MALZEME BİLİMİ
MALZEME BİLİMİNE
GİRİŞ
• 1. Malzeme Bilimi ve Muayenesi
– T. Savaşkan
• 2. Malzeme Bilimi ve Mühendislik Malzemeleri
– Çeviri: M. Erdoğan
– (The Science and Engineering of Materials, Donald R.
Askeland)
• 3. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği
– Çeviri: G. Kınıkoğlu
– (Principles of Materials Science and Engineering, William F. Smith)
KAYNAKLAR
Malzeme ne demektir?
Mühendislik ürünlerinin ve sistemlerinin imalinde kullanılan ve istenen mekanik, kimyasal veya fiziksel özelliklere sahip katılara malzeme adı verilir. Yaygın olarak rastlanan malzemelere örnek olarak ağaç, beton, tuğla, plastik, cam, lastik, çelik, alüminyum, bakır ve kağıdı sayabiliriz.
GİRİŞ
Malzeme biliminin amacı nedir?
Malzemelerin iç yapısını tanıtmak, iç yapı ile
özellikler arasındaki ilişkiyi araştırmak ve bu
şekilde geliştirilen temel ilkeler ve kavramlar
ışığında, uygulamada kullanılan malzeme
türlerini sınıflandırmaktır.
Tarihsel Süreç
Dünyada gelişim olarak adlandırılan çağlar aslında malzeme biliminin tarihini gösterir.
❖ Taş Devri
❖ Bronz (Tunç) Devri
❖ Demir Devri
❖ Gelişmiş Malzemeler Devri
Malzeme bilimi, seramiklerin imalatı ile başlayan uygulamalı bilim ve mühendisliğin en eski şeklidir.
Modern malzeme bilimi gerçekte metalurji ve maden bilimlerinden türetilmiştir.
Malzeme bilimi alanında yapılan en büyük
adım Gibbs’in 19. yüzyılda malzemelerin
termodinamik özelliklerini göstermesi ile
ortaya çıkmıştır.
200 Yılda Gerçekleşen 5 Teknolojik Devrim
- 1771 : Endüstriyel Devrim
- 1829 : Buhar ve Demiryolu Çağı
- 1875 : Çelik, Elektrik ve Ağır Sanayi Çağı
- 1908 : Petrol, Otomobil ve Kitlesel Üretim Çağı
- 1971 : Enformasyon ve Telekomünikasyon Çağı
- 2000- ….. : Bioteknoloji ve Nanoteknoloji Çağı
Malzeme Seçiminin Önemi
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 otomobilde 20-25 bin, bir uçakta 100 bin ve bir denizaltıda 120 bin adet malzeme bulunmaktadır. 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 Seçiminde Göz Önünde Bulundurulması Gereken Temel Unsurlar
➢Kararlılık
➢Maliyet
➢Uyumluluk
➢Güvenilirlik
➢Tamir kabiliyeti
➢İmal edilebilirlik
➢Elde edilebilirlik
Malzemelerin Sınıflandırılması
Kolaylık için mühendislik malzemeleri üç sınıfa ayrılmıştır. Bunlar;
* Metalik Malzemeler
* Polimer Malzemeler (Plastikler)
* Seramik Malzemeler
Bu malzemelere ek olarak önemleri itibarıyla
karma ve elektronik malzemeleri de ana
malzeme sınıflarına ilave edebiliriz.
Metalik Malzemeler
Bu malzemeler bir veya daha fazla metalik elementten meydana gelen ve bazı metalik olmayan elementleri de içeren, organik olmayan maddelerdir.
➢Çoğu, oda sıcaklığında dayanımlı ve sünek olup yüksek sıcaklıklarda bile nispeten dayanımlarını korurlar.
➢Metaller genellikle iyi ısı ve elektrik iletirler.
➢Metaller atomların düzenli bir şekilde yer aldığı
kristal bir yapıdadır.
➢Metalik elementlere örnek olarak demir, bakır, alüminyum, nikel ve titanyumu gösterebiliriz.
Metalik malzemeler içinde karbon, azot ve oksijen de bulunabilir.
➢Saf metaller çok az kullanılmakla birlikte
metallerin kombinasyonlarından oluşan alaşımlar değişik özellikleri gelişmiş malzemeler üretmek üzere tercih edilirler.
➢Şekil verilebilme kabiliyetleri yüksektir ve bu
nedenle yapısal alanlarda kullanıma uygundurlar.
Polimer (Plastik) Malzemeler
- Polimer malzemelerin çoğu organik (karbon içeren) uzun molekül zincirlerine ve ağlarına sahiptir.
- Yapısal olarak polimer malzemelerin çoğu kristalli değildir, fakat bazılarında kristalli ve kristalsiz bölgeler beraberce bulunabilmektedir.
- Polimer malzemelerin dayanım ve sünekliği büyük değişiklikler göstermektedir.
- İç yapılarının etkisiyle polimer malzemelerin çoğu kötü bir elektrik iletkenidir. Bunların bir kısmı iyi yalıtkandır ve elektrik yalıtımında kullanılır.
- Genel olarak polimer malzemeler düşük yoğunluğa, nispeten düşük yumuşama ve bozunma sıcaklığına sahiptir.
- Kauçuk ve plastik su şişelerini örnek olarak verebiliriz.
Çok büyük moleküller oluşturmak üzere elektronlarını paylaşan, Mer denilen yapısal ünitelerin tekrarlanmasıyla oluşan bileşiklerdir. Üç kategorisi vardır:
1. Termoplastik polimerler – moleküler yapılarını değiştirmeden çok sayıda ısıtılıp soğutulabilirler.
2. Termoset polimerler – molekülleri kimyasal olarak rijit bir yapıya dönüşmüştür (sertleşmiştir) – tekrar
ısıtılamazlar.
3. Elastomerler – önemli elastik davranış gösterirler.
(Lastik, kauçuk vb.)
Polistiren (PS) levha (Köpük)
PVC boru Lastik
Seramik Malzemeler
- Seramik malzemeler kimyasal olarak birbirine bağlı metalik ve metal olmayan elementlerden oluşan, organik olmayan malzemelerdir.
- Seramik malzemeler kristalli veya kristalsiz ya da bunların karışımı olabilir.
- Seramik malzemelerin çoğu yüksek sertliğe ve yüksek sıcaklık dayanımına sahip olmakla birlikte, mekanik olarak kırılgandır.
- Son zamanlarda, içten yanmalı motorlarda
kullanılmak üzere yeni seramik malzemeler
geliştirilmiştir.
- Motorlarda kullanılan seramik malzemelerin üstün tarafları hafiflikleri, yüksek dayanım ve sertlikleri, iyi ısı ve aşınma dirençleri, düşük sürtünmeleri ve yalıtkanlıklarıdır.
- Yalıtım özellikleri ve ısı ve aşınmaya dirençleri nedeniyle yüksek sıcaklık sıvı metal fırınlarında astar olarak kullanılır.
- Seramiklerin uzay çalışmalarında önemli bir
uygulama alanı uzay taşıtlarının kaplanmasında
kullanılan seramik fayanslardır. Seramik fayanslar
alüminyum iç gövdeyi dünya atmosferine giriş ve
çıkışta oluşan yüksek sıcaklıklardan
korumaktadır.
Karma Malzemeler
- Karma malzemeler iki veya daha fazla malzemenin karışımıdır.
- Karma malzemelerin çoğu, istenilen özellikleri elde etmeye uygun dolgu ve güçlendirme malzemeleri ile bağlayıcı reçineden ibarettir.
- Genellikle bileşenler birbiri içinde çözünmez ve birbirlerinden belirli bir ara yüzeyle ayrılır.
- Karma malzemelerin birçok türü bulunmaktadır.
Güçlendiricilerle ana faz arasındaki bağ ve güçlendiricinin şekli çok değişik olabilmektedir. Ana faz metal, seramik veya polimer olabilir. Yine güçlendirici lifler ya da parçacıklar metal veya seramik olabilir.
- En bilinen örnek betonarmedir. (beton+çelik)
Başlı başına bir kategori olmaktan çok, diğer üç temel türün homojen olmayan karışımlarıdır.
