Deformasyon

Malzemelerin Deformasyonu
Malzemelerin deformasyonu
Kristal, etkiyen kuvvete deformasyon ile cevap verir. Bir malzemeye yük uygulandığında
malzeme üzerinde çeşitli yönlerde ve çeşitli şekillerde yükler oluşur. Malzeme bu yükler tesiri
altında ancak hasara (yani deformasyona) uğratılır. bu yüklerin bazıları aşağıda örnekleri ile
malzeme üzerinde gösterilmiştir;
Yüksüz
Çekme
Basma
Kesme
Burma
Deformasyon mekanizmaları
Yırtılan kenar
Kayma
Yırtılma
Malzeme Bilimi Slaytları
2/40
Çekme ve Basma’da Kayma Mekanizmaları
Basma yükünde (eksenel yük)
Çekme yükünde (eksenel yük)
Basma yükünde (eksenel olmayan yük)
Çekme yükünde (eksenel olmayan yük)
Malzeme Bilimi Slaytları
3/40
Elastik deformasyon
Malzemeler uygulanan kuvvetin büyüklüğüne göre elastik, plastik ve anelastik olmak üzere üç
çeşit deformasyona maruz kalırlar.
Elastik şekil değişimi, kuvvet uygulanan malzemeye ait atomların komşularından ayrılmadan
aralarındaki uzaklığın değişmesi anlamına gelir. Uygulanan kuvvet ortadan kalkınca, cisim
eski boyuna geri dönüyorsa bu tür şekil değişimine elastik deformasyon denir.
Gerilmesiz durum
F
F
F
F
Gerilme
Çekme gerilmesi Basma gerilmesi
uygulandığında uygulandığında kaldırıldıktan sonra
Malzeme Bilimi Slaytları
4/40
Elastik deformasyon
Gerilme (kN/m2)
Bir malzemenin elastik davranışını görmek için o malzemenin çekme diyagramından
faydalanılır. Kristal yapılı malzemelerde uygulanan gerilme (σ) ile birim elastik uzama
arasında (ε) Hook kanunu ile ifade edilen doğrusal bir ilişki (σ=E.ε) vardır.
Birim uzama(%)
Gerilme-uzama grafiği
Kristallerin kütle, hacim, entalpi, entropi gibi özellikleri doğrultuya göre değişmez, buna izotropik özellikler denir. Elastisite
modülü, elektrik ve ısı iletkenliği gibi özellikler değişir, buna anizotropi özellikler denir.
Malzeme Bilimi Slaytları
5/40
Plastik deformasyon
Gerilme (kN/m2)
Plastik deformasyon, uygulanan gerilmenin malzemenin elastik sınırını aşması sonucu kalıcı
şekli değişiminin oluşumuna denir.
Yükü kaldırsanız bile malzemede bir miktar
uzama oluşur,bu miktar gerilme-uzama
diyagramında aralığına eşittir.
Birim uzama(%)
Malzeme Bilimi Slaytları
6/40
Plastik deformasyon mekanizmaları
Deformasyon mekanizmaları
İkizlenme
Kayma
Tane sınırı kayması
Yayınma sürünmesi
En yaygın plastik deformasyon
oluşum mekanizmasıdır
Kaymanın kolay olmadığı
durumlarda görülür
Yüksek sıcaklık, düşük
deformasyon hızlarında
görülür
Yayınma ile atomların yer
değiştirmesi ile oluşur
Malzeme Bilimi Slaytları
7/40
Kayma
Kayma, dislokasyonların belirli düzlem ve doğrultularda hareket etmesi sonucu meydana gelir. Kaymanın
meydana geldiği düzlem ve doğrultu kayma sistemini oluşturur. Kayma dislokasyonların hareketi sonucu
meydana gediğinden dislokasyon hareketini sağlayacak bir gerilme değerini uygulanması gerekir. Düşük
enerjili dislokasyonlar yani burger vektörü kısa olan dislokasyonlar daha rahat hareket eder. Bunun için tek
kristalli bir malzemede kayma gerilmesinin çıkaralım;
Kuvvet
doğrultusu
Kayma
düzlemi
Zn tek kristali
Malzeme Bilimi Slaytları
8/40
Kayma
Kayma düzleminde kayma gerilmesi
FS
r 
AS
Burada FS ; F,’in kayma doğrultusundaki bileşeni, AS ; kayma
düzlemi alanıdır. (Dikkat edin cos Φ =sin λ)
FS  F . cos ..................... AS 
Kayma
düzleminin
normali
Kayma doğrultusu
r 
FS F . cos  F

 . cos . cos    ç . cos . cos 
A
AS
A
cos 
cos . cos 
Açılar 45° olduğunda bu değer maksimumdur.
A
cos 
 r   kr
Schmit faktörü
1 ç
 ç. 
2
2
Kayma düzleminin uygulanan gerilme doğrultusuna dik veya paralel olduğu durumda kayma gerçekleşmez. Bu durumda
malzeme ikizlenme ile deformasyona uğrar.
9/40
Malzeme Bilimi Slaytları
İkizlenme
İkizlenme
 Kaymanın kolay olmadığı durumlarda plastik deformasyona ikizlenme katkıda
bulunur.
 Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir.
 Kristal ikiz düzlemi adı verilen bir düzleme göre simetrik duruma gelir.
Diğer bir deyişle;
 İkizlenme ile ötelenmiş veya ötelenmemiş atomlar ikiz düzlemlerine göre birbirinin
aynadaki görüntüsü gibidir.
Malzeme Bilimi Slaytları
10/40
İkizlenme
İkizlenme, plastik deformasyon esnasında meydana gelebildiği gibi tavlama esnasında da meydana
gelebilir.
1.
Deformasyon İkizleri: Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir. Çünkü
bu şartlarda kayma zordur. Deformasyon ikizleri daha çok magnezyum ve çinko gibi sıkı paket
hekzagonal yapılı metallerde ve tungsten, α-Fe, ve pirinç gibi hacim merkezli yapılarda görülür.
2.
Tavlama İkizleri: Daha çok alüminyum, bakır, gümüş ve pirinç gibi yüzey merkezli kübik yapılarda
görülür. Bu ikizler, soğuk deformasyondan sonra uygulana tavlama ile oluşur. Düşük sıcaklıklarda
ikizlenme içi gerekli olan gerilme kayma için gerekli olandan daha düşük olduğu için şekil değişimi
ikizlenme ile olur.
Malzeme Bilimi Slaytları
11/40
İkizlenme
İKİZLENME
KAYMA
1. Mekanik ikizlenme çok yüksek deformasyon hızlarında
veya ani yüklemelerde ve düşük sıcaklıklarda oluşur.
2.Oluşan deformasyon miktarı toplam deformasyonun küçük
bir kısmıdır.
1. Bu şartlarda kayma kolaylıkla oluşmaz.
2. Plastik deformasyon daha çok kayma ile oluşur.
3.Kayma için gerekli olan gerilmeden daha fazladır.
3. Daha az gerilmelerde görülür.
4. Sıcaklığın etkisi daha az
4. Sıcaklığın etkisi daha fazladır.
5.İkiz düzlemi boyunca oryantasyon farkı oluşur (Aynadaki
5. Kaymada kristalin kaymış kısmı,kaymamış kısmıyla aynı
görüntüsü
oryantasyona sahiptir veya çok az değişir. Basamaklar kristal
gibi,)Yani
ikiz
bölgesi
parlatmayla
kaybolmaz.Yönlenmeler farklıdır.
yüzeyinde görülebilir. Parlatmayla kaybolur.
6.Bir atom boyutundan daha az mesafelerde oluşur.
6. Bir atom boyutunda oluşur.
7.Atomlar veya düzlemleri hepsi deformasyona uğrar.
7. Farklı kayma düzlemlerinde olur.
8. Ancak ikiz görüntüsü oluşturacak şekilde sınırlıdır.
8. Kayma yönü (+) veya (-) olabilir.
9. Geniş bantlar şeklinde görülür.
9. Mikroskopta ince çizgiler halinde görülür.
Malzeme Bilimi Slaytları
12/40
Tane sınırı kayması
Çok kristalli malzemelerde, yüksek sıcaklık ve düşük deformasyon hızlarında meydana gelir.
Taneler birbirlerine göre yer değiştirirler.Bu kayma yön değiştirmesi esnasında tane
kenarlarında mikro boşluklar oluşur.Deformasyon sırasında bu boşluklar büyür ve erken
kırılmaya neden olur.Çekme eksensiyle 45° açı yapan tanelerde en fazla kayma olur.
σ


Tane sınırları kayması sonucu mikro boşluklar
σ
Malzeme Bilimi Slaytları
13/40
Yayınma sürünmesi
Çok yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Bu mekanizmanın etkin
olabilmesi için deformasyon sıcaklığının malzemenin ergime sıcaklığının %90’ının üzerinde olması gerekir.
Bu durumda çok kristalli malzemeler dislokasyon hareketi için gereli kritik gerilmeden daha düşük gerilmeler
altında yayınma sürünmesi ile şekil değiştirebilirler. Bu mekanizmada malzeme içerisindeki atomlar gerilme
ekseni doğrultusunda boşluklar ise gerilme eksenine dik doğrultuda yayınırlar. Bu yayınma sonucu
malzemelerin taneleri uzayabilir. Bu durumda taneler en fazla tane boyutu kadar yol alabilirler.
σ
Atom boşluklarının
yayınması
σ
Atom yayınması
Atom boşluklarının
yayınması
σ
σ
Malzeme Bilimi Slaytları
14/40
Tane boyutunun mukavemete etkisi
Tane boyutunun mukavemete etkisi genel olarak Hall-Petch bağıntısı ile ilişkili idi. Yani tane boyutu
azaldıkça mukavemet artmakta idi. Fakat bu şart her zaman geçerli değildir.
Gerilme
Tb<0.5
Tb>0.5, Şekil değiştirme
hızı yüksek
Tb>0.5, Şekil değiştirme
hızı düşük
Tane boyutu
Malzeme Bilimi Slaytları
15/40