MALZEMELERİN DEFORMASYONU
Malzemeler, uygulanan kuvvetin büyüklüğüne göre elastik ve plastik
mak üzere iki çeşit deformasyona maruz kalır. Elastik ve plastik
formasyonun meydana gelişi aşağıda şekil ve örnekler yardımıyla
ıklanmaktadır.
1 Elastik Deformasyon
Elastik şekil değiştirme, genel olarak kuvvet uygulanan malzemeye ait
mların komşularından ayrılmadan aralarındaki uzaklığın değişmesi anlamına
lir. Uygulanan kuvvetin ortadan kalkması durumunda cisim eski boyutlarına
ri dönüyorsa bu cisimde meydana gelen şekil değişimine elastik
formasyon denir. Elastik deformasyonun iyi anlaşılabilmesi için atomlar
asındaki bağların bir yay gibi davrandıkları ve şekil değişimi sırasında
pmadıkları düşünülebilir. Yay gibi davranan atomlar arası bağ Şekil 3.l’de,
istal yapılı malzemelerde elastik deformasyonun meydana gelişini gösteren
matik diyagram da Şekil 3.2’de verilmiştir.
kil 3.1 Atomlar arası bağın şematik olarak gösterimi.
Geri Imesiz
durum
Çekme gerilmesi
uygulandığında
meydana gelen durum
Basma gerilmesi
uygulandığında
meydana gelen durum
Gerilme kaldırıldıktan
sonraki durum
kil 3.2 Çekme ve basma gerilmeleri uygulanan kristal yapılı bir malzemenin
rim hücresinde elastik deformasyonun meydana gelişini gösteren şematik
yagram.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Bir malzemenin elastik davranışını göstermek için o malzemenin çekme
agramı
olarak
adlandırılan
gerilme-birim uzama
diyagramından
arlanılabilir. Örneğin Şekil 3.3’de verilen çekme diyagramı bir alüminyum
şımının elastik davranışını grafiksel olarak göstermektedir. Kristal yapılı
Izemelerde, uygulanan çekme gerilmesi (a) ile elde edilen birim elastik
ma (E) arasında Hooke kanunu ile ifade edilen doğrusal bir ilişki (G = E.e)
dır. Çekme diyagramının elastik kısmına ait doğrunun eğimi, malzemenin
;tiklik veya elastisite modülünü (E) verir.
300
Akma
250
-
200
-
sınırı
—
Elastik
e
uzama
150
-
-J
-
çJ
=
100
:
E (Elastikiik rnodtilü)
-
t
0
0002
0,004
0.020
0060
0,100
Birini uzania (ı)
il 3.3 Bir alüminyum alaşımının elastik deformasyonunu gösteren gerilme—
as uzama eğrisi.
Plastik Deformasyon
Uygulanan kuvvetin maizemede oluşturduğu gerilmenin malzemenin
tiklik sınırını aşması durumunda meydana gelen kalıcı şekil değişimine
tik deformasyon denir. Plastik şekil değiştirme yeteneği, malzemeleri
iriyle karşılaştırmak için kullanılan karakteristik özelliklerinin başında
r. Haddeleme, presleme, markalama, dövme, derin çekme, tel çekme ve
rüzyon gibi şekil verme işlemleri malzemenin plastik şekil değişimi ile
idir. Talaşlı işlem uygulamaları da plastik şekil değişimini ilgilendirir.
ıllendirme işlemlerinin doğru yapılabilmesi için plastik deformasyon
anizmaları
ile
malzemelerin
plastik
deformasyon
sırasındaki
Malzemelerin Defortnasvonu 69
ıvranışlarının iyi bilinmesi gerekir. Bir tek kristalin gerilme altındaki
ıvranışı incelenerek plastik deformasyon mekanizmaları hakkında önemli
lgiler edinilebilir. Edinilen bu bilgiler sonradan çok kristalli malzemelere de
gulanabilir.
2.1 Metalik Malzemelerde Plastik Deformasyon Mekanizmaları
Metalik maizemelerdeki plastik deformasyon kayma, ikizlenme, tane
nırı kayması ve yayınmalı sürünme olarak adlandırılan mekanizmalarından
Lrı
veya birden fazlasının harekete geçmesiyle meydana gelir. Bu
tekanizmalar aşağıda sırasıyla açıkianmaktadır.
2.1.1 Kayma
Kayma, dislokasyonların hareketi sonucunda atom düzlemlerinin birbiri
erinde kayması veya ötelenmesi anlamına gelir. Kaymanın meydana gelmesi
in kristal yapılı malzemelerin atom düzlemlerine belirli bir değerin üzerindeki
ıyma gerilmesinin etkimesi gerekir. Atom düzlemlerine etki eden kayma
rilmesi dislokasyonların üzerinde bir kuvvet oluşturarak onları iter.
[aizemede kaymanın meydana gelmesi için bu kuvvetin dislokasyon
ıreketine karşı olan direnci yenmesi gerekir. Bu da yukarıda belirtildiği gibi,
om düzlemlerine etkiyen kayma gerilmesinin büyüklüğüne bağlıdır. Kayma
rilmesinin nasıl oluştuğunu ve hangi parametrelere bağlı olduğunu görmek
in bu gerilmenin formülüne bakmak gerekir. Bunun için, çekme kuvveti
ygulanan tek kristalde oluşan kayma gerilmesinin formülünü çıkarmakla işe
ışlayalım. Çekme kuvveti uygulanan silindir veya çubuk biçimindeki bir tek
istalde meydana gelen kayma şekli ve kayma düzlemi üzerindeki kuvvet
leşenleri Şekil 3.4a ve b’de görülmektedir.
Bu şekilde F uygulanan çekme kuvvetini, Fk kayma kuvvetini, Fn normal
ıvveti, A0 örneğin F kuvvetine dik kesit alanını ve Ak kayma düzlemi
erindeki kesit alanını göstermektedir. Kuvvet bileşenlerinin oluşturduğu dik
= F.cosO ve sinO = cos% = F,/F
F =
genlere göre, cose = F/F
sinO = F.cos% bağıntıları yazılabilir. Burada 0 uygulanan çekme kuvveti ile
ıyma doğrultusu arasındaki açıyı, X ise çekme kuvveti ile kayma düzlemine
k doğrultu arasındaki açıyı gösterir.
Silindir biçimindeki tek kristal malzemenin uygulanan kuvvet
)ğrultusuna dik kesit alanı ile kayma kuvveti doğrultusundaki kesit alanı Şekil
5’de görülmektedir. Bu numunenin kuvvet doğrultuşuna dik kesit alanı daire,
ıyma kuvveti doğrultusundaki kesiti ise elipstir. Bu nedenle, dairesel kesitin
anı A0 = .ırd2İ4, elipsel kesitin alanı ise Ak = 7d.dk14 formülü ile hesaplanır.
u şekle göre, 5m 8 = cos% = d/dk = Acv’Aı olduğundan Ak = Acy’sin 8 =Ay’cos%
arak yazılabilir.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
F Kuvvet
doğru İtusu
Kayma
doğrultusu
Kayma
düzlemf
F
kil 3.4 (a) Çekme kuvveti uygulanan silindir biçimindeki tek kristalin kayma
zlem ve doğrultuları ile (b) kayma düzlemi üzerindeki kuvvet bileşenleri.
ki1 3.5 Tek kristalli silindirin çekme kuvvetine dik (dairesel) ve kayma
tvveti doğrultusundaki (elipssel) kesitlerinin görünümü.
Malzemelerin Deformasyonu 71
Söz konusu numunede oluşan normal gerilme o = FİA0 formülü ile
lirlendiğine göre kayma gerilmesi,
F
F.C0s8
“k
=—cosO.cos%=acos8.cos%
AQ
AQ/CoS>L
Ak
Schmid kanunu olacak bilinir. Burada cos2 yerine
bağrntı
bu
irak bulunur ve
—=
ıO yazılarak;
u.
F
=—cosO.stnO=—sın2O
2
A0İsinO A0
Ak
tğıntısı elde edilir. Bu bağıntıya göre; 0 = 0° ise t = 0, 0 = 45° ise t = a/2 ve
(t), e açısına göre değişimini
= 90° ise t = 0 olur. Kayma gecilmesinin
steren eğri Şekil 3.6’da verilmiştir. Bu eğri çekme kuvvetinin kayma
izlemine paralel veya dik etkimesi durumunda kayma gerilmesinin
uşmadığını veya sıfır olduğunu, 45 derecelik açı ile etkimesi durumunda ise
tyma gerilmesinin en yüksek değerine ulaştığını göstermektedir. Bir başka
yişle kayma düzleminin uygulanan gerilme doğrultusuna paralel ya da dik
ması durumunda kayma olayı gerçekleşmez. Bu durumda malzeme ya
izlenme mekanizması ile şekil değişimine uğrar ya da kırılır.
F.cosO
Fk
.
—=
t
[
tmaks=a12
tnıaks
F
°9O°
ekil 3.6 Çekme kuvveti uygulanan bir malzemede meydana gelen kayma
erilmesinin (T) kuvvet ekseni ile kayma düzlemi arasındaki açıya (0) göre
eğişimini gösteren eğri.
Kayma, oluşan kayma gerilmesinin malzemenin kayma mukavemetini
şması durumunda meydana gelir. Ancak kaymanın meydana gelmesi bazı yön
‘eya doğrultularda kolay, bazı doğrultularda ise zor olur. Kayma olayının
Walzeme Bilgisi ve Muayenesi
kasyonların hareketi sonucunda meydana geldiği bilinmektedir.
kasyon etrafındaki atomlar kafesteki normal konumlarından farklı
rde bulunduklarmdan, yani denge konumunda olmadıklarından
kasyonların etrafında bir gerilme veya deformasyon alanı oluşur. Bu
me alanında biriken potansiyel enerjiye “dislokasyon enerjisi” adı verilir.
• dislokasyonu için dislokasyon enerjisi, ED = G.b2 bağıntısı ile hesaplanır.
da G kayma modülü, b ise Burgers vektörüdür. Dislokasyon enerjisinin
k tutulabilmesi için Burgers vektörünün (b) kısa olması gerekir. Bu da
kasyonların, atom yoğunluğu en yüksek olan düzlemler üzerinde Burgers
irünün en kısa, yani atomların en sık olarak dizildikleri yön veya
ultularda kolay hareket edebileceği anlamına gelir. Bu nedenle, kayma
atomların en yoğun olarak dizildikleri düzlem ve doğrultularda meydana
• Atomlarm dizilişine göre kaymanın kolay ve zor olduğu yönler Şekil
[e şematik olarak gösterilmiştir.
/Kamanınkola
3.7 Kaymannı kolay ve zor olduğu yönlerin gösterimi.
Kayma gerilmesinin kolay kayma yönünde etkimemesi durumunda,
a gerilmesinin kolay kayma yönündeki veya doğrultusundaki bileşeni
enir. Söz konusu durum Şekil 3.8’de görülmektedir. Atomların sıkı
lendikleri yani yoğun olarak dizildikleri doğrultular kolay kayma
tltularını gösterirler ve bu şekilde üç tane kolay kayma doğrultusu
tmaktadır. Kayma düzlemi üzerindeki kayma gerilmesinin
(=
-
sin 28)
kayma yönü veya doğrultusu ile çakışmaması durumunda, bunun en
kayma doğruhusu üzerindeki bileşeni () alınır. Eğer kayma
rıesinin doğrultusu ile kolay kayma doğrultusu veya yönü arasındaki açı x
osa
=
---
r
yazıhr ve buradan
Tk
=
r.cosa
=
2
sin 20 .cos a olarak bulunur.
Malzemelerin Deformasyonu 73
Kolay kayma yönleri
kil 3.8 Kayma gerilmesinin
yini.
(t)
kolay kayma yönündeki bileşeninin
(‘tk
)
gerilmesinin
Kaymanın meydana gelmesi için, malzemeye etkiyen kayma
kayma
kritik
enin
malzem
) kolay kayma yönündeki bileşeninin (tk) o
kayma
esi,
rilmesinden (t) daha büyük olması gerekir. Kritik kayma gerilm
rin oda
in gerekli en düşük kayma gerilmesi demektir. Bazı metalle
iştir.
verilm
‘de
3.1
Tablo
caklığındaki kritik kayma gerilmeleri
ablo 3.1
eğerleri
Bazı Metallerin Oda Sıcaklığındaki Kritik Kayma Gerilmesi
Metal
Kafes
Yapısı
Gümüş
Bakır
Alüminyum
Magnezyum
Kobalt
Titan
Demir
Kolombiyum
Molibden
YMK
YMK
YMK
SDH
SDH
SDH
HMK
HMK
HMK
Kritik Kayma
Gerilmesi
(N/mm2)
0,37
0,49
0,79
0.44
6,60
13,71
27,44
33,37
71,70
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Kayma olayı, bir ucundan itilen bir destedeki oyun kğıt1arının birbiri
rinde kaymalarını andırır. Kaymanın bu şekilde meydana gelişi Şekil 3.9’da
ülmektedir.
il 3.9 Kaymanın şematik gösterimi: (a) Kristal düzlemlerin gerilmesiz
ımdaki görünümU, (b) kayma gerilmesinin etkimesi durumunda kristal
lemlerin birbiri üzerinde kayması ve (c) gerilmenin kaldırılması durumunda
tal düzlemlerinin görünümü.
Çekme kuvveti uygulanan serbest ve sabit uçlu malzemelerde meydana
n kayma ise Şekil 3.10’da şematik olarak gösterilmiştir.
Eğilme
Dönme
Eğilme
(a)
(b)
(e)
[3.10 Çekme durumunda meydana gelen kaymanın şematik gösterimi: (a)
‘rmasyondan önceki durum, (b) numune uçları serbest ve (c) numune uçları
Kenar dislokasyonunun kristal içerisindeki hareketi ve bu hareket
Dunda kaymanın meydana gelişi şematik olarak Şekil 3.1 l’de
Malzemelerin Deformasyonu 75
steriImiştir. Kaymaya neden olan dislokasyon hareketi, Şekil 3.12’de
rü1düğü gibi bir tırtılın hareketine benzetilebilir.
flh! IIIIH !RTH TH
±uiı tt
kil 3.11 Kenar dislokasyonunun kristal içerisindeki hareketi ve bu hareket
)nucunda meydana gelen kaymanın şematik gösterimi.
ts o asyon ÇtZ,IS1
(a)
(b)
(e)
(d)
kil 3.12 Kaymanın, bir tırtılın hareketini andıran dislokasyon hareketi
mucunda meydana gelişini gösteren diyagram.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
YMK kristal kafes yapısındaki kayma düzlem ve yönü Şekil 3.13’de, bu
ıda meydana gelen kaymanın şematik gösterimi de Şekil 3.14’ de
imiştir.
-(111)
duzlerni
(001) dtızlemi
x / )Iönt
il 3.13 YMK kafes yapısındaki kayma düzlem ve yönü.
JİOl
F
—
—
yönü
F
—
Kağıt düzlemi (001)
(111) düzlerni
il 3.14 YMK kafes yapısındaki kaymarnn şematik gösterimi.
Farklı kafes yapılarına sahip metallere ait kayma düzlemi, kayma yönü ve
ma sistemi sayıları Tablo 3.2’de verilmiştir. Kaymanın meydana geldiği bir
tem ile bu düzlem içerisinde yer alan bir kayma yönü veya doğrultusu bir
ma sistemi oluşturur. Bir yapıdaki toplam kayma sistemi sayısı, kayma
temi sayısı ile kayma yönü sayısının çarpımına eşittir. Kayma sistemi sayısı
allerin şekil değiştirme yeteneğinin bir ölçüsü olup, bu sayı arttıkça şekil
iştirme yeteneği artar. Dolayısıyla kayma sistemi sayısı yüksek olan
aller, kayma sistemi sayısı düşük olan metallere göre daha kolay
llendirilebillr.
Malzemelerin Deformasyonu 77
blo 3.2 Farklı Kristal Kafes Yapılarına Ait Kayma Düzlemleri, Kayma
nleri ve Kayma Sistemi Sayıları
Yapı
YMK
(Cu, Al, Ni,
Pb, Au, Ag,
Kayma
duzlemı
Kayma
yönü
{11I}
<1İ0)
4 x 3
<ili>
6x2=12
HMK
(xFe, W, Mo,
f3 princi)
czFe, Mo,
Toplam
kayma sistemi
sayısı
=
Göstecim
12
{21I}
<Hi>
12 x 1
=
12
{32t}
<111>
24 x 1
=
24
(0001)
<1120)
1 x 3
=
3
Ti
l0İ0}
<II0>
3 x 1
=
3
Ti, Mg
{10II}
<1120>
6 x 1= 6
{llo}
<110)
W,Na
zFe, K
SDH
(Cd, Zn, Mg,
Ti,Be,...)
NaCl, AgCI
6 x 1
=
6
Kayma sistem sayısının belirlenmesinde birbirine karşt gelen paralel kayma
lemleri aynı tür veya tek bir kayma düzlemi, birbirine ters olan kayma yönleri de tek bir
olarak altntr. Örneğin YMK yapıtı metallerde kayma sistem sayısı, gerçekte 8 olan
imza düzlemi sayısı her bir düzlem çıftinin birbirine paralel olması nedeniyle 4, 6 olan
mc yönü sayısı ise aynı doğru üzerindeki her iki yönün birbirine ters olması nedeniyle 3
arak hesaplanır.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Deforme edilen bir saf bakır örneğine ait iki tane içerisindeki kayma
;ileri veya bantları Şekil 3. 15’de görülmektedir. Her bir tane içerisindeki
ma bantları birbirine paraleldir. Ancak her tanedeki kristal yönlenmesi
:lı olduğundan kayma çizgilerinin doğrultusu taneden taneye değişmektedir.
il 3.16’ daki fotoğraf, deformasyona maruz kalan bir fosfor bronz
ğindeki kayma çizgilerini göstermektedir.
15Otrn
1
il 3.15 Deforme edilen saf bakırda meydana gelen kayma çizgilerinin
Linümü. [11
il 3.16 Deforme edilmiş fosforlu bronzdaki kayma çizgilerinin görünümü.
Malzemelerin Deformasyonu 79
L1.2 İkizlenme
sıcaklıklarda
İkizlenme,kayrnamn zor olduğu durumlarda örneğin düşük
değiştirme
şekil
plastik
ya yüksek deformasyon hızlarında meydana gelen bir
katkıda bulunur hem
kanizmasıdır. İkizlenme hem toplam şekil değişimine
dirir. İkizlenme
kaymayı kolaylaştıracak şekilde atom düzlemlerini yönlen
t etmeleri
hareke
tuda
doğrul
paralel
ayı atom düzlemlerinin ikiz düzlemine
esi
bölünm
kısma
k
simetri
iki
nucunda kafes yapısının farklı yönlenmiş
lerinin
düzlem
atom
n
klindetammlanabilir. İkizlenme bölgesinde buluna
ları ile orantılıdır.
eket miktarları, bunların ikiz düzlemine olan uzaklık
aynadaki görüntüsü
cistal yapının ikizlenmiş kısmı, ikizlenmemiş kısmının
ikiz bandının
bidir. İkizlenmenin kristalografik gösterimi Şekil 3. 17’de,
düzlem ve
ikiz
ındaki
yapılar
kafes
isterimi de Şekil 3.18’de verilmiştir. Bazı
inleri Tablo 3.3’de görülmektedir.
-
düzlemi
ndı
Ikfz
düzlemi
‘--e--€
ekil 3.17 İkizlenmenin kristalografik gösterimi.
F
İkiz
bandı
Şekil 3.18 İkiz bandının görünümü.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
ıblo 3.3 Çeşitli Kristal Kafes Yapılarındaki İkiz Düzlem ve Yönleri
Kafes Yapş
İkiz Düzlemi
İkiz Yönü
YMK
(111)
[1121
HMK
(112)
[111]
SDH
(1012)
[1011]
Yüzey merkezli kübik kafes yapısındaki ikiz düzlem ve yönü
Şekil
[9’da, ikizlenmenin oluşumu da Şekil 3.20’de görülmektedir.
Ic/
E
[112] ikiz
yönü
(111) ikiz
dUzlemi
—
/
(110) düzlemi
E
:il 3.19 Yüzey merkezli kübik kafes yapısındaki ikiz düzlem ve
ikiz yönü.
Kağıt düzlerni (110)
(111izdüz1emi
[11] ikiz yönü
1 3.20
erimi.
Yüzey merkezli kübik kafes yapısındaki ikizlenmenin şemati
k
Malzemelerin Deformasyonu 81
İkizlenme plastik deformasyon sırasında meydana geldiği gibi, tavlama
asyon
asında da meydana gelebilir. Bu nedenle malzemelerde deform
konusu
söz
me
ikizlen
çeşit
iki
üzere
olmak
mesi
zlenmesi ve tavlama ikizlen
a) Deformasyon Ikizlenmesi: Düşük sıcaklıklarda veya yüksek
r.
formasyon hızlarında meydana gelir. Çünkil bu koşullarda kayma zorlaşı
i
düzenl
formasyon ikizlenmesi daha çok magnezyum ve çinko gibi sıkı
li
gzagonal yapılı metaller ile tungsten, x-demiri ve pirinç gibi hacim merkez
m
ıçeren
sılısyu
da
oranın
25
r
%3
tbık yapılı bazı malzemelerde gorulu
mirde meydiı gelen deformasyon ikizleri şekil 3.21’ de görülmektedir.
%3,25 oranında silisyum içeren demirde meydana gelen
ekil 3.21
eformasyon ikizleri. [16]
b)Tavlama Ikizlenmesi: Tavlama ikizlenmesi daha çok alüminyum,
akır, gümüş ve pirinç gibi yüzey merkezli kübik yapılı metallerde görülür. Söz
ikizlenme, bu metallerde soğuk deformasyondan sonra uygulanan
ıvlama işlemi sırasında meydana gelir. Pirinç maizemede tavlama sırasında
luşan ikizler Şekil 3.22’de görülmektedir.
YMK yapılı metallerde kayma ve ikizlenme için gerekli gerilmenin
ıcaklığa göre değişimini gösteren eğriler Şekil 3.23’de verilmiştir. Düşük
ıcaklıklarda ikizlenme için gerekli gerilme, kayma için gerekli gerilmeden
aha düşük olduğundan şekil değişimi ikizlenme ile meydana gelir. Geçiş
ıcaklığının (Tg) üzerindeki sıcaklıklarda ise kayma için gerekli gerilme
kizlenme için gerekli gerilmeden daha düşük olduğundan plastik şekil
[eğişimi kayma mekanizması ile meydana gelir. Kristale bir kuvvet
tygulandığında ortaya çıkan şekil değiştirme mekanizması ilk önce ulaşılan
:ritik gerilme değerine bağlıdır. Önce kayma ya da ikizlenme
nekanizmalarından hangisinin kritik gerilme değerine ulaşılırsa, kristal o
nekanizmayla deformasyona uğrar.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
,ç.,
/___\
/J
J’
\
r(\
\\
-,\
.\.<‘
r
lOOtım
‘
:il 3.22 Alfa (x) pirincinde oluşan tavlama ikizleri.
Kayma
İknme
Sıcak1ık—’
il 3.23 YMK yapılı metallerde kayma ve ikizlenme için gerekli gerilmenin
klığa göre değişimini gösteren eğriler.
1.3 Kayma ile Ikizlenme Arasındaki Farklar
Kayma ve ikizlenme arasındaki belli başlı farklar aşağıda maddeler
nde verilmiştir.
a) Atomlar kayma olayında atomlar arası uzaklığın tam katları kadar
ket ederlerken, ikizlenmede atomlar arası uzaklığın belirli bir bölümü
ır hareket ederler.
b) Kayma izleri ince çizgiler, ikizlenme izleri ise kalın çizgiler veya bant
inde görünür.
c) Kayma sonucunda meydana gelen kafes yönlenmesi çok küçük bir
şime neden olur ve kayma izleri yalnız kristalin yüzeyinde görülür. Eğer
Malzemelerin Deformasyonu 83
talografik numuneler parlatılırken kayma izleri ortadan kalkarsa, kaymanın
ydana geldiğini gösteren bir kanıt kalmaz. Ancak, ikizlenmiş bölgede farklı
kafes yönlenmesi meydana geldiğinden parlatma işlemi sırasında metalin
eydeki ikizlenme izlerinin ortadan kalkması ile ikizlenme belirtisi yok
naz. Farklı yönlenmelere duyarlı dağlama ayıraçları kullanmak suretiyle
zlenmiş bölge rahatlıkla ortaya çıkarılabilir.
.1.4 Tane Sınırı Kayması
Bu deformasyon mekanizması çok kristalli malzemelerde yüksek sıcaklık
düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Tane sınırı kayması, tanelerin
e sınırı boyunca kayarak birbirlerine göre yer değiştirmeleri anlamına gelir.
ne sınırı kayması Şekil 3.24’de şematik olarak gösterilmiştir. Malzemeye
gulanan kuvvet tane sınırlarında kayma gerilmesi (‘t) oluşturur. Oluşan
yma gerilmesinin tane sınırının kayma mukavemetinden yüksek olması
rumunda kayma meydana gelir. Tane sınırlarının çekme ekseni ile 45
recelik açı yapması durumda da kayma gerilmesi en yüksek değerine ulaşır
en büyük kayma bu sınırlarda meydana gelir. Tane boyutu küçüldükçe birim
cimdeki tane sayısı ve dolayısıyla tane sınırı oranı artar. Bu nedenle ince
ıeli malzemelerde tane sınırı kaymasının toplam deformasyona katkısı
ksek olur.
c
ft
,‘,
ii,,;
kil 3.24 Tane sınırı kaymasının şematik gösterimi.
.1.5 Yayınmalı Sürünme
Difüzyon sürünmesi olarak da adlandırılan yayınmalı sürünme çok yüksek
aklıklarda ve çok düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Bu
kanizmanın etkin olabilmesi için deformasyon sıcaklığının malzemenin
gime sıcaklığının %90’ ının üzerinde olması gerekir. Bu koşullarda çok
istalli malzemeler dislokasyon hareketi için gerekli kritik gerilmeden daha
ışük gerilmeler altında yayınmalı sürünme mekanizması ile şekil
.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
ğiştirebilirler. Şekil 3.25a’da görüldüğü gibi, yayınmalı sürünme sırasında
ılzeme içerisindeki atomlar gerilme veya kuvvet doğrultusunda, boşluklar ise
rilmeye dik doğrultuda yayınırlar. Bu yayınma sonucunda malzemenin
eleri uzayabilir, Şekil 3.25b. Bu durumda, atomlar en fazla tane boyutu
dar yol alabilirler. Kristal yapılı malzemelerde meydana gelen yayınmalı
rünme viskoz akış olarak da adlandırılır.
Atom
boşluklarının
G
yayınma yönü
a
Atomların
yayınma yönü
Atom boşluklarmın
—
yayınma yönü
G
(a)
(b)
kil 3.25 Yayınmalı sürünmenin şematik gösterimi.
Çok Kristalil Malzemelerin Plastik Deformasyonu
Ticari malzemeler, genelde rastgele veya düzensiz yönlenmiş tanelerden
tşur. Çok kristalli bir malzemeye kuvvet uygulandığında kayma olayı, kayma
dem ve doğrultuları oluşan gerilmeye göre en uygun durumda bulunan
elerin içerisinde başlar. Tane sınırlarındaki temas durumu korunduğundan,
vma birden fazla düzlem ve doğrultularda meydana gelebilir. Başlangıçta
un durumda olmayan taneler çekme eksenine doğru dönerek şekil değişimi
uygun konuma gelebilir. Şekil değişimi ve dönme olayı ilerledikçe
elerin her biri plastik deformasyon veya akma doğrultusunda uzama
;terir. Belirli bir şekil değiştirme oranından sonra, tanelerin çoğunun şekil
iştirme doğrultusunda belirli bir düzene sahip oldukları görülür. Bu
umda malzeme tercihli yönlenme gösterir ve malzemenin özellikleri ölçme
rultusuna göre değişir.
Taneleri düzensiz olarak yönlenen ince taneli bir metal bütün
rultu1arda aynı özelliklere sahip olur. Ancak, taneleri tercihli yönlenen bir
talin özellikleri doğrultuya göre değişir. Bu durum, derin çekilmiş metal
larda bazı sorunlara yol açabilir. Tercihli yönlenme, elektrik aletlerinin
Malzemelerin Deformasyonu 85
‘apımında kullanılan çelik parçaların üretiminde büyük önem taşır. Çünkü
arçanın manyetik özellikleri çalışma yönüne göre değişim gösterir.
Plastik deformasyona uğrayan kristal yapılı bir malzemenin kafes
apısmda çarpılma meydana gelir. Deformasyon oranı arttıkça çarpılma oranı
rtar ve en büyük çarpılma kayma düzlemleri ve tane sınırlarında meydana
;elir. Bu durumda, malzemede deformasyon sertleşmesi görülür. Plastik şekil
teğişiminin ilginç özelliklerinden biri de kaymanın başlaması için gerekli
;erilmenin deformasyonun diğer düzlemler üzerinde devam etmesi için gerekli
;erilmeden daha düşük olmasıdır. Hangi nedenle olursa olsun bir malzemenin
:afes yapısında çarpılma (distorsiyon) meydana gelirse o malzemenin sertlik ve
nukavemeti artar. Malzemelerde çarpılma durumu genelde katılaşma,
ılaşımlama, ısıl işlem ve plastik şekil değiştirme sonucunda meydana gelir.
L4 Kırılma
-
Gerilme etkisi altındaki bir cismin iki ya da daha fazla parçaya ayrılması
)layına kırılma denir. Kırılma, gevrek ve sünek kırılma olmak üzere iki ana
;ruba ayrılır. Gevrek kırılma, minimum enerji soğurulması (abzorpsiyon) ile
atlağın hızlı ilerlemesi sonucunda meydana gelir. Tek kristallerde gevrek
urılma belirli kafes düzlemleri boyunca oluşan ayrılma (klivaj) ile ortaya çıkar.
rneğin demir kristalinde kırılma (100) düzlemi boyunca meydana gelir.
3evrek kırılma davranışı sergileyen çok kristalli malzemelerin kırılma yüzeyi
aneli bir görünüm sergiler, çünkü klivaj düzlemlerinin yönlenmeleri taneden
aneye değişir.
Malzemelerin teorik kırılma mukavemeti ile gerçek kırılma mukavemeti
ırasındaki fark, yapısal düzensizliklerden kaynaklanır. Yeni çekilmiş cam
ifleri teorik değerlere yakın mukavemet değerlerine sahiptir. Ancak çentik ve
atlak gibi yüzeysel düzensizlik meydana getiren her etki söz konusu lifterin
Tıukavemetini azaltır. Bu durum, ilk önce 1921 yılında A. A. Grifftth
:arafindan açıklanmıştır. Griffith’e göre, gevrek malzemelerin kırılması
)unların içerisinde bulunan çok sayıdaki mikroçatlaklardan kaynaklanır. Çok
ceskin olan çatlak uçlarında yüksek miktarda gerilme yığılması meydana gelir
e bu gerilme söz konusu malzemenin teorik kırılma mukavemetinden daha
yüksek değerlere ulaşarak çatlağın ilerlemesine neden olabilir.
Metallerde, mikroçatlaklar genelde katılaşma veya şekil verme sırasında
)luşur. Kusursuz malzemelerde bile şekil değişimi sırasında atomsal boyutta
atlaklar oluşabilir. Malzeme içerisindeki bir engelde toplanan veya biriken
iislokasyonlar bir mikroçatlak oluşturabildiği gibi (Şekil 3.26a), üç adet birim
lislokasyonun tek bir dislokasyon içerisinde birleşmesi sonucunda da
ııikroçatlak oluşabilir, Şekil 3 .26b. Dislokasyonların hareketini kolaylaştıran
ıerhangi bir yöntem gevrek kırılma olasılığını azaltır.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
. . •. . •. ..
Dik
Dislokasyon
kaynağı”
• • • • •• • • •
.....•.
•.•ı,••.Mıkroçatlak
L
atlaf
Engel
•. . •. .
• ••.. .
(b)
(a)
di 3.26 Çatlak oluşma mekanizmaları: (a) Kenar dislokasyonlarınrn bir
;elde toplanması, (b) üç dislokasyonun yığılması ile kristal içerisinde
roçatlak oluşumu.
Sünek kırılma, yüksek orandaki plastik deformasyon sonucunda meydana
ir ve koni-çanak oluşumu şeklinde kendini gösterir. Koni-çanak oluşumu ise
:me kuvveti uygulanan malzemenin boyun vermesi ile meydana gelir. Bu tür
ılma, boyun verme veya büzülme bölgesinin merkezinde mikro boşluk
şumu ile başlar. Bu boşluklar ticari malzemelerin çoğunda metal olmayan
ıntılarda (enklüzyon) oluşur. Bu görüş, çok saf metallerin safsızlık
mentleri içeren metallerden daha sünek olması gerçeği ile doğrulanmaktadır.
rekli olarak uygulanan gerilme altında söz konusu boşluklar birleşerek
lzemenin merkezinde çatlak oluştururlar. Oluşan çatlaklar uygulanan
ilmeye dik doğrultuda malzeme yüzeyine doğru ilerler. En son kırılma
me ekseni ile 45°’lik açı yapan bir yüzey veya düzlem üzerinde aniden
aya çıkar. Sonuçta malzemenin bir parçasının yüzeyinde koni, diğer
çasının yüzeyinde ise çanak oluşur. Bu nedenle kırılma yüzeyleri için koni
ıak deyimi kullanılır. Sünek malzemenin koni-çanak biçimindeki kırılma
eyleii Şekil 3.27’ deki fotoğrafta görülmektedir.
ii
:
kil 3.27 Koni-çanak biçimindeki kırılma yüzeylerinin görünümü.
Malzemelerin Deformasyonu 87
5 Soğuk Şekil Değiştirmenin Malzemelerin Bazı Özelliklerine Etkisi
Plastik deformasyona maruz kalan bir malzemenin taneleri çarpıtılmış
ırumda ise, o malzemenin soğuk şekil değişimine uğradığı kabul edilir. Soğuk
kil değiştirme malzemenin kafes yapısına bağlı olan bütün özelliklerini
kiler. Şöyle ki, soğuk şekil değiştirme sonucunda malzemenin çekme
ukavemeti, akma mukavemeti ve sertliği artarken, kopma uzaması değeri ile
isterilen sünekliği azalır. Ancak sertlik ve mukavemet değerlerindeki artış
anları aynı değildir. İlk %10’ luk şekil değişimi sırasında sertlikte meydana
elen artış oranı, mukavemet değerinde meydana gelen artış oranından daha
iksektir. Soğuk şekil değiştirme oranının saf bakırın akma ve çekme
yanımlarına etkisi Şekil 3.28’ de görülmektedir.
Malzemelerin akma mukavemeti, çekme mukavemetine göre soğuk
eformasyona daha duyarlıdır. Bu nedenle, plastik deformasyon oranı arttıkça
ıalzemelerin akma ve çekme mukavemetleri arasındaki fark azalır. Bu durum,
(iyük oranda plastik deformasyon gerektiren bazı şekil verme işlemlerinde
nem kazanır. Örneğin derin çekme işleminde uygulanan gerilmenin, gerekli
eformasyonun elde edebilmesi için akma sınırının üzerinde, hasarın önlenmesi
in de çekme mukavemetinin altında tutulması gerekir.
t
10
Çekme ırnıkavemeti
Soğuk deformasyon oranı
(%)
Soğuk şekil değiştirmenin saf bakırın akma ve çekme
ekil 3.28
nukavemetine etkisini gösteren eğriler.
Soğuk şekil değiştirmenin malzemelerin bazı özelliklerine etkisini
;österen diyagram Şekil 3.29’da verilmiştir. Bu şekilde görüldüğü gibi, soğuk
leformasyon sonucunda malzemelerin sertlik ve mukavemeti artarken,
üneklik ve elektriksel iletkenliği azalır, tane büyüklüğü ise pek değişmez. Söz
onusu değişimler, malzemenin kafes ve tane yapılarında meydana gelen
Waizeme Bilgisi ve Muayenesi
imlere dayandırilarak açıklanabilir. Soğuk deformasyon oranı arttıkça
emenin kafes ve tane yapılarında meydana gelen çarpılma oranı ve
kasyon yoğunluğu (p) artar. Gerek çarpılma oranı, gerekse dislokasyon
nluğunun artması hem dislokasyon hem de elektron hareketini zorlaştırır.
)kasyon hareketinin zorlaşması malzemelerin sertlik ve mukavemetinin
sına, elektron hareketinin zorlaşması da elektriksel iletkenhiğinin
aasına neden olur. Soğuk deformasyon sonucunda malzemelerin serthik ve
ıvemetinin artması deformasyon sertleşmesi olarak adlandırılır.
rmasyon sertleşmesine maruz kalan tek kristalli bir malzemenin
ıvemetinde meydana gelen artış (z\a) aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.
Ao=aGbJT
(3.3)
)ağıntıda yer alan A deformasyon sertleşmesi nedeniyle malzeme
tvemetinde meydana gelen artışı, x 0,3-0,6 arasında değişen malzeme
ni, G kayma elastisite modülünü, b Burgers vektörünü ve Ap ‘da
asyon yoğunluğunda meydana gelen artışı gösterir. Bu bağıntı,
asyon yoğunluğu arttıkça malzemenin mukavemetinin arttığını
rmektedir.
Tane boyutu
Soğuk deformasyon oranı (%)
3.29 Soğuk şekil değiştirmenin malzemelerin bazı özelliklerine etkisini
en eğrilec.
Malzemelerin Deformasyonu 89
özellikle tane
Soğuk şekil değişimine maruz kalan malzemelerin,
korozyona
arası
ırlarındaki iç enerjisi arttığından bu malzemeler taneler
durum,
Bu
eri azalır.
yarlı hale gelir ve bunun sonucunda korozyon dirençl
asına neden olur.
rozyon ortamında malzemelerin gerilmeli korozyona uğram
malzemelerin bazı
rumeli korozyon, kalıntı veya iç gerilme içeren
eli korozyonu
Gerilm
anır.
tanıml
e
amlarda hızlı korozyona uğraması şeklind
malzemeleri
sonra
rmeden
lemenin yollarından biri, soğuk şekil değişti
rilme giderme tavına tabi tutmaktır.
yapılarında çarpılma
Soğuk deforme edilen malzemelerin kafes ve tane
iletkenlik değerleri
ydana geldiğinden bunların süneklik ve elektriksel
ler soğuk deforme
alır. Söz konusu özelliklerde meydana gelen bu tür değişim
giderilebilmesi için
ilen malzemelerin kullanımını kısıtlar. Bu olumsuzluğun
özelliklerinin
enecek
düzenl
malzemelerin içyapılarının yeniden
t
tavlama
elere
malzem
ileştirilmesi gerekir. Bunun için soğuk deforme edilen
emi uygulanır.
6 Tavİama ve Sıcak Şekil Değiştirme
elerin kafes
Tavlama, soğuk şekil değiştirme işlemine tabi tutulan malzem
bir ısıl
nan
için uygula
ya tane yapısını gerilmesiz durumuna döndürmek
ısıtılır ve yeterli bir
lemdir. Bu işlemde malzeme, tavlama sıcaklığına kadar
de yavaşça soğutulur.
ire o sıcaklıkta tutulduktan sonra genelde fırın içerisin
talizasyon) ve tane
(rekris
eşme
avlama işlemi toparlanma, yeniden kristall
aşamalar, aşağıda
Bu
iyümesi olmak üzere üç devre ya da aşamayı içerir.
rasıyla anlatılmaktadır.
.6.1 Toparlanma
n kristalleşme
Toparlanma, soğuk deforme edilen malzemelerde yenide
na gelir. Bu
meyda
da
[caklığından daha dUşük sıcaklıklardaki tavlama sırasın
na
e meyda gelmeden
lem sırasında malzemenin içyapısında önemli bir değişm
deforme edilen
azı özellikleri değişebilir. Toparlanma aşamasında, soğuk
ir. Söz konusu
gideril
ölçüde
büyük
eler
ıalzeme içerisindeki kalıntı gerilm
şekilde azalır,
bir
hızlı
ında
aşamas
alıntı gerilmeler toparlanmanın başlangıç
eder. Kalıntı
devam
hızla
bir
ncak bu azalma ilerleyen zaman içerisinde azalan
3.30’da
Şekil
eğriler
erilmelerin tavlama süresine göre değişimini gösteren
erilmiştir.
sından çok,
Toparlanma, malzemedeki dislokasyon sayısının azalma
Dislokasyonların
lislokasyonların yeniden düzenlenmelerinden kaynaklanır.
dislokasyonsuz
de
içerisin
in
taneler
alt
‘eniden düzenlenmesi sonucunda o]uşan
ti kolaylaşarak
hareke
n
)ölgeler meydana gelir. Bu bölgeler sayesinde elektro
Bu nedenle,
abilir.
nalzemenin elektrik iletkenliği eski değerine yaklaş
ölçüde artar.
oparlanma aşamasında malzemenin elektriksel iletkenliği önemli
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
devrede malzemenin
ilmeler büyük ölçüde
pılma en aza iner ve
minin ilk aşaması olan
nir.
mekanik özellikleri pek değişmez, ancak kalıntı
giderilir. Böylece kalıntı gerilmelerin oluşturduğu
gerilmeli korozyon çatlaması önlenebilir. Tavlama
toparlanma, piyasada gerilme giderme tavı olarak da
1 < 12 K
Tavtama süresi
—
il 3.30
Soğuk deformasyon sırasında malzemede oluşan kalıntı
imelerin farklı sıcaklıklardaki tavlama süresine göre değişimini göstere
n
ler.
.2
Yeniden Kristalleşme
Toparlanma sıcaklık aralığının üst sınırına erişildiğinde içyapıda
yeni
taller veya taneler oluşur. Bu taneler, genelde orijinal tanelerin en
fazla
rmasyona uğrayan bölgelerinde yani tane sınırları ve kayma düzlemlerinde
dana gelir. Yeni taneler, deformasyona uğrayan orijinal tanelerle
aynı
yasal bileşim ve kafes yapısına sahiptirler. Yeniden kristall
eşme
rdekleşme ve büyüme mekanizmaları ile meydana gelir. Şekil
3.31’de,
den kristalleşme oranının tavlama süresine göre değişimini göstere
n tipik
‘eniden kristalleşme eğrisi görülmektedir.
10£
0
E
0
‘
>
>-0
Kuluçka veya
hazırlık devresı
Tavlama süresi
3.31 Sabit bir sıcaklıkta elde edilen yeniden kristalleşme eğrisi.
Malzemelerin Deformasyonu 91
Kuluçka dönemi denilen hazırlık devresinde yeniden kristalleşmenin
tşlaması için gerekli enerji depo edilir. Kritik embriyon boyutunun üzerine
kılınca yeniden kristalleşme başlar. Kuluçka dönemi, embriyonlardaki tersinir
mayan büyüme süresine karşılık gelir. Yeniden kristalleşmenin şematik
sterimi Şekil 3.32’ de verilmiştir.
Çarpıtılan kafsin rij itliğini
aşnıak için gerekli enerji
E— E1= Isı ile verilen enerji
.1
1
E
E2
Deformasyondan
kaynaklanan
iç enerji
Deformasyona uğramayan kristalin enerjisi
kil 3.32 Yeniden kristalleşmenin şematik olarak gösterimi.
E2 enerji değerini verecek sıcaklığa erişildiğinde, tane sınırı ve kayma
izlemi gibi yerel bölgeler enerjilerinin bir kısmını yeniden kristalleşme ısısı
klinde vererek gerilmesiz tanelerin çekirdeklerinin oluşmasını sağlar.
eniden kristalleşme ısısının bir kısmı komşu atomlar tarafından soğurulur ve
iylece kafesin rijitliğini aşmaya yetecek büyüklükte enerjiye sahip olan
omlar, gerilmesiz tanelerin kristal kafesi tarafından çekilirler. Yeniden
istalleşme için gerekli enerji, büyük ölçüde deformasyon oranına bağlıdır.
Yeniden kristalleşme sonucunda, malzeme şekil değişimine uğramadan
2ceki özelliklerini tekrar kazandığı gibi, yapısı da genellikle daha ince taneli
[ur. Yeniden kristalleşme belirli bir sıcaklık veya sıcaklık aralığında meydana
lir. Yeniden kristalleşme sıcaklığı (YKS), soğuk şekil değişimine uğrayan bir
Lalzemede yeniden kristalleşmenin bir saatlik süre içerisinde tamamlanması
:in gerekli sıcaklık olarak tanımlanır. Bu sıcaklık artan şekil değiştirme oranı
e azalır. Bu nedenle yeniden kristalleşme sıcaklığı belirli bir sıcaklığı değil,
klaşık bir sıcaklık veya sıcaklık aralığını gösterir. Örneğin alaşımsız
liklerin yeniden kristalleşme sıcaklığı 600—700°C arasındadır. Bununla
irlikte yeniden kristalleşme sıcaklığı, YKS (K) Te (K)/3 bağıntısı yardımıyla
elirlenehilir. Burada Te malzemenin Kelvin (K) cinsinden ergime sıcaklığıdır.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
Yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda meydana gelen
tik deformasyona sıcak şekil değiştirme, altındaki sıcaklıklarda meydana
n deformasyona da soğuk şekil değiştirme denir. Sıcak şekil değiştirme
;ında yapısı bozulan malzemelerde hemen yeniden kristalleşme başlar.
uk şekil değiştirmede ise kristal veya tane yapısı sürekli olarak bozulur ve
un sonucunda da malzemenin sertlik ve mukavemeti artarken süneklik ve
trik iletkenliği azalır. Soğuk şekil verme işlemi, sıcak şekil vermeye göre
ı küçük tolerans ve daha iyi yüzey kalitesi sağladığı için son işlem olarak
Lflanabilir. Mukavemet ve sertlik artışı isteniyorsa ve süneklikteki
manın bir sakıncası yoksa malzemeye yeniden kristalleştirme tavı
ilanmaz. Aksi halde, soğuk şekil verme işlemleri arasında veya bu
nlerin sonunda yeniden kristalleşme tavı (YKT) uygulamak gerekir.
tama sıcaklığının aşırı yüksek, tavlama süresinin de aşırı uzun olması veya
ık şekil değiştirme oranının kritik bir değerden küçük olması durumunda
irileşmesi görülür. Bu durum malzemenin mekanik özelliklerini olumsuz
ediği için genelde istenmez.
Çinko, kalay ve kurşunun yeniden kristalleşme sıcaklıkları oda
klığının altındadır. Bu durum söz konusu metallerin oda sıcaklığında soğuk
t değişimine uğramadıklarını göstermektedir. Çünkü oda sıcaklığındaki
t değişimi sırasında bu metaller yeniden kristalleşerek gerilmesiz kafes
si oluştururlar. Tavlama süresini artırmak suretiyle malzemelerin yeniden
alleşme sıcaklıkları düşürülebilir. Ancak yeniden kristalleşme zamandan
sıcaklığa duyarlıdır. Bazı metallerin yeniden kristalleşme sıcaklıklarının
aşık değerleri Tablo 3.4’de verilmiştir.
o 3.4 Bazı Metal ve Alaşımların Yeniden Kristalleşme Sıcaklıkları
Malzeme
Bakır
Cu-%5Zn
CuAl5
Alüminyum (%99,999)
Alüminyum (%99.0)
Alüminyum alaşımları
Nikel
Demir
Düşük karbonlu çelik
Magnezyum
Çinko
Kalay
Kurşun
Yeniden Kristalleşme
Sıcaklığı (°C)
120
315
290
80
290
315
370
400
540
65
10
-4
-4
Malzemelerin Defbrmasyonu 93
Aynı orandaki şekil değişimi sonucunda ince taneli metallerde, iri taneli
allere göre daha fazla deformasyon sertleşmesi veya pekleşme meydana
r. Bu nedenle tane büyüklüğü azaldıkça metallerin yeniden kristalleşme
klığı düşer. Sonuç olarak, soğuk. şekil değiştirme sıcaklığı düştükçe
leşme ya da iç gerilme miktarı artar ve yeniden kristalleşme sıcaklığı düşer.
ıiden kristalleşme sıcaklığı deformasyon oranına bağlıdır. Bu sıcaklığın
rmasyon oranına göre değişimini gösteren eğri Şekil 3.33’ de verilmiştir.
ıiden kristalleşmenin meydana gelmesi için malzemelerin belirli bir
erden (%2-8) daha yüksek oranlarda soğuk şekil değişimine maruz
ııaları gerekir. Yeniden kristalleşme için gerekli olan en düşük deformasyon
rıına kritik deformasyon oranı denir. Örneğin Şekil 3.34’de verilen eğri
anmış durumdaki düşük karbonlu bir çeliğin tane büyüklüğünde herhangi
değişimin olabilmesi için yaklaşık %7 oranında soğuk deformasyona maruz
nası gerektiğini göstermektedir. Kritik deformasyonun altındaki oranlarda
ydana gelen şekil değişimlerinde yeniden kristalleşme için gerekli sayıda
irdek oluşmaz.
.3 Tane Büyümesi
Malzemelerdeki iri taneler, ince tanelerden daha düşük serbest enerjiye
iptir. Bu durum, çok kristalli malzemelerde tane sınırı miktarındaki
lmadan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle bir metal tek kristal halinde
unması durumunda en düşük serbest enerjiye sahip olur. İri ve ince tanelerin
est enerjileri arasındaki fark, tane büyümesi için gerekli itici gücü veya
Ucü kuvveti oluşturur ve kafesin rijitliği (atomlar arasındaki bağ kuvveti) bu
ıvete karşı koyar. Sıcaklık arttıkça kafesin rijitliği azalır ve tane büyüme hızı
ir. Belirli bir sıcaklıkta, sürücü kuvvetle kafes rijitliğinin dengede olduğu
tada tane büyüklüğü en yüksek değerine ulaşır. Sıcaklığın, yeniden
;talleşme ile oluşan tanelerin büyüklüğüne etkisi Şekil 3.35’de
ülmektedir.
Tavlama sıcaklığı ile yeniden kristalleşme sıcaklığı arasındaki fark
:ıkça, oluşan tanelerin boyutu da artar. Diğer taraftan tavlama sıcaklığına
lar ısıtma ve tutma süreleri ne kadar kısa olursa taneler de o ölçüde ince
r. Malzeme yavaş ısıtılırsa bir kaç tane çekirdek oluşur ve büyüme hızı
irak iri taneli bir yapı elde edilir.
Tavlama işleminin soğuk deforme edilen malzemenin özelliklerine etkisi
di 3.36’da gösterilmiştir. Bu şekilde görüldüğü gibi, soğuk deformasyon
leniyle malzeme özelliklerinde meydana gelen değişimler tavlama işlemi
ıucunda tamamen giderilmekte ve malzeme orijinal özelliklerini yeniden
anmaktadır. Bu nedenle tavlama sırasında malzemenin sertlik ve
Lkavemeti azalırken, süneklik ve elektriksel iletkenliği artar.
Malzeme Bilgisi ve Muayenesi
356
(J
e-.’
300
>t)
0
250
0
200
0
150
0
100
0
>.
Sn
0
20
40
60
80
100
Deformasyon oranı (%)
il 3.33 Saf bakırın yeniden kristalleşme sıcaklığının şekil değiştirme
nına göre değişimi.
20
5:
)f)
:
16
12
Kritik soğuk
deformasyon oranı
0
1-
0
0
10
20
30
40
50
60
Deformasyon oranı (%)
70
80
il 3.34 Deformasyon oranının, soğuk deforme edildikten sonra 950°C
klıkta yumuşatma tavına tabi tutulan düşük karbonlu çeliğin tane
iklüğüne etkisi.
Plastik şekil değişimine uğrayan bir malzemenin sertliği genelde artar,
tk deformasyon sertleşmesi hızı artan sıcaklıkla azalır. Yüksek sıcaklıkta
ik şekil değişimine uğrayan bir malzemede, aynı zamanda birbirine ters iki
meydana gelir. Bunlardan biri plastik şekil değişimi nedeniyle meydana
Malzemelerin Deformasyonu 95
en sertleşme, diğeri de yeniden kristalleşme ile ortaya çıkan yumuşamadır.
[ini bir şekil değiştirme hızı için sertleşme ve yumuşama etkilerinin birbirini
ıgelediği bir sıcaklık vardır. Bu sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda
çekleşen şekil değişimine sıcak şekil değiştirme, altındaki sıcaklıklarda
ydana gelen deformasyona da soğuk şekil değiştirme denilir. Sıcak ve soğuk
:il değiştirme kavramları malzemeye bağlıdır. Şöyle ki, yeniden knistalleşme
aklığı oda sıcaklığından daha düşük olan kurşun, kalay ve çinko oda
aklığında sıcak deformasyona uğrarken, yeniden kristalleşme sıcaklığı
Ksek olan çeliğe 540°C sıcaklıkta uygulanan biçimlendirme işlemine soğuk
:il verme işlemi denilir.
Sıcaklık
—
kil 3.35 Sıcaklığın yeniden kristalleşme ile oluşan tanelerin büyüklüğüne
üsini gösteren eğri.
Metal külçelerden levha, sac, bant, köşebent, profil, boru ve çubuk gibi
inlenin elde edilmesi için uygulanan en ekonomik yöntem sıcak şekil verme
emidir. Ancak sıcak şekil verme sırasında çelik malzeme oksijenle
ıksiyona girer ve oda sıcaklığına soğutulduğunda yüzeyinde tufal adı verilen
ıah bir oksit tabakası oluşur. Bu tabaka hem talaşlı hem de talaşsız işlemler
asında bazı zorluklara neden olabilir. Ayrıca sıcak şekil verme işlemleriyle
imlendirilen bir malzemede istenilen boyutları tam olarak elde etmek
imkün değildir. Çünkü sıcak şekillendinilen malzemede soğuma sırasında
yutsal değişimler meydana gelir. Diğer taraftan soğuk şekil verme işlemi ile
enilen ölçülere yakın boyutlar elde edilebilir ve bu işlem sırasında malzeme
Lzeyinde tufal oluşmaz. Ancak şekil değişimi için daha fazla kuvvet
gulamak ve dolayısıyla fazla enerji harcamak gerekir. Bu nedenle soğuk
kil verme işlemi daha pahalı bir yöntemdir. Metal endüstrisinde her iki
emin üstünlüklerinden yararlanmak için malzeme önce sıcak şekil verme
emine tabi tutulur ve ardından soğuk şekil verme işlemi uygulanır.
Orijinal yapt
/
Soğuk deforme
edilmiş
\Souk defornasyon oranı
Tane büyüklüğü
eklik
iletken lik
Soğuk deforme
olmuş ve
toparlanmıs
—
/
Ç4
Sıcaklık
.—1
1
1
t
Yeniden
kristalleşme Tane büyümesi
Yeniden
Yeniden
Yeniden
Tane t3ü3’ümesi
Kısmi
kristaleşmenin kristalleşmenin kristalleşmenin tane büyümesi
başlaması
tamamlanması
devamı
JZT
-
Sekil 336. Soğuk şekil değistirme ve ardından uygulanan tavlama işleminin malzemenin özelliklerine
etkisi.
1
Mukavemet
/
Download

Yard. Doç. Dr. Asuman Cömert Erkılınç Lisans