mmt208-01

MALZEME II DERSİ Prof.Dr. MUZAFFER ZEREN Yrd.Doç.Dr. Şeyda POLAT 1









ÖNSÖZ

Bu ders notları, Malzeme Bilimi ve Fiziksel Metalurji ile ilgili Türkçe yayınların kısıtlı olması nedeniyle KOÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü lisans öğrencilerinin gereksinmeleri doğrultusunda hazırlanmıştır. Malzeme Bilimi I, Malzeme Bilimi II ve Fiziksel Metalurji (Malzeme Bilimi III) ders notları olarak hazırlanan üç yayım, toplam üç yarıyılda verilen derslerin yansıması olup içerikte fiziksel metalurjik esaslar gerekli detayları ile verilmiştir. Ders notlarının ana amacı, öğrenciye malzeme mikroyapısı ile malzeme özellikleri arasındaki ilişkiyi kurmasına yardımcı olacak ögeleri tanıtmaktır. Bu gaye doğrultusunda teorik esaslar pratik uygulamaya nazaran daha yoğun olarak verilmiştir. Ancak teorik kısım basit bir şekilde anlatılmaya çalışılmış ve her konu ile ilgili bazı uygulama örnekleri sunulmuştur. Malzeme ile ilgili fiziksel metalurjik esaslar konusunun bu tarz ders notları olarak hazırlanmasında hemen hemen tamamen yabancı kaynakça Türkçe‟ye tercüme edilerek derlenmiştir. Bu ders notlarında öncelikli olarak John D. Verhöven‟in “Fundamentals of Physical Metallurgy” kitabından faydalanılmış ve hemen hemen tamamen çevirilmiştir. Ancak Reed-Hill, Van Vlack, Bargel-Schulze, Smith gibi değişik yazarların kitaplarından alınmış pasajlar da konuyu okuyucuya daha anlaşılır hale getirme gerekçesiyle içeriğe dahil edilmiştir. Özellikler ise William F. Smith‟in Prof. Dr. Nihat G. Kınıkoğlu tarafından çevrilen “Malzeme Bilimi ve Mühendisliği” adlı kitabı, R. M. Rose, L. A. Shepard ve J. Wulff‟ un Prof. Dr. Kaşif Onaran ile Doç. Dr. Sabri Altıntaş tarafından çevrilen “Malzemelerin yapı ve Özellikleri” kitabı ve Prof. Dr. Kaşif Onaran‟ın “Malzeme Bilimi” adlı kitabından direkt olarak Türkçe alınmıştır. 2



1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10.

11.

12. 13. 14.

KAYNAKÇA A. Fick, Poggendorff‟s Annalen 94, 59 (1855). G. Grube and A. Jedele, Z. Elektrochem. 38, 799 (1932). W. Jost, Diffusion in Solids, Liquids, Gases, Academic, New York, 1952. P. Shewmon, Diffusion in Solids, McGraw-Hill, New York, 1963. W. Seith and T. Heumann, Diffusion in Metals: Exchange Reactions, Springer-Verlag, New York, 1955. Translation from the German, Office of Technical Services, Dept. Of Commerce, Washington 25 D. C., 1962, AEC-TR-4506. R. E. Reed Hill, Principles of Physical Metallurgy, Van Nostrand, New York, 1964. M. Volmer and A. Weber, Z. Physik. Chem. 119, 277 (1925). R. Becker and W. Doring, Ann. Phys. 24, 719 (1935). D. Turnbull and J. C. Fischer, J. Chem. Phys. 17, 71 (1949). J. W. Christian, The theory of Transformations in Metals and Alloys, Pergamon, New York, 1965, Chapter 10. L. J. Battan, Cloud Physics and Cloud Seeding, Anchor Books, Doubleday and Co., New York, 1962, pp. 60-64, 91-95. A. Walton, Int. Sci. Tech. 2, 28 (December 1966). K. A. Jackson, Ind. Eng. Chem. 57, 29 (1965). D. R. Uhlmann and B. Chalmers. Ind. Eng. Chem. 57, 19 (1965).

3

D. Turnbull and R. E. Cech, J. Appl. Phys. 21, 805 (1950).  G. Colligon, J. Aust. Inst. Metals 10, 277 (1965).  G. L. F. Powell, J. Aust. Inst. Metals 10, 223 (1965).  D. Gomersall, S. Shiraishi, and R. Ward, J. Aust. Inst. Metals 10, 220 (1965).  J. Marcantonio and L. Mondolfo, Met. Trans. 2, 465 (1971).  K. Jackson, D. Uhlmann, and J. Hunt, J. Crystal Growth 1, 1 (1967).  G. F. Bolling, J. J. Kramer, and W. A. Tiller, Trans. Met. Soc. AIME 227, 1453 (1963).  W. G. Pfann, Zone Melting, Wiley, New York, 1966.  W. G. Pfann, Sci. American, 217, 63 (December 1967).  J. A. Burton, R. C. Prim, and W. C. Slichter, J. Chem. Phys. 21, 1987 (1953).  C. Elbaum, in Progress in Metal Physics, Vol. 8, B. Chalmers and R. King, Eds., Pergamon Press, New York, 1959, p. 203.  W. A. Tiller, K. A. Jackson, J. W. Rutter, and B. Chalmers, Acta Met. 1 428 (1953).  J. C. Warner and J. D. Verhoeven, Met. Trans. 4, 1255 (1973).  R. F. Sekerka, J. Crystal Growth 3-4, 71 (1968).  S. C. Hardy and S. R. Coriell, J. Crystal Growth 7, 147 (1970).  L. R. Morris and W. C. Winegard, J. Crystal Growth 5, 361 (1969).  R. J. Schaefer and M. E. Glicksman, Met. Trans. 1, 1973 (1970).  F. R. Mollard and M. C. Flemings, Trans. AIME 239, 1534 (1967).  J. D. Verhoeven and E. D. Gibson, Met. Trans. 4, 2581 (1973). 53. R. W. Kraft, J. Metals 18, 192 (1966). 

4

 



 

              

F. S. Galasso, J. Metals 19, 17 (1967). G. A. Chadwick, in Progress in Materials Science, Vol. 12, No. 2, B. Chalmers and W. HumeRothery, Eds., Pergamon Press, New York, 1963. L. M. Hogan, R. W. Kraft, and F. D. Lemkey, in Techniques of Chalmers and W. HumeRothery, Eds., Pergamon Press, New York J. L. Walter and H. E. Cline, Met. Trans. 4, 1775 (1973). K. A. Jackson and J. D. Hunt, Trans. Met. Soc. AIME 236, 1129 (1966). C. Zener, Trans. Met. Soc. AIME 167, 405 (1946). W. A. Tiller, in Liquid Metals and Solidification, ASM, Cleveland, 1958, p. 276. H. W. Kerr and W. C. Winegard, Can. Met. Quarterly 6, 55 (1967). W. H. Weart and J. D. Mack, Trans. Met. Soc. AIME 212, 664 (1958). M. D. Rinaldi, R. M. Sharp, and M. C. Flemings, Met. Trans. 3, 3139 (1972). A. F. Bishop, F. A. Brandt, and W. S. Pellini, Trans. Am. Foundry. Soc. 59, 439 (1951). T. F. Bower, H. D. Brody, and M. C. Flemings, Trans. Met. Soc. AIME 236, 624 (1966). K. A. Jackson, J. D. Hunt, D. R. Uhlmann. And T. P. Seward, Trans. AIME 236, 149 (1966). H. F. Bishop and W.S. Pellini, Foundry 80, 86 (February 1952). R. W. Ruddle, Trans. Am. Foundry. Soc. 68, 685 (1960). M. Flemings and G. Nereo, Trans. AIME 242, 41, 51 (1968). H. Thresh, M. Bergeron, F. Weinburg, and R. K. Buhr, Trans. AIME 242, 853 (1968). M. Flemings et al., J. Iron and Steel Inst., 208, 371 (April 1970). R. Flinn, Fundamentals of Metal Casting, Addison-Wesley, Reading, Mass., 1963. R. Flinn, Casting Techniques, in Techniques of Metal Research, Vol. 1, R. F. Bunshah, Ed., Wiley, New York, 1968, chapter 21. 5

      

     

J. Campbell, Cast Metals Res. J. 5, 1 (March 1969). S. J. Walker, Foundary Trade J. 127, 943 (December 1969). S. N. Singh and M. Flemings, Trans. AIME 245, 1811 (August 1969). S. F. Frederick and W. A. Baily, Trans. AIME 242, 2063 (October 1968). A. Cibula, Grain Control, University of Sussex Institute on Metalurgist, London,1969,pp.22-44. F. L. Versnyder and M. E. Shank, Materials Sci. Eng. 6, 213 (1970). R. Heine, C. Loper, and P. Rosenthal, Principles of Metal Casting, McGraw-Hill, New York. 1967. F. N. Rhines, Phase Diagrams in Metallurgy, McGraw-Hill, New York, 1956. R. P. Dunphy and W. S. Pellini, Trans. Am. Foundry. Soc. 59, 425 (1951). The Solidification of Metals, Iron and Steel Institute, London, 1968, Publ. 110. B. Lux, M. Grages, and D. Sapey, Prac. Metallog. 5, 587 (1968) B. Lux, W. Kurz, and M. Grages, Prac. Metallog. 6, 464, (1969). C. F. Walton, Ed., Iron Casting Handbook, Iron Founders‟ Society, Cleveland, 1971.

6

MALZEME II DERSİ

MALZEME II DERSİ İÇERİK PROF. DR. MUZAFFER ZEREN [1-10. HAFTA]    

          

1. 2. 1.1. 1.2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

YAYINMA (DĠFUZYON) FAZ DÖNÜġÜMLERĠ Homojen Çekirdeklenme Heterojen Çekirdeklenme SIVI-KATI DÖNÜġÜMÜ Çekirdeklenme Saf Metallerin KatılaĢması AlaĢımların KatılaĢması Ötektik AlaĢımların KatılaĢması Döküm Metaller MALZEMELERĠN ELEKTRONĠK ÖZELLĠKLERĠ Metallerde Elektrik Ġletimi Ġletkenliğin Bant (Enerji KuĢağı) Modeli Yarı Ġletkenler Mikroelektronik

Y. DOÇ. DR. ŞEYDA POLAT[11-15. HAFTA]                 

5.MALZEMELERĠN MANYETĠK ÖZELLĠKLERĠ 5.1. Manyetik Alanlar ve Büyüklükler 5.2. Mıknatıslanma Türleri 5.3. Manyetik Malzemeler 6. MALZEMELERĠN OPTĠK ÖZELLĠKLERĠ 6.1. IĢık ve Elektromıknatıs Tayfı 6.2. IĢığın Kırılması 6.3. IĢığın Soğurulması, GeçiĢi Yansıması 6.4. Luminesans 6.5. Lazerler 6.6. IĢık Lifleri (Optik Fiberler) 6.7. Süperiletkenler 7. MALZEMELERĠN ISIL ÖZELLĠKLERĠ 7.2. Özgül Isı 7.3. Isıl GenleĢme 7.4. Isıl Ġletkenlik 7.5. Isıl ġok Direnci

7

MALZEME TEKNOLOJİSİ 



Malzeme yapısı hakkındaki teorik ve uygulamalı bilgileri kullanarak tasarım, geliştirme, üretim aşamalarından geçirerek toplumun ihtiyacı olan ürünlere dönüştürme ile ilgili mühendislik dalıdır. Uygarlığın başlangıcından beri çeşitli malzemeler enerji ile birlikte insanın yaşama standardını yükseltmek için kullanılmıştır. Birçok mühendislik dalında yeni tasarımlar tamamen yeni malzemelerin geliştirilmesine bağlıdır. Malzeme kullanımında yeniliklere neden olan en önemli etkenler, enerji, elektronik, optik ve biyolojik alanlarda hızla oluşan gelişmeler ve artan çevre duyarlılığıdır.



Malzemelerin üretimi ve kullanılabilir ürünler haline getirilmesi sanayinin temelini oluşturmaktadır. Modern mühendislik teknolojisi için önem taşıyan malzeme türleri metaller, seramikler, polimerler ve karma malzemelerdir.

8

MALZEME TEKNOLOJİSİ

Günlük yaşantımızda kullandığımız hemen herşey, malzemelerden oluşur. Bu malzemeler, doğal olarak oluşmuş ya da yapay olarak elde edilmiş olabilir. Günlük yaşamın doğal parçası haline gelmiş gereçlerden yarıiletken yongalara, ulaşım ve iletişim sektöründeki kullanımlarından protez ve yapay organ gibi tıbbi uygulamalara, zırh plakaları veya süper alaşımlar gibi savunma sanayi ağırlıklı ileri teknoloji uygulamalarına kadar her alanda değişik malzemeler, taşıdıkları özelliklerle uyumlu kullanım alanları bulur. Malzeme Mühendisliği‟nin uygulamaları da bu geniş yelpazede kullanılan metal, seramik, cam, polimer ve bunların kompozit yapılarından oluşan her türlü malzemenin tasarımı, geliştirilmesi, üretimi, ve özelliklerinin karakterizasyonunu kapsar. Malzeme Mühendisliği, bilişim teknolojileri ve genetik-moleküler biyoloji ile birlikte 21. yüzyılı şekillendirecek mesleklerden biridir. 9


Metalürji ve Malzeme Mühendisliği uygarlık tarihinin en eski mühendislik dalı olarak da bilinen Metalurjiden doğmuştur. İlkel çağlarda, doğada saf halde bulunan metallerin ısı yardımıyla dövülerek veya ergitilerek şekillendirilmesiyle başlayan metalürji, demir-çelik sektörünün gelişimiyle sanayi devrimine soluk vermiş, cam ve seramiklerin endüstriyel çapta üretimi ve 20. yüzyılda polimer esaslı malzemelerin, yarıiletken malzemelerin ve biyomalzemelerin geliştirilmesiyle metal dışı malzemeleri de kapsayan, disiplinler arası bir karaktere sahip, malzeme bilimine dönüşmüştür. Bugün ulaşılan nokta; başta optik, manyetik, elektronik, tıp, biyoloji olmak üzere çeşitli bilim dallarında kullanılan malzemelerin ve buna bağlı teknolojilerin nano boyutlara inmesidir

10


Yavuz zırhlısı ve yeni nesil fırkateyn de malzeme ve yakıt

11


Deniz Savunma sanayi ve gemilerinde malzeme seçimi ve tasarımı 12


Heybeliada MİLGEM ve malzeme seçimi

13

MALZEME TEKNOLOJİSİ İlk Türk Tipi görünmez gemi

2 bin ton ağırlığa, 99 metre uzunluğa sahip olan geminin düşman radarlarında görülmemesi için fiziksel pek çok önlem alındı. Gemi bu sayede ya düşman radarlarına görülmeyecek ya da küçük bir bot gibi görünecek. Düşman gemileri böylece hazırlıksız yakalanacak. Öncelik vurulmamak Geminin savaş durumunda uzun sure mücadele edebilmesi için öncelik vurulmamaya verildi. Bu amaçla elektromanyetik ve kızılötesi iz salınımı kısıtlandı. Geminin su içinde hareket ederken yaydığı motorun hareket ve suyun yarılma sesi en az seviyeye indirildi. Gemiye uzun hareket menzili ve yüksek sürat yeteneği sağlandı. Hedef olunması halinde ise geminin dümeninin her türlü patlamaya dayanıklı olmasına, kaptan köşkünün balistik koruma altına alınmasına, motorların ve kritik sistemlerin yedekli olmasına dikkat edildi. Dünyada ikinci Türkiye’de ilk Dünyada sadece Alman F 124 Fırkateyninde kullanılan „Cross Connection‟ güç aktarımı sistemi Heybeliada‟da da uygulanacak. Bu sayede gemide gücü üreten bir gaz, iki dizel tribünü birbiri ile uyum içinde çalışacak. Gemi hem uzun menzilli hem de kolay hızlanır olacak. Motorların bakım maliyeti de benzerlerinden düşük olacak. 14


Kapı kolu özel tasarlandı Geminin radar izdüşümünün bir botunki kadar düşük olması için en önemsiz görünen detaylar bile ele alındı. Bu nedenle geminin dış kapı kolları dahi yeniden tasarlandı. Kapı mandalının yüzeyde neden olduğu şekil bozukluğu kaportanın altına gizlendi. Gemi hücrelere ayrıldı Tamamıyla yerli tasarım olan kaportanın sahip olduğu özellikler gizli tutuluyor. Kaporta patlama, yangın gibi durumlarda sızdırmazlık özelliğini hep koruyacak. Bu sayede hem 100 kişilik gemi personeli zarar görmeyecek hem de bir yerde yangın çıkarsa bu başka bir Alana taşınmayacak. Bu sisteme hücre sistemi adı veriliyor ve başarısı kaportanın içinde gizli tutuluyor. Camlar Trakya Cam’dan Kaptan Köşkünde bulunan camlar Trakya Cam‟a özel olarak ürettirildi. Camların radar dalgalarına gemi kaportası gibi cevap vermesini sağlayan bu camlar kaptan köşkündeki elektromanyetik dalgaların dışarıya çıkmasına izin vermeyecek. Camlar gemi denize indirildikten sonra takılacak. 15



16


Heybeliada MİLGEM ve malzeme seçimi, tasarımı

17

MALZEME TEKNOLOJİSİ 

Türk Deniz Kuvvetlerinin 12 adet korvet gemisi inşasını öngördüğü "MİLGEM" projesinde, projenin ismi olan "MİLGEM" (Milli Gemi), projenin hedefini özetlemekte olup, projede milli kaynakların azami oranda kullanılacağını ifade etmektedir. Bu kapsamda; gemi üzerine konacak sistemlerin yurtdışı üreticilerinin Türkiye'ye bilgi transferi ve gemi sistemlerinin büyük ölçüde milli imkanlarla imali, projenin ana hedefi olup MİLGEM Projesindeki Milli Katkı payının %80 civarında olacağı beklenmektedir. 18

MALZEME TEKNOLOJİSİ Yeni malzemeler, gemi, uçak, helikopter, denizaltı gibi askeri araçların radarda görünürlüğünü binde 1'e kadar düşürüyor. Hiçbir koşul altında alev almayan suya, tuza, yosuna, sürtünmeye ve darbeye dayanıklı malzemeler en fazla 2 milimetre kalınlıkta oldukları için uygulandıkları platformlara fazla bir yük getirmiyor. Son yıllarda yüksek frekanslı elektronik sistemler ile birlikte telekomünikasyon cihazlarında ileri derecede bir büyüme ve gelişme yaşanmaktadır. Bu sistem ve cihazların yaydıkları elektromanyetik dalgaların diğer elektronik cihazların normal çalışma koşullarını bozmaktadır. Elektromanyetik dalga soğurucu malzemelerin kullanımı ile elektromanyetik dalgaların soğurulması veya farklı bir yöne yönlendirilmeleri sağlanarak problemler çözümlenebilmektedir. Dalga soğurucu malzemelerin önemi, askeri alanlarda hedefin radar tarafından tespit edilmesini zorlaştırmasıdır.

KAYNAK: AA ajansı: ODTÜ Kimya Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Levent Toppare,

19








Elektronik harp teknolojisinin oldukça ilerlediği günümüzde, mevcut ve yeni üretilen harp silah ve araçlarının radarda görünmezlik özelliğine sahip olmaması düĢünülemez. Dünyada radar soğurucu malzemelerin özellikle askeri platformlarda uygulanmasına dair birçok örnek mevcuttur. Bir ülke için büyük önem arz eden gemi, uçak, helikopter, denizaltı gibi araçların radar tarafından tespit edilme ihtimalini binde 1'e kadar düĢüren radar soğurucu kaplamalar, bu noktada kullanılması kaçınılmaz bir teknoloji olarak karĢımıza çıkmaktadır.


20

NANO MALZEME TEKNOLOJİSİ

21


22


23


24

GÜNEŞ ENERJİSİ

25

Isıl güneş teknolojileri

Güneş kollektörleri

350 MW gücünde parabolik oluk güneş santralı (Kaliforniya)

26

Güneş Pilleri Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır. Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı,yüzeyine gelen güneş enerjisidir.

Güneş pillerinin yapımında kullanılan malzemeler; -Kristal silisyum: Günümüzde pekçok güneş pili silisyumdan yapılmaktadır.Verim %15„dir. -Galyum Arsenit (GaAs): Uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılarda kullanılır.Verim %30‟dur. -Kadmiyum Tellürid (CdTe): CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağıya çekileceği tahmin edilmektedir.Verim %7 dir. -Bakır İndiyum Diselenit (CuInSe2) : laboratuvar şartlarında enerji üretimi için geliştirilmiştir.Verim %17

27

Güneş pili sistemlerinin uygulama örnekleri;

Çatısı güneş pili kaplı ev

Güneş pilleri ile sokak aydınlatması

Güneş pilleri ile bahçe aydınlatması

Güneş pillerinin karayollarında kullanımı 28

Malzeme Seçimi Bütün mühendislik bilim dalları (Makine, İnşaat, Elektrik, Havacılık vb.) malzeme ile yakından ilişkilidirler. Yapılacak olan bir köprü, bir otomobil, bir hesap makinesi, ne olursa olsun mühendisler, kullanacakları malzemeyi çok iyi tanımak zorundadırlar. Yukarıda sözü edilen eşyaların hemen hemen hiç biri tek bir malzemeden yapılmamaktadır ve bunlar çok çeşitlidir.

29

Bu geniş malzeme tayfı içinde mukavemet, elektrik iletkenliği, ısıl iletkenlik, korozyon vb. gibi kriterleri göz önüne alarak seçim yapılması zorundadır. Bütün bu kriterlerin yanı sıra en önemli kriterlerden biri de ekonomikliktir.

30

Malzemelerin şekil değiştirme kabiliyetlerine göre sınıflandırılması : 1.

Elastik Malzemeler: Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönen malzemelere elastik malzemeler denir. Elastik davranışı en iyi simgeleyen eleman yaydır. Lastik ve kauçuk elastik malzemelere örnek olarak verilebilir.

31

2. Plastik Malzemeler:

Yük etkisi altında şekil değiştirip, yük kalkınca yeniden ilk şekline dönmeyen, kalıcı şekil değişimi bırakan malzemelere plastik malzemeler denir. Bu davranışa en iyi örnek kildir.

32

Malzemelerin iç yapıya göre sınıflandırılması 1.

Fiziksel Yapı: Fiziksel özellikleri açısından malzemeler homojen, heterojen, izotrop ve anizotrop malzemeler şeklinde gruplandırılabilir.

33

2. Kimyasal Yapı:

Kimyasal açıdan ise malzemeler metalik (kristal), amorf, bileşik, kolloidal ve seramik yapı şeklinde sınıflandırılabilir.

34

Biyomalzemeler; Hasar görmüş vücut parçalarının yerine kullanılan malzemelerdir. Bu malzemeler zehirli olmamalı ve vücut ile uyum sağlamalıdırlar. Daha önce sayılan malzemelerin uygun özellikte olanları biyomalzeme olabilirler. Paslanmaz çelik ve titanyum alaşımları protezler için kullanılan önemli biyomalzemelerdir.

35

PLASTİKLER- Polimerler; Kauçuk, plastik ve yapıştırıcıları içine alan malzeme grubudur.Bu malzemeler polimerizasyon yöntemiyle organik moleküllerden meydana getirilir. Polimerler “mer”lerin eklenmesiyle meydana getirilir. Mesela, etilen (C2H4) bir “monomer” dir. Polietilen ise “mer”lerin (-C2H4-) oluşturduğu (-C2H4-)n zinciridir. n burada 100 ile 1000 arasında değişen bir sayıdır.

36

37

TERMOPLASTİKLER : Isıtıldıkları zaman yumuşar ve akar,soğutulunca sertleşirler,katılaşırlar.Bu olay termoplastikler için tekrar edilebilir bir özelliktir.Bu şekillendirme esnasında hiçbir kimyasal değişime uğramazlar.Genel de polimerizasyon adı verilen kimyasal işlemle elde edilirler.Yüksek sıcaklıklarda zincirler arası bağlar zayıflar.Pek çok termoplastik yapıdaki polymer’ler lineer polymer şeklindedir..

38

TERMOPLASTĠK MALZEMELERE ÖRNEKLER

39

TERMOSETLER : Isıtıldıkları zaman sürekli bir katılaşma meydana gelir.Bir daha asla tekrar, tekrar ısıtılıp sertleştirilemezler.Tıpkı yumurtayı pişirdikten sonra katılaştırıp yeniden yumuşatamadığımız gibi.Genelde polikondenzasyon yöntemi ile üretilirler.Isıtma esnasında kovalent çapraz bağlanma oluşmuştur. Bu tip bağlanma eğme ve dönme hareketlerini engeller.Daha sert ve aynı zamanda gevrek’tirler.

40

TERMOSET MALZEMELERE ÖRNEKLER

Granül halinde termoset hammaddesi

41


Titanik’demalzeme seçiminde hatalar:Gevrek malzeme-sünek malzeme-tok malzeme 42 Gövde birleştirme tekniği: KAYNAK, Yakıt sistemi: kömür-buhar-Radar sistemi


Modern Denizcilikde malzeme seçimi, tasarımı, estetik

43


Heybeliada MİLGEM ve malzeme seçimi, tasarımı, görünmezlik

44



45


2 bin ton ağırlığa, 99 metre uzunluğa sahip olan geminin düşman radarlarında görülmemesi için fiziksel pek çok önlem alındı. Gemi bu sayede ya düşman radarlarına görülmeyecek ya da küçük bir bot gibi görünecek. Düşman gemileri böylece hazırlıksız yakalanacak. Öncelik vurulmamak Geminin savaş durumunda uzun sure mücadele edebilmesi için öncelik vurulmamaya verildi. Bu amaçla elektromanyetik ve kızılötesi iz salınımı kısıtlandı. Geminin su içinde hareket ederken yaydığı motorun hareket ve suyun yarılma sesi en az seviyeye indirildi. Gemiye uzun hareket menzili ve yüksek sürat yeteneği sağlandı. Hedef olunması halinde ise geminin dümeninin her türlü patlamaya dayanıklı olmasına, kaptan köşkünün balistik koruma altına alınmasına, motorların ve kritik sistemlerin yedekli olmasına dikkat edildi. Dünyada ikinci Türkiye’de ilk Dünyada sadece Alman F 124 Fırkateyninde kullanılan „Cross Connection‟ güç aktarımı sistemi Heybeliada‟da da uygulanacak. Bu sayede gemide gücü üreten bir gaz, iki dizel tribünü birbiri ile uyum içinde çalışacak. Gemi hem uzun menzilli hem de kolay hızlanır olacak. Motorların bakım maliyeti de benzerlerinden düşük olacak. 46

MALZEME TEKNOLOJİSİ İlk Türk Tipi görünmez gemi ve MALZEME SEÇİMİ

Kapı kolu özel tasarlandı Geminin radar izdüşümünün bir botunki kadar düşük olması için en önemsiz görünen detaylar bile ele alındı. Bu nedenle geminin dış kapı kolları dahi yeniden tasarlandı. Kapı mandalının yüzeyde neden olduğu şekil bozukluğu kaportanın altına gizlendi. Gemi hücrelere ayrıldı Tamamıyla yerli tasarım olan kaportanın sahip olduğu özellikler gizli tutuluyor. Kaporta patlama, yangın gibi durumlarda sızdırmazlık özelliğini hep koruyacak. Bu sayede hem 100 kişilik gemi personeli zarar görmeyecek hem de bir yerde yangın çıkarsa bu başka bir Alana taşınmayacak. Bu sisteme hücre sistemi adı veriliyor ve başarısı kaportanın içinde gizli tutuluyor. Camlar Trakya Cam’dan Kaptan Köşkünde bulunan camlar Trakya Cam‟a özel olarak ürettirildi. Camların radar dalgalarına gemi kaportası gibi cevap vermesini sağlayan bu camlar kaptan köşkündeki elektromanyetik dalgaların dışarıya çıkmasına izin vermeyecek. Camlar gemi denize indirildikten sonra takılacak. 47


48




Türk Deniz Kuvvetlerinin 12 adet korvet gemisi inşasını öngördüğü "MİLGEM" projesinde, projenin ismi olan "MİLGEM" (Milli Gemi), projenin hedefini özetlemekte olup, projede milli kaynakların azami oranda kullanılacağını ifade etmektedir. Bu kapsamda; gemi üzerine konacak sistemlerin yurtdışı üreticilerinin Türkiye'ye bilgi transferi ve gemi sistemlerinin büyük ölçüde milli imkanlarla imali, projenin ana hedefi olup MİLGEM Projesindeki Milli Katkı payının %80 civarında olacağı beklenmektedir. 49






MİLGEM Projesi, ekonomik kullanım ömürlerini tamamlamakta olan mevcut karakol gemilerinin değiştirilmesi ihtiyacından doğmuştur. Bu proje kapsamında inşa edilecek gemiler, tüm gemi silah ve sensörlerinin entegre olduğu gelişmiş bir merkezi komuta kontrol sistemine sahip olacaktır. Gemilerin dizaynı, denenmiş ve başarılı olduğu kanıtlanmış iyi denizcilik özelliklerine sahip bir tekne formu esas alınarak geliştirilecektir. Yüksek beka kabiliyeti ve geç tespit edilme özellikleri görev ihtiyacı açısından en önemli hususlardır. Gemilerin stealth karakteristiklerinin (görünmezlik özelliği) iyi olması, radar kesit alanı, akustik iz ve sualtı gürültüsü değerlerinin düşük olması sağlanacaktır 50

MALZEME TEKNOLOJİSİ Yeni malzemeler, gemi, uçak, helikopter, denizaltı gibi askeri araçların radarda görünürlüğünü binde 1'e kadar düşürüyor. Hiçbir koşul altında alev almayan suya, tuza, yosuna, sürtünmeye ve darbeye dayanıklı malzemeler en fazla 2 milimetre kalınlıkta oldukları için uygulandıkları platformlara fazla bir yük getirmiyor. Son yıllarda yüksek frekanslı elektronik sistemler ile birlikte telekomünikasyon cihazlarında ileri derecede bir büyüme ve gelişme yaşanmaktadır. Bu sistem ve cihazların yaydıkları elektromanyetik dalgaların diğer elektronik cihazların normal çalışma koşullarını bozmaktadır. Elektromanyetik dalga soğurucu malzemelerin kullanımı ile elektromanyetik dalgaların soğurulması veya farklı bir yöne yönlendirilmeleri sağlanarak problemler çözümlenebilmektedir. Dalga soğurucu malzemelerin önemi, askeri alanlarda hedefin radar tarafından tespit edilmesini zorlaştırmasıdır.


51








Elektronik harp teknolojisinin oldukça ilerlediği günümüzde, mevcut ve yeni üretilen harp silah ve araçlarının radarda görünmezlik özelliğine sahip olmaması düĢünülemez.

Dünyada radar soğurucu malzemelerin özellikle askeri platformlarda uygulanmasına dair birçok örnek mevcuttur. Bir ülke için büyük önem arz eden gemi, uçak, helikopter, denizaltı gibi araçların radar tarafından tespit edilme ihtimalini binde 1'e kadar düĢüren radar soğurucu kaplamalar, bu noktada kullanılması kaçınılmaz bir teknoloji olarak karĢımıza çıkmaktadır.

52






Geliştirilen malzeme ilk olarak uygulanacak platformun işlevini etkilemeyecek kadar ince ve hafif olmalıdır. Düşünülmesi gereken diğer bir husus ise geliştirilen malzemenin alev, su, darbe, sürtünme gibi koşullara dayanıklılık göstererek kimyasal özelliğinden ve radar kesit alanı düşürme kapasitesinden kaybetmemesi gerektiğidir. Bu amaçla üretilen malzemelerin tek bir dalga boyundan ziyade, geniş bir bant aralığında yüksek soğurma sağlaması gerekmektedir. Ancak bilinen malzemelerin çoğu tek bir frekansta yüksek soğurma sağlayıp diğer frekanslarda iş görmemektedir.'' 53




 



Geliştirilen malzemeler milimetre mertebesinde olup uygulandıkları platformlar üzerine minimum ağırlık katmaktadır. Aynı zamanda bu malzemeler değil ısıya, çıplak aleve dayanaklı olup hiçbir koşul altında alev almamaktadır. Deniz platformları için geliştirilen malzemeler suya, tuza ve yosuna; hava platformları için geliştirilenler ise ayrıca sürtünmeye ve darbeye dayanıklıdır. Bu kaplamaların en önemli özelliği ise geniş bant aralığında yüksek soğurma sağlayıp uygulandığı cismin radar kesit alanını binde 1'e kadar düşürmesidir. Bu 100 metrekarelik bir cismin 0.1 metrekare olarak algılanması demek olup radar tarafından fark edilmesini neredeyse imkansız kılmaktadır. Bütün bunlara ek olarak bu malzemelerin üretimi için gerekli olan tüm girdiler ülke içinden sağlanabilmekte olup yurt dışına bağımlılık gerektirmemektedir KAYNAK: AA ajansı: ODTÜ Kimya Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Levent Toppare

54


Ay sınıfı denizaltı ve malzeme seçimi: birleştirme teknikleri, su basıncına dayanım

55


Yeni nesil denizaltılar, savunma sistemi ve yakıtları

56


Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi

57

MALZEME TEKNOLOJİSİ Milli tank ‘ALTAY' için yola çıkıldı

Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi tasarımı 58


Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi: Sıfır hatalı üretim

59


Hava Savunma sanayi ve uçaklarda malzeme seçimi, elektronik sistemler 60


Hava Savunma sanayi, ulusal iletişim telekomünikasyon sistemlerinde malzeme seçimi,

61


Hava sanayi: malzeme seçimi, birleştirme teknikleri; perçin, kaynak, sürtünme

62


Fırtına obüsü; Kara Savunma sanayi ve tanklarda malzeme seçimi 63


Deniz Savunma sanayi ve seyir halinde sabit atış sistemi tasarımı 64

Deniz Savunma sanayi ve silahlar için malzeme seçimi tasarımı 65


Kara Savunma sanayi top ve mermilerinde malzeme seçimi66


Deniz Savunma sanayi ve atış sistemlerinde malzeme seçimi tasarımı 67



Kurşun silah sanayinin de vazgeçilmez metallerinden biridir .

68


Silah sanayi, malzeme seçiminin önemi, 69


Kara Savunma sanayi ve atış sistemlerinde malzeme seçimi tasarımı: 70


Deniz Savunma sanayi ve çıkartma gemilerinde malzeme seçimi ve 71 tasarımı: sürtünme-aşınma-korozyon-gövde tasarımı

KAVĠTASYON



.

Pervane tasarımı malzeme seçimi

72

PERVANEDE KAVĠTASYON TĠPĠ KOROZYONU



.

Pervane tasarımı malzeme seçimi

73


Gemi tasarımında iklime göre malzeme seçiminin önemi

74

ARALIK KOROZYONU

Kokpiti korozyona uğrayan ve düşen Boing 73775uçağı



.

CP-140 tipi bir deniz keşif uçağına yerleştirilen korozyon sensörleri 76

SEÇĠCĠ KOROZYON



.

Şekil 41. Pirinç malzemede yüzeyden başlayan çinkosuzlaşma

77

SEÇĠCĠ KOROZYON

Şekil 43. - pirincinde çinkosuzlaşma nedeniyle süngerimsi bakır oluşumu X200

78

SERAMĠK MALZEMELER VE KULLANIM ALANLARI

79

SERAMĠK MALZEMELER 







Seramik türü ürünlere ismini veren tanımlama Yunanca‟ dan gelmektedir. Şarap, su ve büyük olasılıkla diğer içkiler, bardak yerine geçmekte olan şekillendirilmiş boynuz kaplardan içilmekteydi.Yunanca‟ da boynuz sözcüğünün karşılığı olan kelime “keramos” olduğundan, seramik kaplar bu adla anılmaya başlandı. Çeşitli Batı dillerine az çok çevrilerek aktarılan bu sözcük, Fransızca‟ da “céramique”, İngilizce‟ de “ceramic”, Almanca‟da “keramik” olarak yer almaktadır. İlk seramik ürünler çömlek olarak adlandırılan kap- kaçak türünde idi. Mezopotamya‟ da, özellikle Mısır‟ da Nil nehri balçığından yapılma tuğlalar, Babil‟ de üzerine yazı yazılan kil tabletler seramik ürünlerinin ilginç örneklerini oluşturmaktadırlar. 80

SERAMİKLER;

Seramiklerin elektrik ve ısı iletkenlikleri azdır; bundan dolayı elektrik izolatörleri seramiklerden yapılır. Seramikler dayanımı yüksek, sert ve kırılgan malzemelerdirler, yüksek sıcaklık ve korozyonlu ortamlara dayanıklılıkları mükemmeldir. Yeni gelişmeler sayesinde, seramikler jet motoru kanatları gibi yüksek sıcaklıkta çalışan parçaların imalinde kullanılabilmektedirler. 81

Seramikler; Tuğla, cam, yüksek sıcaklığa dayanıklı refrakterler ve aşındırıcı (zımpara taşları) gibi malzemelerdir. Alüminyum metaldir, fakat oksijenle yapmış olduğu Al2O3 bileşiği bir seramiktir. Al2O3‟ in alüminyuma göre yüksek sıcaklık gibi değişik çevre şartlarında stabil bir kimyasal yapıya ve yüksek bir ergime sıcaklığına (2020°C) sahip olması gibi iki üstünlüğü vardır (alüminyumun ergime sıcaklığı 660°C‟ dir). Al2O3 bu özelliklerinden dolayı yüksek sıcaklığa dayanıklı refrakter malzeme olarak kullanılır.

82

Seramikler; Silisyumnitrür (Si3N4) yeni üretilen seramiklerdendir ve otomobil motorlarının yüksek sıcaklık bölgelerinde kullanılmaya adaydır.

83

Seramik Malzemelerin Isınma Amaçlı Kullanımı: Gazlı Sobalar

85

Seramik Malzemelerin Tıp Amaçlı Kullanımı: Ġmplantlar

86

Seramik Malzemelerin Dekoratif Amaçlı Kullanımı: Panolar

87

Seramik Malzemelerin Dekoratif Amaçlı Kullanımı

88

Seramik Takviyeli Malzemelerin Kullanımı:Tanklar





Ana muharebe tankı bölümleri. 1. Paletler 2. Ana silah namlusu 3. Palet koruyucusu 4. Antifüze önlemleri 5. Taret 6. Motor platformu 7. Gözlem kulesi 8. Ġkincil silah makineli tüfek/top 9. Gövde, ana zırh 10. Sürücü penceresi, makineli tüfek

89

Seramik Malzemelerin Askeri Amaçla Kullanım Alanları

Seramik esaslı zırh malzeme ile tankların gövdelerinin kuvvetlendirilmesi 90

Seramik Malzemelerin Askeri Amaçla Kullanım Alanları

91

Seramik Malzemelerin Kullanım Alanları: Motorlar

92

Seramik Malzemelerin Uzay ve Havacılık Amaçlı Kullanım Alanları

93

Seramik Malzemelerin Uzay Araçlarında Kullanımı

94

Seramik Malzemelerin Uzay Amaçlı Kullanımı



Uzay mekiğin atmosfere giriĢ anındaki, sürtünmeden kaynaklı oluĢan ısı dağılımının temsili resmi 95

Seramik Malzemelerin Uzay Amaçlı Kullanımı

96

Seramik Malzemelerin Elektrik Ġzolatörü Olarak Kullanımı

97

Seramik Malzemelerin Refrakter Amaçlı Kullanım Alanları

Dökümde seramik malzemeler

98


Dökümde seramik malzemeler

99


Döküm filtreleri

Ateş tuğlası

Genel amaçlı seramikler 100

Motorda Seramik Malzemelerin Kullanımı

101

Seramik Malzemelerin Otomotiv Endüstrisinde Kullanım Alanları

Bujiler

102

Seramik Kompozit Kaplı Malzemelerin Deniz Amaçlı Kullanımı

103

İmparatorun Seramik Askerleri - Xian MÖ 246 yılında Çin’in ilk imparatoru Qin Shi Huang sessiz ordusunun sayımı ise şöyle: yaklaşık 8000 asker, 130 araba ve 520 at

104

Seramik çinli askerler

105

SERAMİK ASKERLER

106

SERAMİK ATLAR

107

SERAMİK KALIBA DÖKÜM YÖNTEMİ

108

SERAMİK SERAMİKASKERLER KALIBA DÖKÜM YÖNTEMİ

109

SERAMİK ASKERLER

110

Seramik askerler

111

Kil askerler

SERAMİK ASKERLER 112

113

YAYINMA (DİFUZYON)

Difuzyon (yayınma) kütle transportunun bir şeklidir. Sıvı ve gazlarda kütle transportu, konveksiyon (sıvı hareketi) ve difuzyonun bir kombinasyonu ile oluşur.

Şekil 1.1. Mürekkebin suda difüzyonu. 114

YAYINMA (DİFUZYON)

Katılarda konveksiyon oluĢmaz, bu nedenle difuzyon tek kütle transportu mekanizmasıdır.

115

SICAKLIK & ZAMAN

Difuzyon deneyi Saf bir demir çubuk % 1 C içeren bir çelik çubuğa alın kaynaklanmıştır Difuzyon oluşumuna müsade etmek için 700 C’ye ısıtılılıp su verildikten sonra kimyasal analize bakılmıştır. Sonsuz bir zaman sonrasında kompozisyon ortalama bir değerde sabit olacaktır. Karbon atomlarının sağa doğru hereket ettiği difuzyon hızının belirlenmesi önemlidir Fick, atomların akısını hacimsel konsantrasyon gradyenti ile orantılı olarak bulmuştur

Şekil 1.2. Mesafe (pozisyon) ve zamana göre bir difüzyon çiftinin kompozisyon değişimi

116

ALÜMĠNYUM ALAġIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEġMESĠ MEKANĠZMASI

.

117

KAYNAKLI BÖLGE MİKROYAPILARI (ITAB : IsınınTesiri Altındaki Bölge

118

dC1 difuzyonun birinci J1  D1. dZ Fick kanunu 1. J1, karbon atomlarının akısı olarak tanımlanmıĢtır ve birimi, ya g/cm2.s ya da atom/cm2.s Ģeklindedir. Akı, bir birim alandan geçen atomların oranı olarak düĢünülebilir ve cm2’den her bir saniyede geçen atom sayısıdır. 2. D1, orantı sabitidir ve difuzyon katsayısı olarak adlandırılır; birimi cm2/s’dir. 3. C1, 1 nolu bileĢenin hacimsel konsantrasyonudur. Birimi ya g/cm3 ya da atom/cm3’tür. 4. Eksi iĢareti, atomlar daha düĢük konsantrasyona doğru aktığı için gereklidir. ġekil 1.2’den atomların pozitif yön olan sağa doğru hareket ettiği görülür. Bununla birlikte t=t için eğriye bakıldığında atomların göçüne neden olan konsantrasyon gradyenti negatiftir. Bu nedenle, akıyı pozitif yapmak için negatif gradyent konumunu telafi etmeye yönelik olarak bir eksi iĢareti kullanmalıyız. 119

ikinci Fick kanunu

D1C1/Z C1  Z t

Şekil 1.4. Bir demir–çelik difüzyon çiftinde kompozisyon profilleri 120

KARBÜRİZASYON (ENDÜSTRİYEL UYGULAMA)

121

Cs

2 β  y2 β hata fonksiyonu Erf    e dy  π 0 Cx

Co

Cs  Cx  x   Erf   Cs  Co  2 Dt 

Şekil 1.5. (a) Karbürize edilen demir için kompozisyon profilleri. (b) Demir-karbon faz diyagramının ilgili kısmı.

122

ZCC  sabit. Dt Bu çok önemli bir sonuçtur, çünkü “tabaka derinliği” kalınlığı ile orantılı olacağını göstermektedir Tablo 1.1. ’ nın 0 dan 2.7’ye kadar çeşitli değerleri için erf[] hata fonksiyonu tablosu. (SAYFA 1-5 ‘TE VERİLEN ÖRNEK !) 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0 0,1 0,2 0,3

0,0000 0,1125 0,2227 0,3286 0,4284 0,5205 0,6039 0,6778 0,7421 0,7969 0,8427 0,8802 0,9103 0,9340 0,9523 0,9661

0,0113 0,1236 0,2335 0,3389 0,4380 0,5292 0,6117 0,6847 0,7480 0,8019 0,8468 0,8835 0,9130 0,9361 0,9539 0,9673

0,0226 0,1348 0,2443 0,3491 0,4475 0,5379 0,6194 0,6914 0,7538 0,8068 0,8508 0,8868 0,9155 0,9381 0,9554 0,9687

0,0338 0,1459 0,2550 0,3593 0,4569 0,5465 0,6270 0,6981 0,7595 0,8116 0,8548 0,8900 0,9181 0,9400 0,9569 0,9695

0,0451 0,1569 0,2657 0,3694 0,4662 0,5549 0,6346 0,7047 0,7651 0,8163 0,8586 0,8931 0,9205 0,9419 0,9583 0,9706

0,0564 0,1680 0,2763 0,3794 0,4755 0,5633 0,6420 0,7112 0,7707 0,8209 0,8624 0,8961 0,9229 0,9438 0,9597 0,9716

0,0676 0,1790 0,2869 0,3893 0,4847 0,5716 0,6494 0,7175 0,7761 0,8254 0,8661 0,8991 0,9252 0,9456 0,9611 0,9726

0,0789 0,1900 0,2974 0,3992

0,0901 0,2009 0,3079 0,4090 0,5027 0,5879 0,6638 0,7300 0,7867 0,8342 0,8733 0,9048 0,9297 0,9490 0,9637 0,9745

0,1013 0,2118 0,3183 0,4187 0,5117 0,5959 0,6708 0,7361 0,7918 0,8385 0,8768 0,9076 0,9319 0,9507 0,9649 0,9755

1,55

1,6

1,65

1,75

1,8

1,9

0,9716

0,9763

0,9804

0,9867

0,9891

0,9928

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

1,7 0,9838

0,4937 0,5798 0,6566 0,7238 0,7814 0,8299 0,8698 0,9020 0,9275 0,9473 0,9624 0,9736 2,0 0,9953

2,2 0,9981

2,7 0,9999

123

Şekil 1.6. (a) Demir-karbon denge diyagramının ilgili kısmı. (b) Ötektoid sıcaklık üzerinde demirin karbürizasyonu için kompoziyon profilleri.

124


125


126


127


128


129


130


131


132


133

ENDÜSTRİYEL UYGULAMALAR   

    

KARBÜRİZASYON NİTRÜRLEME KROMAJ NİKELAJ BORLAMA SERT FİLM KAPLAMALAR (PLAZMA ARK v.b.) PVD İNCE FİLM KAPLAMA CVD İNCE FİLM KAPLAMA 134

135

136

137

138

TiN+Ti(C,N)+ TiN+Ti(C,N)+Al2O3+TiN esaslı çoklu ince film katman kaplama

139

YERALAN ATOM DIFUZYONU

Şekil 1.7. Kirkendall efekti.

Ni atomlarının (atomik yarıçap:1.243 Å) sol tarafa difuzyonunun Cu atomlarının (atomik yarıçap:1.278 Å )sağ tarafa difuzyonundan daha hızlı olduğu varsayalabilir

140

YERALAN ATOM DIFUZYONU

141

ARAYER/YERALAN ATOM DIFUZYONU

142

Şekil 1.8. Bazı altın alaşımlarında difüzyon katsayısının konsantrasyon ilişkisi.

143

DİFUZYON İÇİN İTİCİ GÜC Z

sabit P.E   F dZ   Z 0 Bilya en düşük potansiyel enerji pozisyonunu elde etmeye çalışacaktır. Termodinamikten sabit sıcaklık ve basınçtaki sistemlerin en düşük Gibbs serbest enerjisine sahip olmaya çalıştığını biliriz. Şekil 1.9. Konuma bağlı olarak potansiyel enerjinin değişimi. 144

POTANSĠYEL ENERJĠ DEĞĠġĠMĠ

Konuma bağlı olarak potansiyel enerjinin değişimi.

145

MOBİLİTE VE DİFUZYON KATSAYISI

Nihai hiz Mobilite  B Birim uygulanankuvvet

Şekil 1.10. Nihai kalıcı bir hıza erişme.

146

DIFUZYON KATSAYISININ SICAKLIĞA BAĞIMLILIĞI

Şekil 1.11. Sıvılaşma eğrisi, katılaşma eğrisi ve oda sıcaklığı yakınında difüzyon katsayısı değerlerinin seviyesi Arayer difuzyonunda atomlar kafes içinde basit olarak arayer boşyerleri üzerinden atlarlar. Bu mekanizma genellikle matallerde C, O, N ve H gibi küçük atomlar için oluşur. Boşyer difuzyonunda atomlar yakın komşu boşyerler içine atlamak suretiyle göç ederler. Difuzyon katsayısı sıcaklığın çok kuvvetli bir fonksiyonudur. Bu fonksiyon aşağıdaki gibi ifade edilir:

 Q D  D0 exp   RT 

D0, sabittir Q, aktivasyon enerjisi sabitidir. 147

Önemli noktalar şunlardır: (1) Arayer atomlarının difuzyon katsayıları, yeralan atomlarınkinden önemli derecede daha yüksektir. (2) Ergime noktası yakınında katıda (solidus çizgisi boyunca) difuzyon katsayısı farklı alaşımlar için yaklaşık aynıdır ve benzer olarak katılaşma sıcaklığında sıvıda (likvidus eğrisi boyunca) difuzyon katsayısı farklı alaşımlar için yaklaşık aynıdır. (3) Sıcaklık bağımlılığı çok kuvvetlidir. Yüksek ergime noktalı metaller daha yüksek oda sıcaklığı D değerlerine, düşük ergime noktalı metaller ise daha düşük D değerlerine sahiplerdir. 148

KAFES, TANE SINIRI VE YÜZEY DIFUZYONU

Bir atomun mobilitesinin malzemenin yüzeyi boyunca bir kristal hacmi üzerinden olandan daha yüksek olması umulur, çünkü yüzeyler daha açık bir yapıya sahiptir ve bu nedenle atom hareketine daha az direnç gösterirler.

Şekil 1.12. Kafes, tane sınırı ve yüzey difüzyonu 149

DÜZLEMLER ARAMESAFESİ

Şekil 1.13. (hkl) düzlemlerinden iki komşu düzlem; difüzyon modeli için kafes düzlemleri aramesafesi. 150

ARRHENIUS DENKLEMİ

R  A.e

Q/RT

Isıl işlem operasyonlarında aşırı tane büyümesinden kaçınmak için tane büyüme hızının sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bilinmesi gerekir. Türbin kanatlarında kullanılan alaşımlarda yüksek sıcaklıklarda sürünme hızı bu amaç için kullanılan alaşımların gelişiminde kritik bir özelliktir.

Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak difuzyon hızı karbürizasyon prosesinin kontrolünde kritik bir faktördür ve ilgili olarak daha bir çok örnek verilebilir. Hızın logaritmasının sıcaklığın ters bir fonksiyonu ile ilişkili olarak grafiği çizildiğinde Şekil 1.14’de görüldüğü gibi bir doğru gözlenir.

Şekil 1.14. Arrhenius diyagramı.

A, malzemeye bağlı bir sabittir Q, aktivasyon enerjisi 151

ARAYER ATOM DIFUZYONU





D  α 2 p Z.ν.νΔS/kT .eΔE/kT

G  E - TS

* Gösterilen iki kafes pozisyonunda, 1 ve 2 serbest enerji minimumdadır.

* Şekil 1.15‟te verilen 1a pozisyonunda ve 1 pozisyonunda oturan bir atom için enerji farkı olduğunu gösterir. 1 pozisyonundan 2 pozisyonuna hareket etmek için atomun 1a‟daki maksimum enerji pozisyonundan geçmesi gerekir. Atomu bu pozisyona hareketi için gerekli enerji artışına AKTİVASYON ENERJİSİ denir. Böylece bu durumda Q hakiki aktivasyon enerjisi, E ise öngörülen proses için atom göçüdür

Şekil 1.15. Kafesteki pozisyonlarının bir fonksiyonu olarak çözünen atomların serbest enerjisi.

152

YERALAN ATOM DIFUZYONU 



Bu durumda çözünen atom bir yeralan atomudur ve böylece kafes yerlerine hareket etmek mecburiyetindedir. Z yine en yakın komşu kafes yerlerinin sayısı olsun. Bu durumda önemli bir fark oluşur, çünkü en yakın komşu yere bir atom atlamasının gerçekleşebilmesi için yörenin boşyer olması gerekir



S S / k

D  α p Z. .e 2



D  α p Z.ν.ν 2

ΔS/kT

.e

e

E E / kT

ΔE/kT

R  A.e

Q/RT 153

mmt208-01

Recommend Documents