Bölüm 6 Metallerin Plastik Deformasyon

Kabiliyeti

• Bir kenar dislokasyonu, dislokasyon çizgisine dik olarak uygulanan kayma gerilmesinin etkisiyle hareket eder.

• İlk durumda ek yarı düzlemi, A düzlemi olarak adlandıralım. Kayma gerilmesinin Şekil a’ da gösterildiği gibi uygulanması durumunda, A düzlemi sağa doğru hareket etmeye zorlanır, bu davranış sırasıyla B, C, D üst yarı düzlemlerini ve diğerlerini de aynı doğrultuda harekete zorlar. Uygulanan kayma gerilmesi yeterince yüksek ise kayma düzlemi boyunca , B düzlemine ait atomlararası bağlar kopar. Ve A düzlemi, B düzleminin alt yarısıyla bağlanır. Böylece Şekil b’ de görüldüğü gibi, B düzleminin üst yarısı ilave yarı düzlem durumuna geçmiş olur. Art arda tekrarlanan atom bağlarının kopması ve üst yarı düzlemlerin atom mesafesi kadar kaymasıyla, ek yarı düzlem soldan sağa doğru, adım adım hareket edecek şekilde gerçekleşen bu süreç diğer düzlemlerde de tekrarlanarak devam eder.

• Hareketin sonunda, ilave yarı düzlem kristalin yapının sağ yüzeyinde atomlararası mesafe genişliğinde bir kayma basamağı oluşturmak üzere serbest yüzeye ulaşır, Şekil c.

• Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır. Dislokasyon çizgisinin kristal düzlemi boyunca hareket ettiği düzleme ise kayma düzlemi adı verilir.

• Şekilde gösterilen bir kenar dislokasyonunu ele alalım, daha önce değinildiği gibi, ek yarı atom düzleminin varlığından dolayı, dislokasyon çizgisi çevresindeki kafesler bir miktar çarpılır. Örneğin, dislokasyonçizgisinin yanındaki ve hemen üstünde bulunan atomlar bir araya sıkışmıştır. Sonuç olarak bu atomların, mükemmel bir kristaldeki veya dislokasyondançok uzakta yer alan diğer atomlara göre basma şekil değişimi altında oldukları düşünülebilir. Diğer taraftan yarı düzlemin hemen altında ise tam tersi bir etki bulunmaktadır, bu bölgedeki atomları çekme şekil değişiminin etkisi altındadır.

Kayma Sistemleri

• Dislokasyonlar bütün kristal atom düzlem ve doğrultularında aynı kolaylıkla hareket etmezler. Genelde tercih edilen bir düzlem ve bu düzlem boyunca dislokasyon hareketinin gerçekleştiği belirli bir doğrultu söz konusudur. Bu düzleme kayma düzlemi ve hareketin oluştuğu doğrultuya da kayma doğrultusu denir. İkisinin kombinasyonuna da kayma sistemi denir.

• Kayma sisteminde dislokasyon hareketiyle birlikte oluşan çarpılma minimum düzeydedir. Kayma düzlemi atomsal yoğunluğun en fazla olduğu düzlemdir. Kayma doğrultusu ise, bu düzlemde atomların en sık dizildiği yani doğrusal atom yoğunluğunun en fazla olduğu doğrultuya karşılık gelmektedir.

• HMK ve SPH kristal yapıya sahip metllerde, bazı ek kayma sistemleri, genellikle sadece yüksek sıcaklıklarda aktif olmaktadır.

• YMK ve HMK kristal yapıya sahip metaller en az 12 tane olmak üzere, çok sayıda kayma sistemine sahiptir. Plastik deformasyonun çeşitli kayma sistemlerinde gerçekleşebilme olasılığından dolayı, bu metaller oldukça sünektir. Aksine az sayıda aktif kayma sistemine sahip olan SPH metaller normal şartlar altında oldukça gevrektirler.

ELASTİK DEFORMASYON-PLASTİK DEFORMASYON

• http://www.youtube.com/watch?v=BV1cxwxnhPs

• https://www.youtube.com/watch?v=7qgBMKS_fyo

• http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=z3MzDiyLtWc

• http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&NR=1&v=p3bkZBJV7X8

• http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=OpKxyeU2dc0&NR=1

• http://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=iKKxTP6xp74&NR=1

Tek Kristallerde Kayma

• Bu bölümde, kayma olayı tek kristaller için ele alınarak basitleştirilecek, sonra uygun bir şekilde çok kristaller için genişletilecektir.

• Silindiri dikkate alalım: alttan ve üstten bir kuvvet etki ediyor. Pşdbaşladığı zaman bu cisim içerisindeki dislokasyonlar kayma düzlemi üzerinde ve gösterilen kayma yönünde hareket edecekler.

• Yani diğer bir deyişle:

bu şekilde olduğu gibi yük uygulamaya başlayınca (tabiki bu yük malzemede pşd başlatabilecek gerilme ortaya çıkartmış olması lazım), üst tarafın kayma düzlemi üzerinde ve okla gösterilen kayma yönünde kaydığını gözlemliyoruz. Yani ‘kayma düzlemi üzerinde kayıyor’ anlamına geliyor.

• Bizim için önemli olan cisim üzerine etki eden gerilim değil bu gerilimin kayma düzlemi üzerine ve kayma yönüne hangi oranda aktarılabilmiş olduğudur. Bu hesaplamayı yapabilmek için kayma düzleminin normali ile çekme ekseni arasındaki açıyı bilmemiz gerekiyor (φ). Aynı zamanda yine çekme ekseni ile kayma yönü arasındaki açının verilmiş olması gerekiyor veya biliyor olmamız gerekiyor (λ).

• Bir gerilim hesabı yapabilmek için öncelikle «P kuvveti hangi oranda kayma yönüne aktarılabiliyor?» ona bakacağız.

• Ardından bu kayma düzleminin alanını hesaplayacağız. 𝜎 = 𝐹 𝐴 olduğundan bu iki değerden yola çıkarak buradaki kesme gerilimini hesaplayabileceğiz:

𝐴𝑘𝑎𝑦𝑚𝑎 𝑑. =𝐴

cos 𝜙

Kuvvetin ne kadarının kayma yönüne aktarıldığını bulmak istiyorsak:𝑃𝑘𝑎𝑦𝑚𝑎 𝑦. = 𝑃. 𝑐𝑜𝑠𝜆

Buraya etki eden kesme gerilimi bileşeni

𝜏𝑅 =𝑃.𝑐𝑜𝑠𝜆

𝐴 𝑐𝑜𝑠𝜙𝜏𝑅 =

𝑃

𝐴𝑐𝑜𝑠𝜆 𝑐𝑜𝑠𝜙

Bu gerilim değeri kayma düzleminin yönelimine ve kayma yönünün yönelimine bağlı olarak cisim üzerine etki eden gerilimin hangi oranda kayma düzlemine ve kayma yönüne aktarılabildiğini gösteriyor.

• 𝜏𝑅 =𝑃

𝐴𝑐𝑜𝑠𝜆 𝑐𝑜𝑠𝜙

kesme gerilimi bileşeni

Burada hesapladığımız değer yani, dislokasyonları hareket ettirecek olan bu değere kritik kesme gerilimi bileşeni adını veriyoruz.

buradaki yönelim böyle bir katsayı ile veriliyor.

Kaymanın başlayabilmesi için buradaki kesme gerilimi bileşeninin kritik bir değerin üzerine çıkması gerekiyor. Bu da hem kayma yönünün hem de kayma düzleminin yük eksenine göre hangi açıda konumlandığı ile değişiyor.

• Belli bir yük altında (P) belli bir kesit alana sahip (A) silindir içerisinde buradaki düzlemin yönelimi ve kayma yönünün yönelimi değiştikçe kesme gerilimi bileşeni (𝜏𝑅) değişiyor. Bu kesme gerilimi bileşenini en yüksek değerine çıkartmak istiyorsak hem λ hem de φ açılarının kosinüsünün max. değerini alacakları şekilde yönlendirmemiz gerekiyor, o da hem λ hem de φ 45˚ olduğunda gerçekleşiyor.

cos 45 . cos 45 = 0.5 değeri bu katsayısının alacağı en yüksek değer.

O nedenle eğer kayma düzleminin normali ve kayma yönü, yükleme eksenine 45˚lik bir açı ile konumlanmışsa cisim üzerine etki eden gerilim olabilecek en yüksek seviyeye aktarılıyor. Dolayısıyla böyle yüksek bir oranda aktarıldığında kaymanın başlaması daha kolay gerçekleşiyor.

λ φ

• Eğer ki cos 0=0 yani λ veya φ değerlerinden herhangi biri 0 olduğunda cos 0=«0» olduğu için bu katsayı 0 olacak ve kesme gerilimi sıfırlanacak. Yani cisim üzerine etki eden yük miktarı ne olursa olsun eğer kayma yönü çekme eksenine paralel konumlanmışsa ya da kayma düzlemine dik olan doğrultu yani kayma düzleminin normali çekme ekseninde konumlanmışsa kayma düzlemi üzerine aktarılan herhangi bir kesme gerilmesi bileşeni olmadığını görüyoruz.

Çok Kristalli Malzemelerin Plastik Deformasyonu

• Çok kristalli malzemelerde deformasyon ve kayma olayı biraz daha karmaşıktır. Çok sayıdaki tanenin rastgele yönlenmiş olması nedeniyle, kayma doğrultusu taneden taneye değişir. Her bir tane için dislokasyon hareketi, en uygun doğrultuya sahip olan kayma sisteminde meydana gelir.

• Bu durum plastik deforme edilmiş çok kristalli bakır bir numunenin mikroyapı fotoğrafında gösterilmiştir. Kayma çizgilerinin varlığı açıkça görülebilmektedir.

İkizlenme (İkiz Oluşumu)

• İkizlenme herhangi bir düzlem etrafında bir tarafın diğer tarafa göre simetrik hale gelmesidir.

• İkizlenme genellikle kayma olasılığı düşük olan belirli malzemelerde gerçekleşir.

İkizlenme (İkiz Oluşumu)

• İkizlenme esnasında kristal kafesin bir kısmı deforme olarak, kendisine bitişik deforme olmamış kısma bir ayna görüntüsü oluşturur.

• Deforme olan ve olmayan kısımlar arasındaki simetri düzlemi ise ikiz düzlemi olarak bilinir.

İkizlenme

• Üç ayrı işleyişle ikizlenme gerçekleşir:1. Büyüme ikizi: kristal büyürken karşımıza çıkabilir, örneğin

kompozisyondaki bir dalgalanmadan ya da çevresindeki sıcaklıktaki dalgalanmadan kaynaklanabilir.

2. Mekanik ikiz: Mekanik şekil değişimi sırasında karşımıza çıkabilir. Kristal üzerine uygulanan mekanik yük ile ikiz oluşması durumudur. Dislokasyon hareketinin oluşabilmesi için kayma düzlemine kesme kuvveti etki etmeliydi demiştik. İkiz oluşabilmesi için de ikizlenmeningerçekleşeceği ikiz düzlemine paralel kesme kuvvetleri etki etmelidir.

3. Tavlama ikizi: Malzemeler yüksek sıcaklıkta tavlanırken ortaya çıkabilir. Yani bir malzemenin taneleri yeniden kristallenirken karşımıza çıkan ikizlenme çeşididir. Sıcaklık dalgalanması veya kristallerde olan gerilimler ya da kristaller tavlama esasında büyürken karşımıza çıkabilir.

• Dislokasyon hareketine benzer tarafı vardır, yani kristalin bir kısmı sabit kalırken diğeri bir düzlem üzerinde hareket eder. Aynı zamanda dislokasyon hareketinden oldukça farklı bir mekanizmaya sahiptir. Dislokasyon hareketinde öncelikle atomlar düzlem düzlem sıra sıra ilerliyorlar ancak burada hacimsel ve birden bire meydana gelen bir şekil değişiminden bahsedilmektedir.

• İkizlenme, dislokasyon hareketine oranla çok ufak şekil değişimine yol açar, fakat pşv de bizim için oldukça önemlidir. Özellikle kayma olmayan kristallerde ikizlenmeolduğu zaman, eğer düzlemler uygun açıda konumlanırsa kristalin ikizlenen yeni tarafında kayma işlemi oluşabilir.

Kayma-İkizlenme Arasındaki Farklar

• 1) Mekanik ikizlenme çok yüksek deformasyon hızlarında veya ani yüklemelerde ve genellikle düşük sıcaklıklarda meydana gelir.

• 2) Mekanik ikizlenme ile oluşan deformasyon, toplam deformasyonun ufak bir miktarıdır. Plastik deformasyon daha çok kayma ile gerçekleşir.

• 3) İkizlenme için gerekli olan gerilme, kayma için gerekli olan gerilmeden daha fazla olup, sıcaklığın ikizlenmeye etkisi kaymaya etkisinden daha azdır.

• http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/superelasticity/shape_memory1.php

• http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/superelasticity/uses.php• http://www.youtube.com/watch?v=fsBHF_j2FJ4• https://www.youtube.com/watch?v=n7LXYyohmgg• http://www.youtube.com/watch?v=sW4gyRrEhng&feature=re

lated• http://www.youtube.com/watch?v=e2f29Sw7UVc&feature=re

lated• https://www.youtube.com/watch?v=MOemxfudDuo&list=PL2

3652608CEF19DB9&index=3

Plastik deformasyondislokasyonların hareketi

Mukavemetlendirme mekanizmaları

1. Soğuk İşlem / soğuk deformasyon• 0.4Tm’in altındaki sıcaklıklarda deformasyon• Dislokasyon yoğunluğu 106/cm2 ‘2den 1010-12/cm2

‘ye artar• Dislokasyon yoğunluğunun artması, dislokasyon

etkileşimlerini artırır, bu da dislokasyon hareketini kısıtlar. Sonuçta mukavemet artar.

• Sünek bir metalin plastik deformasyon sırasında sertlik ve dayanımının artması pekleşme olarak adlandırılır.

• 2.Katı çözelti mukavemetlendirmesi• Alaşımdaki atomlarla dislokasyonların gerilme alanları arasında

etkileşimler meydana gelir. Alaşımlamanın amacı da bu etkileşimleri sağlamaktır.

• 3. Tane inceltme• Küçük taneler daha yüksek mukavemet sağlar.• Küçük taneler aynı hacimde daha fazla tane sınırı oluşması anlamına

gelir.• Tane sınırları dislokasyon hareketini engelleyici bariyer görevi yapar.• Hall-Petch eşitliği tane boyutunun mukavemete etkisini gösterir.• s = s0 + kyd

-1/2

• 4.Çökeltme sertleştirmesi• Çökeltiler ikinci faz partikülleridir.• Sert çökeltiler dislokasyon hareketine engel teşkil eder.• Yalnızca bazı alaşımlarda görülür.