makinacılar için malzeme bilimi

8/6/2019 makinacılar için malzeme bilimi

http://slidepdf.com/reader/full/makinacilar-icin-malzeme-bilimi 1/17

MALZEME BİLİMİ

1) İyonik, kovalent ve metalik bağları açıklayınız ?– İyonik bağ: Metal-ametal elementlerinin yaptıkları bileşiklerde bulunur. Metaller

elektron verir, ametaller alır. İyonik bağ oluştuktan sonra bütün atomlar kararlı

hale gelir.İyonik bağ, yönden bağımsızdır. Isı ve elektrik açıdan yalıtkandırlar. Yüksek bağenerjisine sahip olduklarından erime sıcaklıkları yüksektir. Yapısal olarak sert vegevrektir. Seramik malzemelerdeki bağ türü genellikle iyoniktir.

– Kovalent bağ: Değerlik elektronların ortak kullanılmasıyla oluşur. Sonuçta atomlarkararlılığa ulaşmış olurlar.Kovalent bağlar, yöne bağımlıdır. Polimer malzemelerin en belirginözelliklerindendir.

– Metalik bağ : Metal ve metal alaşımlarında bulunan bağ türüdür. Bir metal parçasıdüşünelim; değerlik elektron, parçamızın içindeki hiçbir atoma ait değildir amametal parçasına aittir. Elektronlar metal içinde serbestçe hareket edebilmektedir.

Buna elektron bulutu denir.Metalik bağ, yönden bağımsızdır. Serbest elektronları sayesinde metaller elektrikve ısıyı iyi iletirler. Elektron bulutu sayesinde metalik bağlarda kalıcı deformasyon(plastik şekil değişimi) görülür.

1) Neden metaller (oda sıcaklığında) sünek davranış gösterirler de iyonik bağlımalzemeler gevrek davranış sergilerler?

– İyonik bağlı malzemelerde değerlik elektron sayesinde kalıcı şekil değiştirmeimkansızdır (iyonlar her yönde birbirlerini çekebilirler). Metalik bağlardaysaelektron bulutu sayesinde birlikte hareket esasından dolayı kalıcı deformasyongörülür.

1) Uzun aralıkta düzen nedir?– Atomların ya da iyonların yanyana dizilirken aldıkları düzene göre sınıflandırılırlar.

Kristal yapıya sahip malzemeler uzun aralıkta düzene sahip olup atomlar atomsal

olarak uzun mesafede tekrarlanan düzenli diziliş yaparlar.1) Koordinasyon sayısı nedir ?– Bir yapıda atomun temas ettiği atom sayısıdır. Yani bir atoma en yakın komşu

atomların sayısıdır.1) Allotropi nedir ?

– Bir malzemenin birden fazla kristal yapısı varsa bu özelliğe allotropi denir. Sıcaklıkve basınç kristal yapı tercihinde etkilidir. Mesela karbon (C) atomu hem kömürhem elmas olabilir.

1) Tek kristalli yapı ve çok kristalli yapı nedir?– Bir malzemenin kesintisiz yerleşmiş birim hücrelerden oluşan kristal yapısıdır.– Çok kristalli yapılar çok sayıda kristalden meydana gelmiştir. Kristallerin

yönelimleri rastgeledir.1) Anizotropi nedir ?



– Özelliklerin yöne bağımlı olmasıdır. Atom dizilişlerindeki farklılık, bağenerjilerindeki elektron iletkenliklerindeki farklılık anizotropidir.

1) İzotropi nedir?– Özellikler yönden bağımsız ise izotropidir. Çok kristalli çoğu malzemede tanelerin

yönelimi rastgeledir. Bu şartlar altında her bir tane kendi içinde anizotropik de

olsa bir çok taneden oluşan malzeme tamamen izotropik davranır.1) Tekstür ne demektir ?– Tanelerin hepsinin ya da önemli bir kısmının belli bir yönelime sahip olma

durumudur.1) Amorf yapı nedir?

– Malzemeler sıvı durumda iken hızlı bir şekilde soğuma (katılaşma) olursa atomlarınya da moleküllerin düzen almaları için az zaman verileceğinden amorf katılaşmaolur.

1) Yüzey merkezli kübik (YMK), hacim merkezli kübik (HMK) ve sıkı düzen hekzagonalkristal yapıların birim hücrelerini, atomların yerlerini göstererek çiziniz?

– YMK : Yüzeylerde ve köşelerdeki atomlara dikkat.

Doğadaki elementlerden altın, gümüş, alüminyum ve bakır yüzey merkezlikristallere örnektir. Bir birim YMK kübünün içinde 4 atom (toplam hacim) vardır.Kenardakiler 1/8 x 8 tane, yüzeydekiler ½ x 6 olur. Toplarsak 4 atom olur.

YMK’da bir atomun yarı çapı R, bir kristal kenarı a ise; a = 22 RKoordinasyon sayısı = 12Atomsal dolgu faktörü (ADF) = 0.74

– HMK : Köşelerdeki atomlar ve kübün ortasındaki atom.

Doğadaki elementlerden demir, krom hacim merkezli kübik kristal yapılardandır.Bir birim HMK kübünde 2 atom vardır.

HMK’ da bir atomun yarı çapı R ve bir kenarını a alırsak; a = 4R3Koordinasyon sayısı = 8

Atomsal dolgu faktörü (ADF) = 0.68– SDH : Köşelerde ve ortada üçlü atomlar.



Doğadaki elementlerden magnezyum, çinko sıkı düzen hekzogonal kübik kristalyapılardandır. Bir birim SDH kübünde 6 atom vardır.Koordinasyon sayısı = 12Atomsal dolgu faktörü (ADF) = 0.74

1) YMK, HMK yapılarda atomsal dolgu faktörünü (ADF) hesaplayın? ADF=(br

hücredeki atomların hacmi)/(birim hücre hacmi) ADF = n x 43πR3V

– YMK için ADF : a = 22 R V = a3 = 162 R3

ADF = 4 x 43πR3162R3 = 0.74

– HMK için ADF : a = 43R V = a3 = 6433R3ADF = 2 x 43πR36433R3 = 0.68

1) Atom yarıçapı R = 0,1431 nm, atom ağırlığı A = 26.982 grmol olan YMK saf alüminyumun teorik yoğunluğunu hesaplayınız. (alüminyumun gerçek yoğunluğu ρ =

2,7 grcm3 )

– ρ=yoğunlukn=atom sayısıA=atom ağırlığıV=birim hacimNA=avogadro s.ρ = n . AV . NA

YMK olduğu için n = 4 ve NA=6.02x10231 nanometre = 10-9cm a = R22 a = 0,1431 x 10-9 x22 = 0,4047 x 10-9V = a3= 66.28x10-30ρ = 4 x 26.98266.28x10-30 x 6.02x1023 = 107.93399 x 10-7= 2705 x103grcm3

1) Atom yarıçapı R = 0,1241 nm, atom ağırlığı A = 55.845 grmol olan HMK saf demirin

teorik yoğunluğunu hesaplayınız. (demirin gerçek yoğunluğu ρ = 7,87 grcm3 )

– HMK olduğu için n = 2 ve NA=6.02x10231 nanometre = 10-9cm a = R43 a = 0,1241 x 10-9 x 43 = 0,2865 x 10-9V = a3= 23.52x10-30

ρ = 2 x 55.84523.52x10-30 x 6.02x1023 = 111.69141.59x10-7 = 7888 x103grcm3

1) Miller indisi, birim hücrede noktalar, yönler ve düzlemler hakkında bilgi veriniz.– Birim hücredeki atomların pozisyonları koordinat sistemi (x,y,z) kullanılarak

gösterilir.



– Miller indisleri – İngiliz mineralci William Hallowes Millerin geliştirdiği Milleriansistemi malzemede belirli kristallografik doğrultu ve düzlemleri göstermek içinkullanılan işaretlerdir.

– Doğrultular köşeli parantez [xyz] ile gösterilir.

– Düzlemler parantez (xyz) ile gösterilir.

– Paketleme Faktörü/Atomik Dolgu Faktörü–Bir doğrultu veya düzlemde atom veyaiyonlar tarafından işgal edilmiş alanların miktarıdır.

– Doğrultuları bulmak için : 1- doğrunun başlangıç ve bitiş noktasını belirle, 2- bitişnokta koordinatlarından başlangıç nokta koordinatlarını çıkar. 3- Kesirli değerlerintüm koordinat değerlerini tam sayıya getirecek şekilde düzenle. 4- köşeliparantezleri kullanarak doğrultuyu göster. 5- Negatif işaretleri o sayının üstüne

yerleştir.1) Şekilde verilen A, B ve C doğrultularının miller

indislerini belirleyin.– A doğrusu:

1.bitiş noktası: 1,0,0 başlangıç noktası: 0,0,02.bitiş nokt. – başlangıç noktaları : 1,0,03.kesirli sayı yok

4.gösterim : 100- B doğrusu:1.bitiş noktası: 1,1,1 başlangıç noktası: 0,0,02.bitiş nokt. – başlangıç noktaları : 1,1,13.kesirli sayı yok

4.gösterim : 111- C doğrusu:

1.bitiş noktası: 0,0,1 başlangıç noktası: 12,1,0

2.bitiş nokt. – başlangıç noktaları : -12,-1,1

3.kesirli sayı var.2 ile genişletirsek : 2x(-12,-1,1) = -1,-2,2

4.gösterim : 122

17) Şekilde verilen A, B , C düzlemlerinin indislerini belirleyin.



– A düzlemi:1.düzlemlerin koordinat sistemlerini kesen noktalarını belirle: x=1 , y=1 , z=12.terslerini al : 1/x = 1 , 1/y = 1, 1/z=1 (çarpma işlemine göre tersi örn; 2’nin

çarpma işlemine göre tersi ½ dir.)3.kesirliyse tamsayıla.4.gösterimi : (111)

- B düzlemi:

1.z eksenini kesmez, sonsuz alınır, sonsuzun tersi 0 dır. X=1, y=2 , z=∞2.tersleri : 1/x = 1 , 1/y = ½ , 1/z = 03.kesirleri düzenleriz.4.gösterimi : (210)

- C düzlemi:

1.Orijin noktasının yerini değiştirmeliyiz. Çünkü düzlem 000‘ı kesmekte. Yyönünde orijini 1 birim sola kaydıralım. Böylece : x=∞ , y=-1 , z=∞

2. tersleri : 1/x = 0 , 1/y = -1 , 1/z = 0 . Kesir yok. Gösterim : (010)

18) Doğrusal atom yoğunluğu nedir?

- DAY=merkezi doğrultunun üzerinde bulunan atom sayısıdoğrultununuzunluğu

- DAY=merkezleri düzlemin üzerinde bulunan atom sayısıdüzlemin

alanı

19) YMK yapıda [110] doğrultusunun doğrusal atom yoğunluğu (DAY)hesaplayalım.



- Söz konusu koordinatlar muvakkaten doğruyu belirttiğinden ilk DAYformülünü kullanırız.

DAY[110]=2 atom4R=12R

20) 19’daki şekli (110) düzlemi için düzlemsel atom yoğunluğu (DAY)hesaplayalım.

- Bu düzlemin alanı, uzunluğu olan 4R ile yüksekliği olan 2R2’nin çarpımına,

yani 8R22’ye eşittir.

DAY110=2 atom 8R22=14R22

21) Bir malzemede katılaşırken amorf yapı neden oluşur?

- Hızlı bir şekilde soğuma olurken düzenli bir katılaşma olmuyorsa amorf yapıoluşur. Bu şekilde oluşan düzensiz yapıya amorf yapı denir.

22)Aşağıdaki terim ve kavramları kısaca açıklayınız.- AKTİVASYON ENERJİSİ : Bir mol atomun yayınma hareketi yapması için gerekli olanenerjidir.

- YAYINMA : Malzemenin atom hareketleriyle bir bölgeden başka bir bölgeyenakledilmesine denir.

- EMPÜRİK YAYINMA : Bir metalde iki farklı türün birbiri içinde yayınması empüriteyayınması ya da türler arası yayınma olarak adlandırılır.

- TÜRDEŞ YAYINMA : Yayınma saf malzemelerde de meydana gelebilir. Saf malzemelerdeyayınma sırasında yer değiştiren atomlar aynı tür atomlardır ve türdeş yayınma olarakadlandırılır. Türdeş yayınma sonucu konsantrasyonda değişme olmaz.

- BOŞYER YAYINMASI : Kafes noktasındaki bir atom ile bu atoma bitişik olan bir boşyer yerdeğiştirir. Bu mekanizmanın gerçekleşmesi için boşyerlerin bulunması şarttır. Yükseksıcaklıklarda önemli miktarlarda boşyer bulunabilir. Yayınan atomlar ve boşluklar yerdeğiştirdikleri için atomlar bir yönde hareket ederlerken boşluklar ters yönde hareketederler. Türdeş ve empürite yayınması da bu şekilde gerçekleşir.

- ARAYER YAYINMASI : Arayer pozisyonunda bulunan bir atomun boş olan başka bir arayerpozisyonuna göç etmesinden ibarettir. Arayer atomları daha küçük ve bu sayede dahahareketli olduklarından metallerin çoğunda arayer yayınması boşyer yayınmasına oranla

daha çabuk gerçekleşir.

- YAYINMA KATSAYISI : Birimi m2/s ‘dir. Büyüklüğü atomların yayınma hızlarıyla ilgilidir. Yayınma katsayısı; yayınan atomlara ve yayınmanın gerçekleştiği malzemeye bağlıdır.

23) Boşyer yayınması ve arayer yayınmasını yayınma hızı bakımından karşılaştırınız.

- Arayer atomları daha küçük ve bu yüzden daha hareketli oldukları için çoğunluklaboşyer yayınmasına göre çok daha hızlı gerçekleşir.

- Boş olan arayer pozisyonlarının sayısı boşyerlere göre daha fazla olduğundan arayeratomlarının hareket etme olasılıkları daha yüksektir.

24) Bir atomun yayınması için hangi koşulların sağlanması gerek?



- Atoma bitişik bir boşluğun bulunması.

- Atomun komşularıyla olan bağını kopartmaya ve yerdeğiştirme sırasında oluşacak kafesçarpılmasını karşılayacak kadar enerjiye sahip olması gerekir.

25) Atomların titreşimleriyle yayınmaları arasındaki fark nedir?

- Katı malzemeler içindeki atomlar hızlı bir şekilde titreşmektedir. Belirli bir sıcaklıktamalzemelerin içindeki atomların bir kısmı titreşim enerjilerinin büyüklüğüne bağlı olarakyayınabilmektedirler. Sıcaklık arttıkça yayınan atom miktarı artar.

26) Kararlı yayınmayla kararsız yayınma arasındaki farkı açıklayınız.

- Kararlı yayınmada yayınma zamana bağlı bir süreçtir. Kararlı yayınma koşullarındayayınma akısı zamanla değişmez. Kararsız yayınmada ise katı içindeki herhangi birnoktadaki yayınma akısı ve konsantrasyon gradyeni zamanla değişir. Pratikte gerçekleşenyayınmaların çoğunda kararsız durum söz konusudur.

27) Aşağıda verilen kavram ve terimleri kısaca açıklayınız.

- MÜHENDİSLİK GERİLMESİ : Çekme deneyleri sırasında ölçülen kuvvet ve uzamadeneyleri kaydedilir. Numunede ortaya çıkan bazı geometrik faktörleri en aza indirmekiçin bu değerler normalize edilerek mühendislik gerilmesi parametreleri elde edilir.

σ = FA0

- MÜHENDİSLİK GENLEMESİ :

ε = ls-l0l0

- ELASTİK DEFORMASYON : Bir malzemede atomların komşuluk değiştirerek kalıcıolmayan değişiklik yapmalarıdır. Ya da gerilme genleme arası doğrusal bir ilişkininbulunduğu deformasyondur. Elastik deformasyonda deformasyon kalıcı değildir yaniuygulanan kuvvet kaldırılınca parça ilk şekline geri döner.

- ELASTİKLİK MODÜLÜ (E) : Elastik deformasyonda gerilme-genleme arası doğrusal birilişki varsa demiştik, varsa doğrunun eğimi elastiklik modülüne doğrunun heryerinde

eşittir. Doğrunun eğimiyle ya da şu formülle gerilmeyi bulabiliriz. Hooke kanunu denir: σ= E.ε

- RİJİTLİK : Bir malzemenin elastik deformasyona karşı gösterdiği dirençtir. Malzemenin

şekil değiştirmeme isteğidir. Bir malzemenin elastik modülü ne kadar büyükse o kadar rijitdavranır.

- KAYMA MODÜLÜ : Normal olarak basma, kayma ve burma gerilmeleri de elastik

deformasyona neden olurlar. (G : kayma modülü, γ : poisson oranı) ζ = G.γ

- POİSSON ORANI : Bir metal malzemeye bir çekme gerilmesi uygulandığında çekme

gerilmesi yönünde bir elastik uzama ya da bu uzamaya karşılık gelen bir εz genlemesimeydana gelir. Bu uzamanın sonucu olarak uygulanan çekme gerilmesine dik yönde (x-yyönlerinde) daralma oluşur. Poisson oranı:

γ=-εxεz=-εyεz



- PLASTİK DEFORMASYON : Bir atom grubunun komşuluğunu kaybedip yeni bir komşulukyapması kalıcı (plastik) deformasyon olarak isimlendirilir. Malzeme elastik deformasyonunötesinde deforme edildiğinde gerilme ile genleme arasındaki doğrusal ilişki kalkar ve geridönüşü olmayan plastik (kalıcı) deformasyon oluşur.

- ORANTI SINIRI : Elastik-plastik geçişin tedrici olduğu metallerde gerilme-genlemeeğrisinin doğrusallıktan ilk ayrıldığı yer akma noktası olarak belirlenir. Bu nokta (gerilmedeğeri) orantı sınırı olarak kabul edilir.

Grafikte A noktasına kadar doğrusallık devam ediyor (OA doğrusal) , B noktasına kadar

elastiklik devam ediyor, B noktası artık elastiklik sınırıdır σE (AB doğrusal olmayandavranış). Daha sonra akma noktaları geliyor. C noktası üst akma sınırı, D noktası altakma sınırıdır. Bu noktalar gerçekte birbirine çok yakın olduklarından tek nokta şeklindeakma noktası verilebilir. DF lüders bantlarının oluşumu. FG pekleşme dayanımı. G noktası

kararsızlık noktasıdır, çekme dayanımı da denir σÇ. Malzemenin mukavetini gösterir. G

noktasını geçtikten sonra artık malzeme boyun vermeye başlar GH’da. Bu noktaya kadarhomojen plastik deformasyon gerçekleşirken artık bölgesel uzamalar görülür (boyunverme) (homojen olmayan deformasyonlar görülür GH aralığında). H noktası kopma

noktasıdır. Kopma dayanımı da denir σK . Malzeme 2 parça olur, inceldiği yerden kopar.Unutma OA’ya kadar doğrusallıktan dolayı Hooke kanunu geçerlidir: σ = E.εMalzememize bir F kuvveti uygularız, B’ye kadar gerilme olmuyorsa kuvveti bırakınca ilkhaline döner. B’yi geçince dönmez.

– AKMA DAYANIMI : Doğrusal orantının geride kaldığı, orantı sınırının hassas birşekilde belirlenmesi zor olduğu, malzemenin akmaya başladığı nokta genellikle(buraya dikkat!) 0,002 genleme değerinden gerilme-genleme eğrisinin elastikkısmına paralel olarak çizilen bir doğru yardımıyla bulunur. Doğrunun gerilme-genleme eğrisini kestiği noktaya karşılık gelen gerilme değeri akma dayanımıdır.

– BELİRGİN AKMA : Bazı metaller ve bazı çelikler belirgin akma davranışı sergilerler.

Yani alt ve üst akma dayanımları diye 2 akma sınırı vardır. Böyle durumlarda akmadayanımı olarak alt akma sınırı alınır.



– ÇEKME DAYANIMI : Çekme dayanımı bir malzemenin taşıyabileceği(dayanabileceği) en yüksek gerilme noktasıdır. Çekme dayanımına kadar (grafikteG noktası) bütün deformasyon üniform yani homojen bir şekil değişimiylegerçekleşir.

– KOPMA DAYANIMI : Çekme noktasından sonra artık üniform olmayan boyun verme

meydana gelir. Boyun verirken artık inceldiği yerden kopar. Bu kopma anınakopma dayanımı denir.– SÜNEKLİK : Malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetinin bir ölçüsüdür. Yani

malzemenin kopana kadarki şekil değişiminin bir ölçüsüdür. YMK en sünek metalkristalidir : YMK > HMK > SDH Sıcaklık arttıkça malzemenin sünekliği de artar. Bu yüzden malzemenin kalitesinindüşmemesi için yüksek sıcaklıklarda işleme yapılır.

– SÜNEK KIRILMA : Malzeme sünek kırılmaya sahipse sünerek kopar, boyun verir.Lifli ve mat görünüme sahiptir.

– GEVREKLİK : Malzeme çok az ya da hiç plastik şekil değişimi göstermeyipkırılıyorsa gevrektir. SDH en gevrek metal kristalidir.

– GEVREK KIRILMA : Bir tebeşirin kırılması. Bu tür kırılma yapan malzemelerin yüzeyiparlak ve düzgündür. Kırılma kuvvet doğrultusuna diktir.Kırılmanın türü malzemeden malzemeye değiştiği gibi çoğunlukla uygulanangerilme halinde, parçanın geometrik biçimine, sıcaklığa ve şekil değiştirme

hızına bağlıdır.

– KOPMA UZAMASI : Kopma anındaki genlemenin yüzdesidir.

δ = lk-l0l0x100– KESİT DARALMASI (kopma büzülmesi) :

ψ= A0-AkA0x100– ÜNİFORM UZAMA : Malzemenin çekme dayanımına kadar belirgin ve ortak

özelliklerde uzama göstermesidir.– REZİLYANS : Bir malzemenin elastik şekil değişimi boyunca absorbe ettiği toplam

enerjidir.– REZİLYANS MODÜLÜ : Yüksek akma dayanımına ve düşük elastik modülüne sahip

malzemelerin rezilyansları daha yüksektir.UR= 12σakεak= σak22

– TOKLUK : Bir malzemenin kırılıncaya/kopuncaya kadar absorbe ettiği toplamenerjidir. Bir malzemenin tok olabilmesi için dayanımında, sünekliğinde belirli birmertebe olması gereklidir. Genellikle sünek malzemelerin toklukları gevrekmalzemelere göre daha fazladır.



Tokluk malzemenin ilk halinden kopana kadar absorbe ettiği, rezilyans ilk halindenelastiklik sınırına kadar absorbe ettiği toplam enerjidir.

– SERTLİK : Malzemelerin batmaya ya da çizilmeye karşı gösterdikleri direncin birölçüsüdür. Kısaca plastik deformasyona karşı koymalarının bir ölçüsüdür.

28) Basma deneyi genellikle hangi durumlarda uygulanır?

- Yüksek kalıcı genlemelerde (plastik) malzeme davranışının bilinmesinin gerekliolduğu imalat yöntemlerinde ve malzemenin çekme zorlaması altında gevrek olduğudurumlarda basma deneyleri gereklidir.

29) Elastik modülüyle atomlar arası bağlar arasındaki ilişki nasıldır?

- Atomsal ölçekte elastik deformasyon, atomlar arası bağların zorlanmasıyla

atomlar arası mesafenin değişmesidir. Bundan dolayı elastik modülünün büyüklüğü bitişikatomların birbirinden ayrılmaya zorlandıkları zaman gösterdikleri direncin yani atomlararası bağ kuvvetinin bir ölçüsüdür.

30) Elastik ve plastik deformasyon sırasında atomsal ölçekte ne oluyor?

- Malzemede bir atom grubunun komşuluğunu kaybedip yeni bağlarla komşulukyapması kalıcı yani plastik deformasyondur. Atom grubu yeni bağlar yapmıyorsa;bağlarını koparmadan komşuluk değiştiriyorsa elastik deformasyondur.

31) Metalik malzemelerin kullanıldığı tasarımlarda hangi dayanım değerikullanılır?

- Tasarımlarda kullanılacak malzemelerde plastik deformasyonun oluşmasıistenmediği için akma dayanımı kullanılır, belirtilir.

32) Ortam sıcaklığı metalik malzemelerin elastik modülünü, akma dayanımını veçekme dayanımını nasıl etkiler?

- Elastik deformasyon atomlar arası bağların zorlanması ve atomlar arasımesafenin değişmesi olarak ifade ediliyordu. Elastik modülünün büyüklüğü bitişikatomların birbirinden ayrılmaya zorlandıkları zaman gösterdikleri direncin yani atomlararası bağ kuvvetinin bir ölçüsüdür. Buradan hareketle sıcaklık arttıkça atomlarınbirbirinden ayrılmaya zorlandıkları direnç düşeceğinden elastik modülü de azalmaktadır.

Hooke kanunundan sıcaklık arttıkça akma ve çekme dayanımı da azalmaktadır.



33) 7,5 metre uzunluğunda, 10 mm çapında, elastiklik modülü E=70 GPa olanbir çubuk var. Ucuna asılan bir yükün etkisiyle boyu 20mm uzamıştır. Yükün kaldırılmasıdurumunda parça başlangıçtaki duruma geri dönmüştür. a) Parçaya uygulanan gerilmeyihesaplayınız?

- Parça yük kaldırılınca eski haline döndüğüne göre elastik gerilme gerçekleşmiş. Hooke

kanununu kullanarak gerilme bulunur. σ = E.ε

ε = Δll0 = 207,5.103=2,66x10-3

σ = 70.103x2,66.10-3=186,2 MPa

b) Bu gerilme altında parçanın çapındaki daralma ne kadardır? (γ=0,29)

Gerilme uygulandıkça boy uzar, çap daralır.

γ= -εx,yεz formülünü kullanarak

εx,y = - γ . εZ = -0,29 x 2,66.10-3 = 7,71.10-4

Poisson oranı εx,y = Δdd0 ise; Δd= εx,y .d0= 7,71.10-4x10 Δd =

7,71.10-3mm

d = 10 - 7,71.10-3 = 9,992 mm

c) Malzemenin akma sınırı 300 Mpa olduğuna göre kalıcı şekil değiştirmeyi bul?

Fak= σak.A0 = 300xπ1024 = 23 526

34) Kesit alanı A = 50mm2 olan parçayla deney yapılıyor. l0 = 100 mm ve aşağıdakiverilere göre;

a) E (elastiklik modülü) , % δk (kopma uzaması) , % ψ (kesit daralması), σÇ

(çekme gerilmesi) , σK (kopma gerilmesi) , σkg(kopma gerçek) ?– 2.adımdaki değerlerden yararlanarak σ = 20050 = 4 kgf/mm2



ε = 0,02100 = 2.10-4 hooke kanunundan; E = 42.10-4 = 20.103 kgf/mm2

– % δk= lk-l0l0x100= 120-100100x100=20

– % ψ =A0-AkA0x100= 50-2550x100 = 50

– σÇ= 185050=37 kgf/mm2– σK= 165050=33 kgf/mm2– σkg= 165025=66 kgf/mm2a) 4. Deneyin 0,2 mm akma sınırı olduğunu hesapla gösterin?

– εplastik=εtoplama boyu-εelastik = 0,002

εtp = Δll0 = 0,3100= 3.10-3

εels = σE= 10005020.103=1.10-3εpls=3.10-3-1.10-3=2.10-3

Δlels= εelsxl0=1.10-3x100=0,1 mmΔlpls= εplsxl0=2.10-3x100=0,2 mm

35) Metal alaşımlarının faydaları nelerdir?

- Alaşımlandırarak soğuk şekil verme mümkündür. Demir esaslı metallerde karbon (C)alaşım olarak kullanılır, demir esas elemandır. Ham demirde karbon oranı % 4 ‘dür.Demire karbon ilavesiyle çelik elde edilir. Karbon oranı artırıldıkça sertlik artar. Yüksekkarbonlu çeliklerde mukavemet yüksek, süneklik az, tokluk düşüktür; gevrek davranışgösterirler.

36) Demir cevherinden çelik üretimi?

-

37)Kristal yapı nedir?

- Atomların üç boyutlu uzayda belirli bir düzene göre dizilmeleri sonucu oluşan yapıya

kristal yapı denir. Bir kristal yapıyı tanımak için birim hücresini bilmek yeterlidir.38) Kristal yapı çeşitleri nelerdir?



- Doğada 7 tane kristal türü/sistemi vardır. Bunlar; kübik, tetragonal, ortorombik, monoklinik,triklinik, rombohedral, hegzagonal.

39) Kristal yapı kusurları nelerdir?

- Şu ana kadar kusursuz kristal yapılarla ilgilendik. Gerçekte kusursuz yapı yoktur.

Kristallerin içinde değişik boyutlu yabancı atomlar bulunabilir, bazı kafes köşeleri boş(eksik atom), bazı atomlar yerinden kaymış ve bazı kristal düzlemleri yarım olabilir.Bunlardan başka cisim tek yerine çok kristalli oluşabilir. Yukarıda sözü edilen tüm etkenlerve çok kristalli cisimlerde sınır bölgeleri kütlenin düzenli yapısını bozar ve kusurlu halegetirirler. Bu kusurların biçimi, boyutu ve miktarı toplam kütleye göre çok az da olsaözelikleri büyük ölçüde etkir. Örneğin 1010 atomdan bir tanesi dahi yer değiştirmişse bazıözeliklerde belirgin değişiklik olabilir (iletkenlik gibi). Metallerin plastik şekil değiştirmesi,mukavemeti ve İletkenlikleri büyük ölçüde kristal yapı kusurlarına bağlıdır. Malzemeleringerçek davranışını açıklayabilmek için bu kusurları yakından tanımak gerekir.

Kristal yapı kusurları;

1- Tek boyutlu (noktasal) yapı kusurları,2- İki boyutlu (çizgisel) yapı kusurları,3- Üç boyutlu (yüzeysel) yapı kusurlarıdır.– NOKTASAL KUSUR : Kusur birkaç eksik veya yer değiştirmiş atomdan oluşursa

noktasal kusur denir. Mesela; boş alan, arayer, yeralan kusurları.– ÇİZGİSEL KUSUR (DİSLOKASYON) : Kusur kristalde boydan boya bir çizgi boyunca

uzanıyorsa dislokasyon vardır. İki çeşittir; kenar dislokasyonları, vidadislokasyonları. Diskolasyonlar sayesinde plastik şekil verme inanılmaz kolaylaşır. Teorik gerilmeye göre 400 Mpa (mesela) gerilme ile şekil değiştirecek bir maddepratikte uygulayacağımız 0,40 Mpa ile dislokasyonlar sayesinde şekil değiştirebilir.

– YÜZEYSEL KUSUR : Bir cismin yüzeyinde bulunan atomlar enerji yönündeniçeridekilerden farklıdır. İçerideki atomlar komşu atomlarla tamamen kuşatılmışolup düşük enerji konumundadırlar. Yüzey atomlarının ise bir yanlarında komşuatomlar yoktur ve kütle tarafından daha büyük bir kuvvetle çekilirler, bu nedenlede enerjileri daha yüksektir. Yüzeye atom eklenirse bir miktar enerji açığa çıkar,eğer yüzeyden atom koparılmak istenirse bir miktar enerji vermek gerekir. Yüzeydeki bu fazla enerjiye yüzey enerjisi denir. Bir sıvı damlasının küresel birbiçim alarak daha düşük enerji seviyesine dolayısıyla daha kararlı bir yapıya sahipolma eğilimi yüzey enerjisinin varlığı için belirgin bir kanıttır. Yüzey enerjisi atomlararası bağ enerjisi ile ilgilidir. Kristal yapıların iki boyutlu kusur türlerinden bir diğeride çok kristalli yapıda kristal bireyleri (tane) arasında kalan sınır bölgesidir(tane sınırı). Atomların seyrek ve düzensiz dizilmeleri sonucu oluşan yüksekenerjiye sahip bölgelere “tane sınırı” denir.



40) 50 mm ölçü uzunluğunda, 13 mm çapındaki çekme çubuğu numunesine basit çekmedeneyi uygulanmıştır. % 0,2 şekil değiştirmeye karşılık okunan kuvvet 6800 kg ve enyüksek yük ağırlığı 8400 kgf’dir. Kopma 7300 kgf yük altında oluşmuştur. Kopma sonrasıölçülen çap 8 mm, ölçü uzunluğuysa 65 mm. Buna göre:

- İlk önce şunları bulalım. A0=πd24=π1324=132,7 mm2 Ak=π824=50,3 mm2

a) % 0,2‘lik akma sınırını, çekme dayanımı?

σ0,2=F%0,2A0=6800132,7=52,2 kgf/mm2σÇ=FmaksA0= 8400132,7=63,3 kgf/mm2

b) Kopma gerilmesi?σk=FkA0=7300132,7=55 kgf/mm2

c) Uzamanın yüzdesi?

%δ= lk-l0l0x100=65-5050x100=%30d) Kesit daralmasının yüzdesi?

%ψ= Ak-A0A0x100= 132,7-50,3132,7x100=%62e) Elastiklik modülü E = 20,7x103 kgf/mm2 ve maksimum yükteki homojen birim

şekil değiştirme miktarı ε = % 22 olduğuna göre maksimum yük altındaki plastikuzamayı hesaplayınız?Maksimum yükte εe=σçEεels=σçE=63,320,7x103=0,003, εpls= εt-εels = 0,22 – 0,003

εpls=0,217 bu değer üniform şekil değiştirmedir. Üniform uzama miktarıysa50x0,217 = 10,85 mm

41) Metalik malzemelerin akma sınırı?

- σg=K.εgn üstel bağıntısıyla elde edilir. (K : dayanım sabiti, n : pekleşme üstelidir vebirimsizdir)

42) Çekme deneyleri sonucunda belirlenebilen malzeme özellikleri nelerdir?

- Belirgin akma gösteren malzemeler için akma sınırı, çekme dayanımı, üniform şekildeğişimi, kopma uzaması, kesit daralması,elastiklik sınırı ve modülü, tokluk ve rezilyansdeney sonucunda belirlenebilen özelliklerdir.

43) Rezilyans ve tokluk değerleri nasıl belirlenir?

- Rezilyans için; UR=σak2/2E

- Tokluk için; UT= 0εzσ.dε

44) Sürünme nedir?

- Yüksek sıcaklıkta, sabit gerilme ve zamana bağlı olarak oluşan plastik şekil değişiminesürünme denir.

46) Yorulma özellikleri nelerdir? Yorulma çatlağının oluşumu :



-

- Yorularak kırılmış bir parçada kırık yüzeyinin şematik görünümü :

-Tekrarlı gerilmelerin etkisiyle yüzeyde çatlak oluşumu:

-Demir esaslı ve demir dışı metallere ait Wöhler eğrileri :

σY : yorulma sınırı, bu gerilme değerinin altında parçada sonsuz ömür söz konusudur.



Bu kırılmalar nasıl emniyetli gerilmelerde gerçekleşebiliyor? Uçak kanadı, piston kolu gibiemniyetli durumda ama sürekli tekrar eden gerilme nedeniyle ender kopmalar sözkonusudur.

47) Kayma gerilmesi ?

- Bir başka basit zorlama türü kayma gerilmeleridir, bunlara makaslama veya kesmegerilmeleri de denir. Basit kayma etkisinde cismin ana boyutları değişmez, yalnız açılardeğişir.

Şekilde görülen kayma şekil değiştirmesi λ dik açıda meydana gelen değişmedir. Çok

küçük kaymalar için; tanγ γ = Δl/h

KAYMA GERİLMESİ: t=T/Ao Deney yapılacak olursa kayma gerilmesi t ile kayma şekildeğiştirmesi λ arasındaki bağıntı şekilde görüldüğü gibi olur.

48) Sertlik ve sertlik ölçme yöntemleri?

- Sertlik izafi bir ölçü olup sürtünmeye, çizmeğe, kesmeğe ve plastik deformasyona karşıdirenç olarak tarif edilir. Malzemeler üzerinde yapılan en genel deney sertliğininölçülmesidir. Endüstride en çok uygulanan, çabuk ve kolay sonuç veren bir deney türüdür.Bunun başlıca sebebi, deneyin basit oluşu ve diğerlerine oranla numuneyi daha az tahripetmesidir.

- Sertlik deneyleri: Brinell yöntemi, Rockwell yöntemi, Vickers yöntemi, mikro-sertlikdeneyi.

ADEM DUYGU / Makina Mühendisliği / Sakarya Üniversitesi 2011

makinacılar için malzeme bilimi

Documents