Malzeme Bilimi
Malzemelerin mekanik özellikleri
Öğr. Gör. Habib AKYAZI
Bir cismin uygulanan kuvvetlere karşı göstermiş olduğu tepki, mekanik davranış olarak tanımlanır.
Bu davranış biçimini mekanik özellikleri belirler.
Mekanik özellikler, değişik tür zorlamalar altında oluşan gerilmeler şekil değiştirmeleri ölçerek ve
gözleyerek saptanır.
Cisimler, artan dış zorlamalar altında önce şekil değiştirir, sonra dayanımını yitirerek kırılır.
Düşük gerilmeler altında şekil değiştirmeler elastik, yani tersinirdir.
Gerilme belirli bir sınırı aşarsa kalıcı yani plastik şekil değiştirme olur.
Malzemenin iç yapısında kalıcı bir değişim veya kırılma oluşturan herhangi bir gerilme sınırı
mukavemet olarak tanımlanır.
Mekanik Davranışın Temel Kuralları
Cisimlerin uygulanan dış kuvvetlere gösterdiği tepkiye mekanik davranış denir.
Sürekli artan kuvvet altında önce şekil değiştirme başlar.
Yük bir sınırı aşarsa kırılma meydana gelir.
Bu suretle malzemenin davranışı mekanik özellikleri belirler.
Mekanik özellikler esas olarak atomlar arası bağ kuvvetlerinden kaynaklanır.
Ancak bunun yanında malzemenin iç yapısının da büyük etkisi vardır.
İç yapısal değişiklikler yapılarak mekanik özellikler önemli olan oranda geliştirilebilir.
Her malzeme için karakteristik bir gerilme - şekil değiştirme ilişkisi vardır
Bu eğri genellikle çekme deneyi ile saptanır ve malzemenin
mekanik davranışı ile özellikleri hakkında çok önemli bilgiler verir
Çekme Mukavemeti
F yükü ile iki ucundan uygun bir sistem ile çekme esasına dayanır.
Malzemenin çekme gerilmesi geçildiği zaman malzemede kırılma meydana gelir.
A-Gevrek cisim, plastik şekil değiştirmesiz kırılma olur (cam, dökme demir, vs)
B-Sünek cisim, plastik şekil değiştirdikten sonra kırılma olur (bakır) C-Sünek cisim, belirgin bir akma basamağı vardır. Yalnız yumuşak çeliklerde görülür.
D-Tam sünek cisim, kopma anında kesit alan sıfıra yakındır (arı alüminyum
Çekmeye mukavemet
Uzunluğu L ve kesit alanı S olan silindir şeklindeki homojen bir metal çubuğa gittikçe artan bir F kuvveti uygulayalım.
Apsise (x ekseni) Δ�=� uzamalarını ve ordinata (y ekseni) kuvvetin, çubuğun kesitine oranı olan P yükünü (P=F/S) gösterirsek aşağıdaki şekilde gösterilen bir eğri elde edilir.
Deneyden sonra çubuk eski uzunluğuna döndüğü müddetçe yani, şekil değişiklikleri elastik kaldıkça uzama kuvvetle
orantılıdır. Buna karşılık gelen eğri parçası OM doğrusudur. Bu seviyede kuvvet kaldırılırsa, çubuk OM doğrusu boyunca tekrar eski haline döner.
Metal Çubuğun Çekmeye Mukavemeti Grafiği
Yük, A’ya karşılık gelen değeri aşarsa AP eğrisi elde edilir.
Uzama kuvvetle orantılı olmaz. Daha çabuk meydana gelir.
Bu esnada metal elastikiyetini kaybeder.
Yük maksimuma ulaşınca çubuğun belli bir yerinde bir daralma görülür ve ikiye kırılır.
P noktası metalin kopma yükünü, A noktası elastik limitini gösterir.
Bu incelemelere dayanarak pratikte önemli olan bazı tanımlar yapılmıştır.
1-Elastik limit: Silindirik çubuğun elastikiyetini kaybetmeden 10 s’de 1 mm2’sinin kg olarak çekebileceği en fazla yüktür. (kg/mm2)
2-Kopma yükü: Metalin kopmadan çekebileceği en fazla yüktür.
Genellikle kg/mm2 olarak verilir.
3-Kopmaya kadar uzama: Teorik olarak maksimum yüke karşılık gelen nispi uzamadır. Pratik olarak deneme çubuğunun koptuktan sonraki uzunluğunun ilk uzunluğuna oranıdır.
4-Daralma sayısı: Çubuğun başlangıç kesiti (S1) ve koptuktan sonraki en küçük kesiti (S2) ise ε=100.(S1–S2) / S1. Daralma sayısı, metalin uzama yeteneğini ifade ettiğinden önemlidir.
Sertlik
Gerçekte bir tür mukavemettir.
Sertlik bir malzemenin yüzeyine batırılmak
istenen bir cisme karşı göstermiş olduğu direnç olarak tanımlanır.
• Minerallerin sertliğini ölçmede,
o Mohs sertliği
• Cisimlerin sertliğini ölçmede
o Shore Sertliği, o Vickers Sertliği, o Brinell Sertliği,
o Rocwell Sertliği uygulanmaktadır.
Mohs Sertliği
Taşları birbirine sürterek sert olanı belirleme esasından yola çıkarak uygulanan bir
yöntemdir.
Çizen cisim, çizilenden daha sert sayılır.
Schore Sertliği
Bir cam boru içerisinden serbestçe düşürülen 2.6 gr
ağırlıktaki bir çekicin sertliği ölçülecek parça üzerinden zıplama yüksekliği o malzemenin sertliğini verir.
Shore Sclereskobu ile plastiklerin ve kauçuk malzemenin sertlik ölçümü yapılmaktadır.
Sertlik ve Mukavemet Arasındaki İlişki
Sertlik, bir malzemenin plastik şekil değiştirmeye karşı direnci ile ilgilidir.
Akma sınırı da aynı biçimde tanımlanabilir.
Akma sınırı yüksek, dolayısıyla da mukavemeti yüksek bir malzemenin sertliğinin de yüksek olması beklenir.
Tokluk (Özlük)
Bir malzemeyi koparmak için gereken enerjinin bir ölçüsüdür.
Malzemeleri tokluk yönünden karşılaştırabilmek için gerilme şekil değiştirme eğrisi altındaki
alanın büyüklüğünden yararlanılır.
Tokluk (Özlük)
Kırılma
Malzemelerin dış kuvvetler altında parçalara ayrılmasına kırılma denir.
Kırılma oluşum biçimine göre
Gevrek ve
Sünek
olmak üzere iki türe ayrılır.
1-Gevrek Kırılma (Kırılganlık Kopmasına Uğrayan Metaller)
Plastik şekil değiştirme olmaksızın aniden meydana gelir ve çok az enerji yutar.
Gevrek kırılmada malzemeler dış kuvvetler etkisinde plastik şekil değiştirme olmaksızın iki veya daha fazla parçalara ayrılır.
Kusursuz bir malzemenin çekme etkisinde kırılması, atomlar arası bağ kuvvetlerinin kopması sonucu oluşur.
Bu metaller cam gibi sert ve kırılgan olup aynı tipte kopma diyagramı verirler.
Sulanmış çelikler bu gruba girer.
2- Sünek Kırılma (Plastik
Kopmasına Uğrayan Metaller)
Sünek malzemelerde, kırılma önemli ölçüde plastik şekil değiştirme ve büzülmeden sonra oluşur.
Bu grupta metal çok küçük bir kuvvetle bile uzamaya başlar ve kolayca kopar.
Bu nedenle böyle metaller, mekanik uygulamada kullanılamaz.
Örnek: Bakır, bakır alaşımları ve alüminyum
Alaşımlarla elde edilen diyagramların çoğu, bu iki sınırın arasında bulunmaktadır.
Uygulanan gerilmeler (yüklenme) altında; katılarda önce elastik (geri dönüşümlü) deformasyon daha sonra da ani gevrek kırılma, ya da bir plastik (kalıcı) deformasyonu takip eden sünek kırılma oluşur.
Seramikler ve camlar gevrek kırılma, metaller ve polimerler sünek kırılma davranışı gösterirler.
Yorulma
Tekrarlı zorlamalar altında malzemelerin mukavemeti azalır.
Çekme mukavemetinin çok altındaki gerilmeler kırılma oluşturabilir. Buna neden yorulmadır.
Yorulma bütün malzemelerde gevrek türde kırılma meydana getirir.
Yorulmaya genellikle iç yapıda mevcut kusurlar civarında oluşan yerel gerilme yığılmaları neden olur.
İç yapıda bulunan çatlak, çentik, boşluk, sert parçacık ve ani kesit değişmeleri civarındaki gerilmeler ortalama gerilmeden daha
büyüktür.
Bu gerilmeler etkisinde yerel plastik şekil değiştirme meydana gelir.
Su verme (sulama):
Metallerin belli bir sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra birden bire soğutulmasına dayanan işleme su verme denir.
Tavlama:
Metallerin belli bir sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra yavaş bir şekilde soğutulmasına denir.
Sulanmış bir metal ile tavlanmış bir metal arasında farklar
Metale su verilmiş çelik çok sert olup çabuk kırılır.
Buna karşılık tavlanmış çelik kolayca işlenebilir.
Ancak bazı hallerde bu iki işlem istenmeyen sonuçlar verebilir.
Bu durumda metal daha düşük bir sıcaklığa kadar yavaş yavaş ısıtılır ve aniden soğutularak istenilen özellik elde edilebilir.
Bu işleme menevişlemedenir.
Kaynaklar
Çağlar YALÇINKAYA, Yapı malzemesi I Ders Notları, Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
Ahmet Aran , Malzeme Bilgisi Ders Notları, İstanbul Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi
Gültekin Göller, Özgül Keleş, İpek Akın Malzeme Bilimi ve Mühendisliğine Giriş
Bartın Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Ders Notları,
Ali GÜNDOĞDU, Malzeme Bilgisi, Gümüşhane Üniversitesi Gida Mühendisliği
Hayri Yalçın, Metin Gürü (2002). Malzeme Bilgisi. Palme Yayıncılık, Ankara.
Baradan, B. (2011). Malzeme Bilgisi.DEU Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir.
Kocataşkın, F. (1975). Yapı Malzemesi Bilimi. Birsen Kitabevi Yayınları.
