/ MATERIALS SCIENCE / MATERIALS SCIENCE GENEL TANIM / GENERAL DESCRIPTION

(1)

2021 - 2022 / 503002182007 - MATERIALS SCIENCE / MATERIALS SCIENCE

GENEL TANIM / GENERAL DESCRIPTION

Ders Adı / Course Name MATERIALS SCIENCE / MATERIALS SCIENCE Ders Kodu / Course Code 503002182007

Ders Türü / Course Type

Ders Seviyesi / Course Level First Cycle / First Cycle

Ders Akts Kredi / ECTS 3.00

Haftalık Ders Saati (Kuramsal) / Course Hours For Week (Theoretical)

2.00

Haftalık Uygulama Saati / Course

Hours For Week (Objected) 0.00 Haftalık Laboratuar Saati / Course

Hours For Week (Laboratory) 0.00 Dersin Verildiği Yıl / Year 2

Öğretim Sistemi / Teaching System Face to Face / Face to Face Eğitim Dili / Education Language English / English

Ön Koşulu Olan Ders(ler) /

Precondition Courses Yok None

Amacı / Purpose Malzemenin özellikleri ile iç yapısı arasındaki bağı kurmaktır. İyonik, kovalent ve metalik bağ yapıları, kristallerin atomik düzenleri, düzensizlikleri, metallerin ve polimerlerin katı çözeltileri hakkında bilgi vermektir. Ayrıca katı maddelerin yük ve deformasyon gerilimi altında davranışları, metallere ve polimerlere şekil verme prosesleri ve korozyonun oluşma mekanizmaları hakkında bilgi vermektir. Hizmet ömrü boyunca malzemenin dayanımı, yorulması, polimerlerde gerilme gevşemesi ve sürünme davranışını kavratmaktır.

The aim of the course is to establish the link between the properties of the materials and their internal structure. Atomic bonding-ionic, covalent and metallic- is reviewed.

Atomic order of crystals and their imperfections, solid solutions of metals and polymers are also given. The properties of solid materials under load and shear are studied.

Shaping processes of metals and polymers, and mechanisms of corrosion are given.

Material behavior during service life, stress relaxation and creep behavior in polymers are given.

İçeriği / Content Atomlar arası etki eden kuvvetler ve oluşan bağlar: iyonik, kovalent ve metalik bağlar, bağ uzunlukları ve enerjileri. Kristallerde atom dizilişleri, düzensizlikler. Katı çözeltiler ve faz dengeleri. Yük altında malzemelerin davranışı: elastik, plastik deformasyon, kırılma, kayma gerilimi. Malzeme test metotları. Metallere ve polimerlere şekil verme ve dayanıklılık kazandırma prosesleri. Korozyon, galvanik korozyon hücreleri, korozyonun kontrolü. Malzemenin yorulması. Hizmet ömrü boyunca malzemenin dayanımı.

Polimerlerde gerilme gevşemesi ve sürünme davranışı.

Bonding between atoms and forces acting between atoms. Ionic, covalent, metallic bonding, bond lengths and their energies. Atomic arrangements in crystals, imperfections in crystalline solids. Solid solutions - Phase equilibria. Materials under stress: Elastic, plastic deformations and fracture, shear stress. Materials test methods.

Shaping, strengthening and toughening processes: for metals and polymers.

Corrosion, galvanic corrosion cells, corrosion control. Material behavior during service life. Stress relaxation and creep behavior in polymers.

Önerilen Diğer Hususlar / Recommended Other Considerations

Yok None

Staj Durumu / Internship Status Yok None

Kitabı / Malzemesi / Önerilen Materials Science and Engineering: An Introduction, W. D. Callister, John Willey and 1-Materials Science and Engineering, W. D. Callister, D. G. Rethwisch, John Willey

(2)

Öğretim Üyesi (Üyeleri) / Faculty

Member (Members) Prof. Dr. Levent Ballice, Doç. Dr. Murat Sert Prof. Dr. Levent Ballice, Assoc. Prof. Dr. Murat Sert

ÖĞRENME ÇIKTILARI / LEARNING OUTCOMES

1 Mühendis ile malzeme ve mühendis ile toplum arasındaki bağlantıyı kavrayarak mühendisin topluma

hizmet verme duyarlılığını kazanabilme. Conscience to serve to the society acquiring the interrelationship between the engineer and material and engineer and society.

2 Malzemeleri yapı ve özellik olarak tanıyarak, malzeme yapısı ile uygulama alanı arasındaki ilişkiyi

kurabilme. Learning structure and properties of the materials and establishing the link between their internal

structure and application area.

3 Malzemenin özellikleri ile üretimi ve işlenebilirliği arasındaki ilişkiyi kurabilme. Establishing the link between properties of the materials and its processability.

4 Malzemenin bozulmasına neden olan, hizmet ömrünü azaltan korozyon, yorulma vb etkenleri

öğrenerek mesleğini uygulama sürecinde gerekli önlemleri alabilme. Knowledge to take related measures against the effects such as fatigue and corrosion leading to deformation and shortening of service life of the material during performing the profession.

5 Malzemenin her türlü davranışını öğrenerek topluma iyi ürünler üreterek toplumun yaşam kalitesini

yükseltme yönünde yapılabilecekleri kavrayabilme. Knowledge to produce high quality products to improve the prosperity of the society learning every aspect of the material behavior.

6 Meslek yaşamı boyunca çevre, iş güvenliği, insan sağlığı gibi konulara duyarlılık kazanabilme. Conscience to health, environment and process safety issues during the professional life.

HAFTALIK DERS İÇERİĞİ / DETAILED COURSE OUTLINE

(3)

Hafta / Week

1

Teorik Dersler / Theoretical Öğretim Yöntem ve

Teknikleri/Teaching Methods Techniques

Ön Hazırlık / Preliminary

Uygulama Lab

Giriş ve tarihsel bakış, malzeme bilimi ve mühendisliği, malzemelerin sınıflandırılması, ileri malzemeler, modern malzemeler, işlem-yapı- özellik performans ilişkisi

Introduction and Historical Perspective of Materials Science and Engineering, Classification of Materials, Advanced Materials , Modern Materials, Processing/Structure/Properties/Performance

Correlations

2

Atomsal yapı ve atomlar arası bağlar, temel kavramlar, atomlarda elektronlar, periyodik tablo, katılarda atomik bağlar, bağ kuvvetleri ve enerjileri, birincil bağlar, ikincil bağlar, Van der Waals bağı

Atomic Structure and Interatomic Bonding, atomic structure, Fundamental Concepts, Electrons in Atoms, The Periodic Table, atomic bonding in solids, Bonding Forces and Energies, Primary Interatomic Bonds, Secondary Bonding or van der Waals Bonding

3

Kristal katıların yapısı, kristal yapı, temel kavramları, birim hücre, metallerde kristal yapı, yoğunluk hesaplanması, polimorfizm ve allotropi, kristal sistemler, kristal noktalar, doğrultular, nokta koordinatlar, doğrusal ve düzlemsel yoğunluklar, sıkı paketli kristal yapılar, kristal ve kristal olmayan malzemeler, tek kristaller, çok kristalli malzemeler, anizotropi, X-Işığı kırınımı, kristal yapıların saptanması, kristal olmayan katılar

The Structure of Crystalline Solids, Crystal Structures, Fundamental Concepts, Unit cells, Metallic Crystal Structures, Density

Computations, Polymorphism and Allotropy , Crystal Systems, crystallographic points, directions, Point Coordinates, Linear and Planar Densities, Close-Packed Crystal Structures, crystalline and noncyrstalline materials, Single Crystals, Polycrystalline Materials, Anisotropy, X-Ray Diffraction: Determination of Crystal Structures, Noncrystalline Solids

4

Katılarda kusurlar, noktasal kusurlar, atomsal boşluklar (boşyer), kendinde-arayer atomları, katılarda safsızlıklar, bileşimin belirlenmesi, diğer kusurlar, dislokasyonlar, çizgisel kusurlar, arayüz kusurları, kitle veya hacim kusurları, mikroskopik teknikler, tane boyutunun

belirlenmesi

Imperfections in Solids,Point defects, Vacancies and Self-Interstitials, Impurities in Solids ,Specification of Composition, miscellaneous imperfections, Dislocations–Linear Defects, Interfacial Defects, Bulk or Volume Defects, Microscopic Techniques, Grain Size

(4)

5

Difüzyon (Yayınma), difüzyon mekanizması, kararlı yayınma, kararsız yayınma, difüzyonu etkileyen faktörler

Diffusion, Diffusion Mechanisms, Steady-State Diffusion, Nonsteady- State Diffusion, Factors That Influence Diffusion

6

Metallerin mekanik özellikleri, Gerilme ve birim şekil değişimi kavramları, elastik şekil değişimi, gerilme ve birim şekil değişimi davranışı, gerilme-gerinim (uzama) davranışı ve anelastiklik, elastik özellikler, gerçek gerilme ve gerinim, plastik şekil değiştirme sonrası elastik geri dönüş, basma, kesme, burulma deformasyonu, sertlik Mechanical Properties of Metals, Concepts of Stress and Strain, elastic deformation, Stress–Strain Behavior Anelasticity, Elastic Properties of Materials, plastic deformation, Tensile Properties, True Stress and Strain, Elastic Recovery After Plastic, Deformation, Compressive, Shear, and Torsional, Deformations, Hardness

7

Dislokasyonlar ve dayanım arttırıcı mekanizmalar, dislokasyonlar ve plastik deformasyon, temel kavramlar, dislokasyonların özellikleri, kayma sistemleri, tek kristallerde kayma, çok kristalli malzemelerin plastik deformasyonu, ikizlenme ile deformasyon oluşumu, tane boyutu küçültülerek dayanımın arttırılması, katı çözelti sertleşmesi, pekleşme (derformasyon sertleşmesi), toparlanma, yeniden kristallenme, tane büyümesi

Dislocations and Strengthening Mechanisms, dislocation and plastic deformation, Basic Concepts, Characteristics of Dislocations, Slip Systems, Slip in Single Crystals, Plastic Deformation of

Polycrystalline

Materials, Deformation by Twinning , Strengthening by Grain Size Reduction, Solid-Solution Strengthening,

Strain Hardening, Recovery, Recrystallization, Grain Growth

8

Hasar, kırılmanın temelleri, sünek kırılma, gevrek kırılma, kırılma mekaniğinin prensipleri, kırılma tokluğu deneyleri, çevrimsel gerilmeler, S-N Eğrisi, çatlak oluşumu ve ilerlemesi, yorulma ömrüne etki eden etmenler, çevresel etkiler,genelleştirilmiş sürünme davranışı, gerilme ve sıcaklık etkisi

Failure, Fundamentals of Fracture, Ductile Fracture, Brittle Fracture, Principles of Fracture Mechanics, Fracture Toughness Testing , Cyclic Stresses, The S–N Curve, Crack Initiation and Propagation, Factors That Affect Fatigue Life, Environmental Effects,Generalized Creep Behavior, Stress and Temperature Effects,

(5)

9

ARASINAV HAFTASI

MIDTERM EXAMINATIONS

10

Faz diyagramları, tanımlar ve temel kavramlar, çözünebilirlik sınırı, fazlar, mikroyapı, bir bileşenli faz diyagramları, ikili faz diyagramları, izomorfik sistemler, faz diyagramlarının yorumlanması, izomorfik alaşımlarda mikroyapının oluşması, izomorfik alaşımların mekanik özellikleri, ikili ötektik sistemler, ötektik alaşımlarda mikroyapı oluşumu, ara faz veya bileşikleri içeren denge diyagramları, ötektik ve peritektik reaksiyonlar, bileşimin değişmediği (uyumlu) faz

dönüşümleri, demir-sementit (Fe-Fe3C) faz diyagramları, demir- karbon alaşımlarının mikroyapı oluşumu

Phase Diagrams, definition and basic concepts, Solubility Limit, Phases, Microstructure, Phase Equilibria One-Component (or Unary) Phase Diagrams, binary phase diagrams, binary Isomorphous Systems, Interpretation of Phase Diagrams, Development of Microstructure in Isomorphous Alloys, Mechanical Properties of Isomorphous Alloys, Binary Eutectic Systems, Development of Microstructure in Eutectic Alloys, Equilibrium Diagrams Having Intermediate Phases or Compounds, Eutectoid and Peritectic Reactions, Congruent Phase Transformations, The Iron–Iron Carbide (Fe–Fe3C) Phase Diagram, Development of Microstructure in Iron–

Carbon Alloys,

11

Faz dönüşümleri, temel kavramlar, faz dönüşümlerinin kinetiği, izotermal dönüşüm diyagramları, sürekli soğumada dönüşüm diyagramları, demir-karbon alaşımlarının mekanik özellikleri, temperlenmiş martenzit, demir-karbon alaşımlarında faz dönüşümleri Phase Transformations, Basic Concepts, The Kinetics of Phase Transformations, Isothermal Transformation

Diagrams, Continuous Cooling Transformation, Diagrams, Mechanical Behavior of Iron–Carbon

Alloys, Tempered Martensite, Phase Transformations and Mechanical Properties for Iron–Carbon

Alloys

(6)

12

Metal alaşımların işlenmesi ve uygulamaları, metal alaşım tipleri, demir esaslı alaşımlar, demir dışı alaşımlar, metal alaşımları, metallere uygulanan imalat yöntemleri, şekli verme yöntemleri, döküm, diğer yöntemler, metallere uygulanan ısıl işlemler, tavlama yöntemleri, çeliklere uygulanan ısıl işlemler, çökeltme sertleşmesi Applications and Processing of Metal Alloys,types of metal alloys, Ferrous Alloys, Nonferrous Alloys, Metal Alloys, fabrication of metals, Forming Operations, casting, Miscellaneous Techniques, thermal processing of metals, Annealing Processes, Heat Treatment of Steels, Precipitation Hardening 436

13

Polimer yapılar, hidrokarbon molekülleri, polimer molekülleri, polimer molekülerinin kimyası, molekül ağırlığı, molekül şekli, molekül yapısı, molekül dizilişi, termoplastik ve termoset polimerler, kopolimerler, polimerlerin kristal yapısı, polimer kristalleri, polimerlerdeki kusurlar, polimer malzemelerde yayınma

Polymer Structures, Hydrocarbon Molecules, Polymer Molecules, The Chemistry of Polymer Molecules

Molecular Weight, Molecular Shape, Molecular Structure, Molecular Configurations, Thermoplastic and Thermosetting Polymers, Copolymers, Polymer Crystallinity, Polymer Crystals, Defects in Polymers , Diffusion in Polymeric Materials

14

Polimerlerin özellikleri, uygulamaları ve işlenmesi, polimerlerin mekanik özellikleri, gerilme-birim şekil değiştirme davranışı (gerinim), makro ölçekte şekil değiştirme, viskoelastik şekil değiştirme, polimerlerin hasarı, çeşitli mekanik özellikler, yarı kristal polimerlerin mekanik özellikleri, yarı kristal polimerlerin deformasyonu,

kristalleşme, ergime, camsı hale geçiş, ergime ve camsı hale geçiş sıcaklığı

Characteristics, Applications, and Processing of

Polymers,mechanical behavior of polymers, Stress–Strain Behavior, Macroscopic Deformation, Viscoelastic Deformation, Fracture of Polymers, Miscellaneous Mechanical Characteristics, Deformation of Semicrystalline Polymers, Factors That Influence the Mechanical Properties of Semicrystalline, Deformation of Elastomers, Crystallization, Melting, the Glass Transition, melting and Glass Transition temperatures

(7)

15

Ergime ve camsı hale geçiş sıcaklığını etkileten faktörler, polimer tipleri, plastikler, elastomerler, elyaf, değişik uygulamalar, ileri polimerik malzemeler, polimer sentezi ve işleme yöntemleri, polimer katkıları, plastiklerin şekillendirilme teknikleri, elastomerlerin üretimi, elyaf ve filmlerin üretimi, Kompozitler, parçacık takviyeli kompozitler, iri parçalı kompozitler, saçınımla dayanımı arttırılmış kompozitler, elyaf katkılı kompozitler, elyaf uzunluğunun etkisi, elyaf yönlenmesi ve yoğunluğunun etkisi, elyaf fazı, matris fazı, polimer-matrisli

kompozitler, metal-matrisli kompozitler, seramik-matrisli kompozitler, karbon-karbon kompozitler, hibrit kompozitler, elyaf takviyeli kompozitlerin işlenmesi, yapısal kompozitler, tabakalı kompozitler, sandviç paneller, nanokompozitler.

Factors That Influence Melting and Glass Transition Temperatures, polymer

types, Plastics, Elastomers, Fibers, Miscellaneous Applications, Advanced Polymeric Materials, polymer synthesis and processing, Polymerization Polymer Additives, Forming Techniques for Plastics, Fabrication of Elastomers , Fabrication of Fibers and Films.

Composites, particle reinforced composites, Large-Particle

Composites, , Dispersion-Strengthened Composites, fiber reinforced composites, Influence of Fiber Length, Influence of Fiber Orientation and Concentration, The Fiber Phase , The Matrix Phase , Polymer- Matrix Composites, Metal-Matrix Composites,, Ceramic-Matrix Composites , Carbon–Carbon Composites, Hybrid Composites, Processing of Fiber-Reinforced Composites, structural composites, Laminar Composites, Sandwich Panels, nanocomposites

16

Final Sınavı

Final Examination

(8)

DEĞERLENDİRME / EVALUATION

Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri / Term (or Year) Learning Activities Sayı /

Number

Katkı Yüzdesi / Percentage of Contribution (%)

100 1

Ara Sınav / Midterm Examination

Toplam / Total: 1 100

Başarı Notuna Katkı Yüzdesi / Contribution to Success Grade(%): 40

Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri / End Of Term (or Year) Learning Activities Sayı /

Number

Katkı Yüzdesi / Percentage of Contribution (%)

100 1

Final Sınavı / Final Examination

Toplam / Total: 1 100

Başarı Notuna Katkı Yüzdesi / Contribution to Success Grade(%): 60

Etkinliklerinin Başarı Notuna Katkı Yüzdesi(%) Toplamı / Total Percentage of Contribution (%) to Success Grade: 100

Değerlendirme Tipi / Evaluation Type:

İŞ YÜKÜ / WORKLOADS

Ara Sınav / Midterm Examination 1 2.00 2.00

Final Sınavı / Final Examination 1 2.00 2.00

Problem Çözümü / Problem Solving 4 8.00 32.00

Bireysel Çalışma / Self Study 1 10.00 10.00

Ödev Problemleri için Bireysel Çalışma / Individual Study for Homework Problems 1 10.00 10.00

Ara Sınav İçin Bireysel Çalışma / Individual Study for Mid term Examination 1 15.00 15.00

Final Sınavı içiin Bireysel Çalışma / Individual Study for Final Examination 1 20.00 20.00

Sayı / Number

Süresi (Saat) / Duration

(Hours)

Toplam İş Yükü (Saat) / Total

Work Load (Hour) Etkinlikler / Workloads

Toplam / Total: 10 67.00 91.00

(9)

Dersin AKTS Kredisi = Toplam İş Yükü (Saat) / 30.00 (Saat/AKTS) = 91.00/30.00 = 3.03 ~ / Course ECTS Credit = Total Workload (Hour) / 30.00 (Hour / ECTS) = 91.00 / 30.00 = 3.03 ~

PROGRAM VE ÖĞRENME ÇIKTISI / PROGRAM LEARNING OUTCOMES

Öğrenme Çıktıları / Learning Outcomes Program Çıktıları / Program Outcomes

1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8 1.1.9 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.Mühendis ile malzeme ve mühendis ile toplum arasındaki

bağlantıyı kavrayarak mühendisin topluma hizmet verme duyarlılığını kazanabilme. / Conscience to serve to the society acquiring the interrelationship between the engineer and material and engineer and society.

3 2 4 3 2

2.Malzemeleri yapı ve özellik olarak tanıyarak, malzeme yapısı ile uygulama alanı arasındaki ilişkiyi kurabilme. / Learning structure and properties of the materials and establishing the link between their internal structure and application area.

2 3 3 2 3 4 2 2 2

3.Malzemenin özellikleri ile üretimi ve işlenebilirliği arasındaki ilişkiyi kurabilme. / Establishing the link between properties of the

materials and its processability. 2 3 2 3 4 2 2 3

4.Malzemenin bozulmasına neden olan, hizmet ömrünü azaltan korozyon, yorulma vb etkenleri öğrenerek mesleğini uygulama sürecinde gerekli önlemleri alabilme. / Knowledge to take related measures against the effects such as fatigue and corrosion leading to deformation and shortening of service life of the material during performing the profession.

3 3 3 3 2 3 3 2 3

5.Malzemenin her türlü davranışını öğrenerek topluma iyi ürünler üreterek toplumun yaşam kalitesini yükseltme yönünde

yapılabilecekleri kavrayabilme. / Knowledge to produce high quality products to improve the prosperity of the society learning every aspect of the material behavior.

2 3 3 2 4 4 2 3

6.Meslek yaşamı boyunca çevre, iş güvenliği, insan sağlığı gibi konulara duyarlılık kazanabilme. / Conscience to health,

environment and process safety issues during the professional life. 3 2 3 2 3

Katkı Düzeyi / Contribution Level : 1-Çok Düşük / Very low, 2-Düşük / Low, 3-Orta / Moderate, 4-Yüksek / High, 5-Çok Yüksek / Very high