İnşaat mühendisliği bölümü yapi malzemesİ...

1

Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

YAPI MALZEMESİ

- I

2. Katı

Cisimlerin İç Yapısı

2.1.

Atom Yapısı2.2.

Atom Bağları

2.3.

Atomsal Yapı

Türleri2.3.1.

Metalik (Kristal) Yapı

2.3.2.

Amorf Yapı2.3.3.

Bileşik Yapı

2.3.4.

Kolloidal

Yapı2.3.5.

Seramik Yapı

2

2. Katı


tasarımilk boyutlandırma Yükleme koşulları

ve kesin hesaplamalar

yükler altındaki davranış?

malzeme

mekanik özellikler

Yapı

3

2. Katı


Mekanik Özellikler iç

yapı

Atom yapısıBağlarMoleküler yapıFazlarTane yapısı

Yapı

Mühendisi min.fizik ve kimya bilgisi

4

Elektronlar, çekirdek kütlesi yanında çok küçüktür (1/1850 oranında) ve bu değer kütle hesabında göz önüne alınmaz.

Atomun en önemli özelliği, çeşitli bağ

kuvvetlerinin meydana

gelmesine yol açan elektron sayısıdır.

2.1. Atom Yapısı

Elektronlar (e)Çekirdek (p+n)

Denge durumundaki bir atomda elektronların (-) sayısı

protonların (+)

sayısına eşittir.

5

Atom numarasAtom numarasıı

(Z) = proton say(Z) = proton sayııssıı

= elektron say= elektron sayııssıı

(dengede) (dengede)

Kütle numarası

(A) =

Atomdaki proton ve nötronların toplam sayısı

2.1. Atom Yapısı

Z

AC6

12O8

16 Fe26

56

1s2,2s2,2p2

1s2,2s2,2p4

1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d6

6

ÖÖrnerneğğin, atom numarasin, atom numarasıı

92 olan uranyumun 92 elektronu vard92 olan uranyumun 92 elektronu vardıır. r.

Buna gBuna gööre, uranyum atomunun re, uranyum atomunun ççekirdeekirdeğğinde 92 proton ve 146 ninde 92 proton ve 146 nöötron tron

vardvardıır. r.

BBööylece uranyumun ylece uranyumun kküütle atle ağığırlrlığıığı

238 olur (elektron k238 olur (elektron küütle atle ağığırlrlığıığı

ihmal).ihmal).

2.1. Atom Yapısı

1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10f3 6s2p6d1 7s2

Valans elektronları: 5f3 6d1 7s2

Yoğunluğu: 18.95g/cm3

7

Nötr bir atom için; elektron sayısı= proton sayısı

İyon yükü= proton sayısı

– elektron sayısı

(E.S.)

(K.N.) Kütle numarası= proton + (N.S)nötron sayısı (atom ağırlığı)

Atom Numarası

(A.N.) = Proton Sayısı

= Çekirdek Yükü = Elektron Sayısı

2.1. Atom Yapısı

8

Atomların çapları

çok küçüktür (2-5 Angstrom).

Atom numarasına bağlı

olarak atom çekirdeğinin yarıçapı

10-12

-10-11

mm aralığında, atom yarıçapı

ise yaklaşık

10-7

mm

civarındadır.

Hidrojenin atom yarıçapı

0,46×10-7

mm, toryumun atom yarıçapı

1,8×10-7

mm’dir.

2.1. Atom Yapısı1 Angstrom = 10-10

m

9

2.1. Atom Yapısı

Elektronların çekirdekten belli mesafedeki yörüngelerde hareket ettiği kabul edilir.

Her yörüngede 2n2

(n yörünge sayısı) sayıda elektron bulunur. Yörüngeler K, L, M, N, O, P ve Q olarak adlandırılır.

En dış

yörüngede bulunan elektronlar: valans elektronları

10

2.1. Atom Yapısı

Valans elektronları

atomlar arası

bağı, atomlar arası mesafeyi ve malzemenin birçok özelliğini etkiler.

En kararlı

atomlar en dış

kabuğunda 8 elektron bulunanlardır (Periyodik cetvelin en sağ

kolonu: VIIIA

grubu).

2He: 1s2

10Ne: 1s2,2s2,2p6

18Ar:1s2,2s2,2p6,3s2,3p6

36Kr,

54Xe, 86Rn

11

2.1. Atom Yapısı

Valans elekton sayısı

azalırKolay elektron verip

pozitif yüklü

iyon (katyon) oluştururlar.

Elektron almaya ve negatif iyon (anyon)

haline gelmeye eğilimli

Elektronegatif elementler

Elektropozitif elementler

Elektronlarını ortaklaştırarak

bağ

oluştururlar.

12

İZOTOPElementlerin kimyasal özelliklerini o elementin elektron ve proton sayısı

belirler.

Bir elementin tüm izotoplarında kimyasal özellikleri aynıdır. İzotoplarda yalnızca fark nötron sayısıdır.

İzotoplarda bazı

fiziksel özellikler birbirinden farklı

olabilir. Örneğin bazı

izotoplar radyoaktif olmalarına karşın diğerleri

değildir.

2.1. Atom Yapısı

13

İZOTOP

2.1. Atom Yapısı

http://www.geog.ucsb.edu/~williams/hydrogen_isotope_masses.jpg

14

Aynı

atomun protonları

sabit kalmakla beraber nötronları değişik olabilir ki bunlara izotop

denilir.

Örneğin; 26 Atom numarasına sahip demirin izotopları:

54Fe (26 p, 28

n) 55Fe (26 p, 29

n)

56Fe (26 p, 30

n) kararlı 57Fe (26 p, 31 n) kararlı 58Fe (26 p, 32

n) kararlı

59Fe (26 p, 31 n) radyoaktif 60Fe (26 p, 32

n) radyoaktif

Aynı

atom numarasına (A.N.=p) sahip ancak kütle numarası

(K.N.=p+n) farklı

elementlerdir.

2.1. Atom Yapısı

İZOTOP

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Iron_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg

15

Bir atom gramda; örneğin 55,85 gram demirde 6,02×1023

(Avagadro sayısı

) kadar atom vardır.

2.1. Atom Yapısı

Demir atomunun 165 milyar kez büyütülmüş

hali (HMK)

Brüksel Belçika, 1958

16

İZOTOP

2.1. Atom Yapısı

17

İZOBARAtom numaraları

birbirlerine yakın

elementlerin bazı

izotopların kütle sayıları

birbirlerine eşit olabilir.

Proton adedi farklı, kütle sayıları

aynı

atomlara izobar denir.

2.1. Atom Yapısı

18

ATOM MODELLERİ

Elektronların hareket etmediği tahmin edilen model

Çekirdek etrafında güneş

sistemine

benzer belirli yörüngelerde dönen elektronlar

Son olarak elektronların

dalga hareketi yaptığı ve

belirli bir bölgede bulunması ihtimali olduğu yörüngeler

2.1. Atom Yapısı

19

Bağ

kuvvetleri:

Teorik mukavemetin kaynağı

Elektriksel ve ısıl özellikler

Atomlar arası

bağ

kuvvetli ise şekil değiştirme direnci büyük, ergime sıcaklığı

yüksek ve ısıl genleşme düşük

olur.

Atom bağları

zayıf (fiziksel) veya kuvvetli (kimyasal) olabilir. Kimyasal bağlar üç

şekilde olur.

2.2. Atomlar arası

bağlar

20

2.2. Atomlar arası

bağlar

En dış

yörüngedeki elektron sayısı

az ise atom bu elektonları verip yörüngeyi boşaltma eğilimindedir. Bu elementler

metaldir

ve metal atomları

birbiri ile metalik bağ

ile bağlanır.

En dış

yörüngedeki elekton sayısı

hemen hemen doluya yakın atomlar ise eksik elektronu tamamlamaya eğilimlidir. Bu elementler ametal

olarak adlandırılır. İki ametal arasındaki

bağ

genelde kovalenttir.

Bir metal

ile ametal atom arasında ise iyonik

bağ

meydana gelir.

21

BAĞ

ÇEŞİTLERİ1.1.

İİyonik Bayonik Bağğ

2. 2. Kovalent BaKovalent Bağğ

3. 3. Metalik BaMetalik Bağğ

4. 4. Van Der Waals BaVan Der Waals Bağığı

2.2. Atomlar arası

bağlar

22

Metaller atomlarının son yörüngelerinde genellikle 1, 2 veya 3 elektron bulunur.

Ametallerde ise son yörüngede 5, 6 veya 7 elektron bulunur (Bor hariç).

2.2. Atomlar arası

bağlar

1. 1. İİYONYONİİK BAK BAĞĞ

23


Son ySon yöörrüüngedeki eksiklikler elektron alngedeki eksiklikler elektron alışışveriverişşi ile sekize i ile sekize tamamlantamamlanıır. r.

Na (0) yüksüz

Elektron kaybeder

Na+

(+) Katyon

Cl (0) yüksüz

Elektron alır

Cl-

(-) Anyon

Na+ Cl-

+ -

2.2. Atomlar arası

bağlar

24

2.2. Atomlar arası

bağlar


İİyonik bayonik bağğ

metaller ile ametaller arasmetaller ile ametaller arasıında olunda oluşşur.ur.

25


2.2. Atomlar arası

bağlar

Sodyum klorür (NaCl)

Kübik kafes yapısı

Yoğunluk 2.165

g/cm3

Ergime sıcaklığı 801°C

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Halit-Kristalle.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Salt_mine_0096.jpg

26

İyonik moleküller suda çözünebilir: Su molekülleri ile iyonlar arasındaki çekim iyonların suda çözülmesini sağlar.

İyon yüküne göre su molekülleri yönlenir ve iyonları

taşır.

2.2. Atomlar arası

bağlar

27


2.2. Atomlar arası

bağlar

Magnezyum klorür (MgCl2

)

Yoğunluk 2.32

g/cm3

Ergime sıcaklığı 714°C

Rombohedral kafes yapısı

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Magnesium_chloride.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Magnesium-chloride-3D-polyhedra.png

28


2.2. Atomlar arası

bağlar

Kalsiyum oksit (CaO)Yoğunluk 3.35

g/cm3

Ergime sıcaklığı

2572°C Kübik kafes yapısı

29


2.2. Atomlar arası

bağlar

İİyonik bayonik bağğ

yyöönsnsüüzdzdüür. r. ÇüÇünknküü

her iyon mher iyon müümkmküün oldun olduğğu u kadar zkadar zııt yt yöönlnlüü

iyonla iyonla ççevrilidir. evrilidir.

Transfer edilen elektron sayTransfer edilen elektron sayııssıı

arttarttııkkçça baa bağığı

koparmak koparmak zorlazorlaşışır ve malzemenin ergime noktasr ve malzemenin ergime noktasıı

yyüükselir. kselir.

30

Genel olarak iyonik bağ

içeren katı

malzemeler:

Serttir.

Çünkü atomlar arasında kayma hareketi oluşması güçtür.

İyi yalıtkandır.

Çünkü serbest elektronları

veya serbest iyonları

yoktur (bir çözeltide çözülmüş

veya eritilmemişse).

Kırılgandır,

deforme olmak yerine çatlamaya meyillidir. Çünkü bağlar çok kuvvetlidir.

Yüksek ergime sıcaklığına sahiptir.

2.2. Atomlar arası

bağlar


31

2. KOVALENT BA2. KOVALENT BAĞĞ

Elektronlar Elektronlar ççekirdek etrafekirdek etrafıında dnda dööndndüükleri gibi kendi kleri gibi kendi eksenleri etrafeksenleri etrafıında da dnda da döönerler.nerler.

Bu dBu döönme hareketi neticesinde elektromagnetik kuvvetler nme hareketi neticesinde elektromagnetik kuvvetler oluoluşşur.ur.

+- + -

2.2. Atomlar arası

bağlar

PaylaPaylaşışılan elektron ile pozitif lan elektron ile pozitif ççekirdek arasekirdek arasıında nda ççekim ekim kuvveti olukuvveti oluşşur.ur.

32


2.2. Atomlar arası

bağlar

Bu baBu bağğlar periyodik tablodaki konumlarlar periyodik tablodaki konumlarıı

ve ve elektronegatiflikleri birbirine yakelektronegatiflikleri birbirine yakıın olan atomlar arasn olan atomlar arasıında nda oluoluşşur (ametalur (ametal--ametal). ametal).

ÇÇok sayok sayııda valans elektronunun yda valans elektronunun yöörrüüngeyi bongeyi boşşaltacak altacak şşekilde verilmesi veya sekize tamamlanmasekilde verilmesi veya sekize tamamlanmasıı

ççok enerji ok enerji

gerektirir. Valans elektronlargerektirir. Valans elektronlarıınnıın n ortak kullanortak kullanıımmıı

ile ile kovalent bakovalent bağğ

kurmaya ekurmaya eğğilim vardilim vardıır. r.

33


2.2. Atomlar arası

bağlar

Valans elektronlarValans elektronlarıı

ortaklaortaklaşşarak oktetler (sekizli arak oktetler (sekizli elektron sistemi) oluelektron sistemi) oluşşturur.turur.

Kovalent baKovalent bağğ

yyöönlnlüüddüür. Her atomun en yakr. Her atomun en yakıın n komkomşşu sayu sayııssıı

(8(8--N) kuralN) kuralıı

ile belirlenir. (N en dile belirlenir. (N en dışış

kabuktaki elektron saykabuktaki elektron sayııssııddıır.)r.)

34


2.2. Atomlar arası

bağlar

F, Cl, Br, I, At N=7 8F, Cl, Br, I, At N=7 8--N=8N=8--7=17=1

Her atomun yalnHer atomun yalnıız bir komz bir komşşusu var ise diusu var ise di--atomik atomik molekmoleküüller oluller oluşşur. ur.

17Cl 1s2,2s2,2p6,3s2,3p5 Cl Cl

H2 , HCl (gaz)

35


2.2. Atomlar arası

bağlar

O, S, Se, Te N=6 8O, S, Se, Te N=6 8--N=8N=8--6=26=2

Her atom iki atomla baHer atom iki atomla bağğlanlanıır ve uzun zincir r ve uzun zincir oluoluşşturur. turur.

16S 1s2,2s2,2p6,3s2,3p4

Rubber-like strands of plastic sulfur formed by pouring hot molten sulfur into cold water.

36


2.2. Atomlar arası

bağlar

N, P, Sb N=5 8N, P, Sb N=5 8--N=8N=8--5=35=3

Her atomun Her atomun üçüç

komkomşşusu vardusu vardıır ve plaka r ve plaka oluoluşşturur. turur.

7N 1s2,2s2,2p3

37


2.2. Atomlar arası

bağlar

C, Si N=4 8C, Si N=4 8--N=8N=8--4=44=4

Her atomun dHer atomun döört komrt komşşusu vardusu vardıır ve r ve üçüç

boyutlu boyutlu yapyapıı

oluoluşşturur. turur.

6C 1s2,2s2,2p2

38


2.2. Atomlar arası

bağlar

3726 C

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Diamond-and-graphite-with-scale.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/Carbon_basic_phase_diagram.png

39


2.2. Atomlar arası

bağlar

Elmas hariElmas hariçç

kararlkararlıı

üçüç

boyutlu yapboyutlu yapıı ggöösteremedikleri isteremedikleri iççin din düüşşüük mukavemetlidirler. k mukavemetlidirler.

Polimerler genelde kovalent baPolimerler genelde kovalent bağğllıı

malzemelerdir. malzemelerdir.

40


2.2. Atomlar arası

bağlar

Atomlar arasındaki kovalent bağlar kuvvetlidir. Ancak moleküller arasındaki bağlar daha zayıftır. Bu nedenle kovalent bağlı

malzemeler kırılgandır. Çoğu seramik

kovalent bağlıdır.

- Sert- İyi yalıtkan- Şeffaf

41

Buz 0oC’de eriyince hidrojen bağlarının kabaca %15’i kırılır. Sonuç

olarak tetrahedral yapı

bozulur, her su molekülü

komşu 4 molekülden

daha fazla moleküle bağlanır. Böylece yoğunluk 0.917’den 1’e çıkar.


2.2. Atomlar arası

bağlar

42

3. METAL3. METALİİK BAK BAĞĞ

Metaller son yörüngelerindeki valans elektronlarını

serbest

bırakarak iyon haline gelirler. Serbest kalan elektronların metal atomu çekirdeği ile bağları

çok

zayıftır

ve hiçbir atoma bağlı kalmadan metal çekirdekleri

etrafında serbestçe

dolaşırlar.

2.2. Atomlar arası

bağlar

çekirdek

elektron bulutu

43

Metal atomları birbirine

yaklaştığında son yörüngelerindeki enerji bantları

birbirinin içine girer

ve serbest elektronlar bu bantlarda hareket edebilirler.


2.2. Atomlar arası

bağlar

çekirdek

elektron bulutu

44

Metallerin valans elektronlarını serbest bırakmaları

özelliği, iyi

elektrik iletimi

sağlamalarına sebep olur. Bu bantlar içinde hareket eden negatif yüklü

elektronlar ile

pozitif yüklü

çekirdek arasındaki çekim metalik bağı oluşturur

çekirdek

elektron bulutu


2.2. Atomlar arası

bağlar

45

Metal atomları

arasındaki bağ

belirli atomlar ve elektronlara bağlı

olmadığı

için, atomların birbirine göre hareket etmesi ile bu bağ

kopmaz.

Bu özellik

metallerin şekillendirilebilmelerini sağlar.


2.2. Atomlar arası

bağlar

46


2.2. Atomlar arası

bağlar

Alüminyum atomlarının en dış

yörüngesindeki elektronlar serbest halde bir bulut oluşturur. Bu bulut iyi elektrik iletkenliğinin yanında deformasyon hareketini de kolaylaştırır. Böylece alüminyum cam ve diğer kırılgan malzemelerin tersine yüksek oranda deforme olabilir (düktil).

47


2.2. Atomlar arası

bağlar

Serbest elektronlar ışık enerjisini yutmaktadır. Bu nedenle metaller opaktır.

Metalik bağlar yönsüzdür. Aynı

atomlar veya kimyasal olarak benzer atomlar arasında oluşur.

Yüksek ısı

ve elektrik iletkenliği: serbest elektronların kolay hareket etmesi.

48

Kuvvetli baKuvvetli bağğlarlarıın beraberlin beraberliğğii

2.2. Atomlar arası

bağlar

Üç

kuvvetli bağ

ayrı

ayrı

incelense de birçok malzeme birden fazla şekilde bağlanabilir. Örneğin HCl'de H-Cl bağı sıvı çözeltilerde iyonik, gaz halinde iken kovalent bağlıdır.

Hidrojen klorit gazı

Hidroklorik asit çözeltisi

49

Kuvvetli baKuvvetli bağğlarlarıın beraberlin beraberliğğii

2.2. Atomlar arası

bağlar

Bir malzemede birden fazla bağ

bulmak mümkündür.

Örneğin susuz alçı

(anhidrit) CaSO4

Ortorombik kafesİyonik kovalent

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Calcium_sulfate_hemihydrate.jpg

50

VAN DER WAALS BAVAN DER WAALS BAĞĞLARILARI

Bu bağlar, elektron alış

verişini tamamlamış

moleküller veya son yörüngesindeki elektron sayısı

sekiz olan inert gaz

atomları

arasında oluşan zayıf bağlardır.

2.2. Atomlar arası

bağlar

51


Kovalent bağ

ile kurulmuş

bir molekülde, mesela hidrojen florür molekülünde paylaşılan elektronların çoğu florür atomu etrafında olacağından, molekül içinde bir elektrik yükü

dengesizliği vardır. Molekülün hidrojen tarafı

pozitif florür

tarafı

negatif olur ve bu iki yük farkı

moleküller arası

çekim

kuvvetini oluşturur.

MOLEKMOLEKÜÜL KUTUPLAL KUTUPLAŞŞMASIMASI

Florür

H

H

+

+

-HH

-

+

Florür

+Dipol oluşumu

2.2. Atomlar arası

bağlar

52


2.2. Atomlar arası

bağlar

Grafit plakları

arasındaki ikincil zayıf bağlar.

53

2.2. Atomlar arası

bağlar


http://www.sciencephoto.com/image/110685/large/C0046473-Gecko_foot_hairs,_SEM-SPL.jpg

54

+ ++ -

--

itme itme

itmeitme

çekme

2.2. Atomlar arası

bağlarMesafe -

bağ

enerjisi ilişkisi

55

Çekme

Net kuvvet

İtme

Atomlar arası mesafe

Kuvvet

Rr

a

a = R + r

Metal atomları

arasında oluşan itme ve çekme kuvvetlerinin kuvvetin dengelendiği durumdaki

atomlar arasındaki uzaklığa atomlar arası

mesafe denilir. Bu

konumda iç

enerji en azdır; yani atomlar en kararlı

durumdadırlar.

2.2. Atomlar arası

bağlarMesafe -

bağ

enerjisi ilişkisi

56

2.2. Atomlar arası

bağlarMesafe -

bağ

enerjisi ilişkisi

Net kuvvetin sıfır olduğu nokta, atomlar arası

mesafenin en

kararlı

durumudur.

Bu noktada atomlar arası bağ

enerjisi

değeri

57

2.3. Atomsal yapı

türleri

1.Kristal (Metalik) Yapı 2. Amorf Yapı

3. Bileşik Yapı 4. Kolloidal Yapı

5. Seramik Yapı

58

1.

Kristal (Metalik) Yapı

Atomlar 3 boyutta belirli bir düzendedir. Tüm malzeme boyunca sürekliliğini korur.

2.3. Atomsal yapı

türleri

Kristalin karbon Kristalin SiO2 Kristalin buz

59

1.

Kristal (Metalik) Yapı2.

Amorf Yapı

Atomların dizilişinde bir düzensizlik vardır.

Amorf karbon Amorf SiO2(cam)

Sıvılar amorf yapılıdır.

2.3. Atomsal yapı

türleri

60

2.

Amorf Yapı

3.

Bileşik Yapı Çok küçük kristal parçalarının gelişigüzel bir yığını

vardır.

1.


Ahşap Çelik

Yığını

tek kitle haline getiren bağlayıcı

2.3. Atomsal yapı

türleri

61

3.

Bileşik Yapı4.

Kolloidal Yapı

2.

Amorf Yapı1.


duman, sis bitümlü emülsiyonlar

2.3. Atomsal yapı

türleri

62

4.

Kolloidal Yapı5.

Seramik Yapı

3.

Bileşik Yapı2.

Amorf Yapı

1.


2.3. Atomsal yapı

türleri

Seramiklerde metal olmayan atom çoğunlukla oksijendir. Seramiklerde metaller katyon, ametaller ise anyon oluşumuna neden olurlar. Böylece seramiklerde iyonsal bağlar oldukça yaygındır. Ancak seramiklerde kovalan bağlara, kristal yapıya, hatta amorf yapıya da rastlanır.

Bir metal veya iki metal ile bir ametal atomun belirli steokimetrik oranlarda birleşmesiyle oluşurlar.

63

Metal atomları

üç

boyutlu olarak düzenli bir diziliş

meydana getirirler ki buna uzay kafesi denilir. Üç

boyutlu olarak

tekrarlanan en küçük yapıya birim hücre (kafes)

denilir.

Kristal (metalik) yapı

kafes sistemleri

64


kafes sistemleri

65

Kristal sistemi uzunlukları açıları

kübik a = b = c

=

=

= 90


kafes sistemleri

66


hekzagonal a = b

c

=

= 90,

= 120


kafes sistemleri

67


tetragonal a = b

c

=

=

= 90


kafes sistemleri

68


rombohedral a = b = c

=

= 90


kafes sistemleri

69


ortorombik a

b

c

=

=

=

90


kafes sistemleri

70


monoklinik a

b

c

=

= 90, 90


kafes sistemleri

71

Kristal sistemi uzunlukları açılarıtriklinik a

b

c

90


kafes sistemleri

72

Yapı

Malzemesi olarak kullanılan metallerin kristal yapıları daha çok kübik ve hekzagonal sisteme uymaktadır.

Hacim Merkezli Hacim Merkezli KKüübik bik (hmk)(hmk) YYüüzey Merkezli zey Merkezli

KKüübik bik (ymk)(ymk) Sıkı

dizilmiş hekzogonal

(sdh)


kafes sistemleri

73


kafes sistemleri

74

Hacim Merkezli KHacim Merkezli Küübik (hmk)bik (hmk)

Küpün tam merkezine bir atom ve köşelere de birer atom yerleşmiştir. Küp hacminin içinde kalan atom hacmi: 1 + 8*1/8= 2 adet

a

r

r2r

A

A

A-A kesiti

2a

3a2=16r2

4r

2*4/3*PI*r3

ADF=a3

3a=

ADF= 0.68


kafes sistemleri

75

YYüüzey Merkezli Kzey Merkezli Küübik (ymk): bik (ymk): Küpün her köşesine birer atom ve her bir yüzeye de birer atom yerleşmiştir. Küp içinde kalan atom hacmi:

6*1/2 + 8*1/8= 4 adet

a

r

r2r

B

B

B-B kesiti

a

2a2=16r2

4r

2*4/3*PI*r3

ADF=a3

2a=

ADF= 0.74


kafes sistemleri

76

SSııkkıı

DizilmiDizilmişş

Hegzagonal (sdh):Hegzagonal (sdh):

Atomlar taban düzlemde altıgenin köşelerine ve bir tane de altıgenin tam ortasına yerleşmiştir. İki taban düzlemi arasında taban düzlemindeki üç

atoma teğet olacak şekilde üç

tane

atom yerleşmiştir.

ADF= 0.74


kafes sistemleri

77

1. Nokta Hatalar1. Nokta Hatalarıı

2. 2. ÇÇizgi Hatalarizgi Hatalarıı

3. Y3. Yüüzeysel Hatalarzeysel Hatalar

4. Segregasyon4. Segregasyon


kusurları

78

BoBoşşyer: (Porozite)yer: (Porozite)KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında bnda büüzzüülme, lme, yeterli syeterli sııvvıı

olmamasolmamasıı

veya veya

iiççeride gaz hapsolmaseride gaz hapsolmasıı nedenleri ile olunedenleri ile oluşşur.ur.

SSüüreksizlikreksizlik

Kesitte daralma Kesitte daralma

Mukavemet kaybMukavemet kaybıı

nedenidir.nedenidir.BoBoşş

yeryer

BoBoşş

YerYer


kusurları


79

BoBoşşluklar atomlarluklar atomlarıın kristal kafes in kristal kafes iççerisinde erisinde hareketleri kolaylahareketleri kolaylaşşttıırrıır !!!r !!!


kusurları


80

Ara yerAra yer Yer alanYer alan


kusurları

YabancYabancıı

atomlar kristal kafes iatomlar kristal kafes iççerisinde hareketleri erisinde hareketleri zorlazorlaşşttıırrıır !!!r !!!


81


kusurları

1. Nokta Hatalar1. Nokta Hatalarıı Ara yer alaşımlandırması (çelik)

Demirin atom yarıçapı: 140 pmKarbonun atom yarıçapı: 70 pm

Çelik = demire karbon katılarak alaşımlandırılır.

Dayanım ve sertlik artışı

http://tr.wikipedia.org/wiki/Pikometre


http://knol.google.com/k/-/-/a8npan5yj7ut/hp1erd/figure-3.png

82


kusurları


Yeralan alaşımlandırması

(pirinç)

Pirinç

= bakıra çinko katılarak (%45'e kadar) alaşımlandırılır.

Yüksek işlenebilirliğe sahip bir metal

Bakırın atom yarıçapı: 135 pmÇinkonun atom yarıçapı: 135 pm



83

AtomlarAtomlarıın hataln hatalıı

dizilidizilişşleri bir leri bir ççizgi boyunca devam ederse izgi boyunca devam ederse ççizgi hatasizgi hatasıı

oluoluşşur. ur.

ÇÇizgi hatalarizgi hatalarıı

kenar dislokasyonukenar dislokasyonu

ve ve

vida dislokasyonuvida dislokasyonuolarak bilinir. olarak bilinir.


kusurları


Dislokasyonlar (Bazı

iyon sıra ve düzlemlerinin yanlış

yerlerde bulunabilmesi)

84

Kenar DislokasyonuKenar Dislokasyonu

Kenar dislokasyonu, kristal iKenar dislokasyonu, kristal iççinde sona eren bir inde sona eren bir ddüüzlemin kenarzlemin kenarııddıır. r. İşİşareti areti

şşeklindedir.eklindedir.


kusurları


85

Vida DislokasyonuVida Dislokasyonu

Vida dislokasyonunda ise, Vida dislokasyonunda ise, ççizgi etrafizgi etrafıındaki ndaki atomlaratomlarıın dizilin dizilişşi vidani vidanıın helisi gibidir.n helisi gibidir.

İşİşareti areti

şşeklindedir. eklindedir.


kusurları


86

Kenar ve vida Kenar ve vida dislokasyonlardislokasyonlarıı

ççooğğu u

zaman beraber zaman beraber bulunurlar ki; buna bulunurlar ki; buna karkarışıışık dislokasyonk dislokasyon

denilir. denilir.

Dislokasyonlar, atomlarDislokasyonlar, atomlarıın denge mesafesini n denge mesafesini bozdubozduğğu iu iççin kristalin enerjisini artin kristalin enerjisini artıırrıır.r.


kusurları


87

DDışış

YYüüzeyler:zeyler:

İİçç

kkııssıımdaki atomlar kendini mdaki atomlar kendini ççevreleyen atomlar evreleyen atomlar ile denge durumunda olduile denge durumunda olduğğu halde, metalin du halde, metalin dışış

yyüüzeye azeye aççıılan lan

atomlaratomlarıında denge durumu bozulmunda denge durumu bozulmuşştur.tur.

Tane STane Sıınnıırlarrlarıı::

İİki boyutlu ki boyutlu olan bu solan bu sıınnıırlarda atomlar rlarda atomlar ddüüzensiz yerlezensiz yerleşşirler irler


kusurları

3. Y3. Yüüzeysel Hatalarzeysel Hatalar

88

Metalik malzemelerin çoğu küçük kristal kümeciklerinden oluştuğundan polikristal adını

alırlar.

Bu kristal kümeciklerinin kristal yapısı da kendi içinde düzenlidir. Kristal

kümeciklerinin ayrımını, bunların birim hücrelerinin değişik yönlerde dizilişinden anlayabiliriz.

Polikristal yapı

ve tane sınırları

89

Birleşen kristal kümecikleri arasında tane sınırı

adı

verilen

atomik bir boşluk vardır. Bu bölgede belirli bir düzensizlik görülür. İnce yapılı

bir metalik

cismin kristal kümecikleri daha küçük yapılıdır. Bu nedenle kaba tane yapılı

kristale kıyasla daha

çok tane sınırı

bulunmaktadır.

Polikristal yapı

ve tane sınırları

90

Her bir maddenin atomlarHer bir maddenin atomlarıı

devamldevamlıı

titretitreşşim yapar. Bu im yapar. Bu titretitreşşim o maddenin sim o maddenin sııcaklcaklığıığınnıı

belirler. belirler.

Metallerin sMetallerin sııcaklcaklığıığı

arttarttııkkçça, atomlara, atomlarıın n titretitreşşimleri artar ve bu titreimleri artar ve bu titreşşimler atomlar imler atomlar arasarasıındaki bandaki bağığı

zayzayııflatflatıır. r.

SSııcaklcaklıık yk yüükseldikkseldikççe titree titreşşim artar, dim artar, düüşşttüükkççe azale azalıır. r. Mutlak sMutlak sııffıır sr sııcaklcaklığıığında (nda (--273273ººC) bC) büüttüün atomlarn atomlarıın n titretitreşşimleri durur. imleri durur.

TitreTitreşşimlerin meydana getirdiimlerin meydana getirdiğği enerji, metal i enerji, metal atomlaratomlarıınnıı

birbirine babirbirine bağğlayan enerjiyi gelayan enerjiyi geççince ince

ergime dediergime dediğğimiz olay meydana gelir; yani imiz olay meydana gelir; yani metal smetal sııvvıı

hale gehale geççer. er.

Ergime ve kristalleşme ile tane sınırı

ilişkisi

91

ErgimiErgimişş

bir metalin sbir metalin sııvvııdan katdan katııya geya geççiişşinde inde meydana gelen kristallemeydana gelen kristalleşşme iki safhada olume iki safhada oluşşur:ur:

1. 1. ÇÇekirdek oluekirdek oluşşumuumu

2. Kristal b2. Kristal büüyyüümesi.mesi.


ilişkisi

92

TANE SINIRLARI

Tek kristalli yapTek kristalli yapıılarda tane aynlarda tane aynıı ççekirdekten geliekirdekten gelişşir ve tane sir ve tane sıınnıırlarrlarıı

oluoluşşmaz. maz.

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı

yyüüksek enerjilidir. (Yksek enerjilidir. (Yüüzey gerilimi)zey gerilimi)

Tane sTane sıınnıırlarrlarıı

kimyasal reaksiyona girebildikimyasal reaksiyona girebildiğği ii iççin in üüzerine dzerine döökküülen len kimyasallar ile tespit edilir.kimyasallar ile tespit edilir.

Metal sMetal sııvvıı

halden kathalden katıı

hale gehale geççerken erken

genellikle genellikle ççok sayok sayııda kristal tanesi gelida kristal tanesi gelişşir. ir. KatKatıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında tanelerin nda tanelerin birlebirleşştitiğği yerlerde 2i yerlerde 2--3 atom kal3 atom kalıınlnlığıığında nda ddüüzensiz yerlezensiz yerleşşme olume oluşşur. ur.


ilişkisi

93

KatKatıılalaşşma sma sıırasrasıında nda belirli fazlarbelirli fazlarıın, belirli n, belirli bir yerde toplanmasbir yerde toplanmasıı..

Makro ya da mikro Makro ya da mikro olabilir.olabilir.

4. Segregasyon4. Segregasyon


kusurları

94

Örnek: demir

Allotropik değişim

Oda sıcaklığında demir atomları

hacim merkezli kübik (HMK) şekilde dizilir ki, buna ferrit denir. Sıcaklık 910 °C’ye yükseltildiğinde HMK yapı

yüzey merkezli kübik (YMK) yapıya dönüşür. Buna da ostenit denir. Isıtmaya devam ettiğimiz takdirde ostenit de 1400 °C civarında delta demirine dönüşür ki, bu da HMK yapıdadır. Demir, delta hâlinden havada soğutulduğunda tekrar ostenite ve sonra da ferrite dönüşür.

Isı

ve basıncın etkisiyle bazı

cisimlerin kristal yapılarında değişimler olabilir. Bu tip kristal yapı

değişimine allotropik

değişim denir.

http://www.netyazi.net/fizik/demiri-yumusatmak.html/attachment/1_2

95


Çelik

% 2′ye kadar karbon ihtiva eden demir-karbon alaşımı

Daha yüksek karbon miktarı

dökme demirlerde

bulunur.

Ergimiş

hâldeki demirin ihtiva ettiği karbon % 2 ve altına düşürülerek

çelik elde edilir.

Saf demirin

ticari kullanımı

yoktur.

İstenen özellikteki çeliğe göre, karbonun yanında başka alaşım elementleri de olabilir (Nikel, Wolfram, Vanadyum, Titan, Molibden, Krom, Çinko, vs).

96

Mıknatıs çekmeyen çelik

Ostenit, demirin 910 °C üzerindeki allotropudur. Oda sıcaklığına inildikçe ferrite dönüşür. Çeliğe belli bir miktarın üzerinde nikel ilâve edilirse, ostenit fazı

artık

ferrite dönüşmez ve çelik oda sıcaklığında bile ostenit olarak kalır.

Ostenit yapının iki özelliği vardır:

Birincisi, ostenit fazı

manyetik değildir.

İkincisi ise, YMK yapılı

metaller düşük sıcaklıklarda kırılgan hâle gelmez. Bu sâyede, ostenitik yapılı

paslanmaz çelikler -150 ºC’nin altındaki (kriyojenik) sıcaklıklarda kullanılabilir.


http://www.netyazi.net/fizik/demiri-yumusatmak.html/attachment/1_3

97Karbon allotropları

(8)

Karbonun bazı

allotropları: a) Elmas b) Grafit c) Altıgen elmas d-f) Fullerenler (C60, C540, C70) g) Amorf karbon h) Karbon nanotüp

ALLOTROPALLOTROPİİK DEK DEĞİŞİĞİŞİMM


http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Kohlenstoffnanoroehre_Animation.gif&filetimestamp=20051001213841

98


99


100

Body pieces are all crafted from carbon fiber reinforced polymer.21 Glass-reinforced plastics are used throughout structural points in the car

Hafif Karbon Fiberli M3 Cabrio


http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fiber_reinforced_polymer

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fiber_reinforced_polymer

http://en.wikipedia.org/wiki/Glass-reinforced_plastic

101

nanotüp ve fulleren: yeni sentezlenen karbon formları

2010 Nobel Fizik Ödülü, "iki-boyutlu grafen malzemeler"

İngiltere'deki Manchester Üniversitesi'nde çalışan Rus kökenli bilimadamları Andre Geim ve Konstantin Novoselov

Görüntü

teknolojisinde büyük değişimler…


http://1.bp.blogspot.com/_OFeWE073BJY/TRA3hgT5bfI/AAAAAAAALrs/HeVKHQKtv4A/s1600/grafen.jpg

102

Kalsit: CaCO3

'ün en kararlı

allotropu (300ün üzerinde kalsit kristal formu var)


CaCO3

'ün diğer allotropları: aragonit, mermer, kireçtaşı

103

Homojenlik, anizotropi ve izotropi boyuta bağlıdır.

Tek kristal (monokrsital) yapı

anizotropik iken, çoğu kristal yapılı malzeme izotropik ve homojen özellik gösterir.

İzotropi -

anizotropi (mikro boyutta)

104

İzotropik malzemeler

(METALLER)Ξδ1

δ2

δ1 ≠

δ2

δ1

= δ2

δ1

≠

δ2Anizotropik malzemeler

(AHŞAP)

İzotropi -

anizotropi (makro boyutta)

Özelliklerin yönlere göre farklılık göstermesine anizotropi denir.

Mekanik, fiziksel, kimyasal özellikleri, dış

etkilerin, uygulama

doğrultusuna bağlı

olarak, farklı

değerler alabilir.

105

Bir metalik malzemenin yapısı

gerekli kesme, parlatma gibi hazırlıklar yapıldıktan sonr

a

mikroskobik olarak incelenebilir.

Bu çalışmalar şu açılardan çok yararlıdır:

1) Metalik göçmelerin nedenini

açıklayabilirler,2) Metalin geçmişini öğrenerek uygun fabrikas-

yon işlemini ortaya çıkarırlar,3) Isıl işlemlerin yeterlilik derecesini saptarlar,4) Alaşımların geliştirilmesine yardımcı

olabilirler,

5) Metal bileşenleri ve özellikleri kestirilebilir.

Metalik Yapı

Kontrolü

ve Bozuklukları

106

Yüksek karbon oranlı

çelik

Düşük karbon oranlı

çelik

Metalik Yapı

Kontrolü

ve Bozuklukları

107

ferrit

perlit sementit

<0.02 0.9 1.7

Metalik Yapı

Kontrolü

ve Bozuklukları

İnşaat mühendisliği bölümü yapi malzemesİ...

Documents