Kullanıcı Adı  
Şifre



Sayfa: 1 2 3 [4]   Aşağı git
  Yazdır  
Gönderen Konu: Malzemelerin Mekanik Davranışı  (Okunma Sayısı 16598 defa)
0 Üye ve 14 Ziyaretçi konuyu incelemekte.
Fatih
Yönetici
*****
Çevrimiçi Çevrimiçi

Mesaj Sayısı: 560



malzemebilimleri MalzemeBilimiNt malzemebiliminet
« Yanıtla #45 : 05 Mayıs 2013, 22:04:00 »

Önceki konu başlığıda, akma noktası geçildikten sonra çekme testini durdurup bir müddet beklediğimizde, malzeme içine sızan yabancı atomların dislokasyonları tekrar yakalayarak kilitlediğini, bu şekilde akma noktasının tekrar ortaya çıkabildiğini belirtmiştik.

Şimdi size bir soru: eğer kristal içindeki yabancı atomlar, yayılımla hareket ederek dislokasyonları yakalayabiliyorlarsa, bu atomların testi durdurmamıza gerek olmadan da dislokasyonları yakalayabilmesi mümkün olabilir mi? Yani bir dislokasyon, kendini kilitleyen yabancı atom bulutundan kurtulduktan sonra, hareket etmeye başlamışken, yabancı atomların dislokasyonu tekrar yakalaması ve kilitlemesi gibi bir durumdan bahsedebilir miyiz?

Evet, bahsedebiliriz. Elbette, bu durumun gerçekleşebilmesi için, dislokasyonların atomlardan daha yavaş hareket etmeleri gerekiyor. Bunun gerçekleşebilmesi için de, ya şekil değişiminin yüksek sıcaklıkta gerçekleşmesi (atomların yayılım hızını arttırmak için), ya da şekil değişimi hızının atomların yayılım hızından daha yavaş olması gerekiyor. Bu durumda, atomlar dislokasyonu yakalayıp kilitledikten sonra, yük artmaya devam ettiği için dislokasyon tekrar harekete geçip, ardından tekrar durduruluyor. Bu süreç test boyunca sürekli tekrarlandığı için, bu etki ortaya çıktığında, akma eğrisinin plastik kısmı üzerinde ufak dalgalanmalar gözlemliyoruz.


Şekil değişimi esnasında ortaya çıkan bu gerinim yaşlanması işleyişine Portevin-LeChatelier etkisi adını veriyoruz. Bu etkinin ortaya çıkarttığı heterojen şekil değişimi, sadece akma eğrisinin tırtıklanması ile değil, zaman zaman numune yüzeyinde de, akma eğrisine benzer şekilde dalgalı bir yapının ortaya çıkmasıyla kendini gösterebiliyor.
Moderatöre Bildir   Kayıtlı

Sponsor Bağlantılar
Linkler
*****
Offline Offline

Linkler: 1


Re: Malzemelerin Mekanik Davranışı
« Posted on: 24 Nisan 2014, 16:18:40 »

Logged
Fatih
Yönetici
*****
Çevrimiçi Çevrimiçi

Mesaj Sayısı: 560



malzemebilimleri MalzemeBilimiNt malzemebiliminet
« Yanıtla #46 : 05 Mayıs 2013, 22:05:46 »

Şu ana kadar üzerinde durduğumuz, plastik davranışı etkileyen tüm faktörler, kristal içine sızan yabancı atomların bir şekilde dislokasyonların hareketini zorlaştırmasına dayalıydı. Bu konu başlığından itibaren, kristal içindeki yabancı atomları bir kenara bırakıp, dislokasyonların karşısında yer alması muhtemel bazı diğer engeller üzerinde duracağız.

İlk olarak, tane sınırlarını ele alalım. Mühendislik uygulamalarında kullandığımız birçok metal ve alaşımın mikroyapısını incelediğimizde, benzer kristal yapıya, fakat farklı yönelimlere sahip tanelerden oluştuklarını görüyoruz. Bu taneler ve tanelerin arasında kalan sınırlar hakkında daha ayrıntılı bilgi isteyen okurlar, ilgili konu başlığına bu bağlantı üzerinden ulaşabilirler.

Çok taneli malzemelerde gözlemlediğimiz bu tane sınırları, dislokasyonların hareketini kısıtlayarak, malzemenin güçlenmesine yol açabiliyorlar. Dislokasyonlar, tane sınırlarına iki nedenle takılabiliyor. İlk olarak, tane sınırlarında kristal yapının sona ermesi ve düzensiz bir yapı bulunması nedeniyle, bu bölgelerde dislokasyonların üzerinde kayabilecekleri sürekli bir kayma düzlemi bulunmuyor. Dolayısıyla, bir tane sınırına gelen bir dislokasyon, ister istemez durmak zoruna kalıyor. İkinci neden ise, taneler arasında daima bir miktar yönelim farkı bulunuyor olması. Bir tanenin ucuna kadar ilerleyen bir dislokasyon, sınırın diğer tarafındaki tanenin farklı bir açıda konumlanmış olması nedeniyle, sınırın öbür tarafına geçip, hareketine devam edemiyor.

Bu nedenle, bir malzemedeki tane sınırı miktarı arttıkça, dislokasyonların karşılaştığı engel miktarı da arttığı için, daha fazla sayıda dislokasyon hareketsiz kalıyor; yani, malzeme güçleniyor. Malzeme içindeki tane sınırını arttırmanın yolu ise, açıkça görülebileceği üzere, malzemedeki tanelerin boyutunu küçültmekten geçiyor. Malzeme içindeki taneler küçüldükçe, birim hacme düşen tane sınırı miktarı arttığı için, malzemenin güçlendiğini gözlemliyoruz.

Malzemedeki tanelerin boyutu, plastik şekil değişimini farklı bir şekilde daha etkileyebiliyor. Şekil değişimi esnasında, aynı kayma düzlemi üzerinde hareket eden dislokasyonlar tane sınırı yakınlarına birikerek, dislokasyon yığınları (İngilizce: dislocation pile-up) oluşturuyorlar. Bu yığınlara yeni dislokasyonlar eklendikçe, arkadan gelen dislokasyonlar, tane sınırının dibinde duran, yığının önündeki dislokasyonların üzerine kuvvet uygulayarak, öndeki dislokasyonların diğer taneye geçip kaymaya devam etmelerini sağlayabiliyorlar. Bu da, malzemenin şekil değiştirme becerisini olumlu yönde etkiliyor. Malzemenin tane boyutu küçüldüğünde ise, tane sınırı önünde biriken yığıntılar nispeten küçük kaldıkları için, sınırın önündeki dislokasyonları diğer taneye itebilecek kadar kuvvetli bir etki yaratamıyorlar. Bu da, bir yandan malzemenin şekil değiştirebilme kapasitesi üzerinde olumsuz bir etki yaratırken, diğer yandan malzemenin daha da güçlenmesine yol açıyor.

Malzemenin tane boyutu ile akma dayancı arasındaki ilişki incelendiğinde, tane boyutu küçüldükçe, malzemenin akma dayancının arttığını gözlemliyoruz. İlk olarak, 1950’li yılların başlarında, birbirlerinden bağımsız olarak E.O. Hall ve N.J. Petch tarafından keşfedilen bu etkiyi, bu iki bilim adamının ismiyle andığımız Hall-Petch ilişkisiyle ifade ediyoruz:


Bu eşitlikte σ0 malzemenin akma dayancını, σi kristalin dislokasyon hareketine gösterdiği direnci; yani dislokasyonları harekete geçirmek için uygulanması gereken gerilim miktarını, k malzemeye özgü mukavemet sabitini, D ise malzemenin ortalama tane boyutunu ifade ediyor.
Moderatöre Bildir   Kayıtlı

Fatih
Yönetici
*****
Çevrimiçi Çevrimiçi

Mesaj Sayısı: 560



malzemebilimleri MalzemeBilimiNt malzemebiliminet
« Yanıtla #47 : 05 Mayıs 2013, 22:06:56 »

Şu ana kadar ele aldığımız, plastik davranışı etkileyen bütün faktörlerde, ortak bir nokta bulunuyor: kristal yapıdaki malzemeleri güçlendirebilmemiz için, şekil değişimini mümkün kılan dislokasyonları ya tamamen hareketsiz bırakmamız, ya da hareketlerini zorlaştırmamız gerekiyor. Bu konu başlığında ele alacağımız gerinim sertleşmesi de, tıpkı daha önce bahsettiğimiz diğer işleyişler gibi, dislokasyonların hareketini kısıtlayarak malzemenin güçlenmesini sağlıyor.

Kristal yapıdaki malzemelerde, malzemeye uygulanan gerinim miktarı arttıkça, malzemenin güçlendiğini görüyoruz. Örneğin, sünek yapıdaki bir çelik numuneye çekme testi yaptığımızı ve numunenin akma dayancını 250 MPa olarak bulduğumuzu varsayalım. Eğer çekme testi sırasında, akma dayancını geçtikten sonra numune üzerindeki yükü kaldırıp testi tekrar başlatırsak, bu sefer plastik şekil değişiminin daha yüksek bir gerilim değerinde başladığını, diğer bir deyişle, malzemenin güçlendiğini gözlemliyoruz. Bu da, numunedeki gerinim miktarı arttıkça, malzemenin yapısında dislokasyon hareketini zorlaştıran bazı değişimlerin gerçekleştiğini gösteriyor.

Uygulunan gerinime bağlı olarak malzemede gerçekleşen ve şekil değişimini kısıtlayan bu değişim, numunedeki dislokasyon sayısı. İster tek taneli ya da çok taneli olsun, kristal yapıya sahip tüm malzemeler, mutlaka bir miktar dislokasyon barındırıyor. Örneğin, yeni tavlanmış ve henüz plastik şekil değişimine girmemiş bir malzemede, her bir milimetre karelik alan içinde, ortalama olarak on bin ila bir milyon arasında dislokasyon bulunuyor (şaşırtıcı derecede yüksek bir rakam, değil mi?). Bu malzemeyi plastik şekil değişimine soktuğumuzda, şekil değişimini mümkün kılabilmek için gereken dislokasyon sayısı çok daha yüksek olduğu için, önceki konularda bahsettiğimiz dislokasyon kaynakları sayesinde malzemedeki dislokasyon sayısının hızla arttığını görüyoruz (her bir milimetre karelik alan başına yaklaşık on milyar dislokasyona kadar).

Malzemeye uygulanan gerinim miktarı arttıkça, dislokasyon sayısı sonsuza kadar artış gösteremiyor elbette. Dislokasyon sayısı, bir noktadan sonra daha fazla artış gösteremediği için doygunluğa ulaşıyor. Bu durumda, doygunluk nedeniyle malzemede yeni dislokasyonların oluşamaması, ve varolan dislokasyonların hem birbirlerini kilitlemesi, hem de bazı engeller önüne yığılarak hareketsiz kalmaları nedeniyle, malzemenin şekil değiştirme kapasitesi ciddi ölçüde kısıtlanıyor. Bu da, ister istemez malzemenin güçlenmesine yol açıyor. Örnek olarak, aşağıdaki resim üzerinde, aynı malzemenin hem döküm sonrasındaki; yani, dislokasyon sayısı nispeten düşükken, hem de haddelenmiş; yani, yüksek sayıda dislokasyona sahip durumdaki akma eğrileri gösteriliyor. Haddelenmiş numunenin bir yandan güçlenirken, diğer yandan nasıl sünekliğini kaybettiğine dikkat ediniz.


Numunedeki dislokasyon sayısı gerinim uygulandıkça artarken, bir noktadan sonra, dislokasyonların birbirlerine dolanmaya başlamasıyla, dislokasyon düğümleri (İngilizce: dislocation tangles) oluşmaya başladığını görüyoruz. Gerinim artmaya devam ettikçe, bu dislokasyon düğümleri, bir noktadan sonra ağımsı bir yapı içerisinde düzenlerek, taneler içinde daha ufak, tanecikli bir yapı (İngilizce: subgrain structure) oluşmasına yol açıyorlar. Örnek olarak, aşağıdaki resimde, ekstrüzyon ile çekilmiş saf alümünyum profildeki, taneler içerisinde yer alan tanecik yapısı gösteriliyor.


Resim: DoITPoMS, Creative Commons (CC BY-NC-SA 2.0)

Bir sonraki konu başlığında, oluşan bu dislokasyon düğümleri ve tanecikli yapıların davranışları üzerine, enteresan bir noktaya değineceğiz.
Moderatöre Bildir   Kayıtlı

Fatih
Yönetici
*****
Çevrimiçi Çevrimiçi

Mesaj Sayısı: 560



malzemebilimleri MalzemeBilimiNt malzemebiliminet
« Yanıtla #48 : 05 Mayıs 2013, 22:07:41 »

Bir önceki konu başlığında, gerinim sertleşmesinden bahsederken, uygulanan gerinim miktarına bağlı olarak malzemedeki dislokasyon sayısının nasıl artış gösterdiğinden bahsetmiş ve çoğalan dislokasyonların önce kördüğüm misali birbirlerine dolandıklarını, gerinim arttıkça da ağımsı bir yapı içinde düzenlenerek, ufak tanecikler ortaya çıkardıklarını belirtmiştik.

Dislokasyon sayısının bu şekilde artmasından ve dislokasyonların tanecikli bir yapı içinde düzenlemesinden sonra, malzeme üzerindeki yükü kaldırdığımızda, dislokasyonların oluşturduğu bu tanecikli yapıda bir değişim gözlemlemiyoruz. Mekanik açıdan oldukça kararlı bir durumda olan bu dislokasyon ağı ve engeller karşısında kilitlenmiş dislokasyonlar, numune üzerindeki yük kaldırıldığında, bulundukları konumları korumaya devam ediyorlar. Fakat, numune üzerine ters yönde gerilim uyguladığımız zaman, bu sefer dislokasyonların çok daha kolay harekete geçtiklerini, diğer bir deyişle, malzemenin akma dayancının daha düşük bir değere gerilediğini gözlemliyoruz.

Uygulanan gerilimin yönüne bağlı olarak malzemenin akma dayancının değişmesinin ardında, gerinim sertleşmesinde bahsettiğimiz işleyişler yatıyor. Örneğin, bir numuneye bir miktar çekme gerilimi uyguladığımızı ve malzemeyi bir miktar sertleştirdiğimizi düşünelim. Bu sertleşmenin ardında, hem dislokasyonların bazı engeller karşısına yığılarak hareketsizleşmesi, hem de dislokasyonların çoğalarak tanecikli bir yapı ortaya çıkarması yatıyor. Bu numuneyi tekrar, çekme doğrultusunda yüklediğimizde, sertleşme nedeniyle akma dayancının daha yüksek bir değerde ortaya çıktığını gözlemliyoruz. Fakat, numuneye ters yönde, yani basma yönünde bir miktar gerilim uyguladığımızda, bu sefer akma dayancının daha düşük bir değerde ortaya çıktığına tanık oluyoruz.

Akma dayancındaki bu düşüş, bir engel karşısına yığılan dislokasyonları ters yönde hareket ettirdiğimizde, bir engelle karşılaşmadan, daha rahat harekete geçebilmelerinden kaynaklanıyor. Hatta, engel karşısında yığılan ve sıkışan dislokasyonlar, ters yönde bir miktar gerilim de uyguladıkları için (İngilizce: dislocation induced back-stress), dislokasyonların ters yönde harekete geçmeleri, hiç şekil değişimine girmemiş bir malzemeye kıyasla daha da kolay gerçekleşiyor.

Gerinim sertleşmesinin uygulanan gerilimin yönüne bağlılığını tarif eden bu etkiye, Alman bilim adamı Johann Bauschinger’e ithafen, Bauschinger etkisi (Bauschinger effect) adını veriyoruz.
Moderatöre Bildir   Kayıtlı

Fatih
Yönetici
*****
Çevrimiçi Çevrimiçi

Mesaj Sayısı: 560



malzemebilimleri MalzemeBilimiNt malzemebiliminet
« Yanıtla #49 : 05 Mayıs 2013, 22:10:41 »

Dislokasyonların hareketi, malzeme içerisinde yer alan ufak çökeltiler ve parçacıklar tarafından da engellenebiliyor. Bu konu başlığı altında bu çökeltilerin yapı içerisinde nasıl ortaya çıktığını bir kenara bırakıp, bu ufak parçacıkların dislokasyonlarla nasıl etkileştiği üzerinde duracağız. Çökelme süreci hakkında bilgi almak isteyen okurlar, bu bağlantı üzerinden ilgili konu başlığına ulaşabilirler.

Yapı içerisinde bulunan ufak parçacıklar, dislokasyonların hareketini, dolayısıyla da plastik şekil değişimini, iki şekilde etkileyebiliyor. Bu etkileşimin doğası, parçacık ve anafaz arasındaki arayüzey tarafından belirleniyor. Fazlar arasında gözlemlediğimiz bağdaşık ve bağdaşmaz arayüzeyler üzerine bir önbilgi bilgi almak isteyen okurlar, bu bağlantı üzerinden ilgili konu başlığına ulaşabilirler.

Eğer yapı içerisindaki ufak parçacıklar anafaz ile bağdaşık (İngilizce: coherent) bir yapı sergiliyorlarsa, anafaz içinde ilerleyen dislokasyonlar, benzer kristal yapıya sahip olan ufak parçacıkları keserek hareketlerine devam edebiliyorlar. Fakat, dislokasyonların bu parçacıklar içinde hareket edebilmesi, anafaz içindeki hareketleri kadar kolay gerçekleşmiyor. Bu nedenle, dislokasyonların parçacıkları keserek ilerleyebilmeleri için, malzeme üzerine uygulanan gerilimin arttırılması gerekiyor. Bağdaşık yapıdaki bir parçacığın, bir kenar dislokasyonu tarafından nasıl kesildiği, aşağıdaki resimde gösteriliyor.


Dislokasyonların, bağdaşık parçacıkları kesebilmeleri için daha fazla gerilime ihtiyaç duymaları, temel olarak üç nedene dayanıyor. İlk olarak, parçacık kesildiğinde, yukarıdaki resimde de gösterildiği gibi, parçacık ve anafaz arasındaki arayüzeyde bir artış meydana geliyor. Bu arayüzeyin oluşabilmesi için sağlanması gereken enerji ihtiyacı nedeniyle, dislokasyonun parçacığı kesebilmesi için daha yüksek miktarda gerilim uygulanması gerekiyor. Diğer iki etken ise, parçacık içinde dizilim hataları (İngilizce: stacking fault) bulunduğunda, ya da parçacık düzenli (İngilizce: ordered) bir yapıya sahip olduğunda ortaya çıkıyor. Dislokasyon parçacığı kestiğinde, parçacık içindeki ayrışmış dislokasyonların arasındaki mesafenin artması; ya da, parçacığın düzenli bir yapıya sahip olması durumunda, parçacık içinde bir zıtevre sınırı (İngilizce: antiphase boundary) yaratılması için gereken enerji ihtiyacı nedeniyle, dislokasyon hareketinin güçleştiğine, dolayısıyla malzemenin de güçlendiğine tanık oluyoruz.

Son olarak, bir de, parçacıkların anafazla bağdaşmayan bir yapı sergilediği, ya da dislokasyonların kesemeyeceği kadar büyük olduğu durumlara bakalım. Yapı içerisindeki ufak parçacıklar, anafazdan farklı bir kristal yapıya sahip olduğunda, dislokasyonların bu parçacıkları kesebilmesi mümkün olamıyor. Bu durumlarda dislokasyonlar, parçacıkların etrafında eğildikten (İngilizce: dislocation bowing) ve ardından parçacık çevresinde yeni bir dislokasyon halkası yarattıktan sonra koparak, hareketlerine devam edebiliyorlar. Dislokasyonların halkalar oluşturarak ilerlediği bu işleyişe, Macar metalurjist Egon Orowan’a ithafen, Orowan işleyişi (İngilizce: Orowan mechanism) adını veriyoruz.


Oluşan bu dislokasyon halkalarının, aynı kayma düzlemi üzerinde kayan diğer dislokayonların üzerine ters yönde bir miktar gerilim uygulaması nedeniyle, diğer dislokasyonların kaymaya devam edebilmeleri için, malzeme üzerindeki gerilimin arttırılması gerekiyor. Bu da, sonuç olarak, malzemenin güçlenmesine yol açıyor.
Moderatöre Bildir   Kayıtlı

Sayfa: 1 2 3 [4]   Yukarı git
  Yazdır  
 
Gitmek istediğiniz yer:  


Powered by SMF 1.1.19 | SMF © 2006-2011, Simple Machines
© 2011 MalzemeBilimi.Net Tüm hakları saklıdır.