E-Book Content
TÜ Makina Fakültesi MAL 201- MALZEME B LG S 2007-2008 Bahar Ders Notlar Prof. Dr. Ahmet Aran Ç NDEK LER 1. Giri 2. Atomsal Ba! 3. Kristal Yap&lar 4. Kristal Yap& Kusurlar& 5. Mekanik Özellikler 6. Faz Diyagramlar& 7. Dönü ümlerin Kineti!i ve Is&l lemler 8. Metaller ve Ala &mlar& 9. Polimerler 10. Seramik ve Camlar 11. Kompozitler 12. Ortam Etkileri 13. Elektriksel ve Manyetik Özellikler 1 6 10 17 26 40 48 55 62 68 74 79 85 De!i ik kitaplardan derlenerek ö!renci katk&lar&yla haz&rlanm& t&r. stanbul 2008 1. Giri • • Malzemeler, mühendislik ürün ve sistemlerinin imalinde kullan lan ve mekanik, fiziksel ve kimyasal olarak arzu edilen özelliklere sahip kat lard r. Malzemeler insanl k tarihinde her zaman önemli bir rol oynam ve tarih ça lar n n bir ço u o dönemde geli tirilen ve kullan lan malzemelere atfen verilmi tir (Cilal Ta Devri, Tunç Devri vs.). Bu nedenle tüm mühendislik programlar nda ö rencilere bir malzeme bilgisi altyap s kazand r lmaya çal lmas do ald r. Malzeme biliminin genel amac , malzemelerin içyap s n tan tmak, içyap lar ile özellikler aras nda ba nt lar ara t rmak, bu ekilde geli tirilen temel ilkeler ve kavramlar nda uygulamada kullan lan malzeme türlerini s n flara ay rarak özelliklerini incelemektir. 1.1. Malzeme Türleri Malzemelerin s n fland rmas de i ik ekillerde yap labilir, ancak mühendisler aç s nda en uygun s n fland rma a a daki gibidir: • Metaller • Seramikler • Polimerler • Kompozitler • Yar -letkenler Metaller Mühendislikte kullan lan malzemelerin önemli bir k sm metaller ve bu metallerin ala mlard r. Metallerin karakteristik özelliklerini a a daki ba l klar alt nda toplamak mümkündür: • Kristal yap dad rlar. • Dayan mlar yüksektir. • Kolay ekillendirilebilirler • Tokluklar yüksektir, yani k r lgan de illerdir. Aran - MAL201 Ders Notlar • • Basma dayan mlar , çekme dayan mlar na yakla k e ittir. Korozyon dayan m genellikle dü üktür. Yüksek elektrik ve s iletkenlikleri vard r. .effaf de illerdir, ancak parlak görünü e sahiptirler. Metaller büyük bir ailedir ve birçok mühendislik ala mlar n n esas n olu tururlar ve genellikle iki grup olarak ele al n rlar: • Demir Esasl Metal ve Ala mlar (dökme demir ve çelikler) • Demir D Metal ve Ala mlar (alüminyum, magnezyum, bak r, titanyum, nikel, çinko ve ala mlar …) Seramikler ve Camlar Seramikler, metal + metal olmayan bir elementten ( C, N, O veya S) olu maktad r. Örne in, aluminyum bir metaldir ancak bunun oksidi olan Al2O3 seramiktir. Burada alüminyumun kolay ekillendirilebilir bir malzeme olmas na kar n, oksidi k r lgand r ve kolay ekillendirilemez. Seramik malzemeler alan nda bu malzemelerin gevrekliklerinin giderilmesine ve k r lma tokluklar n n artt r lmas na yönelik çal malar yap lmakta ve k r lgan olmayan mühendislik seramiklerin geli tirilmesi alan nda ba ar l sonuçlar al nmaktad r. Seramiklerin karakteristik özellikleri a a daki ekilde özetlenebilir: • Dayan mlar yüksektir ancak gevrek malzemelerdir ve k r lma tokluklar dü üktür. • Erime s cakl klar yüksektir – s ya dayan kl refrakter malzeme olarak kullan l rlar (soba, ocak ve f r nlarda) • Birçok ortamda kimyasal olarak kararl d r. • Çekme dayan mlar dü ük, basma dayan mlar yüksektir. 1 Polimerler (Plastikler) Günlük ya am m zda ucuz ve kullan l birçok plastik malzeme (polimer) ile kar la r z. Polimerler genellikle petrol türevi ürünlerden elde edilen malzemelerdir. Yap lar nda genelde C, H, O, N, S bulunur. SiO2, geni ve karma k bir aile olan silikatlar grubundad r. Bu malzeme amorf yap ya sahip olabilir ve bu durumdaki malzemeye cam ad verilir. Cam ile seramik aralars ndaki temel fark, seramiklerin kristal yap ya sahip olmalar d r. Bilindi i gibi malzemelerin yap lar , atomlar n ba kuvvetleri yard m yla bir araya gelerek uzayda dizilmeleri sonucu olu ur. Bu dizil