malzeme seÇİmİnİn Önemİ ve mÜhendİslİk malzemelerİ · bulundurulmasi gereken temel...

MALZEME

SEÇİMİNİN ÖNEMİ

VE MÜHENDİSLİK

MALZEMELERİ Doç.Dr. Salim ŞAHİN

MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ

Günümüzde 70.000 demir esaslı malzeme

(özellikle çelik) olmak üzere 100.000’den

fazla kullanılan geniş bir malzeme

spektrumu vardır.

Kullanılan her bir malzemeyi ayrı ayrı

saydığımızda bir traktörde 15-20 bin, bir

otomobilde 20-25 bin, bir tankta 40 bin, bir

uçakta 100 bin ve bir denizaltıda 120 bin

adet malzeme bulunmaktadır.

MALZEME SEÇİMİNİN ÖNEMİ

Çok sayıda malzemenin bir araya

getirildiği bu karmaşık sistemlerin her biri

önemli görevleri yerine getirmektedir.

Dolayısıyla bu malzemelerin doğru ve

bulundukları yerdeki şartlara uygun

seçilmesi çok önemlidir.

Aksi takdirde çalışma sırasında sistemin söz

konusu parçası kırılıp can ve mal kaybına

sebep olabilir.

MALZEME SEÇİMİNDE GÖZ ÖNÜNDE

BULUNDURULMASI GEREKEN TEMEL

UNSURLAR

Elde edilebilirlik

İmal edilebilirlik

Tamir kabiliyeti

Güvenilirlik

Uyumluluk

Maliyet

Kararlılık

MÜHENDİSLİK

MALZEMELERİ

MÜHENDİSLİK MALZEMELERİ

Metaller

Demir esaslı

Çelik

Dökme Demir

Demir dışı

Ağır metaller

Hafif metaller

Seramikler Plastikler

Termoplastik

Termoset

Kompozitler

(matrise göre)

Polimer Matris

Metal Matris

Seramik Matris

MMK : Metal matrixli kompozit, PMK : Polimer matrixli kompozit, SMK ;

Seramik matrisli kompozit, PŞV ; Plastik şekil verme

Metaller Plastikler Seramikler Kompozitler

Metalik bağ Kovalent bağ İyonik bağ Makro düzeyde birleşme

Pb hariç mukavemet

yüksek

Mukavemet düşük Basma mukavemeti

yüksek

Mukavemet iyi (MMK)

Mukavemet düşük (PMK)

Isıl iletkenlik yüksek Isıl iletkenlik düşük Isıl iletkenlik düşük Değişken

Elektrik iletkenliği yüksek Elektrik iletkenliği düşük Elektrik iletkenliği düşük Değişken

Özgül ağırlık yüksek Özgül ağırlık düşük ρplastik< ρseramik< ρmetal Düşük (PMK), Yüksek (MMK)

PŞV yeteneği iyi PŞV var (termoplastik)

PŞV yok (termoset)

PŞV yeteneği yok PŞV yeteneği zayıf

Sünek (Al)

Gevrek (W)

Sünek(termoplastik)

Gevrek (termoset)

Sert, gevrek Sünek(PMK)

Gevrek (SMK)

Darbe direnci

Yüksek (çelik)

Düşük (Pb)

Darbe direnci

Yüksek

Darbe direnci

Düşük

Darbe direnci

Düşük (SMK)

Yüksek (PMK)

Korozyon direnci

İyi (paslanmaz ç.)

Kötü (Fe)

Korozyon direnci İyi Korozyon direnci İyi Korozyon direnci

İyi (PMK)

Kötü (MMK)

MÜHENDİSLİK MALZEMELERİNİN SINIFLANDIRILMASI

METALLER Çelik, alüminyum, bakır, çinko, dökme demir, titanyum

ve nikeli kapsayan metal ve alaşımlar genellikle;

iyi termal ve elektrik iletkenliğine,

nispeten yüksek dayanıma,

kolay şekillendirilebilme özelliğine

oda sıcaklığında katı yapıya

yoğunluklarına bağlı olarak hafif-ağır özelliğe sahip malzemelerdir.

Saf metaller zaman zaman kullanılmalarına rağmen genellikle alaşımlar adı verilen metal karışımları arzu edilen belirli bir özellikte gelişme sağlamak veya daha iyi özellikler elde etmek için kullanılır.

Metalik Malzemeler iki gruba ayrılırlar

DEMİR ESASLI MALZEMELER

•Sıcak ve soğuk şekillendirilebilen ve içinde % 2’den az karbon bulunan bir demir-karbon alaşımıdır.

Çelik

•Denge diyagramında karbon oranının %2,06 ile %4,3 arasında değiştiği bölgedeki demir esaslı malzemelerdir.

Dökme Demir

DEMİR DIŞI MALZEMELER

Alüminyum ve alaşımları,

Bakır ve alaşımları

mühendislikte en çok

tercih edilen demir dışı

malzemelerdendir.

ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI Tabiatta en çok bulunan elementlerden biridir

ve mühendislik yapılarında çelikten sonra en çok kullanılan metaldir.

Çeliklere göre hafif olmasının yanında korozyona dayanıklılığı da iyidir.

Hafiflik kıyaslaması yapılırken, malzemelerin özgül dayanım değerleri karşılaştırılır. Alüminyumun dayanım/yoğunluk oranı, yani özgül dayanım değeri hafiflik isteyen yapılar için (uçak, piyade silahı, yüksek gerilim hatları vs.) iyidir.

ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI

Rijitliğin önemli olduğu durumlarda özgül rijitlik

değerleri önem kazanır.

Özgül rijitlik değeri, çekme zorlamasında E/ρ,

eğme ve burma zorlamasında E1/2/ρ olarak

alınır.

Bu değerler ne kadar büyük olursa eleman o

kadar rijit olur (az esneyebilir).

Karşılaştırma yapılırsa alüminyum alaşımlarının

çeliğe göre önemli üstünlüğü vardır.

ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI Alüminyumun elektrik ve ısı iletkenliği, bakırın

elektrik iletkenliğine göre azdır.

Fakat özgül elektrik iletkenliği (elektrik iletkenliği/yoğunluk) ve özgül ısı iletkenliği (ısı iletkenliği/yoğunluk) değerleri karşılaştırıldığında bakırdan daha iyi olduğu görülür. Bundan dolayı, havaİ elektrik hatlarında alüminyum alaşımları kullanılır.

Yüzey merkezli kübik yapıya sahip olan alüminyumun, sıcak ve soğuk şekillendirilebilirliği çok iyidir.

BAKIR VE ALAŞIMLARI Bakır alaşımlarının yoğunluğu çelikten fazladır.

Bazı bakır alaşımlarının özgül dayanımları, alüminyum ve magnezyum alaşımlarından daha düşüktür.

Bakır alaşımlarının yorulma dayanımları, sürünme dayanımları ve aşınma dayanımları alüminyum ve magnezyum alaşımlarından daha iyidir.

Bakır alaşımlarının pek çoğunun sünekliliği, korozyon direnci, elektrik iletkenliği ve ısı iletkenliği mükemmeldir.

Saf bakırın başlıca

kullanım alanları

o Bakır tel

o Motor bobini

o Jeneratörler

o Transformatörler

o Elektrikli trenlerin havai hatları

o Troleybüs baraları

o Endüstrilere ve evlere elektrik enerjisi nakleden iletim hatlarında

o Radyatörler ve yağ soğutucuları

o Yüksek fırın tüyer, yastık radyatör ve monkilerin yapımında

o Ark ocaklarının elektrod tutucu ve kollarının yapımında

%99.95 saflıkta bakır

POLİMERLER

Polimerler; plastikler,

kauçuklar ve yapıştırıcıları

içine alan büyük organik

moleküllü malzemelerdir.

PLASTİKLER Plastik, karbonun (C) hidrojen (H), oksijen

(O),azot (N) ve diğer organik ya da inorganik elementler ile oluşturduğu monomer adı verilen, basit yapıdaki moleküllü gruplardaki bağın koparılarak, polimer adı verilen uzun ve zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelere verilen isimdir.

Örneğin; Etilen bir monomerdir. Bu monomerden oluşturulan polimer olan polietilen ise polimerdir. En çok kullanılan plastiklerin başında gelir.

PLASTİKLER Plastikler doğada hazır bulunmaz, doğadaki

elementlere insan tarafından müdahale edilmesi ile elde edilir.

Elde edilmesi belli bir sıcaklık ve basınç altında, katalizör kullanılarak monomerlerin reaksiyona sokulması ile olur.

Plastik ilk üretildiğinde toz, reçine veya granül halde olabilir.

Genelde plastikler petrol rafinerilerinde kullanılan ham petrolün işlenmesi sonucu arta kalan malzemelerden elde edilir.

POLİMERLER Küçük moleküllerin birleştirilerek uzun

moleküller haline getirilmesine polimerizasyon denir.

Polimer molekülünün boyutu büyürken ergime ve yumuşama sıcaklığı artar ve polimer daha sağlam ve katı hale gelir.

Polimerlerin yoğunlukları az ve korozyona dayanımları iyidir, fakat dayanımları ve elastisite modülleri düşüktür.

Polimerlerde sürünme oluştuğu için yüksek sıcaklığa uygun olmayan malzemelerdir. Polimerlerin pek çoğu ucuzdur ve kolayca şekillenebilir.

Polimerler

Termoplastiler Termosetler Elastomerler

SERAMİKLER

Seramikler, metal ve metal olmayan

elementlerin oluşturduğu kompleks yapılı,

kovalent veya iyonik bağlı malzemelerdir.

Genellikle kayaların dış etkiler altında

parçalanması ile oluşan kil, kaolen ve

benzeri maddelerin yüksek sıcaklıkta

pişirilmesi ile meydana gelirler.

SERAMİKLER

Bileşiminde değişik türde silikatlar,

alüminatlar ve bir miktar metal oksitler ile

alkali ve toprak alkali bileşikler bulunan bir

malzemedir.

Seramik grubuna oksitler, nitritler, boridler,

karbitler, silikatlar ve sülfidler girmektedir.

Seramiklerin özellikleri

Sert

Korozyona dayanıklılık

Yüksek bası

dayanımı

Düşük ısı iletkenliği

Düşük elektrik

iletkenliği

Yüksek ergime sıcaklığı

Gevrek

KOMPOZİTLER

Kompozit malzemeler makroskobik olarak birbirinden ayrı iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile imal edilen malzeme türüdür.

Alman metalurji cemiyeti kompozit malzemeleri, birbiri ile uyumlu ancak birbiri ile aşırı reaksiyona girmeyen ve en az iki bileşenin makro ölçüde bir araya getirilmesi ile oluşan malzeme olarak tanımlar.

Her kompozitte genellikle iki tip eleman bulunur; matris ve takviye malzemesi. Bu malzemeler birbirlerinden farklı fiziksel özelliklere sahiplerdir, ve bir araya getirilmeleri ile oluşan kompozit malzeme her ikisinden farklı özelliklere kavuşur.

Genel olarak takviye malzemesi taşıyıcı görev üstlenir, ve etrafında bulunan matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar.

Kompozit malzemeler;

gibi özelliklerinden dolayı tercih edilirler.

Rijitlik

Dayanım

Hafiflik

Yüksek sıcaklık dayanımı

Korozyona dayanıklılık

Sertlik

İletkenlik

Metal-metal

Metal-seramik

Metal-polimer

Seramik-polimer

Seramik-seramik

Polimer-polimer