malzeme seÇİmİnİn Önemİ ve mÜhendİslİk malzemelerİ · bulundurulmasi gereken temel...
TRANSCRIPT
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
Çelik
Dökme Demir
Demir dışı
Ağır metaller
Hafif metaller
Seramikler Plastikler
Termoplastik
Termoset
Kompozitler
(matrise göre)
Polimer Matris
Metal Matris
Seramik Matris
MMK : Metal matrixli kompozit, PMK : Polimer matrixli kompozit, SMK ;
Seramik matrisli kompozit, PŞV ; Plastik şekil verme
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)
MÜHENDİSLİK MALZEMELERİNİN SINIFLANDIRILMASI
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
•Sıcak ve soğuk şekillendirilebilen ve içinde % 2’den az karbon bulunan bir demir-karbon alaşımıdır.
Çelik
•Denge diyagramında karbon oranının %2,06 ile %4,3 arasında değiştiği bölgedeki demir esaslı malzemelerdir.
Dökme Demir
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 Bakır tel
o Motor bobini
o Jeneratörler
o Transformatörler
o Elektrikli trenlerin havai hatları
o Troleybüs baraları
o Endüstrilere ve evlere elektrik enerjisi nakleden iletim hatlarında
o Radyatörler ve yağ soğutucuları
o Yüksek fırın tüyer, yastık radyatör ve monkilerin yapımında
o Ark ocaklarının elektrod tutucu ve kollarının yapımında
%99.95 saflıkta bakır
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.
Seramiklerin özellikleri
Sert
Korozyona dayanıklılık
Yüksek bası
dayanımı
Düşük ısı iletkenliği
Düşük elektrik
iletkenliği
Yüksek ergime sıcaklığı
Gevrek
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;
gibi özelliklerinden dolayı tercih edilirler.
Rijitlik
Dayanım
Hafiflik
Yüksek sıcaklık dayanımı
Korozyona dayanıklılık
Sertlik
İletkenlik
Metal-metal
Metal-seramik
Metal-polimer
Seramik-polimer
Seramik-seramik
Polimer-polimer