Metalurji Mühendisliğine Giriş · Demir C

10/23/2019

1

Metalurji

Mühendisliğine

Giriş

Temel Malzeme Grupları

Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU


Kompozit

Plastikler

Organik doğal

malzemeler

İnorganik doğal

malzemeler

Metaller Yarı

iletkenler

Seramikler

Camlar

Metaller

Seramikler

Plastikler

Ağaç ürünleri

Kompozitler

10/23/2019

2



Mühendislik Malzemeleri

Metaller

Demir esaslı

Dökme demirler

Çelikler

Demir dışı

Hafif metaller: Al, Mg, Ti, Be

Ağır metaller: Cu, Ni, Zn, Pb

Metal olmayan malzemeler

İnorganik malzemeler:

yarı metaller, seramikler, camlar, mermerler,

betonlar...

Organik malzemeler:

plastikler, ağaçlar, deriler

10/23/2019

3

Temel Malzeme Grupları Metaller

Metaller• Demir esaslı

• Demir dışı

Demir esaslı metaller

Günümüzde kullanılan metal ve alaşımların % 85’i demir esaslıdır.

Bunun nedenleri:

Yerkabuğunda demir barındıran cevher miktarının çok olması

Demir-Çelik üretiminde kullanılan (rafinasyon, alaşımlama,

şekillendirme…vb) teknolojinin diğer metallere göre daha düşük maliyetli

olması

Demir esaslı alaşımların çok geniş bir aralıkta mekanik özellikler sağlaması

Demir-Çelik üretimi ile ilgili bilgi birikimi ve tecrübenin fazla olması

2000’nin üzerinde çelik çeşidi vardır.


Demir esaslı metaller• Demir karbon alaşımları, Fe ve C

• Alaşımlı çelikler, Fe, C, Cr, Mn, Si, Mo vs.

Demir karbon alaşımları

Demir C<%0,1

Çelik % 0,1 < C < % 2

Dökme Demir

Demir saf halde çok yumuşak ve düşük mukavemetlidir. İçine katılan karbon oranı artıkça sertlik

ve mukavemet artarken süneklik ve tokluk azalır.

10/23/2019

4

Çelikler

1. Az karbonlu çelikler: % 0,1 < C < % 0,2

2. Orta karbonlu çelikler: % 0,2 < C < % 0,5

3. Yüksek karbonlu çelikler: 0,5 < C < % 2

Dökme Demirler, üretim yöntemi ve bileşime bağlı olarak

1. Beyaz dökme demir

2. Kır dökme demirler


Birçok yeni mühendislik tasarımı tamamen yeni malzeme geliştirilmesine

bağlıdır.

Malzeme üretiminde önce bir fonksiyonun (kalem, saç kurutma makinesi,

uçak kanadı, nükleer reaktör için kritik parçalar) tanımlanması, ihtiyaçların

belirlenmesi ile başlanır ve data-bilgi tabanı oluşturulur veya yeni hazırlanır.

Proses, parametre ve birçok etkenin özellikleri deneylerle belirleneceği gibi

malzemenin kendisinin tanınması kritik bir noktadır.

Teorisi 17. yy’da bilinmesine rağmen türbin ve motorlar ancak 19. yy’da

yapılabilmiştir. Bunun nedeni yüksek sıcaklıklara ve korozyona dayanıklı

malzeme gereksinimidir.


10/23/2019

5

Saf Madde: Fiziksel olarak kendinden daha basit maddelere ayrılamaz ve

belirli bir bileşime sahiptirler.

Karışım: İki veya daha fazla saf maddenin özelliklerini koruyarak biraraya

gelmesinden oluşurlar ve bileşimleri sabit değildir.

Homojen karışım: Bileşenleri birbirinden ayırd edilemez ve bileşimi her

yerde aynı.

Heterojen karışım: Bileşenleri birbirinden ayırd edilebilir ve bileşimi her

yerde aynı değildir.

Element: aynı cins atomlardan oluşan ve kimyasal yollarla kendinden daha

basit ve farklı maddelere ayrılamayan saf maddelere denir. Temel birimi

atomdur.

Bileşik: İki veya daha fazla elementin belirli oranlarda birleşip kimyasal bir

bağ ile bağlanmasıyla oluşurlar.


A molecule but not a compound - Ozone,

O3, is not a compound because it contains

only a single element.

This well-known molecule is a

compoundbecause it contains more

than one element.


10/23/2019

6


Kafes sistemleri ve Mukavemet

Bu aşamada ileriki konularda malzemeleri birbirleri ile karşılaştırmak için bazı kavramlar

hakkında kabaca bilgi sahibi sahibi olmak gerekir. Malzemelerin özelliklerini belirleyen

özellikle demiri çok güçlü bir malzeme olan çelik haline gelmesinde en etkili kavram olan

kafes özellikleri ve sonuca yansıyan özellik değişiminin göstergeleri olan mukavemet

kavramları çok önemlidir.


Kafes sistemleri

Mineral: doğal olarak oluşan, katı, homojen, genellikle inorganik, atom dizilimine ve belirli

bir kimyasal bileşime sahip olan maddelere mineral denir.

Kristal: yapıtaşları 3 boyutlu, düzenli bir geometrik dizilim gösteren homojen nitelikteki

katı maddelere kristal denir. Minerallerden farkı doğal olma şartının olmamasıdır.

Amorf: kimyasal yapı taşlarının (atom, iyon ve molekül) diziliminde düzensizlik olan ve

fiziksel özelliklerin tüm yönlerde aynı olduğu maddelere denir.

10/23/2019

7


Kafes sistemleri

Kristallerdeki kimyasal unsurların düzenli sıralanışı üç boyutlu hacim kafes (nokta kafes)

ilkesine uymaktadır. Eşdeğer yapıtaşlarının veya noktaların bir yönde eşit aralıklarla

dizilmesi sonucu bir noktalar dizisi meydana gelir.

Eşdeğer noktaların iki boyutta periyodik olarak tekrarlanması ile yüzeysel ağ oluşur.

Yüzeysel ağın en küçük birimine birim ağ denir. Bunlar büyüklük ve şekillerine göre

yüzeysel kafesleri oluşturur.

Amorf Yapılar, Camlar

Sıvı haldeki düzensiz yapısını aynen koruyarak katılaşan cisimlere genellikle camlar denir.


10/23/2019

8


Kafes sistemleri

Yüzeysel ağlardaki eşdeğer noktalar bir üçüncü yönde de periyodik olarak tekrarlanırsa,

üç boyutlu bir kafes olan hacimsel kafes elde edilir. Hacimsel kafesin en küçük birimine

birim hücre denir.


Kafes sistemleri

Metallerin ve özellikle bu gruba dahil olan demir karbon alaşımlarının önemli bir özelliği

kristal yapıya sahip olmalarıdır. Sıvı halde iken bir kristal yapı söz konusu değildir. Atomlar

serbest olarak hareket ederler. Metaller katı halde kristal halindedirler. Metali oluşturan

atomlar üç boyutlu bir düzende bulunurlar. Eğer yapı kristallerden oluşmuyor ise malzeme

amorf olarak adlandırılır. Amorf olarak camlar, sıvılar ve bazı suni malzemeler sayılabilir.

Bütün metaller, önemli sayıda seramikler ve bazı polimerler kristal yapıya sahiptir.

10/23/2019

9


Kafes sistemleri

Metallerde en çok rastlanan kafes türleri

1. Kübik yüzey merkezli (kym)

2. Kübik hacim merkezli (khm)

3. Sıkı paket hegzagonal (sph)

Atomların birbirlerine olan uzaklıkları kafes parametresi olarak adlandırılır. Metallerde

kafes paramteresinin büyüklüğü genelde 0,25 ile 0,5 nm arasındadır.


10/23/2019

10



10/23/2019

11


Merkezde 1 atom

Köşelerde 8 adet 1/8 hacimli atom 8x1/8 = 1

Birim hücredeki toplam atom sayısı 2 olur.


10/23/2019

12

Merkezde atom yok

Yüzeylerde diğer yüzeyler ile paylaşılan yanı yarım olarak kabul edilecek 6 adet atom var.

Dolayısı ile 6x1/2 =3 atom yüzeyden geliyor.

Her zamanki gibi birim kafesin özelliği olarak da köşelerden 8x1/8 =1 atom gelir.



Köşelerdeki atom sayısı = 12x1/6 = 2

Alt ve üst yüzyede 2x1/2 =1

Birim hücre ortasında 3 adet atom



10/23/2019

13


Birim hücrekerde atom yerlerini

belirlemek için birbirine dik x, y

ve z eksenlerinden yararlanılır.


10/23/2019

14


Kristal kafeslerde belirli yönleri tanımlamak gerekir. Bu yönlenmelere bağlı

olarak metal ve alaşımların özellikleri değişebilir. Metaller yakın temas halindeki

atomlar doğrultusunda şekil değiştiriler.

Doğrultu ve düzlemlerin ifade edilmesi için Miller indisleri kullanılır. Kübik bir

birim hücrede yönü şekille göstermek için kübün bir köşesinden çıkıp yüzeyin

birini geçen bir yön vektörünü çizeriz. Yön vektörünün küp yüzeyinden çıktığı

yerlerin koordinatları tam sayılara dönüştürülerek birim hücrenin yön işaretleri

elde edilir. Yön işaretleri köşeli parantez ile belirtilir ve virgülle ayrılmaz.

(1,0,0) noktasından çıkan yön vektörü [100] şeklinde gösterilir.

(1, ½, 0) noktasından çıkan yön vektörü 2(1, ½, 0) = [210] olacaktır.

(-1, -2, 2) noktası için vektör

Miller indisleri kesirli sayı ile ifade edilmez, gerektiğinde 2 ile çarpılarak tam

sayıya çevrilir.


10/23/2019

15

Büyük sayılardan oluşan indisler, en büyük indise bölünüp küçültülür



10/23/2019

16



10/23/2019

17

Kristal kafelserde belirli düzlemleri tanımlamak gerekir. Metaller atomların çok

sıkı paketlendiği düzlemler boyunca şekil değiştirir.

Bir kristal düzleminin Miller işareti, düzlemin, kübün birim hücresinin paralel

olmayan x, y ve x kristal eksenlerini kestiği kesirli kesişme noktalarının

kesirler tamsayıya çevrilerek bulunan karşıtlarıdır.

1. (0,0,0) daki başlangıç noktasından geçmeyen bir düzlem seçilir

2. Düzlemin, birim kübün x,y,z eksenlerini kestiği noktalar bulunur, kesişmeler kesirli

olabilir

3. Bu kesişme sayılarının karşıtları bulunur

4. Kesirler tamsayıya çevrilir ve kesişme sayılarıyla aynı oranda en küçük tamsayılar

bulunur. Bu tamsayılar düzlemin Miller işaretleridir.



10/23/2019

18



10/23/2019

19



10/23/2019

20



10/23/2019

21


Metaller katılaşırken kendilerine has, elektron düzenlerinin neden olduğu belli bir kafes

sisteminde kristalleşirler.

Aluminyum, ymk

Çinko, sph

Titanyum, hsp

Bu bir malzeme özelliğidir. Buna karşılık bazı metaller de yine belli bir kafes sisteminde

katılaşırken sonra yine kendilerine has belli bir sıcaklığa geldiklerinde kafes sistemlerini

değiştirler. Bu dönüşüm katı halleri devam ederken olur. Birden çok kafes sistemine sahip

olan metallere allotrop veya polimorf denir. Bu özelliğe de, yani birden çok kafes sistemine

sahip olmaya da allotropi veya polimorfi denir.


10/23/2019

22

Ti: sph (α Ti) 882,5 oC ye kadar, 882,5 ile 1668 oC arasında β Ti, khm

Fe: 911 oC’ye kadar α Fe, khm

911 – 1132 oC arasında γ Fe kym

1392-1536 oC arasında δ Fe khm


http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=solid_solutions


http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=solid_solutions

10/23/2019

23

Atomların kristal düzlemindeki diziliş biçimi kafesi oluşturur.

Birim hücrenin boyutlarına kafes sabiti (a) veya birim hücre boyutu denir.

Atomların diziliş sıklığını ifade etmek için atomsal dolgu faktörü kullanılır. ADF



10/23/2019

24



Metalurji Mühendisliğine Giriş · Demir C

Documents

Transcript of Metalurji Mühendisliğine Giriş · Demir C