Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri

... konulu sunumlar: "Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri"— Sunum transkripti:

1 Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri
Doç.Dr. Derya Dışpınar

2 Isıl işlem göremeyen Isıl işlem görebilen

3 Isıl işlem kodlamaları
F Mekanik veya ısıl işlem görmemiş (döküm, dövülmüş vb.) halde O Tavlanmış ve yeniden kristalleşmiş H Soğuk işlem uygulanmış T Yaşlandırma işlemini göstermektedir

4

5

6

7

8 Fiziksel Metalurji Katı çözelti oluşumu İkinci fazlar Tane inceltme
Deformasyon sertleşmesi Çökelme sertleşmesi

9 yeralan arayer

10 Atom çapları farkı var. Arayer var. Yeralan var. İkinci fazlar var
Atom çapları farkı var.. Arayer var.. Yeralan var.. İkinci fazlar var.. Uyumlu veya uyumsuz.. Bunların hepsinin temel görevi: dislokasyon hareketlerini engelleyerek mukavemeti arttırmak İkinci elementlerin ilavesinde önemli olan faktörler var mı? Hemen örnekleme yapalım

11

12 b a a A B Sadece A atomları A yanında B (çözünmüş) (A) veya a sıvı
mukavemeti arttırabilmeleri için ne gibi etkileri ve özellikleri olması lazım? oda sıcaklığında çözünürlük atomik uyumsuzluk yaratarak gerilim bölgeleri oluşturmaları Bir önceki atomlar arası kıyaslamamıza geri dönecek olursak a A yanında B (çözünmüş) (A) veya a

13 sıvı a + sıvı a a + b A B b mukavemeti arttırabilmeleri için ne gibi etkileri ve özellikleri olması lazım? oda sıcaklığında çözünürlük atomik uyumsuzluk yaratarak gerilim bölgeleri oluşturmaları Bir önceki atomlar arası kıyaslamamıza geri dönecek olursak a

14

15 Fe Si Mn Cu Ti Mg Mukavemet artışı için en olay: dislokasyonlar demiştik!

16 Mukavemet arttırma yöntemleri
Tane sınırlarını azaltmak? Empüriteleri azaltmak? Dislokasyon hareketlerini engellemek? Boşluk konsantrasyonunu azaltmak?

17 Mukavemet arttırma mekanizmaları
Deformasyon sertleşmesi Çözelti sertleşmesi Çökelti sertleşmesi Tane boyutunun azaltılması

18 1. Deformasyon sertleşmesi
1xxx, 3xxx, 5xxx serisine uygulanır Dövme alaşımları Isıl işlem göremeyen

19

20 ELASTİK PLASTİK

21 HOMOJEN HETEROJEN

22 dislokasyon bir kristali deforme etmek için harcanan enerji,
teorik ve hatasız olan kristalden daha daha az! malzemelere plastik deformasyon uygulandığında, deforme edebilmek için daha daha fazla yük uygulanması gerekiyor!

23 dislokasyon

24

25

26 video1: çekme-basma gerilmesi altında deformasyon
video2: kayma gerilmesi altında deformasyon

27 TEM: X video

28 hatalar 1 boyutlu 2 boyutlu 3 boyutlu

29 hatalar 1 boyutlu 2 boyutlu 3 boyutlu

30

31

32 matriks uyumlu yarı uyumlu uyumsuz

33

34

35 ikinci fazlar arası mesafe
15 MPa 1.28 mm İkinci partiküllerin hacim oranının sabit olduğunu düşünürsek, partikül boyutu arttıkça, partiküller arası mesafe de artacağı için dislokasyon hareketini engelleyecek bariyerler de azalmış olacaktır. (ex: hızlı soğuma ile daha ince ve homojen dağılmış Fe3C ve NbC... veya aşırı yaşlanma sonrasında Al alaşımlarından mukavemetin azalması çünkü partikül kabalaşması olması) 50 MPa 0.4 mm

36 Kayma düzlemi düzlem

37 Kayma yönü yön, 4 düzlem: toplam 12 kayma düzlemi

38

39

40

41 Yük, F Alan, A

42 kayma düzlemi normali uygulanan yük arası kayma düzlemi

43 kayma yönü ile uygulanan yük arası
kayma düzlemi kayma yönü ile uygulanan yük arası 𝜏 𝑘 =𝜎.𝑐𝑜𝑠𝜑.𝑐𝑜𝑠λ

44 Schmid Faktörü

45 kırılma Bohr Atom Model String theory
Önemli nokta ne burda? Atomlar arası boşluk!

46

47

48

49 Buraya kadar anlattığımız noktalarda olay hep tane sınırında bitti..
Dolayısıyla tane sınırı ile mukavemet arası bir ilişki var mı? Varsa nasıl?

50 Kırılma Gerilim altında katı gövdenin iki veya daha fazla parçalara ayrılmasıdır Kırılma prosesi iki adımdır: Çatlak oluşumu Çatlak ilerlemesi Kırıklar iki tipte incelenir Gevrek kırılma Sünek kırılma

51 Akmayı aşıp oluşan kırılmalar Göz ile Boyun verme yok, parlak yüzey,
Gözlem boyutu Gevrek Sünek Mühendis gözüyle Akmadan önce kırılma Akmayı aşıp oluşan kırılmalar Göz ile Boyun verme yok, parlak yüzey, kristalin ve tanesel Boyun verme var, mat yüzey Makro boyut (< 50x) Kesit alanındaki azalma hemen hemen yok (sünek davranış yok) Orta ile çok arası kesit alanında daralma Mikro boyut (100-10,000x) Gevrek mikroporlar, taneiçi Sünek mikroporlar, boşluk birleşmesi TEM (> 10,000x) Yüksek oranda bölgesel plastiklik Genel olarak yüksek plastiklik Yapı HMK, HSP YMK* Gevrek kırılmada ciddi bir plastik deformasyon olmadan hızlıca ilerleyen bir çatlak ile tanımlanır ve tipik olarak ANİDEN olur ve belirtisi yoktur En çok etkileyen faktörler: düşük sıcaklık, yüksek deformasyon hızı ve üç eksenli gerilimler * Tane sınırı gevrekleşmesi hariç

52 kırılma Kayma düzlemleri!!!

53

54 gevrek sünek

55 Kırılma 1983’de, Ulusal Standartlar Bürosu (ABD), kırılma sonucu oluşan hasarlardan kaynaklanan zararının yaklaşık: $ Maddiyatın ve ekonomik götürüsünün yanısıra yaralanma ve insan hayatı ile ilişkili olması önem arz ediyordu

56 Kırılma sebepleri uygun olmayan yükler ve dağılımları
çevresel faktörler tasarım ve malzeme seçimi malzemelerdeki hatalar üretim veya bakım sırasındaki eksiklikler Kırılmaya karşı yapılan tasarımların kendine özgün bir teknolojisi vardır ve oldukça aktif bir araştırma alanıdır. Tipik olarak “çekme” değerlerini baz alarak kırılma mekaniğini inceleriz, ancak hayati tehlike içeren durumlarda tüm faktörler göze alınmalıdır

57 Dislokasyonlar mukavemetini arttırmak: mikroyapıda değişiklikler yaparak dislokasyon hareketini engelleyebilmektir. mukavemet artışı olurken, gevrek (kırılgan) bir malzeme elde edilmiş olunur. Bir malzemenin mukavemetini arttırmak için yapılması gereken en önemli hamlelerden birisi de mikroyapıda değişiklikler yaparak dislokasyon hareketini engelleyebilmektir. Bu durumda mukavemet artışı olurken, oldukça gevrek (kırılgan) bir malzeme elde edilmiş olunur. Dolayısıyla aniden çatlak oluşumu ve servis dışı kalma gibi felakete kadar giden durumlar olabilir Birçok mühendislik problemleri bununla ilgilidir. Ancak şimdilerde, bu ve benzeri yapısal tasarımlarda güvenlik prosedürleri oldukça artmıştır.

58 Kırılma Malzeme türüne Sıcaklığa Yüke Yüklenme hızına
Metaller çok farklı şekillerde kırılma özelliği gösterirler… Gevrek: gözle görülen deformasyon yok.. Ani ve hızlı.. Ve YMK metallerde gözlenmezken Sünek: belirgin plastik deformasyon var.. Tek kristalli HSP taban düzleminin kayması ile belirgin plastik akış gösterir Çok kristalli metallerde (altın ve kurşun gibi) lastik gibi uzayarak inceldikten sonra kopma gösterebilirler. Tipik olarak boyun verme olarak adlandırılan olay ardından kopma olur

59 Atomlar arası bağ Bağ kuvveti: ELASTİK MODÜL
Atomlar arası itme ve çekme kuvveti vardır. Bu kuvvetlerin dengede olduğu durumda kristal yapı oluşur ve aradaki mesafeye ao denir. Çekme gerilimi altında kaldıkları zaman, atomlar birbirinden ayrılmaya başlar Bu durumda atomlar arası itme kuvveti gittikçe azalır. Aradaki çekme kuvveti ise artar. Çünkü gerilim altında halen birbirlerine tutunmak isterler Bir noktadan sonra artık itme ve çekme kuvvetleri etkisini yitirir (atomlar arası mesafe arttıkça) grafikte sigma max ile gösterilen nokta Bir malzemenin bağ kuvvetini dolayısıyla elastik modülünü belirler

60