MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ

Nobel Yayıncılık N

Mühendislik uygulamalarında saf malzemelerden özellikle ısı ve elektrik iletiminin önemli ve bazı özel uygulamalarda yararlanılır. Bunun dışında, yüksek dayanımın arandığı örneğin bir otomobilin aksında veya traktörün aktarma organları gibi zorlanmanın önemli olduğu uygulamaların tamamında alaşım malzemeler tercih edilir. Örneğin saf bakırın dayanım değerleri yeterince yüksek olmadığı gibi talaşlı imalatı da sorunludur. Bu haliyle otomobil radyatör imalatı için düşünülebilir. Ancak ağ.%40 Zn ilavesiyle elde edilen alaşımın (pirinç) Bakıra göre akma ve çekme dayanımı çok daha yüksektir. Korozyon direnci yükselmiştir. Talaşlı imalat kabiliyeti önemli oranda iyileşmiştir.

Saf suya ait faz diyagramı . Değişkenler; dış basınç (düşey eksende ve logaritmik ölçekte) ve sıcaklıktır. Bu üç farklı fazın (katı—buz, sıvı—su ve gaz—buhar) bölgelerini tanımlayan bir haritadır. Kırmızı çizgiler, faz bölgelerini ayıran sınırları temsil etmektedir. Her bir bölge içinde yer alan fotoğraflar o bölgelerdeki fazları ve küp şeklindeki buz,bardağa konan su, çaydanlıktan çıkan buhar gibi bulunduğu durumları göstermektedir.

Şekerin, şeker-su karışımı içindeki çözünürlüğü Birçok alaşım sisteminde belirli bir sıcaklıkta çözünen atomların, çözen kafes içinde ulaşabileceği ve çözünebilirlik (çözünürlük) sınırı olarak isimlendirilen bir üst konsantrasyon sınır değeri vardır. Su ve şeker olarak sadece iki bileşen bulunduğundan, herhangi bir bileşim için bu bileşenlerin oranlarının toplamı % 100’dür.

Başlangıçta şekerin suya karıştırılmasıyla şeker-su karışımı meydana gelmektedir. Daha fazla şeker ilave edildiğinde çözünürlük sınırına ulaşana veya su şeker açısından doyana kadar çözelti daha da yoğunlaşmaktadır. Bu anda çözelti daha fazla şeker çözme yeteneğini kaybeder ve şekerin fazlası çözeltinin dibine katı halde çökelir. Böylece sistem sıvı durumdaki şeker-su karışımı ve çözünmemiş katı durumdaki şeker kristalleri olmak üzere iki farklı maddeyi birden içermektedir.

Yeralan ve arayer empürite atomlarının iki boyutta şematik gösterimi Bileşen deyimi, çoğunlukla alaşımı oluşturan saf metaller ve/veya bileşikler için kullanılır. Örneğin bir bakır-çinko alaşımı olan pirinçte Cu ve Zn bileşenlerdir. Yeralan ve arayer empürite atomlarının iki boyutta şematik gösterimi Bir katı çözelti en az iki farklı element atomlarından çözünenlerin çözen atomların kristal kafesindeki arayer ve yeralan kafes noktalarına yerleşmesiyle meydana gelmektedir.

FAZLAR Faz, bir sistemin homojen fiziksel ve kimyasal özellikler gösteren parçası olarak tanımlanabilir. Her saf malzeme bir faz olarak düşünülebildiği gibi her katı, sıvı ve gaz çözelti de faz olarak değerlendirilebilir. Örneğin üzerinde durulan şeker-su karışım çözeltisi bir fazdır ve katı şeker de diğer bir fazı oluşturur. Tek fazlı bir sistem homojen olarak nitelendirilmektedir. Birden fazla faz içeren sistemler karışım veya heterojen sistemler olarak tanımlanır. Çoğu metal alaşımları, seramik, polimer ve kompozit sistemler heterojen özellik gösterir. Genellikle çok fazlı sistemler yapılarındaki fazlar birbirleriyle etkileşerek fazların her birine ait özgün özelliklerinden daha farklı ve daha cazip özellik kombinasyonları sunar.

2.Faz Katı Çözelti Sıvı durumda Cu-Ni sınırsız (tam) çözünürlük. Cu-Ni katı durumda sınırsız oranda birbirlerinde (tam) çözünürler. Cu ve Zn alaşımları sınırlı çözünmeden dolayı % 30 dan fazla Zn çözemez, ikinci faz bölgeleri oluşturur.

Mikroyapı Bir malzemenin fiziksel özellikleri, özellikle de mekanik özellikleri sahip olduğu iç yapıya yani mikroyapıya bağlıdır. Bir alaşımın mikroyapısı sahip olduğu alaşım elementlerine, bunların kimyasal bileşimdeki oranlarına ve gördüğü ısıl işleme (örneğin alaşımın belirlenen sıcaklığa ısıtılması, bekletilmesi ve bu sıcaklıktan farklı hızlarda oda sıcaklığına soğutulması gibi) bağlıdır. Üstte tek fazlı (homojen) , altta iki fazlı alaşıma ait mikroyapılar.

FAZLARDA DENGE HÂLİ Denge hâli, serbest enerji adı verilen bir termodinamik büyüklükle tanımlanır. Kısaca serbest enerji bir sistemin iç enerjisi ile atom veya moleküllerinin rastgeleliği veya düzensizliğinin (entropi) bir fonksiyonudur. Bir sistemin serbest enerjisi tanımlanan sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşim için en düşük durumda ise bu sistem dengededir. Faz dengesi bir sisteme ait faz özelliklerinin zamanla değişmediğini ifade eder. Denge durumunda şeker su karışımı ağırlıkça % 65 şeker – % 35 su içerir ve bu kimyasal bileşim ile bileşenlerin oranları zamanla değişmez. Sistemin sıcaklığı aniden örneğin 100oC’ye yükseltildiğinde, bu denge hali geçici olarak bozulur ve şekerin çözünebilirlik sınırı ağırlıkça % 80’e yükselir.

Özellikle katı sistemlerde denge haline ulaşma hızı çok yavaş olduğundan, tam denge haline ulaşılmaz ve bu tür sistemler dengesiz veya yarı-kararlı (meta stabil) halde bulunur. Yarı-kararlı hal veya mikroyapı zamanla birlikte ya değişmeyerek ya da fark edilmeyecek boyutta çok az değişerek devamlılığını ve sürekliliğini korur

BİR BİLEŞENLİ FAZ DİYAGRAMLARI Belirli bir sistemin faz yapısının kontrol edilmesine ait bilginin birçoğu, faz diyagramları veya denge diyagramları olarak da isimlendirilen grafikler yardımıyla elde edilir. Faz diyagramlarını etkileyen üç dış parametre sıcaklık, basınç ve kimyasal bileşim olup, faz diyagramları bunların çeşitli kombinasyonlarının birinin diğerine göre çizilmesiyle belirlenir. Her bir faz ilgili alanının sınırladığı sıcaklık-basınç aralığında kalmak üzere denge halindedir. Grafikte yer alan ve aO, bO ve cO olarak işaretlenen üç eğri aynı zamanda faz sınırlarını belirtmekte ve bu eğriler üzerindeki herhangi bir nokta eğrinin her iki tarafında bulunan fazların birbiriyle denge halinde bulunduğunu göstermektedir. NOT: O noktası üçlü nokta değişmez nokta olarak adlandırılır.

Bir elemente diğer bir element karıştırılacak olursa, her zaman toplam iç enerji mimimum olacak şekilde yeni atom düzenleri meydana gelir.

Hem sıvı hem de katı hallerde tam çözünürlük gösteren sistemler izomorfik olarak nitelendirilir. Örn: Cu-Ni, bunun nedeni, her ikisinin de YMK kristal yapıda , atom yarıçaplarının ve elektronegativitelerinin birbirine yakın ve benzer valans özelliğe sahip olmalarındandır. Cu-Ni faz diyagramı

Alaşımda Hume-rothery kuralı gerçekleşmişse tam ve sınırsız bir çözünme (karışma) sağlanabilir. Atom çapları arasında fark %15 küçük olmalı , kafes türü aynı, elektronegativite özell. yakın, bağıl valans faktörü uygun olmalıdır

İZOMORFİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPININ OLUŞMASI   Dengeli Soğuma Hali

Dengesiz Soğuma Hali

9.10 İZOMORFİK ALAŞIMLARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

9.11 İKİLİ ÖTEKTİK SİSTEMLER E noktasında : ÖTEKTİK REAKSİYON Ağırlıkça:

9.12 ÖTEKTİK ALAŞIMLARDA MİKROYAPI OLUŞUMU

9.13 ARA FAZLAR VEYA BİLEŞİKLER İÇEREN DENGE DİYAGRAMLARI

9.14 ÖTEKTOİD VE PERİTEKTİK REAKSİYONLAR