bölüm 7: dislokasyonlar & dayanım...

Chapter 7 - 1

• Neden metallerde dislakosyon daha fazla görünür?

• Dayanım ve dislakosyon hareketi nasıl ilişkilidir?

• Isı dayanım ve diğer özellikleri nasıl etkiler?

Bölüm 7:

Dislokasyonlar & Dayanım Arttırıcı

Mekanizmalar

Chapter 7 - 2

Dislokasyonlar & Malzemelerin Sınıflandırılması

• Kovalent Seramikler

(Si, elmas): Hareket zor

- yönlü bağ

• İyonik Seramikler (NaCl):

Hareket zor - en yakın komşularının aynı

yükte olmaması gerekir.

+ + + +

+ + +

+ + + +

- - -

- - - -

- - -

• Metaller (Cu, Al):

Dislokasyon hareketi en kolay

- yönsüz bağ

- kayma için sıkı paketlenme

yönleri elektron bulutu

Iyon çekirdekler

+

+

+

+

+ + + + + + +

+ + + + + +

+ + + + + + +

Chapter 7 - 3

Dislokasyon Hareketi

Dislokasyon hareketi & plastik deformasyon

• Metaller - plastik deformasyon kayma ile olur – kenar

dislokasyonları (ekstra yarım-düzlem atomlar)

birbirleri üzerinden geçerler.

• Eğer dislakosyon hareketi olmazsa,

plastik deformasyon olmaz!

Adapted from Fig. 7.1,

Callister & Rethwisch 8e.

Chapter 7 - 4

Dislokasyon Hareketi

• Dislokasyon kayma düzlemindeki kayma doğruları boyunca dislokasyon çizgisine dik olarak hareket ederler.

Kenar dislokasyonu

Burgu dislokasyonu



Chapter 7 - 5

Dislokasyonların Kafesteki Şekil

Değişimi



Basma Çekme

Chapter 7 - 6

Kafes Şekil Değişiminin Birbirleri

ile Etkileşimi

Adapted from Fig.

7.5, Callister &

Rethwisch 8e.

Chapter 7 - 7

Kayma Sistemleri

– Kayma düzlemi- kaymanın en kolay gerçekleştiği düzlem

• Düzlemsel yoğunluk en yüksek

– Kayma doğrultusu – hareketin yönü

• Doğrusal yoğunluk en yüksek

Deformasyon Mekanizması

Adapted from Fig.

7.6, Callister &

Rethwisch 8e.

– YMK’da kayma {111} düzlemlerinde (sıkı paketlenmiş) <110> doğrultularında (sıkı paketlenmiş) daha kolay olur.

=>YMK da toplam 12 tane kayma sistemi vardır.

– HMK & HSP de daha farklı kayma sistemleri mevcuttur.

Chapter 7 - 8

Gerinim ve Dislokasyon Hareketi

• Kayma gerilmesi bileşenleri, B

– uygulanan çekme geriliminden doğar

Kayma düzlemi

normali, nk

Kayma gerilmesi bileşeni: B = F K /A K

AK

B

B

FK

ve B arasındaki ilişki

R = FK /AK

F cos A / cos

F

FK

nK

AK A

Uygulanan çekme gerilimi: = F/A

F A

F

coscosB

Chapter 7 - 9

• Dislokasyon hareketinin şartı: BKri B

• Ease of dislocation motion depends

on crystallographic orientation 10-4 GPa ‘dan 10-2 GPa

tipik olarak

coscosB

Kritik Kayma Gerilmesi Bileşeni

= = 45º maksimum değerindedir.

B = 0

= 90°

B = /2 = 45° = 45°

B = 0

= 90°

Chapter 7 - 10

Tek Kristallerde Kayma



Adapted from Fig.

7.9, Callister &

Rethwisch 8e.

Chapter 7 - 11

Ör: Tek kristallerde deformasyon

45 MPa lık uygulanan gerilim kristalde akma yaratmaz.

cos cos

45 MPa

= 35°

= 60° BKri = 20.7 MPa

a) Şekildeki tek kristalde akma olurmu?

b) Eğer hayırsa, ne kadar gerilim gerekir?

= 45 MPa

Adapted from

Fig. 7.7,

Callister &

Rethwisch 8e.

MPa 7.20 MPa 4.18

)41.0( MPa) 45(

)60)(cos35cos( MPa) 45(

BKri

Chapter 7 - 12

Ör: Tek kristallerde deformasyon

Ne kadar gerilim gerekir (Akma gerilimi , Ak)?

)41.0(cos cos 7.20BKri yyMPa

MPa 0.5541.0

MPa 0.72

coscos

BKriy

MPa 5.50Ak

Deformasyonun gerçekleşmesi için uygulanan

gerilimin akma gerilimine eşit yada büyük olması

gerekir.

Chapter 7 - 13

Adapted from Fig.

7.10, Callister &

Rethwisch 8e.

(Fig. 7.10 is

courtesy of C.

Brady, National

Bureau of

Standards [now the

National Institute of

Standards and

Technology,

Gaithersburg, MD].)

Polikristallerde Kayma Hareketi

300 m

• Polikristaller tek kristallerden

daha güçlüdür. – tane sınırları

dislokasyon hareketine

engeldir.

• Kayma düzlemi & doğrultuları

( , ) bir taneden diğerine

değişir.

• B bir taneden diğerine

değişir.

• B si en büyük olan en çabuk akar.

• Diğer (daha az tercih edilen

oryantasyondaki) taneler

sonra akar.

Chapter 7 - 14

Dayanım Arttırıcı Mekanizmalar:

1: Tane Boyutunu Küçültmek

• Tane sınırları kaymaya

karşı baryer görevi görür.

• Bariyerin «dayanımı»

yapının oriyantasyonun

açısının artmasıyla artar

•Küçük tane boyutu:

kaymaya karşı daha

fazla bariyer.

• Hall-Petch Denklemi: 2/1 dk yoAkma

Adapted from Fig. 7.14, Callister & Rethwisch

8e. (Fig. 7.14 is from A Textbook of Materials

Technology, by Van Vlack, Pearson Education,

Inc., Upper Saddle River, NJ.)

Chapter 7 - 15

Dayanım Arttırıcı Mekanizmalar :

2: Katı Çözelti Oluşturmak

• Küçük yeralan impürite

İmpürite dislokasyon hareketine karşı

A ve B de lokal gerinim yaratır.

A

B

• Büyük yeralan impürite

İmpürite dislokasyon hareketine karşı

C ve D de lokal gerinim yaratır.

.

C

D

• Katışık atomlar kafesi çarpıtır & kafes gerinimi yaratır.

• Bu gerinimler dislokasyon hareketine karşı bariyer görevi görür.

Chapter 7 - 16

Katı Çözelti Alaşımı ile

Dayanımı Arttırmak • Küçük çaplı impüriteler matris atomları üzerinde çekme

şekil değişimi uygular. – dislakasyonların çekme şekil değişimlerini uygun konumlara yerleşerek kısmi olarak yok eder.

• Dislokasyonları hareketliliği azalır ve dayanım artar.



Chapter 7 - 17

Katı Çözelti Alaşımı ile

Dayanımı Arttırmak • Büyük çaplı impüriteler matris atomları

üzerinde basma şekil değişimi uygular.



Chapter 7 - 18

Ör: Bakırın katı çözelti dayanımı

• Çekme dayanımı & akma dayanımı ağırlıkça artan % Ni

oranı ile artar.

• Alaşımlama Ak ve ÇD yi arttırır

Adapted from Fig.

7.16(a) and (b),

Callister &

Rethwisch 8e.

Çekm

e d

ayanım

ı (M

Pa)

Ni içeriği (ağ.%)

200

300

400

0 10 20 30 40 50

Akm

a d

ayanım

ı (M

Pa)

Ni içeriği (ağ.%)

60

120

180

0 10 20 30 40 50

Chapter 7 - 19

Dayanım Arttırıcı Mekanizmalar :

3: Pekleşme (Deformasyon sertleşmesi)

Soğuk işlem (Soğuk şekillendirme)

• Oda sıcaklığında yapılan deformasyonlar (bir çok metal için).

• Genel şekillendirici işlemler kesit alanı azaltır:

Adapted from Fig.

11.8, Callister &

Rethwisch 8e.

-dövme

A o A d

kuvvet

Kalıp Ham madde

kuvvet

-çubuk çekme- dövme

çekme force

A o

A d Kalıp

Kalıp

-Ekstrüzyon

piston kütük

kovanr

kovan

kuvvet tutucu

kalıp

A o

A d ürün

100 x ŞD%o

do

A

AAS

-haddeleme

merdane

A o

A d merdane

Chapter 7 - 20

• Ti nin soğuk işlemden sonraki dislokasyon yapısı

• Soğuk şekillendirmede

dislakasyonlar birbirine

dolanır.

• Dislokasyon hareketi

zorlaşır.

Fig. 4.6, Callister &

Rethwisch 8e.

(Fig. 4.6 is courtesy

of M.R. Plichta,

Michigan

Technological

University.)

Soğuk işlemden sonra

Dislokasyon yapısı değişir

Chapter 7 - 21

Soğuk Şekillendirmenin etkisi



• Akma dayanımı( Ak) artar.

• Çekme dayanımı (ÇD) artar.

• Süneklik (%UZ veya %KD) azalır.

Soğuk şekillendirme yüzdesi arttıkça

Düşük karbonlu çelik

Chapter 7 -

• Cu’ya soğuk şekillendirme uygulandıktan sonra akma

dayanımı, çekme dayanımı ve süneklik değerlerine ne olur?

100 x

4

44 ŞD%2

22

o

do

D

DD

S

Soğuk Şekillendirmenin Mekanik

Özelliklere Etkisi

Do = 15.2 mm

Soğuk

İŞlem

Dd = 12.2 mm

Bakır

%6.35100 x mm) 2.15(

mm) 2.12(mm) 2.15( ŞD%

2

22

S

100 x 2

22

o

do

D

DD

22

Chapter 7 -

Soğuk Şekillendirmenin Mekanik

Özelliklere Etkisi

% Soğuk işlem

100

300

500

700

Cu

20 0 40 60

Ak= 300 MPa

300 MPa

% Soğuk işlem

200

Cu

0

400

600

800

20 40 60 % Soğuk işlem

20

40

60

20 40 60 0 0

Cu 340 MPa

ÇD = 340 MPa

7%

%UZ = % 7

%SÇD=35.6 olan Cu’ın akma dayanımı, çekme dayanımı ve

süneklik değerleri nedir?

Akm

a d

ayanım

ı (M

Pa

)

Çe

km

e d

ayan

ımı

(MP

a)

süneklik

(%

UZ

)

23

Adapted from Fig. 7.19, Callister & Rethwisch 8e. (Fig. 7.19 is adapted from Metals Handbook: Properties

and Selection: Iron and Steels, Vol. 1, 9th ed., B. Bardes (Ed.), American Society for Metals, 1978, p. 226;

and Metals Handbook: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, Vol. 2, 9th ed., H.

Baker (Managing Ed.), American Society for Metals, 1979, p. 276 and 327.)

Chapter 7 - 24

• Ttavlama ’da gerçekleşen 1saatlik işlem sonucu;

ÇD azalır ve %UZ artar.

• Soğuk işlemin etkisi yok edilir!

Adapted from Fig. 7.22, Callister & Rethwisch

8e. (Fig. 7.22 is adapted from G. Sachs and

K.R. van Horn, Practical Metallurgy, Applied

Metallurgy, and the Industrial Processing of

Ferrous and Nonferrous Metals and Alloys,

American Society for Metals, 1940, p. 139.)

Soğuk Şekillendirmeden Sonra Uygulanan

Isıl İşlemin Etkisi ç

ekm

e d

aya

nım

ı (M

Pa)

sü

ne

klik

(%

UZ

) Çekme dayanımı

süneklik

600

300

400

500

60

50

40

30

20

Tavlama sıcaklığı(ºC) 200 100 300 400 500 600 700 • Tavlamanın üç seviyesi:

1. Toparlanma

2. Yeniden kristalleşme

3. Tane büyümesi

Chapter 7 - 25

Isıl İşlemin Üç Basamağı

1. Toparlanma

• Senaryo 1 Yayınmanın

sonucu

• Senaryo 2

4. Ters yöndeki dislokasyonlar

Karşılaşır ve birbirini yok eder

Dislokasyonlar yok olur ve mükemmel atomsal düzlemler oluşur.

Ekstra yarım

düzlem atomlar

Ekstra yarım

düzlem atomlar

atomlar gerilim bölgelerine yayınır

2 . Diffüzyon sonucu ortaya çıkan gri atomlar Yeni bir dislokasyon oluşturur

B

1. Dislokasyon bloke olur; sağa hareket edemez

Engel dislokasyon

3. “Yeni” disl. yeni kayma düzleminde ilerler

Dislokasyon yoğunluğu birbirlerini yok eder.

Chapter 7 - 26

Adapted from

Fig. 7.21(a),(b),

Callister &

Rethwisch 8e.

(Fig. 7.21(a),(b)

are courtesy of

J.E. Burke,

General Electric

Company.)

% 33 soğuk

şekillendirilmiş

pirinç

Yeni kristaller

580 C de ve 3 sn

Sonra gelişiyor.

0.6 mm 0.6 mm

Isıl İşlemin Üç Basamağı :

2. Tekrar Kristalleşme • Yeni oluşan taneler:

-- daha az dislokasyon yoğunluğuna sahiptir

-- boyutları daha küçüktür

-- yakın olan soğuk işlem görmüş taneleri içlerine alır ve yer değiştirirler..

Chapter 7 - 27

• Bütün soğuk şekillenmiş tanecikler yeniden kristalleşir.

Adapted from

Fig. 7.21(c),(d),

Callister &

Rethwisch 8e.

(Fig. 7.21(c),(d)

are courtesy of

J.E. Burke,

General Electric

Company.)

4 saniye

sonra

8 saniye

sonra

0.6 mm 0.6 mm

Tekrar kristalleşme devam ettikçe…

Chapter 7 - 28

Adapted from

Fig. 7.21(d),(e),

Callister &

Rethwisch 8e.

(Fig. 7.21(d),(e)

are courtesy of

J.E. Burke,

General Electric

Company.)

Isıl İşlemin Üç Basamağı :

3. Tane Büyümesi • Daha uzun zaman sonra, ortalama tane boyutu artar.

580ºC de

8 sn sonra

580ºC de

15 dak sonra

0.6 mm 0.6 mm

• Deneysel ilişki:

Ktdd n

o

n Geçen süre

Malzeme ve T bağımlı

katsayı

t zamanında

tane çapı.

Üstel sabit genelde. ~ 2

-- Küçük taneler büzülür (ve en sonunda yok olur)

-- Büyük taneler gelişmeye devam eder

Chapter 7 - 29

TR



TR = yeniden

kristalleşme

sıcaklığı

º

Chapter 7 - 30

Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı

TR = yeniden kristalleşme sıcaklığı = yeniden

kristalleşmenin 1 saat içinde tamamlanmaya

eriştiği sıcaklık.

0.3Te < TR < 0.6Te

Belirli metaller/alaşımlar için,

• %SÇD -- TR artan %SÇD ile azalır.

• Metalin saflığı-- TR artan saflıkla azalır.

Chapter 7 - 31

Çap Azaltma Prosedörü

- Problem

Çapı 10 mm (0.39 inç) olan silindirik pirinç çubuk

dövülerek soğuk şekillendirilmiştir. Deformasyon

süresince kesit alan dairesel kalmıştır. Soğuk işlem

çekme dayanımı 380 MPa (55,000 psi) aşacak ve

sünekliği en az 15 % UZ olacak şekilde uygulanacaktır.

Bunlara ilaveten, son çap 7.5 mm olmalıdır. Bu işlemin

nasıl uygulanabileceğini izah ediniz.

Chapter 7 - 32


- Problem (devam) Dövme işlemini son çapa ulaşılacak şekilde en

başta uyguladığımızda sonuçları ne olur?

%8.43100 x 10

5.71100 x

4

41

100 1100 x ŞD%

2

2

2

o

f

o

f

o

fo

D

D

xA

A

A

AAS

D o = 10 mm

Brass

Cold Work

D f = 7.5 mm

Chapter 7 -



33


- Problem (devam)

• %SŞD = 43.8% için

540 420

– Ak = 420 MPa

– ÇD = 540 MPa > 380 MPa

6

– %UZ = 6 < 15

• Bu kriterleri sağlamaz… mümkün olan diğer seçenekler nedir?

Chapter 7 - 34


- Problem (devam)



380

12

15

27

%UZ > 15 için

ÇD > 380 MPa için > 12 %SŞD

< 27 %SŞD

işlem limiti 12 < %SŞD< 27 arasındadır.

Chapter 7 - 35


- Problem (devam) Soğuk şekillendirme, sonra tavlama, sonra yine soğuk

şekillendirme

• Soğuk işlem 12 < %SŞD < 27 arasında olmalı

– 20 %SŞD kullanalım

• İlk soğuk işlem sonunda elde edeceğimiz çap (2nci soğuk

işlemden önce) şöyle hesaplanır:

100

%SŞ1 100 1%SŞ

2

02

2

2

2

02

2

2 D

D

Dx

D

DD

ff

5.0

02

2

100

%SŞ1

D

D

D f5.0

2

02

100

%SŞ1

D

DD

f

mm 39.8100

201mm 5.7

5.0

021 DDfAra Çap=

Chapter 7 - 36


- Özet

Basamak 1: Soğuk işlem– Çap10 mm den 8.39 mm ye azalacak

Basamak 2: Tavlama yapılacak (yeniden kristalleşme oluşacak)

Basamak 3: Soğuk işlem– Çap 8.39 mm den 7.5 mm ye azalacak.

Bütün kriterler sağlanmıştır.

20100 49.8

5.71%SŞ

2

2 xD

24Z%

MPa 400

MPa 340

U

ÇD

Ak

6.29100 mm 10

mm 39.81%SŞ

2

1 xD

Şekil 7.19

Chapter 7 - 37

Soğuk İşlem Sıcak İşlem

• Sıcak İşlem (tavlama) deformasyon TR nin

üstünde

• Soğuk İşlem (şekillendirme deformasyon

TR nin altında

Chapter 7 - 38

• Dislokasyonlara temelde metallerde ve

metal alaşımlarda rastlanır

• Dislokasyon hareketi kısıtlanarak dayanım arttırılır.

Özet

• metallerin dayanımları:

-- tane sayısını küçülterek

-- katı çözelti oluşturarak

-- soğuk şekillendirme uyguluyarak, arttırılır.

• Soğuk işlenmiş metale ısı uygulaması yaparak toparlanma,

yeniden kristalleşme ve tane büyümesi sağlanır- bu da

malzemenin özelliklerini değiştirir.

bölüm 7: dislokasyonlar & dayanım...

Documents