Malzeme Bi̇lgi̇si̇ Giriş 01

7/26/2019 Malzeme Bılgısı Giriş 01

http://slidepdf.com/reader/full/malzeme-bilgisi-giris-01 1/70

Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi

/94Prof. Dr. Hüseyin UZUN-Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

1

MALZEME BİLGİSİ

HOŞGELDİNİZ

Malzeme

Bilgisi

Malzeme

Bilgisi

PROF. DR. HÜSEYİN UZUN





2

• Malzemelerin atomik yapısını, atom dizilişlerini vekristal yapı hatalarını ve difüzyon olayını kavramak

• Mühendislik malzemeleri tanımak: Metal, Seramik,

Elektronik Malzemeler, Plastik ve Kompozitler

• Malzemelerin yapısal özellikleri ile mekanik, fizikselve kimyasal özellikleri arasındaki ilişkileri öğrenmek

• Malzemelerin tahribatlı ve tahribatsız deneylerinikavramak

• Tasarımda doğru malzeme seçimini öğrenmek.

DERSİN AMACI





3

DERSİN KAZANDIRACAĞI

BİLGİ ve BECERİLER * Malzemelerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerini

* Atom yapısı, atomların dizilişlerini

* Kristal düzlemleri ve doğrultularını

* Malzemelerin yapısal kusurlarını

* Malzemelerde yapı

-

özellik ilişkisini

* Difüzyon işlemi ve uygulama alanlarını

* Faz diyagramlarını

* Metalleri, seramikleri, polimerleri,

kompozitleri

* Malzemelerin tahribatlı ve tahribatsız deneylerini

* Malzemelerin manyetik ve korozyon özelliklerini

kavramak





4

[1] HüseyinUzun “Mühendisler İçin

Malzeme Biliminin Temel İlkeleri”,Değişim Yayınevi, 2012, Sakarya.

KAYNAKLAR

Ü





5

MALZEME BİLİLİMİNEGİRİŞ

Ü





6

MALZEME NEDİR?

MALZEMELER , İnsanların toplumsal, sosyalve ekonomik hayatlarını eski çağlardanitibaren etkileyen ve değişik uygarlıkların

oluşmasına sebep olan önemli bir unsurolmuştur.

Ü




/94Prof. Dr. Hüseyin UZUN-Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü 7

Mühendislik Malzemesi Nedir?

Mühendislik tasarımı ile geliştirilen ürün vesistemlerinin imalinde kullanılan ve

mekanik, fiziksel ve kimyasal olarak arzu

edilen özelliklere sahip maddelerdir.

Ü





Çevremizde gördüğümüz vekullandığımız tüm malzemeler çeşitli

maddelerden üretilmişlerdir.Örneğin;



PLASTİK

ALÜMİNYUM

SERAMİK

ÇELİK

KOMPOZİT

Ü





MALZEME TÜRLERİ

Günümüzde de çok farklı özelliklere vekullanım alanlarına sahip, çok değişik malzemelerin geliştirildiğini görmekteyiz

k Ü i i i k l ji kül i





MALZEME TÜRLERİ

S k Ü i i i T k l ji F kül i





MALZEME TÜRLERİ

S k Ü i it i T k l ji F kült i





MALZEME TÜRLERİ

S k Ü i it i T k l ji F kült i





KOMPOZİTLER

MALZEME TÜRLERİ



80 metre yükseklik










Malzeme Bilimi Nedir?

Malzemelerin yapısı ve özellikleri arasındakiilişkiyi inceleyen bilim dalıdır

Malzemesi Mühendisliği Nedir?Malzeme biliminin sunduğu yapı ve özellik arasındakibilgiye dayanarak , arzu edilen özellikte malzemelerintasarlanması, imal edilmesi , mikroyapısalkarakterizasyonunun yapılması , kalite kontrolününgerçekleştirilmesi ve malzeme seçiminin yapılması

faaliyetlerini gerçekleştiren mühendislik alanıdır.






ARAŞTIRMACILAR SÜREKLİ YENİ MALZEMELER ARAYIŞINDADIRLAR

* Makine mühendisleri, jet motorlarının daha verimli

çalışabilmeleri için daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilecek

malzemeler araştırmaktadırlar.

* Elektrik mühendisleri, elektronik aletlerin daha hızlı, yükseksıcaklıklarda çalışabilmesi ve iletkenliği çok daha yüksek

malzemeler araştırmaktadırlar.

* Uzay ve havacılık mühendisleri, uzay taşıtları ve uçaklar için

daima daha yüksek dayanım-ağırlık oranına sahip, kaynak

edilebilir malzemeler araştırmaktadırlar.

* Kimya mühendisleri, korozyona daha dayanıklı malzemeler

araştırmaktadır.






Malzeme Biliminin Konuları





/94

Malzeme Yapısı

• Atomaltı seviyede: Elektronlar, atom çekirdeğinioluşturan protonlar, nötronlar, kuarzlar vebunların birbirleri ile etkileşimi içerir.

• Atomik seviyede: Atomların belirli bir düzendedizilmeleri ve atomlar arası bağlar.

• Mikroskopik seviyede: Mikroskop kullanılarakincelenen mikroyapılar, tane boyutları, fazlar,

bileşikler• Makroskopik seviyede: Gözle görülebilen makro

yapılar





/94

Malzeme Yapısı











Malzeme Özellikleri

Malzemelerinmekaniközellikleri:Malzemelerin

mukavemeti,sünekliği,gevrekliği,tokluğu, sertlik,

yorulma,sürünme, eğme,burulma gibiözellikleri elealınır.

























Malzemelerin fiziksel özellikleri:Elektrik iletkenliği, ısıl, optik, elektronik vemanyetik özellikler







Malzemelerin kimyasal özellikleri:Malzemelerin kimyasal içeriği, korozyonözelliği, kimyasal reaksiyonları, kimyasalbileşimleri






Malzeme İmalatı/Üretimi

Malzemelerin ham maddeden mamul madde halinegetirilmesi ile ilgili metalurjik süreçler demalzemelerin imalat konuları içerinde yeralmaktadır. Ayrıca malzemelerin döküm, dövme, ektrüzyon,

çekme, haddeleme, eğme, bükme, talaş kaldırma,kaynak gibi yöntemlerle üretilmesi veya şekilverilmesi de malzemelerin imalat konuları içerisinde yer almaktadır.






Malzeme Performansı

Malzemelerin performas değerlendirmesi ise malzemelerinyüksek ve düşük sıcaklık, korozif ortam gibi belirli servisşartlarında istenilen nitelikleri sağlayıp sağlamadığının vearzu edilen servis ömrünü temin edip etmediğinin çeşitlideneysel yöntemlerle belirlenmesi konularını içerir.






Malzeme Seçimi

Malzemelerin kullanılacağı servis şartlarına uygun nitelikleresahip, performansı yüksek ve en ekonomik malzemeninbelirlenerek önerilmesi konularını da malzeme seçimideğerlendirme kriterleri ile gerçekleştirebiliriz.






MALZEME SEÇİMİNİN

ENDÜSTRİYEL ÖNEMİ• Jet uçakları: Hafif ve yüksek sıcaklığa

dayanıklı malzemeler

• Otomobiller: hafiflik ve ucuzluk

• Bilgisayar: yüksek hızda işlem vebilgi-depolama özelliği,

• Spor malzemeleri: hafiflik, estetik





/94

Ticari gaz depolama tankı için uygun malzemeseçimi (14 MPa- 2000psi)

Doğru metal alaşımı seçmek içinizlenen yol.

Seçenekler

Doğru malzemeyi seçmek için izlenen yol





/94

Bu amaç için aramitfilamentlerden imal edilentanklar.

Havacılıkta yüksek basınç kapmalzemesi olarak Doğru kompozit

sistemini seçmek için izlenecek yol.

Havacılıkta endüstrisinde doğru

malzeme sistemini seçmek için izlenecekyol.





/94

Yiyecek ve içecek uygulamaları için Dekoratif

Foil Kese• Gıda : aranan özelliklerdir.

yüksek korozyon direnci,

yeterli dayanım,

sızdırmazlık,

kolay şekillendirilebilirlik

• 1XXX saf aluminyumu. Özellikleri;

Kolay şekil verilebilirlik, korozyonakarşı dayanım, elektrik iletkenliği.

Elektrik, ve kimyasal uygulamalar

için elverişli. yüksek dayanım aranan

uygulamalara elverişli değil..

• 1XXX; bu uygulamada kullanılabilir.









Sa a ya Ü e s tes e o oj a ü tes


Seramik süper iletkenlere malzeme bilimi ve mühendisliği tetrahedronununuygulanması. Mikroyapı-sentezleme ve proses etme-kompozisyonun birbirlerinebağlıve performans/maliyet oranıüzerine etkili olduğu unutulmamalıdır.




y j


Otomobil kasasında kullanılan çelik levhalar üzerine malzeme bilimi vemühendisliği tetrahedronun uygulaması.




y j


Mikro elektronikte kullanılan yarıiletken polimerlere malzeme bilimi vemühendisliği tetrahedronun uygulanması.




y j


Her malzeme değişik yapı ve özelliklere sahiptir.

Taş devrisert mineral madde olarak tanımlanmakta

Maden devriMetaller ve alaşımlarıSeramikler, Camlar, Cam-SeramiklerPolimerler (plastikler)

Yarı iletkenlerKompozit malzemelerNano malzemelerBiyomalzemeler

Malzemelerin Sınıflandırılması




y j


Çelik, alüminyum, magnezyum, çinko, dökme demir,

titanyum, bakır, nikel vb.

Elektrik iletkinlikleri yüksek Isıl iletkenlikleri yüksek Sünek Şekil verilebilirŞok direnci yüksek Yapısal ve yük taşıyıcı alanlarda kullanıma uygundurlar.

Saf metaller çok az kullanılmakla birlikte metallerinkombinasyonlarından oluşan alaşımlar değişik özelliklerigelişmiş malzemeler üretmek üzere tercih edilirler.

Metaller ve alaşımlar




y j


Tuğla, cam, refrakterler ve aşındırıcılar.

Düşük elektrik iletkenliğiDüşük ısıl iletkenliğiKırılgan Yüksek sıcaklık uygulamalarında yüksek dirençKorozyona dirençli

Genelde yalıtkan malzeme olarak kullanılırlar ancak yeni proses

teknikleri ile yük taşıyıcı uygulamalarda da kullanılır halegelmişlerdir.

Optik ve elektrik özellikleri geliştirildiğinden entegre devre ve fiberoptik uygulamalarda kullanılabilirler.

Seramikler




y j


Lastik, plastik, ve yapıştırıcılar.Organik moleküllerden polimerizasyon prosesi ile büyükmoleküler yapılar oluşturularak üretilirler.

Düşük termal dirençDüşük elektrik iletkenliği

Düşük mukavemet Yüksek sıcaklık direnci düşük

Termoplastik ve termoset olarak genelde ikiye ayrılırlar;

•Termoplastik polimerlerde zincirler rijit bağ yapısına sahipdeğildirler bu yüzden sünek ve şekil verilebilir özelliksergilerler.•Termoset polimerlerde moleküler zincirler çok sıkı bağlıdırve bu yüzden kırılgandırlar.

Polimerler





Silisyum, germanyum, GaAs gibi bileşikler

Elektriksel özellikleri kontrol edilebilir

Transistör, diyod ve entegre devrelerde kullanılırlar.

Yarı iletkenler









İki veya daha çok malzemeden oluşurlar.

Beton, sunta, fiberglas, karbon fiberle güçlendirilmiş polimer

• Düşük ağırlıklı• Mukavemetli• Sünek • Yüksek sıcaklık direnci yüksek • Şok direnci yüksek

Kompozit Malzemeler





İki veya daha çok malzemeden oluşurlar.

Beton, sunta, fiberglas, karbon fiberle güçlendirilmiş polimer

• Düşük ağırlıklı• Mukavemetli• Sünek • Yüksek sıcaklık direnci yüksek • Şok direnci yüksek

Kompozit Malzemeler

























Değişik kategorideki malzemelerin mukavemetleri

















Her kategorideki malzeme için örnek, uygulamaalanları ve özellikleri





Her kategorideki malzeme için örnek, uygulamaalanları ve özellikleri





Diş hekimliği, çeşitli nedenlerle kaybedilen dişlerin yerine çenekemiğine yerleştirilen yapay diş kökleri olarak kullanılanimplant malzemelerinin, bazı özelliklere sahip olmasını talep

ederler. İmplant olarak kullanılacak malzemelerin daha iyikonuşma ve çiğneme fonksiyonu sağlayan, yüzdeki doğalgörünümü bozmayan, mükemmel biyolojik uyum gösteren,elastikiyet modülü kemiğe yakın ve korozyon dirençleri yüksekolması gerekir. Bu amaçla malzeme mühendisleri bu talep

edilen özellikleri karşılayabilecek en uygun malzemenin saftitanyum ve Ti-6Al-4V alaşımı malzemeler olduğunu önerirler.





Uçak motorlarında kullanılan türbin kanatçıkları, yüksek sıcaklıklardaki (1300°C) çalışma şartlarında

görev yapmak zorundadırlar. Bu nedenle türbinkanatçığı yapılacak malzemelerin yüksek sıcaklıkortamlarında mekanik özelliklerini kaybetmeyen ve yüksek sıcaklık korozyonuna dayanıklı olmalarıistedir. Bu nitelikleri sağlayan türbin kanatçığıimalatında, tek kristalli nikel esaslı süper alaşımlarkullanılmaktadır.





Zırh imalatı için kullanılacak malzemelerden düşük yoğunluk, yüksek esneklik özelliği ve yüksek darbe

mukavemeti aranır. Bu amaçla, naylon ailesindengeliştirilen, kimyasal bileşimi "poli para fenilenterepitelamid" olan ve ticari marka olarak Kevlarolarak adlandırılan lifler, tercih edilen malzemelerdir.





Elektronik cihazlarımızda sıklıkla karşılaştığımız LED (Işık Yayan Diyot), elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletkendevre elemanlarıdır. LED’lerin yaydığı ışık, LED çipi içerisindeki

yarı iletken katkı maddeleri sayesinde sağlanır. LED’in hangirenkte ışık yayması isteniyorsa galyum, arsenit, alüminyum,fosfat, indiyum, nitrit gibi elementlerden uygun oranda, yarıiletken malzemeye katkı yapılır (GaAIAs, GaAs, GaAsP, GaP,InGaAIP, SiC, GaN, gibi). Böylece LED çipinin istenen dalga

boyunda ışıma yapması sağlanmış olur. Örneğin kırmızı renk(660nm) elde etmek için GaAlAs alaşımı, sarı renk (595nm) içinInGaAIP alaşımı, yeşil renk (565nm) için GaP alaşımı, mavi renk(430nm) için GaN alaşımı kullanılır.





Günlük yaşantımızın bir parçası haline gelen dokunmatik ekrantelevizyonların, bilgisayarların ve cep telefonlarının çalışmaprensibi, dokunuşları algılayan elektriksel algılama yöntemine

dayanır. Bu nedenle bu cihazların ekranı, elektriği ileten veşeffaf (optik geçirgenlik) olan bir maddeyle kaplanaraksağlanır.Ekranlara kaplanan bu ince film kaplama maddesi, indiyumkalay oksit (ITO, Indium tin oxide)’dir. Ayrıca ITO ince film

kaplama malzemesi, güneş pillerinde, elektrokromik camlarda,LCD ekranlarda, OLED görüntülemelerde ve ısı bariyerlerinde dekullanılmaktadır.





Makroskobik olarak birbirinden ayrı iki ya da dahafazla malzemenin bir araya getirilmesi ile imal edilen

kompozit malzemeler, mekanik özelliklerinin yüksekve oldukça hafif olması nedeniyle pek çok stratejiköneme sahip araçların imalatında kullanıldığınıgörmekteyiz. Bu malzemeler, uçak, roket, hıztekneleri, spor aletleri, helikopter, jet, paraşüt gibiçok değişik uygulama alanlarında başarıylakullanılmaktadırlar.









Zırh delici merminin dış gövde kısmı bakırdan

yapılırken, delici parça ise tungsten karbürden imaledilmektedir.





En dikkat çekici nanomalzemelerden biri de karbonnanotüplerdir.

Karbon nanotüpleri, karbon nanoparçacıklarının değişikşekillerde dizilmesiyle meydana getirilir.

Bir veya iki duvarlı,

Açık veya kapalı uçlu,

Düz veya spiral şekildeki yapılardır.


Karbon

nanotüplerin




Karbon nanotüplerinÖzellikleri• Y alıtkanlık ,• Y arı iletkenlik veya• süper iletkenlik gibi çok değişik elektronik özelliklere sahip oldukları gibi• Yüksek sertlik, elâstikiyetlik veya dayanıklılık açısından farklı özelliklerede

sahip olabilmektedirler.

• Karbon nanotüplerinin 2.800°C’de bile kararlı yapısının devam ettiği,elektrik iletkenliğinin kaybolmayarak bakır tellerden bin kat daha iletkenolduğu tespit edilmiştir.

• Karbon nanotüpler yüzey/hacim nispetlerinin çok düşük olması sebebiylede, hidrojen depolanmasında kullanılacak ideal aday malzemeler olmuştur

68


ÖDEV KONULARI




ÖDEV KONULARI

• Spor aletleri imalatında (bisiklet, raket gibi) hangi malzemelerve hangi özelliklerinden dolayı tercih edilmektedirler?

•Nanomalzemelerin uygulama alanlarını araştırınız.• Hız teknesi yapımında hangi malzemelerin ve hangiözelliklerinden dolayı tercih edilirler?• Yarı iletken malzemeler nelerdir ve nerelerde kullanılır?• Yüksek sıcaklık ortamlarında kullanılabilecek malzemelerin

neler olduğunu araştırınız.• Karbon nanotüplerin yapılarını inceleyiniz.• Grafen adlı malzeme özelliklerini ve potansiyel kullanımalanlarını araştırınız.




DİNLEDİĞİNİZ İÇİN

TEŞEKKÜR EDERİM

Documents

Malzeme Bi̇lgi̇si̇ Giriş 01