Fiziksel Özellikler

MALZEME SEÇİMİ
ve PRENSİPLERİ
MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ- 4
1
2
CES Selector’da Seçim Kriterleri
CES Selector’da malzeme özelliklerinin sınır (limit) değerlerine göre seçim
işlemi yapılırken şu başlıklara göre seçim işlemi yapılır:
• Bileşim
• Fiyat
• Fiziksel Özellikler
• Mekanik Özellikler
• Darbe ve Kırılma Özellikleri
• Termal özellikler
• Elektriksel Özellikler
MALZEME SEÇİMİ VE PRENSİPLERİ
4 /66
4
CES Selector’da Seçim Kriterleri - 2
• Bio-data
• Manyetik Özellikler
• Kritik malzeme riski
• Üretim Özellikleri
• Kararlılık
• İlk üretim enerjisi, CO2 ve Su
• Üretim enerjisi, CO2 salınımı ve Su
• Geri Dönüşüm ve Kullanım Ömrü
• Temel bileşen için jeo-ekonomik veriler
• Temel bileşen için ekonomik göstergeler
5
• Genel bileşim (Composition overview)
başlığında;
• Malzemenin şekli (Form) yani kütlesel katı,
köpük, bal peteği, tel, fiber, partikül, sıvı ve
diğer kategorileri yer alır.
7 66
7
• Malzeme ailesi (Materials family)
kategorisinde ise; metal (demir esaslı, demir
dışı, değerli, diğer), kristalin ve amorf
termoplastik, termoset plastik, termoplastik
elastomer, termoset elastomer, seramik
(teknik, geleneksel), cam, tabii malzeme
kategorileri vardır.
8 66
8
• Ana malzeme (Base material), başlığında ise;
metal ve metal matriksli kompozit,
seramikler, camlar ve seramik matriksli
kompozit, polimer ve polimer matriksli
kompozitler, ahşap ve ahşap esaslı
kompozitler, biyolojik esaslı malzemeler
kategorileri vardır.
9 66
9
Ağırlıkça % dolgu
(%Filler by weight),
10
takviye fazın cinsi
(Filler/reinforcement),
11
takviye fazın şekli
(Filler/reinforcement form) açısından
da genel bileşen başlığı altında seçim
kategorileri vardır.
12
İlaveler
(additive)
13
yenilenebilir içerik
(Renewable content)
14
• Bileşim (metal, seramik ve cam); bu başlıkta
malzeme içerisinde yer alan elementlerin
minimum ve maksimum değerleri bazında seçim
limitleri girilebilmektedir.
15
• Bileşim (polimer ve tabii malzemeler); bu
başlıkta seçilen polimer matriksin % oranı ile
kullanılacak takviye fazın %ağırlık oranları
girilerek seçim işlemi yapılmaktadır.
16
Fiyat
• Fiyat (Price) seçim kategorilerinde
malzemenin TL/kg olarak minimum ve
maksimum fiyatları girilebilmektedir.
17
Fiziksel Özellikler
• Fiziksel Özellikler (Physical
properties) seçim kategorisinde
malzemenin yoğunluğu (density)
baz alınarak seçim
yapılabilmektedir.
18
Mekanik
Özellikler
• Bu başlıkta limit değeri girilebilecek özellikler şunlardır:
Young modülü (Young’s modulus),
Akma mukavemeti (Yield strength),
Çekme mukavemeti (Tensile strength),
% Uzama (Elongation),
Basma modülü (Compressive modulus),
Basma mukavemeti (Compressive strength),
Eğme modülü (Flexural modulus),
Kayma modülü (shear modulus),
Hacim modülü (bulk modulus),
Poisson oranı,
Şekil faktörü,
Vikers sertlik derecesi,
Yorulma mukavemeti, 10^7 çevrimde (fatigue strength),
Mekanik kayıp katsayısı (mechanical loss coefficient) ve
bu özelliklerin sıcaklıkla olan etkileşimleri bazında seçim
yapılabilmektedir.
19
Mekanik Özellikler
20
Mekanik Özellikler
21
Mekanik Özellikler
22
Mekanik Özellikler
23
Mekanik Özellikler
24
Mekanik Özellikler
Eğme modülü (Flexural modulus),
25
Mekanik Özellikler
Eğme mukavemeti
26
Mekanik Özellikler
27
Mekanik Özellikler
Hacim modülü
28
Mekanik Özellikler
29
Mekanik Özellikler
30
Mekanik Özellikler
31
Mekanik Özellikler
32
Mekanik Özellikler
33
Darbe ve Kırılma Özellikleri
• Bu başlıkta malzemenin kırılma tokluğu
(Fracture toughness) ve süneklik indeksi
(Ductility index) girilerek seçim
yapılmaktadır.
34
Termal Özellikler
•
•
•
•
•
•
•
•
Bu başlıkta malzemenin
ergime sıcaklığı (Melting point),
cam geçiş sıcaklığı, tg (Glass temperature),
maksimum ve minimum kullanım sıcaklıkları (Max
–Min service temperature),
termal iletkenlik (thermal conductivity),
spesifik ısı kapasitesi (Specific Heat capacity),
termal genleşme katsayısı (Thermal expension
coefficient),
ergime gizli ısısı (Latent heat of fusion) değerleri
girilerek seçim yapılmaktadır.
35
Termal Özellikler
• Bu başlıkta malzemenin
• ergime sıcaklığı (Melting point),
36
Termal Özellikler
• cam geçiş sıcaklığı, tg (Glass temperature),
37
Termal Özellikler
• maksimum ve minimum kullanım sıcaklıkları (Max
–Min service temperature),
38
Termal Özellikler
• termal iletkenlik (thermal conductivity),
39
Termal Özellikler
• spesifik ısı kapasitesi (Specific Heat capacity),
40
Termal Özellikler
• termal genleşme katsayısı (Thermal expension
coefficient),
• ergime gizli ısısı (Latent heat of fusion) değerleri
girilerek seçim yapılmaktadır.
41
Elektriksel Özellikler
Bu başlıkta malzemenin
elektriksel direnci (electrical resistivity),
dielektrik sabiti (dielectric constant),
dielektrik
mukavemeti-kırılma
voltajı
(dielectric strength-dielectric breakdown),
galvanik potansiyel (galvanic potential)
değerleri girilerek seçim yapılabilmektedir.
42
Manyetik Özellikler
• Malzemenin ne tip magnetik (magnetic properties) (sürekli magnetik,
non-magnetik, manyetik) olması temelinde seçim yapılabilir.
43
Optik Özellikler
Malzemenin
kırılma indeksi (refractive index) ve
şeffaflık (transparancy) durumlarına göre
şeçim yapılabilir.
opak
yarı saydam
şeffaf
optik kalitesi
44
Bio-Data
• Bu başlıkta malzemenin RoHS (EU) – (European Restriction on Hazardous
Substances) yönetmeliklerine uygun olup olmadığı (içeriğinde yasaklı
maddelerden var mı, yok mu) belirtilmektedir.
• Gıda temasına (Food contact) uygunluk temelinde de seçim yapılabilir.
Kritik Malzeme Riskleri
• Bu başlıkta malzemenin Bulunabilirlik risk seviyesi (Abundance risc level),
Kaynak ve jeopolitik risk seviyesi (Sourcing and geopolitical risc level),
Çevresel ülke risk seviyesi (Environmental country risk level), Fiyat kararsızlık
risk seviyesi (Price volatility risc level), Malzeme ihtilaf risk seviyesi (Conflict
materials risc level) başlıklarına göre seçim yapılabilir.
45
Üretim Özellikleri
• Bu başlıkta, seçilecek malzemenin hangi Üretim yöntemine (Porcessing properties) ne
seviyede uygun olması gerektiği seçilebilir. Seçilen yönteme göre; uygun değil, sınırlı
kullanım, uygun, mükemmel uygunluk seçeneklerine göre seçim yapılabilir.
Kararlılık
• Bu başlıkta, seçilecek malzemenin; tatlı ve tuzlu suya, zayıf ve kuvvetli
asitlere, alkalilere, organik çözücülere, 500°C’de oksidasyona, UV ışınlara,
sürtünme yapışmasına (galling resistance), alevlenebilirliğe uygun olup
olmamasına (kararlılığına) göre seçim yapılabilir.
46
İlk Üretim Enerjisi
• Malzemelerin, cevherden/hammaddeden başlayarak ilk kez üretiminde ne kadar
enerjiye ihtiyaç duyacağı temelinde seçim limitleri girilerek seçim yapılır. Bu
kademede 1 kg malzemenin ilk kez üretiminde; ilk üretim enerjisi (embodied
energy), CO2 salınımı (CO2 footprint), NOx salınımı (NOx creattion), SOx
salınımı (SOx creation), su kullanımı (Water usage) bazında seçim işlemi
yapılabilir.
47
Geridönüşüm ve Kullanım Sonrası
Malzemelerin, servis ömrü sonrası geri dönüşüme uygunluğu (recycle), bunun için ne
kadar enerji gerektirdiği (embodied energy,recycle), bunu yaparken ne kadar CO2
salınacağı (CO2 footprint, recycling), geridönüşümde kalite ve performans düşüş
seviyesi (downcycle), kontrollü yanma ile ne kadar enerji elde edileceği (combust for
energy recovery), kullanımdaki bu malzemelerden % ne kadarının geri
dönüştürülebildiği (recycle fraction in current supply), yanma sırasında açığa çıkan
enerji miktarı (heat of combustion), yanma sırasında ne kadar CO2 yayacağı
(combustion CO2), depolanıp depolanamayacağı (landfill) ve biyolojik olarak
ayrışabilir olup olmadığına (biodegrade) göre seçim işlemi yapılabilir.
48
Temel Ürün için Jeo-ekonomik Veriler
• Bu kademede, ürün cevherden üretilirken ağırlıkça cevherin % ne kadarı ürüne
dönüşmekte olduğu (Typical exploited ore grade), min. ekonomik cevher seviyesi (Min.
economic ore grade), yer kabuğunda ki bolluğu (Abundance in Earth’s crust), deniz
suyundaki bolluğu (Abundance in seawater), yıllık dünya üretimi (Annual World
production), rezerv durumu (reserves) açısından limitler girilerek seçim yapılmaktadır.
Temel Ürün için Eko-indikatörler
Bu kademede, ürün eco-indicator 95, eco-indicator 99 ve EPS değeri adlı
database’lere göre çevreye verdiği zararı gösteren değerler girilerek seçim
işleminde bulunulur.
49
Dizayn sınırlayıcı bazı
malzeme özellikleri ve
onların sembol ve
birimleri
50
51
Malzemelerin bazı termal özellikleri
53
Malzemelerin bazı mekanik özellikleri
54
Malzemelerin bazı elektrik, manyetik ve optik özellikleri
55
Malzemelerin bazı kimyasal özellikleri
56
57
MALZEME ÖZELLİKLERİ
58
YOĞUNLUK
Yapısal bir komponentin ağırlığını belirlemesi açısından yoğunluk en önemli
malzeme özelliklerinden biridir. Malzemelerin yapısal performans faktörlerinin
bir parçasıdır ve malzemelerin kristal yapısıyla ilişkilidir. Bir katının yoğunluğu
temelde üç faktöre bağlıdır; Atomlarının veya iyonlarının ortalama atomik
kütlesi, atomik veya iyonik boyutu ve kristal şekli (paketlenme şekli). Metaller,
ağır atomlardan oluşmaları ve sıkı paketlenmiş yapıya sahip olmaları itibarıyla
yoğundur. Polimerler esas olarak Karbon ve Hidrojen gibi hafif atomlardan
oluştukları için, doğrusal iki veya üç boyutlu paketlenmiş zincir yapıları nedeniyle
düşük yoğunluğa sahiptir. Seramikler C, O veya N içerdikleri için düşük yoğunluğa
sahiptir ve paketlenme fraksiyonları metallerden daha düşüktür.
59
• Yoğunluk, birim hacmin kütlesidir. Birimi ise genellikle katı
maddeler için g/cm3’dür. Ancak kg/dm3, ton/m3 veya Mg/m3 de
kullanılır. Gazların yoğunluğu çok düşük olduğu için kg/m3
kullanılır.
60
MEKANİK ÖZELLİKLER
Mekanik özellikler, gerek üretim ve gerekse parçanın
kullanımı
esnasında,
kuvvetlerin
etkisi
altında
malzemenin davranışlarını karakterize eder.
Mekanik özellikler esas olarak atomlar arası bağ
kuvvetlerinden kaynaklanır. Ancak bunun yanında
malzemenin iç yapısının (Mikroyapı) da etkisi vardır. Bu
sayede iç yapıyı değiştirerek aynı malzemede farklı
mekanik özellikler elde etmek mümkün hale gelir.
61
Bunlar; elastik ve plastik deformasyon kabiliyeti, sertlik, süneklik, tokluk,
gevreklik, rijitlik, elastik modül, akma dayanımı, çekme dayanımı,
kırılma tokluğu vs. gibi özelliklerdir. Malzemenin uygulanan bir kuvvete
karşı nasıl direnç gösterdiğini ölçmek için kullanılan testler; çekme,
sertlik, darbe, yorulma, sürünme gibi testlerdir.
Bir kuvvetin etki ettiği kesitte birim alana düşen kuvvete yani
malzemenin maruz kaldığı kuvvet yoğunluğuna gerilme adı verilir. Birim
şekil değişimi (strain) ise birim uzunluk başına boyutlarda meydana
gelen değişimi ifade eder. Gerilme birimi psi (pounds per square inch)
veya Pa (Paskal) iken birim şekil değişimi boyutsuzdur.
62
Bir malzemeyi gerdirdiğimizde (yani şekil
değişikliğine uğradığında), malzeme buna
karşı bir direnç gösterecektir. Bu direnç,
malzemeyi
şekil
değiştirmek
için
uyguladığımız kuvvet ( gerilme ) şeklinde
ifade edilebilir.
Gerilme = Young Modülü x Birim şekil değişimi ; σ = E . ε olur.
Küçük şekil değişimlerinde basit çekme veya basma için bu
eşitlik “ Hook Kanunu ” olarak bilinir. Orantı sabiti E , Young
Modülü olarak adlandırılır ve elastik bir malzeme sabitidir.
63
Kuvvet kesite dik ise ve boy değişimlerine (uzama veya
kısalma) yol açıyorsa “normal gerilme” (σ) adı verilir.
Kuvvet kesit içinde ise ve açı değişimine neden oluyorsa,
“kayma gerilmesi” (τ) adı verilir. Normal gerilmeler (+)
işaretli ise çekme, (-) işaretli ise basma anlamına gelir. Bir
parçaya etki eden kuvvet ve momentler, parçada hem
normal hem de kayma gerilmesi oluşturabilir. Gerilmelerin
birimi N/mm2 veya MN/m2 (MPa)’dır.
σ ≡ F⊥ / A₀
Çekme-Basma
gerilmesi
τ ≡ F// / A₀
Kayma
gerilmesi
64
Bir yapı üzerine etkiyen kuvvetin en basit şekli çekme veya basma
’dır. Örnek olarak kablolar için gerilme durumu çekme iken, bir
yapının ağırlığını taşıyan bir kolon için gerilme durumu basma ’dır.
Döner bir şaft yüzeyinin maruz kaldığı gerilme şekli “iki eksenli
kayma-(pure shear)”dır. İçinden akışkan geçen bir boru yüzeyinde
ise gerilme “ iki eksenli ” dir. En sonuncu gerilme şekli ise
yerkürenin derin katmanlarında veya okyanus derinliklerinde bir
katının tüm yüzeylerinin maruz kaldığı “eşdeğer basma
gerilmesi”dir. Buna “hidrostatik basınç” da denir.
65
66
BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ
Gerilme durumuna bağlı olarak malzeme deforme olacak veya şekil
değiştirecektir. Çekme gerilmesi malzemeyi çekme kuvvetinin
etkidiği paralel doğrultuda uzamaya ve dik doğrultuda ise daralmaya
zorlayacaktır.
(L ve W başlangıç boyutlarıdır)
Enine birim şekil değişimi = εW= ΔW / W
Boyca birim şekil değişimi = εL= ΔL / L
Boyca şekil değişimi işaretsel olarak (+), enine şekil
değişimi ise (−) ’dir. Bu ikisinin birbirine oranı ise Poisson
Oranını verir. Poisson Oranı, n= − ew/eL olur.
67
68
ŞEKİL FAKTÖRÜ
Şekil faktörü, elastik eğmede yük altında bir malzemenin
bükülmeye karşı direncini gösterir. Şekil faktörü yüksek olan
malzemeler eğilmeye daha az yatkındır ve bu malzemeler,
daha yüksek yapısal verimli kesitler oluşturabilirler. Kare
kesitli içi dolu bir profilin şekil faktörü 1’dir. Kiriş ve
kolonların yapısal verimliliği, kesitinin; boru, dörtgen ve Iprofil olmasıyla artar. Daha az malzeme ile daha dayanıklı
ürün yapmak mümkün olur. Kesitin şekli belli bir seviyeye
kadar inceldikçe, şekil faktörü artar.
69
ÇEKME DENEYİ
Deney
numunesinin
statik kuvvetler altında
dayanımının ve diğer
mekanik
özelliklerinin
belirlenmesinde kullanılır.
Karşılaştırılabilir sonuçlar
elde etmek için deney
standartlara (TS 138-EN
10002-1) uygun olarak
yapılır.
70
Başlangıçtaki kesit alanı ve ölçü uzunluğuna göre
hesaplanmış değerlere “mühendislik gerilmesi” ve
“mühendislik birim uzaması” denir.
71
Deney sırasındaki anlık kesit ve boy değişimleri dikkate
alınarak hesap yapılırsa “gerçek gerilme” ve “gerçek
birim uzama” elde edilir.
72
MALZEMELERİN MUKAVEMETİ
Bir malzemenin mukavemeti, hasara uğramaksızın dayanabileceği kuvvet
veya yük miktarını belirler. Tasarımda kullanılan “ hasar kriteri ”
malzemeden malzemeye farklılık gösterebilir. Metalik ve termoplastik
malzemeler için hasar kriteri genellikle akma dayanımı’dır. Ancak, soğuk
işlem veya plastik deformasyon görmüş malzemeler için akma dayanımı
sınırı, tavlanmış (başlangıçtaki) malzemenin başlangıç akma dayanımı ile
deformasyon sertleşmesine maruz kalmış malzemenin çekme dayanımı
arasında değişir. Tasarım uygulamalarının çoğunda akma dayanımı,
çekme ve basma modunda aynı kabul edilir.
73
•Seramikler ve beton gibi malzemelerde ise hasar kriteri basma
modundaki kırılma dayanımı’dır ki, çekme modunda olması halinde
yaklaşık 15 kez daha küçük bir değerdir. Gevrek malzemelerin kırılma
dayanımı noktasına kadar elastik davranmaları nedeniyle, çekme
dayanımı; akma dayanımının yerini alır. Bu malzemelerde farklı
boyutlardaki yapısal kusurlar nedeniyle, çekme dayanımı oldukça
büyük farklılıklar gösterebilir. Bu nedenle seramiklerde ve gevrek
malzemelerde için içine bir de olasılık fonksiyonu girmektedir.
Elastomerler için hasar kriteri ( tear ) yırtılma dayanımı , kompozitler
için ise çekmede hasar dayanımı ’dır.
74
Akma
Mukavemeti
Malzeme içerisindeki atomlar arasında kaymanın fark edilir ve etkili
olduğu durumdaki gerilmedir. Şekillendirme veya şekil değiştirme
işlemi gerektiren parçaların üretiminde, gerilme, malzemenin şeklinde
kalıcı bir değişiklik oluşturması için, akma dayanımının üzerinde
olmalıdır.
75
Malzemelerin akma dayanımlarının üzerinde gerilme uygulanması
durumunda plastik yani kalıcı (geri dönüşümsüz) şekil değişimi
başlamış olur. Bu durumda kayma mekanizması çalışır diğer bir
deyişle dislokasyonlar hareket etmeye başlar ve plastik şekil
değişimi gerçekleşir.
Bazı malzemelerin akma dayanımı belirgin iken bazılarında belirgin
değildir. Bunlarda akma dayanımı, deformasyonun %0,2 olduğu
andan Hook Doğrusuna paralel çizilerek bulunur.
76
Plastik deformasyonda yük kaldırıldığında malzeme eski şekline
dönemez. O ana kadar önce elastik ve sonra bunun üzerine
plastik olarak deforme olduğundan yük kaldırılınca elastik
deformasyon geri döner, sadece plastik deformasyon kalıcı olur.
77
78
79
Çekme Mukavemeti
Çekme eğrisindeki max. Gerilmeye karşılık gelen gerilmedir. Bu
noktaya kadar homojen plastik deformasyon gerçekleşirken bu
noktadan sonra numune bölgesel olarak incelmeye yani boyun
vermeye başlar ve homojen olmayan plastik deformasyon
gerçekleşir. Kristal yapı içerisinde, dislokasyonların kayması ile
plastik şekil değişimi gerçekleşir. Kayma ile hareket eden
dislokasyonlar, yeni dislokasyonlar oluşmasına sebep olurlar.
Böylece, dislokasyon yoğunluğu artar.
80
Diğer yandan, yoğunluğu artan dislokasyonların hareketi, gerek diğer
dislokasyonlar gerekse boşluk, arayer, yeralan, çökelti, tane sınırı gibi
diğer engeller tarafından engellenir. Yani dislokasyonların hareketlerini
sürdürebilmeleri için gereken gerilme değeri gittikçe artar. Bu duruma
DEFORMASYON SERTLEŞMESİ (strain hardening, work hardening, strain
aging, etc.) veya PEKLEŞME adı verilir. Bu nedenle, σ - ε diyagramının
plastik bölgesinde artan şekil değiştirme ile gereken gerilme sürekli
artma gösterir.
81
Bu plastik şekil değişimi sırasında boyu sürekli artan deney
parçasında hacmi sabit kalacak şekilde kesiti sürekli olarak azalma
gösterir. Bu bölgede, kesitin azalması (σ = F / A) formülü gereği aynı
gerilmeyi sağlamak için gereken kuvvet değerinin sürekli azalması
anlamına gelir.
Öte yandan, pekleşme mekanizması ise şekil değişimini
sürdürebilmek için gereken kuvvetin sürekli artmasını gerektirir.
Pekleşmenin etkisinin baskın olması durumunda, ihtiyaç duyulan
kuvvet sürekli artmaya devam edecektir.
82
Ne var ki, plastik şekil değişimi devam ettikçe pekleşme etkisi
dominantlığını kaybeder. σ - ε diyagramında öyle bir nokta vardır ki
(bu nokta max. noktadır), burada pekleşmenin etkisi kesit
daralmasının etkisi ile birbirini dengeler. Bu noktadan sonra kesit
daralmasının etkisi pekleşmenin etkisine göre daha baskın hale gelir
ve şekil değişimi için gereken gerilme sürekli olarak azalır ve parça
boyun vermeye (plastik kararsızlık) başlar, diyagram aşağı doğru
yönlenir. Diyagram kopmanın meydana geldiği noktada son bulur.
Boyun vermenin başladığı bu noktada, yani maximum noktadaki
gerilme değeri ÇEKME DAYANIMI olarak adlandırılır. Kopmanın
gerçekleştiği noktadaki gerilme değerine ise KOPMA DAYANIMI adı
verilir.
83
Young Modülü
Bağ enerjisi eğrisinde [U = U(r)] tüm
noktaların türevini aldığımızda, atomların
denge konumlarında ve birbirlerinden ayrı
kalmaları için gerekli “kuvvet” (F) eğrisini
elde ederiz. Bu kuvvet eğrisinde toplam
kuvvetin sıfır olduğu yani itme ve çekme
kuvvetlerinin eşit olduğu noktanın türevi ise
bu noktaya teğet olan doğru demektir. İşte
bu doğrunun eğimi Elastisite (Young)
Modülünü verir.
84
Elastik deformasyon I, Doğrusal ve II, Doğrusal
olmayan şekilde gerçekleşir. Metal ve seramik
malzemelerde doğrusal, termoplastik ve
elastomerlerde ise doğrusal olmayan elastik
deformasyon gerçekleşir.
85
Atomlararası bağın kopmasına sebep olan gerilme, ideal gerilme olarak
bilinir (σm ). Bir malzeme ideal gerilme değerinden daha yüksek
mukavemete sahip olamaz. Atomlararası bağ kuvvetleri kullanılarak
yapılan hassas hesaplamalar sonucu σm değeri E/15 civarında
bulunmuştur. Seramiklerin çoğu ideal mukavemetten 10 kat daha düşük
gerilme değerlerinde akma göstermektedirler. Metaller ise, hesaplanan
ideal mukavemet değerinden 105 mertebesinde daha düşük akma
mukavemetine sahiptirler. Bunun nedeni mühendislik malzemelerinin
kristalin yapıya sahip olmalarıdır. Çünkü, mükemmel (ideal) olmayan bu
kristallerde bir takım yapısal hatalar mevcuttur. Bu yapısal hatalardan bir
tanesi malzemenin plastik deformasyonuna etki eden dislokasyonlardır.
Dislokasyon hareketleri kristalin, plastik deformasyonuna neden olur.
86
87
Elastik modül, kimyasal bileşim ile
değişir. Örneğin, alüminyumun elastik
modülü, çeliğinkinin üçte biri gibidir.
88
89
Süneklik (% Uzama, % Kesit Daralması)
• Süneklik: Bir malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetini ifade
eder. Bu değerin büyümesi, malzeme kopana kadar daha büyük
plastik şekil değiştirme gerçekleştirebiliyor anlamına gelir. Kopma
uzaması ve kesit daralması parametreleri ile ifade edilebilir.
%Kopma uzaması
çekme eğrisinden
bulunabilir ama %
Kesit daralması
hesaplanarak
bulunabilir.
90
Süneklik (% Uzama, % Kesit Daralması)
Bir malzeme çalışma esnasında ne kadar sünek olması
gerekir? Yeterli süneklik, genelde mukavemetten fedakarlıkla
elde edilir. Süneklik, üretim prosesi aşamasında istenir ama
üretilmiş, kullanılacak bir parçada istenmez.
Resimdeki soğuk işlemle şekillendirilmiş parçaların mukavemetleri yüksek
ama süneklikleri düşüktür. Maksat, büyük mukavemet kaybı olmadan ne
kadar süneklik olabilir? Tren ray’ında süneklilik az istenir., zira çalışma
koşulları serttir. Buhar türbin kanadında %1,5 luk süneklilik, kanadın
aerodinamiğini yok etmeye yeter. Böyle bir uygulamada gevreklik avantaj
olabilir. Ama haddelenecek, dövülecek veya ekstrüze edilecek bir parçanın
sünek olması istenir.
91
SICAKLIĞIN ETKİSİ
• Mekanik özellikler sıcaklığa bağlıdır. Genellikle akma mukavemeti,
çekme mukavemeti, ve elastik modül sıcaklığın artmasıyla azalır
fakat süneklik sıcaklığın artmasıyla artar. Malzeme üreticileri bu
yüzden malzemeleri yüksek sıcaklıkta deforme ederek üretmek
isterler. Çünkü sıcak deformasyonla, yüksek süneklik ve düşük
enerji gereksinimi avantajını kullanmak isterler.
92
Bir alüminyum alaşımının gerilme-birim şekil değişimi diyagramı ve
mekanik özelliklerinin sıcaklıkla değişimi
93
TOKLUK
Bir malzemenin plastik deformasyon
sırasında enerji absorbe etme özelliğine
tokluk denir. Çekme eğrisinin altında kalan
alan, numune kopuncaya kadar yapılan işi
verir ve bu malzeme tokluğunun bir
ölçüsüdür. Sünekliği ve mukavemeti yüksek
olan malzemeler tokluğu yüksek olan
malzemelerdir.
Tokluğun zıddı ise
gevrekliktir.
94
Plastik olarak deforme edilemeyen ve özellikle dinamik
zorlanmalarda, darbeli zorlanmalarda çok sayıda kırık parçalara
ayrılan malzemeler ise gevrek olarak adlandırılır. Seramikler,
camlar ve ayrıca gri dökme demirler ve tekniğine uygun olarak
sertleştirilmeyen çelik türleri gevrektir.
Gevrek malzemeler tasarımda fazla kullanılmak istenmez. Çünkü
bu malzemeler kırılmazdan önce hiçbir uyarı vermezler. Halbuki
sünek malzemeler kırılma öncesi kalıcı şekil değişimine uğrarlar.
95
Bazı tipik gerilme-%uzama diyagramları ;
a) Az karbonlu çelik, b) Alüminyum,
c) Gri dökme demir, d) Süper plastik alaşımlar
96
REZİLYANS
Bir malzemenin, elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği
enerjiyi, şekil değişimini yapan kuvvetin kaldırılmasıyla geri vermesi
özelliğine rezilyans denir. Çekme eğrisinin elastik sınıra kadar olan
kısmının altında kalan alan, rezilyans modülünün ölçüsüdür. Buna
göre, yüksek akma ve düşük elastisite modülüne sahip malzemeler,
yüksek rezilyans modülüne sahiptirler (yay çelikleri gibi).
97
98
GERÇEK GERİLME-BİRİM ŞEKİL DEĞİŞİMİ DİYAGRAMI
Şu ana kadar anlatılan hesaplamalarda, deney parçasının deney
öncesi boyutları dikkate alınmış olup bu verilere mühendislik
değerleri denir.
Ancak plastik deformasyonla birlikte parçanın boyunda sürekli bir
uzama gerçekleşir ve bu ise hacim sabitliği prensibine göre
kesitinde sürekli azalma demektir.
Bu ölçüler esas alınarak elde edilen gerilme-birim şekil değiştirme
değerleri, gerçek değerler olarak nitelendirilir (σg, εg).
100
Elastik bölgede
boyutlar sürekli olarak
değişse de şekil değişimleri çok küçük olduğu
için ihmal edilir. Tasarımda, küçük
deformasyonlar söz konusu olduğu için
mühendislik değerleri kullanmak yeterli olur.
Bu bize kolaylık da sağlar. Ne var ki, imalatta
büyük miktarlarda şekil değişimleri söz
konusu olduğu için mutlaka gerçek değerleri
kullanmak gerekir.
101
102