MALZEME BİLİMİ
Yrd. Doç. Dr. Mehmet Alpaslan KÖROĞLU
KAYNAKLAR
∗ Avcıoğlu Müslim, Malzeme Bilimi Yapı Malzemeleri ve y
y
Deneyler, Birsen Yayınevi
∗ Genel Kenan, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Nobel Yayın
DERSLE İLGİLİ GENEL İLKELER
Değerli Öğrencilerimiz,
ğ
ve hak ettiğiniz
ğ
başarıyı
ş y elde
Derse dahil olmanız,, dersi tam öğrenmeniz
etmeniz amacıyla her derse, işlenecek konularla ilgili bölümleri mutlaka
temel ve yardımcı ders kitaplarından okuyarak hazırlıklı gelmeniz
gerekmektedir. Ders saatlerine titizlikle uymanızı, çok zaruri olmadıkça
dersleri aksatmamanızı, derse aktif katılım sağlamanızı, hocanızla ve sınıf
arkadaşlarınızla tam iletişim kurmanızı, sınıftaki tartışmalara katılarak aktif
olmanızı bekliyoruz. Gerek derslerde, gerekse sınavlarda meydana
gelebilecek etik‐dışı davranışlar konusunda ilgili yönetmelik çerçevesinde
hareket edilecektir.
edilecektir Her dersin başında,
başında ortasında veya sonunda olmak
üzere dersin hocası istediği bir zamanda yoklama alabilir ve kısa sınav
yapabilir. Her konu bitiminde o konu için kısa sınav yapılabilir veya o konuda
ödev verilebilir.
DEĞERLENDİRME SİSTEMİ
Değerlendirmede Esas Alınan Çalışmalar
Ödevler
Kısa Sınavlar (Quiz)
Ara Sınav
Genel Sınav ve Bütünleme
KATKI PAYI
%10
%10
%20
%60
MALZEME BİLGİSİ Herhangi bir yapının projelendirmesi ve inşaatı
aşamasında, inşaat mühendisinin görevi ve amacı, aşağıda
ğ d belirtilen
b li il üç
ü koşulu
k
l bir
bi arada
d gerçekleştirmektir:
kl i
ki
a) Yapı istenilen işlevi yapabilmelidir,
b) Y p değişik dış
b) Yapı
d ş etkilere
etkile e süresiz
sü esi dayanıklı
d
kl olmalıdır,
ol l d
c) Yapı güzel ve ekonomik olmalıdır.
Bu koşulların yerine getirilmesinde malzeme özellikleri
önemli yer tutar. Malzemenin özelliklerini bilmeden
yukarıdaki koşulların sağlanabilmesi olanaksızdır.
MALZEME ÇEŞİTLERİ
Kullanış yer ve amacına göre guruplandırma
Taşıyıcı M l
Malzemeler
l
Detay M l
Malzemeler
l
Koruyucu M l
Malzemeler
l
Şekil değişimine göre guruplama
Elastik malzeme
Plastik malzeme
Elasto‐plastik malzeme
Bünye bakımından guruplandırma
Fiziksel yapı
Kimyasal yapı
MALZEME ÇEŞİTLERİ
KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Taşıyıcı malzemeler
Bu gruba
u g uba g
giren
e yap
yapı malzemeleri, yapıyı
a e e e , yap y aya
ayakta
ta tuta
tutan,,
yükleri karşılayan, yapının iskeletini oluşturan beton, çelik, betonarme, ahşap gibi mekanik özellikleri yüksek
olan malzemelerdir.
malzemelerdir
MALZEME ÇEŞİTLERİ
KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Detay Malzemeleri
Bu malzemeler yapılarda belirli işlevleri olan ve dekoratif
amaçlarla kullanılan cilalı taş, boya gibi malzemelerdir.
MALZEME ÇEŞİTLERİ
KULLANIŞ YER VE AMACINA GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Koruyucu malzemeler
p y olumsuz dışş etkilerden koruyan, cam pamuğu,
y
p
ğ
Yapıyı
perlit, bitümlü malzemeler gibi ısı, ses ve su izolasyon
malzemeleri bu gruba girerler.
Bazı malzemeler ise çok amaçlı
olarak kullanıldığı için, bu gruplama
k i lik taşımaz. Örneğin,
kesinlik
Ö ği
b
boya
malzemesi hem detay hem de
izolasyon amaçlıdır.
MALZEME ÇEŞİTLERİ
ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Elastik Malzemeler
Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönen
malzemelere elastik malzemeler denir.
denir Elastik davranışı en iyi
simgeleyen eleman yaydır. Lastik ve kauçuk elastik malzemelere örnek
olarak verilebilir.
MALZEME ÇEŞİTLERİ
ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Plastik Malzemeler
ğ ş p y kalkınca yyeniden ilk
Yük etkisi altında şşekil değiştirip, yük
şekline dönmeyen, kalıcı şekil değişimi bırakan
malzemelere plastik malzemeler denir. Bu davranışa en iyi örnek kildir.
kildir
MALZEME ÇEŞİTLERİ
ŞEKİL DEĞİŞİMİNE GÖRE GRUPLANDIRMA
∗ Elasto‐plastik malzemeler Malzemeler
Bu tip malzemeler yükün mertebesine bağlı olarak hem
elastik,
l k hem
h
d plastik
de
l k davranış
d
gösterirler.
l Çelik
l k gibi
b bir
b çokk
yapı malzemesi bu tip davranış gösterirler.
Malzeme Biliminde Önemli Bazı
Terimler
Tabii madde: Tabiatta mevcut herhangi bir işleme tabi tutulmamış
maddelere denir.
Hammadde: insan gücü ve makinelerle, müteakip işlemlere uğratmak
üzere maddelerden elde edilenler (çeşitli cevherler, ham petrol kömür
vb gibi) ve esas kullanım amacını kaybetmiş, kullanılmış
kaybetmiş kullanılmış maddelerle, maddelerle vb. gibi) ve
artık ıskarta malzemelere (eski tekstil maddeleri, tekstil artıkları, kullanılmış kağıt, metal talaşları, hurda parçalar vb. gibi) denir.
Malzeme: Belirli işlem kademelerinden geçerek endüstriyel ihtiyaçlara
cevap verebilecek hale sokulmuş olan maddelere denir.
Endüstriyel malzemeler; metaller, seramikler, polimerler
li
l ve kompozitler
k
i l olmak
l k üzere
ü
4 ana gruba
b
ayrılır.
∗ İleri Malzemeler
Yarı İletkenler Biyo malzemeler, Akıllı malzemeler, Nanomalzemeler
Yarı İletkenler, Biyo
malzemeler Akıllı malzemeler Nanomalzemeler
M l
Malzemelerin Sınıflandırılması
l i S fl d l
M t lik malzemeler
Metalik
l
l
Demir (Fe), alüminyum (Al), bakır (Cu), çinko (Zn) vb. gibi saf metaller veya
çoğunlukla bu metallerin kendi aralarında veya metal olmayan bazı
elementlerle meydana getirdiği homojen karışımlar olan alaşımlar {Mesela
çelik (Fe‐C alaşımı), pirinç (Cu‐Zn alaşımı) gibi} bu grubu meydana getirirler.
Yüksek mukavemet, rijitlik, şekillendirilebilirlik ve darbe direnci ile yüksek
elektrik ve ısı iletim kabiliyetine sahip malzemelerdir. Bu sebeple, yapı ve
yük taşıma uygulamalarında kullanılan yegane malzeme grubudur.
S
Seramik
ik malzemeler
l
l
Genellikle, metallerle metal olmayan elementlerin oluşturduğu A12O3, MgO,
SiO2, Al2Si2O5(OH)4 gibi inorganik kimyasal bileşikler veya bu bileşiklerin cam,
tuğla, beton, porselen, aşındırıcılar gibi adlar taşıyan karışımları, seramik
malzemeler
l
l grubunu
g b
meydana
d
g ti i l
getirirler.
El kt ik ve ısı iletkenlikleri
Elektrik
il tk likl i zayıf,
f
basma mukavemetleri ve sertlikleri yüksek, şekillendirilebilirlikleri ve darbe
dayanımları ise zayıf olan malzemelerdir. Bu sebeple seramikler, yapı ve yük
taşımaa uygu
taş
uygulamalarında
a a a da metallerden
eta e de da
dahaa aaz kullanılırlar.
u a
a . Fakat
a at korozyon
o o yo ve
e
yüksek sıcaklık dirençlerinin yüksek oluşu, arzu edilen optik, elektrik ve ısı
özelliklerine sahip olmaları seramikleri vazgeçilmez kılmaktadır.
O g ik Malzemeler
Organik
M l
l
Karbonun başta hidrojen olmak üzere, oksijen, azot, klor gibi metal olmayan
elementlerle oluşturduğu organik bileşiklerdir. Tabi ve yapay olmak üzere iki
gruba ayrılır. Yapay organik malzemelere kısaca plastikler (polimerler) denir. T bii organik
Tabii
g ik malzemeler
l
l olan
l ağaç, deri, kauçuk
ğ d i k
k vb. malzemeler
b l
l ile
il polistren
li t
(PS), polietilen (PE), naylon (polyamid), poli vinil klorür (PVC), fenolikler vb. gibi
plastikler örnek olarak gösterilebilir. Bazı plastikler (termoplastikler) u a e et e zayıf, termal
ay , te a kararsız, darbe
a a s , da be daya
dayanımı yü
yüksek, süneklik
se , sü e
ve
e
mukavemetleri
şekillendirilebilirlikleri mükemmel iken bazı plastikler (termoset plastikler) sert, gevrek, termal kararlı bir durum sergilerler. Polimerler, elektrik ve ısı
iletkenlikleri düşük, hafif ve korozyon dirençleri mükemmel malzemelerdir. K
Kompozit
it malzemeler
l
l
Adından da anlaşılacağı gibi kompozit malzeme, özellikleri farklı birden
çok malzemenin bir araya gelmesi ile meydana gelen yeni bir
malzemedir. Farklı özellikteki malzemelerin bir araya getirilerek, arzu
edilen özelliklere ulaşılması, malzemeden beklenen performansın elde
edilebilmesi, kompozit malzemelere yönelişi hızlandırmıştır. Mesela
ççelik takviyeli
y beton, cam elyaf
,
y takviyeli
y p
plastik ve naylon
y
takviyeli
y
kauçuk, kobalt metali ile bağlanmış tungsten karbür tanecikleri
kompozit malzemelerdendir. Y - Özellik
Yapı
Ö llik - İşlem
İl
İli kil i
İlişkileri
Parçanın kullanım ömrü içerisinde görevini yerine getirebilmesi için uygun
şekil ve özelliklere sahip olacak şekilde üretilmesi gerekmektedir.
Malzemenin iç yapısı,
yapısı üretim işlemleri ve son özellikleri arasındaki üçlü
bağlantılar göz önüne alınarak bu ihtiyaçlar karşılanır (Şekil 1.l). Bu üçlü
ilişkiden biri değiştiğinde diğer ikisinden de biri veya ikisinin değişmesi
muhakkaktır.
∗ Özellikler: Malzemenin özellikleri mekanik ve fiziksel özellikler olmak
üzere iki grupta toplanabilir. Mekanik Özellikler; mukavemet (dayanım),
sertlik,, darbe,, süneklik,, yyorulma ve sürünme özellikleri alt başlıkları
ş
altında toplanabilir. Fiziksel özellikler ise; yoğunluk, elektriksel,
kimyasal, manyetik, optik ve termal özellikler alt başlıkları altında
toplanabilir.
Y - Özellik
Yapı
Ö llik - İşlem
İl
İli kil i
İlişkileri
Yapı: Malzemenin yapısı farklı düzeylerde düşünülebilir. Bunların hepsi
de son ürünün özelliklerini doğrudan etkiler. En küçük düzeyde, malzemeyi meydana getiren bireysel atomların yapısı söz konusudur. konusudur Atom çekirdeğini kuşatan elektronların dizilişi malzemenin; elektrik, manyetik, termal, optik davranışları ile beraber korozyon direncini de etkilemektedir. kil
k di Y - Özellik
Yapı
Ö llik - İşlem
İl
İli kil i
İlişkileri
Bir sonraki düzeyde ise uzayda atomların dizilişi dikkate alınır. Metaller, seramiklerin
çoğu ve az bir kısım polimerler düzenli atomik dizilişe sahiptirler. Kristal yapı denen bu
düzenli atomik diziliş, malzemenin mekanik özelliklerini etkiler. Bazı malzemelerin
atomları
t l
d düzensiz
da
dü
i bir
bi diziliş
di ili sergilerler.
gil l
K i t l yapılıl malzemelerde
Kristal
l
l d tane
t
yapısı
bulunur. Taneler arasında atomik dizilme yönlenmeleri değişir ve bu da özellikleri etkiler.
Son olarak pek çok malzemede her biri kendine özgü özellik ve atom dizilişine sahip olan
birden fazla faz bulunmaktadır. Fazların tipi, büyüklüğü, dağılımı ve miktarının kontrolü,
ö llikl i kontrol
özelliklerin
k t l edilmesini
dil
i i sağlar.
ğl
İşlem: Başlangıçta şekilsiz veya istenen şekilde olmayan malzemelerden, arzu edilen
şekle sahip parça üretmek için üretim yöntemleri veya imal usulleri denen, 5 ana grupta
ş yyöntemler uygulanmaktadır.
yg
Bu yyöntemler;;
sınıflandırılan ççok ççeşitli
∗ • Döküm, ∗ • Plastik şekil verme (Biçimlendirme), ş imalat, ∗ • Talaşlı
∗ • Birleştirme (Kaynak ve lehim) ve ∗ • Toz metalurjisidir. Ti ik malzeme
Tipik
l
ü ti yöntemleri
üretim
ö t l i
Ödev
Öd
∗ Rijitlik nedir? Süneklik nedir? Örneklerle açıklayınız.
∗ Gevrek davranış nedir? Örneklerle açıklayınız.
∗ Not: Ödevler elle yazılacaktır…
Download

1. Hafta