BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019 Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara - TÜRKİYE [email protected]http://eeoren.etu.edu.tr Dr. Ersin Emre Ören BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Dislokasyonlar ve Güçlendirme Mekanizmaları Bölüm - 2
21
Embed
BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri · Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölüm ... BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Dislokasyonlar ve Güçlendirme Mekanizmaları
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Biyomedikal Mühendisliği BölümüMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü
TOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiAnkara - TÜRKİYE
SoruHacim merkezli kübik kristal yapısına sahip tek kristal bir demire [010] yönünde çekme gerilmesiuygulanmaktadır.
a) Uygulanan çekme kuvveti 52 MPa ise (110) düzlemi ve [111] yönündeki kritik kesmegerilmesini hesaplayınız.
b) Eğer kayma (110) düzlemi ve [111] yönünde olursa ve kritik kesme gerilmesi 30 MPa iseakmanın başlaması için uygulanması gereken çekme kuvvetini hesaplayınız.
2 2 2 2 2 2
cos
cos
i i k k k k
i j k i j k
a b a b a b a b a b
a a a b b b
= = + +
= + + + +
KAYMA SİSTEMLERİ
_
_
( )cos cosR =
nokta çarpım (dot product) veya skaler çarpım
2 2 2 2 2 2cos i i k k k k
i j k i j k
a b a b a b
a a a b b b
+ +
=
+ + + +
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
KAYMA SİSTEMLERİ
_
2 2 2 2 2 2
0 1 1 1 0 0 1cos
20 1 0 1 1 0
+ +
= =
+ + + +
: (010) ve (110) yönleri arasındaki açı
2 2 2 2 2 2
0 1 1 1 0 1 1cos
30 1 0 1 1 1
+ +
= =
+ + + +
_ : (010) ve (111) yönleri arasındaki açı
1 152 MPa 21.3 MPa
2 3R = =
30 MPa73.4 MPa
1 1cos cos
2 3
crssy
= = =akmanın başlaması için uygulanması gereken
çekme kuvvetini
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
ÇOK KRİSTALLİ MALZEMELERDE PLASTİK DEFORMASYON
Kayma Çizgileri (Bakır)
Taneler tamamen rastgele bir şekilde dizilmiş veyönlenmişlerdir
Sonuç olarak çok kristalli malzemeler tek kristalli malzemeleregöre daha dayanıklıdır. (içerisinde hiçbir kusur bulunmayanlarhariç).
• Kayma yönleri kristal yapıya göre farklılıklar gösterir.Uygulanan gerilime göre bazı tanelerdeki slip sistemleriharekete geçerken bazılarında geçmez.
• Kayma sistemleri harekete geçen taneler komşu tanelertarafından baskılanabilirler.
• Dislokasyonlar tane sınırlarını kolayca geçemezler.
Gerinim ile güçlendirme / Soğuk işleme (Strain hardening/Cold working):
Akma ve çekme dayanımlarında artışın bedelini süneklikteki azalma ile öderiz.
Süneklik (% uzama)
nT TK =
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
SoruSilindir şeklindeki bakır bir çubuğun soğuk işleme sonucunda çapı 15.2 mm’den 12.2 mm’yedüşürülürse çekme dayanımını ve sünekliğini (% de uzama) aşağıdaki grafikleri kullanarakhesaplayınız.
GÜÇLENDİRME MEKANİZMALARI
Süneklik (% uzama)
2 2
2
% 100
15.2 12.2 100
15.2
35.6%
o d
o
A ACW
A
−=
−=
=
Çekme Dayanımı
340 MPaTS =
% 7%EL =
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
Toparlanma (Recovery): Toparlanma sırasında malzeme içerisindeki soğuk işleme sırasındaoluşmuş olan iç gerilmeler giderilir.
Soğuk isleme sırasında malzemelerin özelliklerinde ve mikroyapılarında şu değişiklikler olur:
a) Tane şekillerinde değişimb) Dislokasyon yoğunluğunda artışc) Gerinim ile güçlendirme (strain hardening).
Tavlama (malzemeyi yeteri kadar yüksek sıcaklıkta yeteri kadar uzun tutmak) ile bu değişikliklerkısmen veya tamamen geri döndürülebilir. Bu geri dönüşüm, yüksek sıcaklıklarda olan iki farklıişlem ile olur: Toparlanma (recovery) ve yeniden kristalleşme (recrystallization). Bu iki olayıbazen tane büyümesi (grain growth) de takip edebilir.
a) Yüksek sıcaklıklarda atomların difüzyon hızları artar.b) Dislokasyon sayılarında düşme olur.c) Malzeme içerisinde oluşan gerinim enerjileri düşer.d) Malzeme özellikleri soğuk işleme öncesine kısmen geri döner.
Toparlanma sırasında soğuk işlenmiş metalin dayanımında az miktarda düşüş olur ama bunakarşılık sünekliğinde ciddi miktarda artış olur.
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
Yeniden Kristalleşme (Recrystallization): Yeniden kristalleşme gerinimsiz (strain free) ve eş-eksenli (belirli yönlerde uzamamış) yeni tanelerin oluşma sürecidir.
Bu yeni oluşan tanelerin dislokasyon yoğunlukları düşüktür ve soğuk işleme öncesi özellikleresahiptir.
Toparlanmadan sonra bile sistemdeki taneler görece daha yüksek gerinim enerjilerinesahiptirler:
Yeni tane oluşumu için itici güç: Sistem iç enerjisini gerinimli tanelerden gerinimsiz taneleregeçerek düşürmeye çalışır.
Tane Büyümesi (Grain growth): Yeniden kristalleşme tamamlandıktan sonra gerinimsiz (strainfree) ve eş-eksenli yeni taneler yüksek sıcaklıkta büyümeye devam ederler.
Tane büyümesi için önceden toparlanma ve yeniden kristalleşme olmasına gerek yoktur.Yükseltilmiş sıcaklıklarda bütün çok taneli malzemelerde gözlenir.
Tane büyümesi için itici güç: Sistem içersindeki tane sınırlarını ve bunlardan kaynaklananenerjiyi azaltmaya çalışır.
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
(a) Soğuk işleme (33%CW) (b) 3 saat 580oC (c) 4 saat 580oC
(d) 8 saat 580oC (e) 15 saat 580oC (f) 15 saat 700oC
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
Tavlama Sıcaklığı: Yenidenkristalleşmenin 1 saat içerisindetamamlandığı sıcaklıktır.
1 1
3 2m Tavlama mT T T
•Soğuk işleme oranı•Alaşımın saflığı
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
SoruSilindir şeklinde ve çapı 6.4 mm olan prinç bir çubuk işlenecektir. Bu malzemenin soğuk işlemesonucunda akma dayanımının en az 345 MPa ve sünekliğinin de en az 20% EL olmasıistenmektedir. Bunlara ek olarak prinç çubuğun kullanım çapının 5.1 mm olması gerekmektedir.
GÜÇLENDİRME MEKANİZMALARI
Süneklik (% uzama)
2 2
2
% 100
6.4 5.1 100
6.4
36.5%
o d
o
A ACW
A
−=
−=
=
Akma Dayanımı
410 MPay =
% 8%EL =
% 21.5%CW =
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
SoruSilindir şeklinde ve çapı 6.4 mm olan prinç bir çubuk işlenecektir. Bu malzemenin soğuk işlemesonucunda akma dayanımının en az 345 MPa ve sünekliğinin de en az 20% EL olmasıistenmektedir. Bunlara ek olarak prinç çubuğun kullanım çapının 5.1 mm olması gerekmektedir.
GÜÇLENDİRME MEKANİZMALARI
Süneklik (% uzama)
2 2
2
%21.5 100
5.1 100
o d
o
o
o
A A
A
r
r
−=
−=
Akma Dayanımı
5.8 mmor =
6.4 mm 5.8 mmSoğuk işleme 1 Soğuk işleme 2
5.1 mmTavlama (475oC 1 saat)
5.8 mm
BMM 205 - OREN, EE June 18, 2019
Toparlanma, Yeniden Kristalleşme ve Tane Büyümesi
Tane Büyümesi (Grain growth): Yeniden kristalleşme tamamlandıktan sonra gerinimsiz (strainfree) ve eş-eksenli yeni taneler yüksek sıcaklıkta büyümeye devam ederler.
n nod d Kt− =
Çok kristalli malzemelerde tane boyutunun zamanladeğişimi: