türleri
Yüksek alaşımlı
Hem ince tane hem de ince karbürler bu
mukavemeti sağlar.
Dökme demirler
• Genelde % 3-3.5 oranında C bulundururlar (Pratik limit 4.3).
• % 2-3 oranında Si, grafitleşmeyi kolaylaştırmak ve dökümde
akıcılığı sağlamak amacıyla katılır.
• Türleri:
– Beyaz DD: Erimiş haldeyken hızlı soğutarak elde edilir. Sementit matris
içinde perlitten oluşur.Çok gevrek ve kırılgandır.
– Kır DD: Yavaş soğuma ile grafit lemelleri ve soğuma hızına bağlı olarak
ferritik veya perlitik olabilir. Sünekliği yoktur, dayanımı düşüktür.
– Temper DD: Beyaz DD in, 900-950oC de tavlanması ve sementitten
temper grafiti oluşması ile sağlanır. Çentik etkisinin azaltılması neticesinde
süneklik arttırılmıştır.
– Küresel DD: Erimiş durumda % 0.5 Mg, veya Ce katılması ile grafit
küresel tarzda katılaştırılır. İyi süneklik ve dayanım özellikleri gösterir.
Dökme demir türleri
Fe- Sementit faz diyagramı
*
*)Sıvı metale%0,05 oranında mağnezyum
katkısı ile
(a): Beyaz DD, (b) Gri /Kır DD; (c) Küresel grafitli DD; (d) Temper DD
Demir dışı metal ve alaşımları
(Muk./Yoğ.)/(Muk/yoğ)çelik
Demir dışı alaşımlar/Alüminyum Alaşımları
•
•
•
•
•
•
•
•
Düşük yoğunluk: Hafiflik
Korozyon dayanımı (yüzeyinde oluşan Al2O3 tabakası),
İyi elektrik iletkenlik,
Kolay şekillendirilebilirlik,
Dekoratif görünüm,
Bazı alaşımlar yaşlandırma ile sertleştirilebilir.
Diğerleri ancak soğuk plastik şekil değiştirme ile.
Aluminyum alaşımları, esas alaşım element baz alınarak
Aluminyum birliği (AA) tarafında standartlaştırılmıştır.
• Isıl işlem durumları “temper gösterimleri “ile ifade edilir.
Aluminyum ve alaşımları
Aluminyum alaşımları dövme ve döküm olmak üzere ikiye ayrılır.
Genelde her iki hal içinde aşağıdaki gösterim sistemi kullanılır:
Aluminyum alaşımlarının ısıl işlem durumları temper gösterimleri ile ifade edilir
ve alaşım gösteriminin sonuna ilave edilir. Örneğin 2024-T6 gibi.
Bu yapay yaşlandırılmış bir Al-Cu alaşımıdır.
Magnesium ve Titanyum Alaşımları
Magnesyum (Mg) alaşımları:
• Düşük özgül ağırlık,
• Korozyondan etkilenir,
• SDH yapılı-gevrektir-PŞV
zordur.
• Bazı alaşımları
yaşlandırılabilir.
• Havacılık sektörü, spor
aletleri, spor araç parçaları
vs.
Titanyum (Ti) alaşımları:
• Yüzeyindeki oksit tabakası
(pasivizasyon) nedeniyle
korozyona dayanıklıdır.
• Yüksek özgül dayanım,
• Düşük elastik modülü.
• 200oC ye kadar yüksek
dayanım gösterir.
• Bazı alaşımları
yaşlandırılabilir.
• Havacılık ve tıp endüstrisinde
yaygın olarak kullanılır.
Mağnezyum ve alaşımları
-Yoğunluk: 1,74 g/cm3 hafifliğin önemli olduğu yerlerde
kullanılır.
-Elastiklik modülü dolayısıyla rijitliği düşük(45 GPa).
-SDH kafes yapısından dolayı gevrek ve şekillendirilmesi güç
bir malzemedir.
-Yüksek sıcaklıklarda oksijenle hızla tepkimeye girer ve
tutuşur.Bu durum imalatta ve kullanımda sorunlar yaratır.
Titanyum ve alaşımları
Yoğunluk: 4,5 g/cm3 düşük değerdedir.
-Mekanik özellikleri iyidir.
-Korozyona direnci yüksektir.
-Akma ve yorulma mukavemetleri çeliklerin mertebesindedir.
Bu nedenle hafiflik isteyen havacılık uygulamalarında
rahatlıkla kullanılır.
Bakır ve Nikel Alaşımları
• Bakır (Cu);
–
–
–
–
–
Elektrik iletkenliği,
Isı iletkenliği,
Korozyon dayanımı,
Şekillendirilebilirlik,
Estetik
• Bazı alaşımları
– Prinç; Cu-Zn alaşımı, çok
yaygın
– Bronz: Cu-Pb-Sn-Al alaşımı
– Cu-Be yüksek dayanım ve
kıvılcım üretmeyen
takımlarda.
• Uygulama alanları:
Elektrik Telleri, Radyatörler,
Denizcilik parçaları, dekoratif
parçalar.
• Nikel (Ni)
– Çok iyi korozyon dayanımı
– Çok iyi yüksek sıcaklık dayanımı
– Süper alaşım imalinde : Alaşım
elementleri Al ve Ti. (Ni3Al ve
Ni3Ti (gama prime fazı ’)
yaşlandırma ile bağdaşık olarak
çöktürülür).
• Bazı alaşımları:
– Monel (Cupro-nikel %66 Ni %34 Cu) Alman gümüşü olarak
da bilinir.
– Tuzlu su dayanımı
– Yüksek sıcaklık uygulamaları
için
Bakır ve alaşımları
-Yoğunluk: 8,9 g/cm3 yüksek(Çelikte 7,8 g/cm3)
-Elektrik ve ısıl iletkenliği mükemmel
-Diğer demir dışı metallere göre, sertlik aşınma dayanımı ve
yorulma mukavemeti bakımından daha iyidir.
-YMK kafese sahip olduğundan kolay şekillendirilebilir diğer imal
usullerine de uygundur.
-Korozyon dayanımı iyidir.
-Bileşimine göre çeşitli renkler alabilir. Süs eşyası ve para
imalatında kullanılır.
-Değişik yöntemlerle mukavemeti arttırılabilir. En yüksek
mukavemet yaşlandırılmış Cu-Be alaşımında elde edilir.
En önemli Cu alaşımları:
1.Pirinçler :Cu-Zn alaşımları
2.Bronzlar : Cu-Sn(Kalay bronzu) ve Mn, Al, Si bronzu
Nikel ve alaşımları
-Korozyon dayanımı ve yüksek sıcaklık özellikleri iyidir.
-Çeliğin yapısını oda sıcaklığında bile ostenit haline getirir(Ostenit
kararlılığını arttırır).
-YMK kafese sahip olduğundan kolayca şekillendirilebilir.
-Ni-Cu alaşımlarının (Monel) korozyon dayanımı çok yüksektir.
-Süperalaşımların ana alaşım elementlerinden biririr.
Çinko ve Kurşun alaşımları
Çinko (Zn):
• Özellikle basınçlı döküme
elverişli.
• “Zamak” çok bilinen Zn-Al
ile alaşımıdır.
• Uygulama alanları:
– Elektrik cihaz parçaları
– Otomotiv parçaları
– Mobilya aksesuarları vs.
Kurşun (Pb)
• Düşük erime sıcaklığı,
• Yüksek özgül ağırlığı
• Kolay şekil verilebilirlik
• Toksik – sağlığa zararlı
• X-ışını vs. radyasyona karşı
bariyer.
• Uygulama alanları
– Lehimler
– Atalet-ağırlık gereken yerler
Kurşun ve alaşımları
-Erime sıcaklığı düşüktür. Bu nedenle oda sıcaklığında yeniden
kristalleşir.
-Yoğunluğu yüksektir ve ışın geçirgenliği düşük olduğu için
radyasyondan korunmakta kullanılır.
-Lehim alaşımlarında ana alaşım elementidir.
-Az miktarda antimon ile karıştırılarak mukavemeti
arttırılabilir.
-Toksik olması kullanım alanlarını sınırlar.
-Akü plakaları yapmakta kullanılır.
Çinko ve alaşımları
-Erime sıcaklığı düşüktür
-Korozyona dayanıklıdır.
-Basınçlı döküm yöntemine uygun bir malzemedir.
-Çelik saçların galvanizlenerek korozyondan korunması için
kullanılır.
Refrakter ve diğer metaller
Refrakter metaller (W, Mo,
vs):
• Yüksek erime
sıcaklıkları,
• Düşük oksidasyon
dirençleri:
kullanımlarında inert
atmosfer gerekir.
• Ampullerde filaman
olarak vs.
Kıymetli (Precious)
metaller. Au, Ag, Pt, vs.
• Yüksek inertlük
• Yüksek oksidasyon
direnci
• Uygulama alanları:
Kuyumculuk, elektronik
sanayi, tıp uygulamaları.
Berilyum ve alaşımları
-Yoğunluk:1,85 g/cm3
-Elastiklik modülü: 280 GPa (çelikten yüksek)
-Rijitliğin ve hafifliğin önemli olduğu yerlerde
kullanılır (Uzay sanayi)
-Çok pahalı, toksik ve reaktif bir malzeme
Refrakter(Yüksek sıcaklığa dayanıklı) malzemeler
-Molibden,Niyobyum,Renyum,Tantal ve Volfram
-Çok yüksek sıcaklıkta özelliklerini kaybetmeyen
malzemelerdir.
-Yüksek sıcaklıklarda süper alaşımlardan daha
dayanıklıdırlar
Kıymetli metaller
-Altın, gümüş, platin,iridyum, osmiyum, paladyum,
rodyum, lütenyum
-Korozyon dayanımları çok yüksektir.
-Altın elektrik sanayiinde, platin ise otomotiv sanayiinde
egzos filitresi olarak kullanılır.
SERAMİKLER VE
CAMLAR
Seramikler
• Metal veya yarı metallerin metal olmayan
elementlerle yaptığı bileşiklere Seramik denir.
• Kimyasal açıdan inorganik özellik taşırlar.
• Atomlar arası bağlar; iyonik, kovalent veya
kısmen metalik olabilir.
Si3N4 Seramik turbo
pervanesi
• Sınıflandırılmaları:
(a) kullanımları açısından,
(b) yapıları açısından
• Kullanımları açısından, iki grupta incelenirler;
– Geleneksel seramikler,
– İleri teknolojik seramikler.
Yapıları açısından
Seramikler
Kristal yapılı
Seramikler
1. Silikat esaslı Oksit
Ser. (%75 SiO2), Kiremit,
Amorf yapılı
Camlar
1.
Tuğla.
Silikat Camlar.
a) Ağ yapıcılar (SiO2,
B2O3)
b) Ağ düzenleyiciler
(Na2O3, K2O, CaO)
c) Ağ dengeleyiciler
(Al2O3, TiO2, ZrO2)
2. Silikat dışı Oksit Ser.
(ileri teknololik S.) Al2O3,
ZrO2, ThO2,
3. Oksit dışı Ser.
(ileri teknololik S.) B4C, SiC,
WC, TiN, vs.
2.
Silikat dışı Camlar.
Cam Esaslı
Kristal
yapılı Camlar
A. Kristal yapılı seramikler
(Silikat esaslı Oksit Ser.; Silikat dışı Oksit Ser.; Oksit dışı Ser.)
Silikat esaslı seramikler: Yapısında SiO2 bulunan
seramiklerdir.
• Toprakta %75 civarında bulunan SiO2 dayalıdırucuzdur.
• Geleneksel seramiklerin çoğu bu gruptadır;
Tuğla/kiremit/saksı, çanak/çömlek, Refraktör
seramikler, Çimento.
• İmalat adımları:
– Toz halinde bileşim ayarlanır.
– Su katılarak çamur elde edilir ve şekillendirilir.
– Kurutulur ve pişirilir.
• Çimentoda (portlant cement) ise katılaşma kimyasal
reaksiyon ile olur. Fazla düşük olmayan sıcaklıklarda
ıslatılarak katılaşma kabiliyeti arttırılabilir.
Silikat içermeyen seramikler:
• Bünyesinde SiO2 bulunmayan seramiklerdir.
• İleri seramikler olarak adlandırılabilirler.
• Saf olmaları yanı sıra küçük miktarlarda katışkı
içerebilirler.
Çeşitleri:
– Alumina Al2O3 refraktör
– MgO refraktör
– ThO2-nükleer yakıt, süperalaşım bileşimi
– UO2-nükleer yakıt
– BaTiO3- elektro-piezo seramik
– NiFe2O4-Manyetik seramik
•
•
Oksit içermeyen seramikler: Yapısında oksijen
bulunmayan seramiklerdir.
Kısmi metalsel bağ bulundurabilir; yüksek elektrik
dirençlerine rağmen elektriği kısmen iletebilirler
(yüksek sıcaklık rezistanları).
İmalat aşamaları:
1. Toz halinde bileşim hazırlama
2. Karıştırma; Kuru veya sıvı içerisinde
3. Basınç altında şekillendirme
4. Kurutma ve sinterleme
Yoğunluk
Gerçek yoğunluk
Sıkıştırma basıncı
Örnekler (Oksit İçermeyen)
• Silisyum karbür SiC- refraktör-rezistans (ısıtma
elemanı)
• Silisyum nitrür Si3N4-yüksek tokluk ve sertlik
• Titanyum nitrür TiN-Sert ve aşımaya dayanıklı
• Tungsten karbür WC-takım imalatı
• Bor karbür -B4C-zırh malzemesi
• SiAlON- Makina parçaları malzemesi
Sinterleme
• Şekillendirilmiş seramik yapının erime sıcaklıklarının altında
(0.5-0.7 Te) yüksek sıcaklıklarda tozların difüzyon ile birbirlerine
kaynaması ve bu sayede yapının yekpare yüksek dayanımlı bir
hale getirilmesi işlemidir.
• Sinterleme sırasında iç boşluklar (porozite) küçülür veya yok
olur.
• Sinterlemenin verimini arttırabilmek ve yüksek kalitede ürünler
elde için Sıcak izostatik presleme kullanılabilir. Şekillendirilmiş
tozlar yüksek gaz basıncı altında sinterlenir.
• Sinterlenmiş
seramik
parçalar
yüksek
performans
uygulamalarında; motorlar, fren rotorları, makina parçaları,
türbün parçaları vs. metallerin yerini almaktadırlar.
Camlar;
• Amorf yapılı
• Kristal yapılı
Cam: M.Ö. 3000 lerde Mısır, Sümer ve İndüs (Kuzeybatı Hindistanın İndüs
nehri civarı halkları) cam kimyasını biliyorlardı. Bu halklar deniz kumunun
yani silikatın, yanan ağacın bir ürünü olan potasla (Potasyum Karbonat)
veya Mısırın batı çölünde mineral olarak bulunan Sodyum Karbonatla
birlikte ısıtılması halinde düşük sıcaklıkta eriyebileceğini ve
dökülebileceğini öğrenmişlerdi. Örneğin sıvı haldeki camı, kamışların içine
ve kum çukurlarına dökerek cam kap şekli veriyorlardı. Hatta, biraz
soğutularak hamur haline getirilen cama şekil vererek ve sonra soğumaya
bırakarak çeşitli şekiller elde edebiliyorlardı. Camcılık sanatı daha sonra
doğal Potasın kullanıldığı Finikede de başladı.
Sodyum karbonat kumun erime sıcaklığını düşürür ama camı suda çözünür
hale getirir.
Kalsiyum karbonat ise camı suda çözünür yapmadan kumun erime
noktasını düşürür.
Kumun, yani saf silikatın (Si02) erime sıcaklığı 1720°C’dir. Söz konusu
tarihlerde bu sıcaklıklara çıkmak teknolojik olarak imkansızdı.
Bu katkılarla camın erime sıcaklığı 1000°C derecenin altına düşürülmüştür.
Amorf yapılı Camlar
Bu malzemeler; kristal yapıda değillerdir.
I. Silikat camlar:
• Seramikler içerisinde tonaj olarak en fazla kullanılan
malzemelerdir.
• Yüksek sıcaklıkta akışkan haldedirler.
• Azalan sıcaklıkta, akıcılıkları azalır (vizkoziteleri artar)
• Camlaşma sıcaklığının altında katı olarak davranır. Bu
duruma “aşırı soğutulmuş sıvı” olarak adlandırılır.
• Bileşimlerinde SiO2 yanı sıra diğer elementler de
bulunur.
Kimyasal yapı bileşenleri
• Ağ yapıcı bileşenler (network formers)
Cam yapısındaki ağ (network) şeklinde yapının
oluşmasını sağlayan elementler, SiO2, B2O3 vs.
• Ağ yapısını düzenleyici bileşenler (Network modifiers)
Ağ yapının özelliklerini kontrol edebilmek için
kullanılan malzemeler. Na2O3, K2O, CaO, vs.
• Ara bileşenler (intermediates)
Ağ yapısının stabilitesini sağlayan malzemeler. TiO2,
Al2O3, ZrO2, vs.
Örnekler
(Amorf Yapılı Camlar/Silikat Esaslı Camlar)
•
•
•
•
Silis camı (yüksek sıcaklık dayanımı)
Bor cam (düşük ısıl genleşme-yüksek ısıl şok dayanımı)
Pencere camı (Adi cam, flotal ayna camı, vs.)
Cam elyaf (Kompozit malzeme üretiminde takviye
elemanı)
• Emaye (Metal yüzeylerde korozyona ve dış etkilere
dayanıklı dekoratif kaplama)
• Kristal cam (PbO içeren saydamlığı mükemmel cam)
II. Silikat esaslı olmayan camlar:
• Fazla kullanılmazlar.
• Su ve nemden çok etkilenirler.
• Katkı malzemesi olarak kullanılabilirler.
• Elektronik endüstrisinde çeşitli
uygulamalar.
C. Kristal yapılı Camlar
• En gelişmiş tipleridir.
• Üretim adımları:
– Amorf yapıdayken şekillendirilirler.
– Kontrollü bir ısıl işlem ile yapısı % 90 oranında
kristale dönüştürülür.
– Kalan amorf kısım kristaller arasındaki kısımda
yer alır.
• Avantajları
– Daha yüksek mekanik özelliklere sahiptir.
– Kristal yapısı, düşük ısıl genleşme gösterir- ısıl şok
dayanımı oldukça yüksek olur- tencere vs
uygulamaları.
– Seramiklerin aksine daha kolay şekillendirilebilir.
• Örnek; Li2O,+Al2O3+SiO2 kompozisyonudur. Tane
boyutunu küçültmek için TiO2 eklenir.
Mekanik Özellikler
Seramiklerin belirgin özellikleri
•
•
•
•
•
•
•
•
Yüksek sertlik ve gevreklik
Yüksek aşınma dayanımı
Kimyasal kararlılık (inertlik-etkilenmeme)
Yüksek basma dayanımı (Çekmeden yüksek)
Yüksek rijitlik
Elektrik yalıtkanlığı veya çok düşük iletkenlik
Düşük ısı iletkenliği
Bazıları şeffaf olabilir.
Gevrek kırılma
• Kötü plastik şekil değiştirme özellikleri iyonik/kovalent
bağ.
• Düşük çekme dayanımı, daha yüksek basma dayanımı;
iç boşluk vs. den kaynaklanan çentik etkisi.
• Seramiklerde üretimden kaynaklanan boşluklar
(porosity) kuvvetli çentik etkisi yapar. (Çentik dibi
radyüsun azalması (keskinlik) yığılma gerilmesini
arttırır)
• Çekme deneyi yerine 3 noktadan eğme deneyi ile test
edilirler (yüksek sertlikleri nedeniyle çenelerin tutması
zordur)- Eğme dayanımı.
F
M c

I
L
M F
2
h
c
2
1
I
 bh3
12
c
L

h
b
3 F  L

2bh
• Eğme dayanımı-kırılma
modülü gibi isimler alır.
Mekanik özellik iyileştirme
• Seramiklerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi:
– Faz dönüşümü ile toklaştırma (Transformation
toughenning)
– Kontrollü mikro çatlak oluşturma: çatlak
ilerlemesini durdurmak
– Elyaf takviyeli kompozit tasarımı.
Faz dönüşümü ile toklaştırma:
• Yarı stabil ZrO2 (içerisine CaO, Y2O3 gibi oksitler
katılarak) normalde stabil olan monoklinik faz yerine
birim kafes hacmi daha küçük olan tetragonal faz
yarıstabildir.
• Çatlak ilerlemesi durumunda, çatlak dibindeki
gerilme seviyeleri, yarı stabil olan tetragonal fazın
stabil ve hacmi daha büyük olan monoklinik faza
dönüşmesine neden olur.
• Böylece çatlak kapanır ve ilerleyemez: tokluk ve
dayanım arttırılmış olur.
Statik yorulma
Metallerde tekrar eden
gerilmeler ile çatlak
ilerlemesi
Seramik ve camlarda
çatlak ilerlemesi
Silika ağına (network) sahip seramik ve
cam malzemelerde statik yüklemeler
altında görülen yorulma çeşitidir.
Bunun sebebi mekanik mekanizmalardan
ziyade daha çok kimyasaldır.
1. Su veya nem içeren ortamlarda
görülür.
2. Oda sıcaklığında gerçekleşir.
3. Yüksek sıcaklıklarda görülmez
Su silika ağ (network) ile reaksiyona
girerek Si-O-Si bağlarını parçalar.
Si-OH ve OH-Si bağları oluşturur.
Her seferinde çatlağın bir atomik mesafe
ilerlemesine sebep olur.
Sürünme
• Özellikle kristal yapılı malzemelerde
karşılaşılır.
• Yüksek sıcaklıklarda, sabit yük altında
malzemenin kararlı ve yavaş olarak plastik şekil
değiştirmesi olarak anlaşılır.
Sürünme mekanizması:
• Kristal seramiklerde: Tanelerin bir biri üzerinde
kayması ve bu şekilde şekil değişimi oluşmasıdır.
• Cam seramiklerde ise vizkoz akış şeklinde gözlemlenir.
Isıl şok dayanımı
• Isıl iletim katsayılarının düşük olmasından kaynaklanır.
• Isıl genleşme kesit boyunca farklılık gösterdiğinde yüksek
ısıl gerilmeler meydana gelir.
• Bu ısıl gerilmelerin, dayanımı aşması durumunda ani
kırılmalar meydana gelir.
•
•
•
•
Cam yapılı malzemeler Camsı geçiş sıcaklığının
altında katı gibi davranır.
Camsı geçiş sıcaklığının üzerinde vizkoz sıvı gibi
davranırlar.
Kristal yapılı camlar ise erime sıcaklığının altında
kristal düzene girerler ve hacimlerinde ani azalma
meydana gelir.
Temper cam imalatı.
Hacim
Vizkoz davranış
Aşırı doymuş
sıvı
Tg : Geçiş Sıcaklığı
Tm : Erime Sıcaklığı
Sıcaklık
Tg
Tm
Hacim-Sıcaklık Eğrisi
Kristal yapılarla kristal olmayan (camsı) yapılar arasındaki davranış farkı, hacımsıcaklık eğrisi yardımıyla açıklanabilir.
Camsı malzemeler Tg sıcaklığının altında sert ve gevrek oldukları halde,bu
sıcaklığın üzerinde viskoz bir sıvı gibi şekil değiştirebilirler. Sıcaklık arttıkça
viskozite azalacağından şekil değiştirme daha da kolaylaşır. Böylece camların
gevrek davranışı Tg nin üzerindeki sıcaklıklarda kaybolur.
1.Kristal malzeme: Tm sıcaklığının altında kristal yapıda katı haline geçer.
Atomların düzgün dizilişe geçmelerinden ötürü genellikle önemli ölçüde ve ani
olarak azalan hacım, sıcaklık düştükçe azalmaya devam eder.
2.Camsı(Viskoz) malzemenin hacmı ise Tg sıcaklığına kadar sürekli bir şekilde
(Dikkat:Yani ani değil) azalır. Bu sırada viskoz(koyu) bir sıvı gibi davranan
malzemenin viskozitesi azalan sıcaklıkla artar.
3.Cam:Tg sıcaklığında malzeme düzgün bir atom dizilişine sahip olmamakla
birlikte tamamen katı (sert) yani cam durumuna dönüşür.
Camsı malzemelere “aşırı soğutulmuş sıvı” adı da verilir.
kaymaya karşı
Temper Cam
• Camlaşma sıcaklığının
üzerindeki cam malzemenin
yüzeyine soğuk hava üflenerek
yüzeyi ani soğutulur.
• İç bölge, halen sıcakken, viskoz
akış ile şekil değiştirebilir. Daha
sonra soğuyan iç bölgeler
büzülür ve kendini çeker.
• Bu şekilde camın yüzeyinde
basma gerilmeleri oluşturulur.
• Böylece, çekme dayanımı ve
kırılmalara karşı direnci
arttırılması ile daha dayanıklı
camlar elde edilir.
Temper Cam İmalat Detayı:
Malzeme camsı duruma geçiş sıcaklığının üzerine ısıtılır daha sonra yüzeyi hava
akımında veya yağ banyosunda hızla soğutulur.
Parçanın iç ve dış kısımları arasındaki sıcaklık farkları ortaya çıkar. Daha soğuk olan
dış yüzey büzülmek ister, ancak hala sıcak olan sıcak iç kısmı bunu engellemek ister
ve dış yüzeyde çekme, iç kısımda basma iç gerilmeleri oluşur.
Soğumanın bu ilk evrelerinde hala yumuşak olan iç kısımda etkiyen basma gerilmeleri
sonucu viskoz akış mekanizması ile şekil değişimi (kısalma) gerçekleşir ve iki bölge
arasındaki dış kısmın önceden büzülmesinden kaynaklanan boy farkları dengelenir.
Soğuma devam ettiğinde bu kez soğuyan iç bölgeler büzülmeye çalışır, ancak bu oda
sıcaklığına önceden soğumuş ve katı durumda bulunan dış yüzey buna engel olmaya
çalışır, Yani dış kısım iç kısmın büzülmesini engellemek (onu eski boyunda tutmak)
için iç kısma çekme uygular; iç kısım ise büzülmeye çalışırken dış kısmında
kendisiyle birlikte boyunun kısalmasını sağlamak için dış kısma basma gerilemeleri
uygular. Sonuçta dış yüzeyde basma. iç yüzeyde ise çekme iç gerilmeleri oluşur.
Gevrek malzemelerde çatlak oluşumu için çekme gerilmeleri daha etkin olduğundan
yüzeyinde basma iç gerilmeleri bulunan bu malzeme kırılmaya karşı daha az
duyarlıdır.
Camlarda Optik Özellikler
Kırılma için Snell yasası
Kırılma indisi n’ olan bir ortamdan, kırılma indisi n olan bir
ortama geçen ışık için, kırılma indisleri ile geliş açısı θ’ ile
kırılma açısı θ arasında aşağıdaki bağıntı mevcuttur:
n’/n = sinθ/sinθ’
Eğer ışık havadan veya vakumdan kırılma indisi n olan bir
ortama geçiyorsa havada(vakumda)
n’= 1 olduğundan;
n = sinθ’(geliş açısı) / sinθ (kırılma açısı)
elde edilir. Bu ifade ise bir önceki ifadede de verilmiştir.
Işığın vakumdaki hızı, ışığın saydam
malzemedeki hızı. Geliş açısı, kırılma açısı
Gelen ışın
Dikkat:Teorik yansımada yansıma
açısı geliş açısına eşittir.
Teorik yansıma
Gerçek yansıma
(Dağınık yansıma)
Gerçek yüzey
Teorik-ortalama -yüzey
Yansıyan
Teorik yansıma
(opak)
Dağınık
yansıma
Geçen
Yansıma da geçen ışığın şiddetini azaltır
Saydamlık: net bir görüntü geçirme yeteneği
Yarısaydamlık: Dağınık bir görüntü geçirme
Opaklık:Görüntü geçirme kabiliyetinin tamamen kaybolması
Işık iç saçılma nedeniyle şiddetini daha da
kaybederek geçiyor.Bu da görüntüyü
net yapmıyor.
durumu
Örneğin, cama baryum karbonat katılarak kahverengi, FeO3 katılarak yeşil cam elde edilir.
POLİMERLER
Polimerler
*
**
(Zayıf)
*Zayıf bağ
**Kuvvetli bağ
Merlerin birleşmesi ile polimerin oluşumu
Çapraz bağlar kuvvetli bağlardır
Polimer malzemeler
Karbonun diğer C veya H, O, OH, Cl gibi element veya
iyonlarla kovalent bağlar yaparak oluşturduğu molekül
zincirlerinin Van der Waals bağları ile bir arada
bulunması ile oluşan malzeme grubuna verilen isimdir.
Zincir içinde kovalent bağ
Zincirler arasında van
der Waals bağ
Polimer oluşum reaksiyonları
Molekülleri zincir oluşturması için meydana
gelen reaksiyonlar;
1)
2)
3)
4)
–
Polimerizasyon
Kopolimerizasyon
Poliadisyon
Polikondanzasyon
Diğer mekanizmalar
•
•
•
Harmanlama
Dallanma
Çapraz bağ oluşumu
Polimerizasyon
• Polimer; MER adı verilen çok sayıda doymamış moleküllerin
bir araya gelmesi ile oluşur.
• Örneğin;
– Etilen molekülü –basınç, ısı veya katalizör yardımıyla C’ lar
arası çift bağın teki parçalanır ve Mer durumuna geçer.
– Mer molekülleri birbirine eklenerek polimerizasyon
reaksiyonu oluşur.
• Bu şekilde n tane molekül birbirine eklenir ve Polietilen
meydana gelmiş olur.
• “n” MER sayısını ve polimerizasyon derecesini gösterir.1001000 arasında değer alır.
• Herhangi yan ürün çıkmaz.
• Genelde termoplastikler bu reaksiyonla oluşur.
Polietilen:
Zincirin omurgası, Birbirlerine kovalent bağlı C atomları
tarafından oluşturulmuş. Her bir C atomuna kovalent
olarak bağlı 2H mevcut.
Kopolimerizasyon
• Polimerizasyon reaksiyonunda birden fazla farklı türde
MER in tekrarlı yapıda bir araya gelmesi ile oluşur.
• Yan ürün çıkışı olmaz.
• Vinil klorür oluşumu.
Vinil polimerler:Etilenin(C2H4) bir
hidrojen atomunun
yerini bir atom veya atom grubu
aldığında elde edilen polimere vinil
polimer adı verilir. Bu örnekle merdeki
bir hidrojenin yerini klor
almıştır:PoliVinil Clorür(PVC)
Bir hidrojenin yerini CH3 alsaydı
meydana gelen polimere polipropilen
adı verilir.
Polikondansasyon
• Farklı moleküllere sahip MER ler ürün vererek bir araya
gelir ve zincir oluşturur.
• Genelde termoset oluşumunda rastlanır.
• Reaksiyonda yan ürün vardır.
• Dimethil terefilat ve etil alkolün reaksiyonu neticesi PET
oluşur. Yan ürün olarak metil alkol oluşur.
Poliadisyon
• Başlatılması için bir başlangıç moleküle ihtiyaç olduğu
reaksiyonlardır.
• H2O2, Etilen Monomeriyle reaksiyona girerek yeni bir
zincir meydana gelmesini sağlar.
Bakalitin oluşumu
Yapısal özellikler
• Harmanlama: Farklı molekül zincirlerinin bir araya
gelmesi ile oluşur: ABS
• Dallanma: Ana zinciri meydana getiren karbona
başka bir zincirin bağlanması neticesi oluşur.
• Çapraz Bağlanma: Uzun zincir moleküllerinin
birbirlerine yan dallanmış bağlarla bağlanması.
– Vulkanizasyon sırasında kükürtün yardımıyla
çapraz bağ oluşumu.
– Polimerin dayanımı artar fakat sünekliği azalır.
(a)Linear dallanmamış
(b)Linear dallanmış
(c) Çapraz bağlı dallanmamış.
(d) Çapraz bağlı dallanmış.
Dallanma
Büyük bir yan grup R yerine bir polimer
zincirine bir başka
birine
polimer zincirinin eklenmesi, dallanma olarak adlandırılır.
Dallanma sonucu zincirlerin hareketleri zorlaşır. Rijitlik ve
mukavemet artar.
S (kükürt) çapraz bağ görevi üstleniyor.
Polimerde kristal yapı bölgeleri
Polimerlerin yapısı
YAPI TİPLERİ:
• Camsı: Amorf
• Kristal
• Karışık yapı: Camsı/Kristal
Tamamen kristal yapı pek görülmez; Karışık
yapı olabilir.
– Moleküllerin karmaşıklığı
– Soğuma hızının artması
kristal oluşumunu zorlaştırır.
Polimer Çeşitleri
3 tip polimer mevcuttur
– Termoplastikler
– Termosetler
– Elastomerler
Termoplastikler:
Elastik lineer
zincirler
Termosetler: Rijit
üç boyutlu zincir
ağı
Elastomerler:
Lineer çapraz
bağlı zincirler.
Termoplastikler
•
•
•
•
•
•
•
•
Isı etkisiyle yumuşayabilirler
Polimerizasyon reaksiyonu ile üretilebilirler
Daha çok lineer yapı gösterirler
Artan sıcaklıkla önce vizkoz sıvı sonrada sıvı duruma geçer.
Camlaşma sıcaklığının altında gevrek davranır.
Tekrar kullanılabilirler.
Düşük sürtünme katsayıları vardır.
Pres, enjeksiyon, haddeleme, ekstrüzyon, gibi imalat yöntemleri
uygundur.
• Aralarında
– Genel amaçlı (PE, PVC, PS, ABS)
– Mühendislik (PET, Teflon, PC, vs)
– Elastomer polimerler.
Termosetler
• Isı ile yanarak kömürleşirler; dolayısıyla sıcaklıkla
yumuşamazlar.
• Genellikler polikondanzasyon reaksiyonu ile imal
edilirler; yan ürün verirler
• Molekül zincirleri ağ yapısında çapraz bağlara
sahiptirler
• Camlaşma sıcaklığı alt ve üstünde gevrek davranırlar.
• Gevrekliği azaltmak için dolgu malzemeleri kullanılır.
• Kompozit malzemelerin üretimine uygundur.
• Epoksi, polyester, bakalit, vs.
Elastomerler
• Çok yüksek elastik özellik gösterirler. Uzamaları
%1000 e ulaşabilir.
• Dayanımları düşüktür. (Doğal kauçuk, lateks, vs.)
• Vulkanizayon yardımıyla molekül zincirleri arasında
çapraz bağlar oluşturulabilir ve lastik şeklinde
üretilerek dayanımı arttırılabilir.
• Bütadin/isopren/Neopren/Silikon, vs.
Katkı maddeleri
• Plastikleştiriciler: Yumuşatır ve camlaşma sıcaklığını
düşürür
• Dolgu maddeleri: Gevrekliği azaltır/Ekonomiklik sağlar
• Takviyeler; kompozi malzeme yaparak dayanımı arttırır
• Stabilizatörler; Ortam etkisini indirgeyerek degradasyonu
azaltır.
• Alevlenme Önleyiciler; Kolay alevlenme ve yanmayı
önlerler
• Renklendiriciler; Polimerleri renklendirmek için kullanılır
Mekanik Özellikler
Mekanik özellikler
Termoplastikler:
• Elastik kısmın eğimi “elastik modülünü” verir.
• Akmadan sonra, boyun verme olur: Kesit daralır,
molekül zincirlerinin yumakları açılır, çekme
doğrultusunda yönlenir ve birbirine yaklaşır.
• Boyun vermeden sonra, Van der Waals bağları etkisini
arttırır ve molekül zincirleri daha sıkı tarzda bağlanır ve
dayanım artar.
• Kopmanın meydana geldiği gerilmeye “çekme
dayanımı” denir ve genelde elde edilen kopma uzaması
değeri ile birlikte rapor edilir.

Çekme dayanımı
Akma dayanımı
Boyun verme
Plastik deformasyon
Nonlineer elastik deformasyon
Lineer elastik deformasyon

• Amorf ve molekül zincirlerinden oluşan yapılar
nedeniyle visko-elastik davranış göstermektedir.
• Deformasyon sırasında hız önemlidir: Arttıkça
dayanım artar. Deneylerde standart hız söz konusudur.
• Elastik Ş.D.: Yumakların açılması, zincirlerin düzelmesi,
Bağlarda uzama.
• Plastik Ş.D.: Zincirlerin arasında kayma.
• Çapraz bağ: Viskoelastik S.D. azaltır, dayanımı arttırır,
süneklik azalır. Isıyla erime yeteneği kaybolur.
• Termosetler her sıcaklıkta gevrek davranış gösterir
Boyun verme lokal olarak
zincirlerin çekme yönünde
düzgünleşmesi:
Kopma

Lineer elastik

Viskoelastik Davranış
Elastik deformasyon zamana bağlı değildir. Yani
uygulanan gerilme sonucu elastik şekil değişimi aniden
oluşur. Yük sıfır olunca da elastik ş.d. aniden sıfır olur.
Ancak bazı hallerde, zamana bağlı olarak gelişen elastik
bileşen mevcuttur. Yani gerilmenin uygulanmasından
sonra elastik şekil değişimi zamanla devam eder ve
gerilmenin kaldırılmasından sonra da elastik şekil
değişiminin sıfır olması için belirli bir zaman gerekir. Bu
zamana bağlı elastik davranışa anelastisite adı verilir.
Metallerde bu anelastik bileşen normalde çok küçüktür
ve ihmal edilir. Ancak bazı polimerik malzemelerde
bunun şiddeti önemli ölçüdedir ve bu durum viskoelastik
davranış olarak adlandırılır.
ViskoElastik Davranış
Rijit (Katı cisim)
Log E
• Elastiklik Modülü-Sıcaklık
diyagramıyla ifade edilir.
• Camlaşma ve ergime
sıcaklıkları arasında kalan
bölgeler farklılık gösterir.
– Rijit bölge
– Deri kıvamında bölge
– Lastik kıvamında bölge
– Vizkoz bölge
Deri kıvamı
Lastik kıvamı
Vizkoz
Tc
Te
Amorf polimerler
1. Camsı (Camlaşma) geçiş sıcaklığından daha düşük
sıcaklarda cam (amorf katı) gibi davranırlar: Bu
sıcaklıklardaki düşük deformasyonlarda davranışları
elastiktir ve Hook kanununa uyarlar : σ = ε.E
2. Camsı geçiş sıcaklığının üzerindeki orta derecedeki
sıcaklıklarda lastik gibi davranırlar (viskoelastik)
3. Daha yüksek sıcaklıklarda ise viskoz sıvı (örneğin bal) gibi
davranırlar.
Bu iki ekstrem arasındaki (yani cam ve viskoz sıvı) orta
derecedeki sıcaklıklarda lastik gibi davranan amorf
polimerin, davranışı iki ekstrem davranışın kombinasyonu
şeklinde olup , bu durum viskoelastisite olarak adlandırılır.
Yükün uygulanıp kaldırılması sırasındaki elastik, viskoz ve
viskoelastik şekil değişimleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Termoplastik polimerlerin mekanik davranışları
Sıvı
Tm
Viskoz
Lastik
Deri
Tg
Rijit
:Metaller gibi davranır
Elastomerler
• Elastomerlerde doğrusal olmayan elastik deformasyona uğrar.
• Elastik harakette önce yumaklar açılır sonra birbiri üzerinde
kayar.

Bağlarda uzama
Zincir
yumaklarının
açılması

(Eski haline dönemiyor)
Visko elastik davranış
Rijid
Deri gibi
Lastiksi bölge
Darbe özellikleri ve Yumuşama Tayini
Darbe Özellikleri;
• Charpy ve izod deneyleri kullanılır.
• Camlaşma sıcaklığı tayininde izod deneyi kullanılır.
Yumuşama sıcaklık tayini (Vicat testi);
• Sivri bir uçla ve 1 kgf ile batırılmaya çalışılan polimer
malzemede 1 mm kalıcı batmanın sağlandığı sıcaklık
tayin edilir.
• Yüksek sıcaklıklarda kullanılan polimerler için
önemlidir.
Gevşeme
• Zamana ve sıcaklığa bağlı olarak plastik şekil
değişimini ifade eder.
• Gevşeme; sabit deformasyon altındaki polimerler
zamanla gerilmenin ve vizkoz akışın etkisiyle sahip
oldukları gerilmeyi yitirirler.
• Gevşeme süresi: Polimerin ilk gerilme seviyesi o ın
0.37 x o seviyesine düşmesi için tanımlanmış T
sıcaklığında geçecek süre  olarak tanımlanmaktadır.
Bu bir malzeme özelliği olup her malzeme için ve
sıcaklık için aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır.
Qn


  C  exp  RT 


• Q viskoz akış için gerekli olan aktivasyon enerjisi, T
mutlak sıcaklık, R ise üniversal gaz sabiti olup, C
malzeme sabitidir.
Gevşeme
  C  exp  Qn RT 

• Bu veriler kullanılarak t anı sonrasında o ön
gerilmesinden hangi gerilme değerine malzemenin
gevşeyeceği aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.
 
   o  exp  t 
• Burada  süre (0,37 o değerine gevşeme süresi), o
polimerdeki başlangıç gerilmesi ve  ise t anı
sonrasında gerilmenin düşeceği gerilme seviyesidir.

Termoset
Termoplastik


Termoplastik

Elastomer

(veya Tg nin altında
termoplastik)
Tg nin üzerinde
Çekme sırasında
kristalleşme nedeniyle
bir çeşit pekleşme var
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
Bir polyisoprene bant çelik çubukları 1 yıl süre ile bir arada
tutmak için kullanılmaktadır. Eğer gerilme 1500 psi’in altına
düşerse işlevselliğini yitirecektir. Yapılan ön çalışmalarda
1000 psi değerindeki gerilmelerin 6 hafta sonunda 980 psi
değerine düştüğü görülmüştür. Tasarladığınız bantın
yukarıdaki amacı yerine getirmesi için uygulanacak ön
gerilmenin değeri ne olmalı.
  o exp(  t )
980 1000 exp(  6),  

6
 297 hafta
0.0202
1500  o exp( 52 / 297)  o exp( 0.175)  0.839o
o  1500 1788 psi
0.839
Termoplastiğin gerilme uzama diyagramı
Histerisiz
• Elastik zorlamada, eğri üzerinde gidiş ve geliş
yollarında farklılığa “histerisiz” adı verilir.
• Bu titreşim sönümlemede önemli rol oynar.
Geri alınamayan
şekil değiştirme işi
(Yükleme ve boşaltma
eğrileri arasındaki alan).
Bu özellik HİSTERİZİS’tir.
Polimer
Mer
Kullanım yeri
Aromatik halka:
Benzen halkası
C6H5