malzeme seçiminin önemi ve mühendislik

MALZEME
SEÇİMİNİN ÖNEMİ
VE MÜHENDİSLİK
MALZEMELERİ
Doç.Dr. Salim ŞAHİN
MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ
 Günümüzde
70.000 demir esaslı malzeme
(özellikle çelik) olmak üzere 100.000’den
fazla kullanılan geniş bir malzeme
spektrumu vardır.
 Kullanılan her bir malzemeyi ayrı ayrı
saydığımızda bir traktörde 15-20 bin, bir
otomobilde 20-25 bin, bir tankta 40 bin, bir
uçakta 100 bin ve bir denizaltıda 120 bin
adet malzeme bulunmaktadır.
MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ
 Çok
sayıda malzemenin bir araya
getirildiği bu karmaşık sistemlerin her biri
önemli görevleri yerine getirmektedir.
Dolayısıyla bu malzemelerin doğru ve
bulundukları yerdeki şartlara uygun
seçilmesi çok önemlidir.
 Aksi takdirde çalışma sırasında sistemin söz
konusu parçası kırılıp can ve mal kaybına
sebep olabilir.
MALZEME SEÇİMİNDE GÖZ ÖNÜNDE
BULUNDURULMASI GEREKEN TEMEL
UNSURLAR
Elde edilebilirlik
İmal edilebilirlik
Tamir kabiliyeti
Güvenilirlik
Uyumluluk
Maliyet
Kararlılık
MÜHENDİSLİK
MALZEMELERİ
MÜHENDİSLİK
MALZEMELERİ
Metaller
Demir esaslı
Seramikler
Demir dışı
Çelik
Ağır metaller
Dökme Demir
Hafif metaller
Plastikler
Kompozitler
(matrise göre)
Termoplastik
Polimer Matris
Termoset
Metal Matris
Seramik Matris
MÜHENDİSLİK MALZEMELERİNİN SINIFLANDIRILMASI
Metaller
Plastikler
Seramikler
Kompozitler
Metalik bağ
Kovalent bağ
İyonik bağ
Makro düzeyde birleşme
Pb hariç mukavemet
yüksek
Mukavemet düşük
Basma mukavemeti
yüksek
Mukavemet iyi (MMK)
Mukavemet düşük (PMK)
Isıl iletkenlik yüksek
Isıl iletkenlik düşük
Isıl iletkenlik düşük
Değişken
Elektrik iletkenliği yüksek
Elektrik iletkenliği düşük
Elektrik iletkenliği düşük
Değişken
Özgül ağırlık yüksek
Özgül ağırlık düşük
ρplastik< ρseramik< ρmetal
Düşük (PMK), Yüksek (MMK)
PŞV yeteneği iyi
PŞV var (termoplastik)
PŞV yok (termoset)
PŞV yeteneği yok
PŞV yeteneği zayıf
Sünek (Al)
Gevrek (W)
Sünek(termoplastik)
Gevrek (termoset)
Sert, gevrek
Sünek(PMK)
Gevrek (SMK)
Darbe direnci
Yüksek (çelik)
Düşük (Pb)
Darbe direnci
Yüksek
Darbe direnci
Düşük
Darbe direnci
Düşük (SMK)
Yüksek (PMK)
Korozyon direnci
İyi (paslanmaz ç.)
Kötü (Fe)
Korozyon direnci İyi
Korozyon direnci İyi
Korozyon direnci
İyi (PMK)
Kötü (MMK)
MMK : Metal matrixli kompozit, PMK : Polimer matrixli kompozit, SMK ;
Seramik matrisli kompozit, PŞV ; Plastik şekil verme
METALLER







Çelik, alüminyum, bakır, çinko, dökme demir, titanyum
ve nikeli kapsayan metal ve alaşımlar genellikle;
iyi termal ve elektrik iletkenliğine,
nispeten yüksek dayanıma,
kolay şekillendirilebilme özelliğine
oda sıcaklığında katı yapıya
yoğunluklarına bağlı olarak hafif-ağır özelliğe sahip
malzemelerdir.
Saf metaller zaman zaman kullanılmalarına rağmen
genellikle alaşımlar adı verilen metal karışımları arzu
edilen belirli bir özellikte gelişme sağlamak veya daha iyi
özellikler elde etmek için kullanılır.
Metalik Malzemeler iki gruba ayrılırlar
DEMİR ESASLI MALZEMELER
Çelik
Dökme
Demir
•Sıcak ve soğuk
şekillendirilebilen ve
içinde % 2’den az karbon
bulunan bir demir-karbon
alaşımıdır.
•Denge diyagramında
karbon oranının %2,06 ile
%4,3 arasında değiştiği
bölgedeki demir esaslı
malzemelerdir.
DEMİR DIŞI MALZEMELER
Alüminyum ve alaşımları,
Bakır ve alaşımları
mühendislikte en çok
tercih edilen demir dışı
malzemelerdendir.
ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI



Tabiatta en çok bulunan elementlerden biridir
ve mühendislik yapılarında çelikten sonra en
çok kullanılan metaldir.
Çeliklere göre hafif olmasının yanında
korozyona dayanıklılığı da iyidir.
Hafiflik kıyaslaması yapılırken, malzemelerin
özgül dayanım değerleri karşılaştırılır.
Alüminyumun dayanım/yoğunluk oranı, yani
özgül dayanım değeri hafiflik isteyen yapılar
için (uçak, piyade silahı, yüksek gerilim hatları
vs.) iyidir.
ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI




Rijitliğin önemli olduğu durumlarda özgül rijitlik
değerleri önem kazanır.
Özgül rijitlik değeri, çekme zorlamasında E/ρ,
eğme ve burma zorlamasında E1/2/ρ olarak
alınır.
Bu değerler ne kadar büyük olursa eleman o
kadar rijit olur (az esneyebilir).
Karşılaştırma yapılırsa alüminyum alaşımlarının
çeliğe göre önemli üstünlüğü vardır.
ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI



Alüminyumun elektrik ve ısı iletkenliği, bakırın
elektrik iletkenliğine göre azdır.
Fakat özgül elektrik iletkenliği (elektrik
iletkenliği/yoğunluk) ve özgül ısı iletkenliği (ısı
iletkenliği/yoğunluk) değerleri
karşılaştırıldığında bakırdan daha iyi olduğu
görülür. Bundan dolayı, havaİ elektrik
hatlarında alüminyum alaşımları kullanılır.
Yüzey merkezli kübik yapıya sahip olan
alüminyumun, sıcak ve soğuk
şekillendirilebilirliği çok iyidir.
BAKIR VE ALAŞIMLARI




Bakır alaşımlarının yoğunluğu çelikten fazladır.
Bazı bakır alaşımlarının özgül dayanımları,
alüminyum ve magnezyum alaşımlarından
daha düşüktür.
Bakır alaşımlarının yorulma dayanımları,
sürünme dayanımları ve aşınma dayanımları
alüminyum ve magnezyum alaşımlarından
daha iyidir.
Bakır alaşımlarının pek çoğunun sünekliliği,
korozyon direnci, elektrik iletkenliği ve ısı
iletkenliği mükemmeldir.
Saf bakırın başlıca
kullanım alanları
o
o
o
o
o
o
o
%99.95 saflıkta bakır
o
o
o
Bakır tel
Motor bobini
Jeneratörler
Transformatörler
Elektrikli trenlerin havai hatları
Troleybüs baraları
Endüstrilere ve evlere elektrik
enerjisi nakleden iletim
hatlarında
Radyatörler ve yağ
soğutucuları
Yüksek fırın tüyer, yastık
radyatör ve monkilerin
yapımında
Ark ocaklarının elektrod
tutucu ve kollarının yapımında
POLİMERLER
Polimerler; plastikler,
kauçuklar ve yapıştırıcıları
içine alan büyük organik
moleküllü malzemelerdir.
PLASTİKLER


Plastik, karbonun (C) hidrojen (H), oksijen
(O),azot (N) ve diğer organik ya da inorganik
elementler ile oluşturduğu monomer adı
verilen, basit yapıdaki moleküllü gruplardaki
bağın koparılarak, polimer adı verilen uzun ve
zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen
malzemelere verilen isimdir.
Örneğin; Etilen bir monomerdir. Bu
monomerden oluşturulan polimer olan
polietilen ise polimerdir. En çok kullanılan
plastiklerin başında gelir.
PLASTİKLER




Plastikler doğada hazır bulunmaz, doğadaki
elementlere insan tarafından müdahale
edilmesi ile elde edilir.
Elde edilmesi belli bir sıcaklık ve basınç
altında, katalizör kullanılarak monomerlerin
reaksiyona sokulması ile olur.
Plastik ilk üretildiğinde toz, reçine veya granül
halde olabilir.
Genelde plastikler petrol rafinerilerinde
kullanılan ham petrolün işlenmesi sonucu arta
kalan malzemelerden elde edilir.
POLİMERLER




Küçük moleküllerin birleştirilerek uzun
moleküller haline getirilmesine polimerizasyon
denir.
Polimer molekülünün boyutu büyürken ergime
ve yumuşama sıcaklığı artar ve polimer daha
sağlam ve katı hale gelir.
Polimerlerin yoğunlukları az ve korozyona
dayanımları iyidir, fakat dayanımları ve
elastisite modülleri düşüktür.
Polimerlerde sürünme oluştuğu için yüksek
sıcaklığa uygun olmayan malzemelerdir.
Polimerlerin pek çoğu ucuzdur ve kolayca
şekillenebilir.
Polimerler
Termoplastiler
Termosetler
Elastomerler
SERAMİKLER
 Seramikler,
metal ve metal olmayan
elementlerin oluşturduğu kompleks yapılı,
kovalent veya iyonik bağlı malzemelerdir.
 Genellikle kayaların dış etkiler altında
parçalanması ile oluşan kil, kaolen ve
benzeri maddelerin yüksek sıcaklıkta
pişirilmesi ile meydana gelirler.
SERAMİKLER
 Bileşiminde
değişik türde silikatlar,
alüminatlar ve bir miktar metal oksitler ile
alkali ve toprak alkali bileşikler bulunan bir
malzemedir.
 Seramik grubuna oksitler, nitritler, boridler,
karbitler, silikatlar ve sülfidler girmektedir.
Sert
Korozyona
dayanıklılık
Gevrek
Yüksek
ergime
sıcaklığı
Seramiklerin
özellikleri
Düşük
elektrik
iletkenliği
Düşük ısı
iletkenliği
Yüksek
bası
dayanımı
KOMPOZİTLER
 Kompozit
malzemeler makroskobik olarak
birbirinden ayrı iki ya da daha fazla
malzemenin bir araya getirilmesi ile imal
edilen malzeme türüdür.
 Alman metalurji cemiyeti kompozit
malzemeleri, birbiri ile uyumlu ancak birbiri
ile aşırı reaksiyona girmeyen ve en az iki
bileşenin makro ölçüde bir araya
getirilmesi ile oluşan malzeme olarak
tanımlar.


Her kompozitte
genellikle iki tip eleman
bulunur; matris ve
takviye malzemesi. Bu
malzemeler
birbirlerinden farklı fiziksel
özelliklere sahiplerdir, ve
bir araya getirilmeleri ile
oluşan kompozit
malzeme her ikisinden
farklı özelliklere kavuşur.
Genel olarak takviye
malzemesi taşıyıcı görev
üstlenir, ve etrafında
bulunan matris faz ise
onu bir arada tutmaya
ve desteklemeye yarar.
Kompozit malzemeler;
Rijitlik
Metal-metal
Dayanım
Metal-seramik
Hafiflik
Metal-polimer
Yüksek sıcaklık dayanımı
Korozyona dayanıklılık
Sertlik
İletkenlik
gibi özelliklerinden dolayı
tercih edilirler.
Seramik-polimer
Seramik-seramik
Polimer-polimer