İmalat Yöntemleri - II Plastik Şekil Vermede Metalurjik Esaslar İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 1 PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR METALLERİN KRİSTAL YAPISI Metallerde en sık rastlanan üç çeşit kristal kafes yapısı : Kayma Düzlemleri Metaller, ya kocaman tek kristalden ya da çok taneli çok kristallerden oluşurlar. Tek kristal İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 2 Plastik Şekil Verme Mekanizmaları 1. Kayma Mekanizması - (%99) 2. İkizlenme Mekanizması - (%1) 3. Yayılma Sürünmesi – (%-) 4. Tane Sınırlarının Kayması – (%-) KAYMA MEKANİZMASI Kristallerin kayma ile plastik deformasyonu Kristallerin kayma ile plastik deformasyonu • Metaller niçin kolay deforme edilmektedirler? • Kimyasal yapı değişmeden metallerin mekanik özellikleri değişebilir mi? • Mükemmel bir kristalde teorik mukavemet çok yüksek olduğu halde, gerçek metallerde çok daha düşük gerilmelerle plastik deformasyon kolayca nasıl yapılmaktadır ? • Kayma düzleminde atom bağlarını kırmak için gerekli olan kuvvet, metalin şeklini değiştirmek için gerekli olan kuvvetten niçin çok fazladır? • CEVAP: 1934 ‘te tüm bu soruların cevapları TAYLOR, OROWAN ve POLYANİ tarafından verilmiştir. • ÇÜNKÜ Plastik deformasyon , çok büyük sayıda dislokasyon hareketleri sayesinde olabilmektedir. • DİSLOKASYON NEDİR? Kristaldeki “çizgisel kusur” dur. Yani atomların dizilişlerindeki kusurlardır.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 3 DİSLOKASYON NEDİR? • Hemen hemen her gerçek kristalde dislokasyon mutlaka vardır. • 10 cm 3 lük bir malzeme yığınında yaklaşık 10 17 atom çizgisel kusurludur. • Metal ve seramiklerin mekanik özellikleri üzerinde dislokasyonların çok büyük etkileri vardır. ÇİZGİSEL KUSUR = DİSLOKASYON Dislokasyon yeşil renkle gösterilmiştir. Dislokasyona teğet bir ( t › ) vektörü çizebiliriz.Bu pozitif yön gösterir, bu yön keyfidir,ama sürekli kullanılmalıdır. Gerçek akma ile teorik akma arasındaki bu kadar büyük fark niçin? Cevap : DİSLOKASYON sebebiyledir.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 4 DİSLOKASYON ÇEŞİTLERİ Metallerde üç çeşit dislokasyon etkilidir. 1)- KENAR DİSLOKASYONU 2)- VİDA DİSLOKASYONU 3)- KARIŞIK DİSLOKASYON KENAR DİSLOKASYONU Kenar dislokasyonun yönü VİDA DİSLOKASYONUİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 5 Vida dislokasyonunun yönü KARIŞIK DİSLOKASYONLARİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 6 Dislokasyon çevresinde zorlanan bölge Dislokasyonlar arasındaki ilişki Zıt dislokasyonların karşılaşmaları ve birbirlerini yok edişleriİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 7 Kristallerin kayma ile plastik deformasyonu Dislokasyon sayılarının gittikçe artması, aynı ve farklı işaretli dislokasyonların birbirlerini engellemeleri ve yok etmeleri İki dislokasyonun kesişmesi İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 8 Aynı ve farklı işaretli kenar dislokasyonunda kristalin gerilme durumu Bir dislokasyonu hareket ettirmek için gereken gerilme Bir dislokasyonun pekleştirme yapmasıİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 9 Bir dislokasyonun pekleştirme yapması ve mukavemet artışı Dinamik Recovery : Dislokasyonların tırmanması engel aşmaları,mukavemet artırmaları-Sıcaklığı görünce, hareketleri sonucu birbirlerini yok edişleri Dinamik Recovery : AnimasyonuİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 10 Sıcaklığın dislokasyonlara etkisi sonucu gerçek eğrinin değişimi , TEK KRİSTALDE KAYMA OLAYI Eğer bir tek kristal akacak kadar zorlanırsa,atomlar yer değiştirir.Atomlar arası mesafenin katı kadar ilerler.Kuvvet artırılırsa bir adım daha ilerleme olur. Böylece komşu atomlar zorlanarak hep ileri itilir.Bu olay malzeme kırılıncaya kadar sürer.Atomlar kayma düzlemlerinde hareket eder.Bu olayın mikroskoptaki görüntüsü İNCE ÇİZGİ’ler halinde görülmesidir.Bu çizgiler polisaj işlemi yapılınca gider,kaybolur.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 11 Cu ‘da kayma sonucu oluşan çizgiler aşağıda görülmektedir. Plastik Şekil Verme Mekanizmaları Kritik Kayma Gerilmesi Hesabı –Tek Kristalde (SchmidKanunu) Kuvvet İlişkileri Alan İlişkileri Kritik kayma gerilmesini hesaplamak istersek ; Açılara değer verirsek ? = ? = 0 ° iken (Örn: Cam ve dökme demirler ) Açılara değer verirsek ? = ? = 45 ° iken Cu’ da kayma çizgileri ? ? cos . cos F F buradan F F r r ? ? ? ? cos cos 0 0 A A buradan A A ? ? ? ? olur cos . ? .cos ? buradan ?.cos .cos A F cos A ? F.cos A F n k 0 0 r k ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? n k n k ? 0 cos . 0 cos . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 ? 2 ? 2 2 . 2 2 . ? 45 cos . 45 cos . ? n k n n k n k ? ? ?İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 12 (Schmid Kanunu) : Animasyonu İKİZLENME MEKANİZMASI Eğer deformasyon ikiz mekanizması yolu ile olursa,referans bir eksene göre atomlar, atomlar arası mesafenin kesri kadar bir yerdeğiştirme yaparlar.Mikroskop altın daki görüntüleri GENİŞ BAND ‘lar şeklinde olur.Bu geniş bandlar polisaj işlemi ile giderilemezler. İki tip ikiz oluşumu söz konusudur. 1)- Deformasyon veya mekanik ikizlenme : En yaygın şekilde Hexagonal sıkı paket kristal yapılarda görülür. (Mg,Zn,Ferrit ağırlıklı Fe) 2)- Tavlama ikizi : En çok yüzey merkezli kübik yapılı metallerde ( Al,Cu,Pirinç, ve ostenit ağırlıklı Fe) Bu metaller önceden işlem görmüş ve sonra da ısıl işleme tabi tutulmuşlardır.İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 13 İkiz oluşumunda GENİŞ BANDLAR Zn’ de ikiz band görüntüsü Kayma ile ikiz arasındaki farklar ; 1. Atomların yer değişimi açısından ; ¦ a, 2a, 3a, 4a (kayma) ¦ a, a, a, a (ikiz) 2 3 4 2. Oluşum açısından ; ¦ T ° normal, ? ° kritik (kayma)- kayma düzleminde ¦ T ° vv, ? ° ^^ (ikiz) _ Referans düzleme göre simetrik 3. Mikroskop görüntüsü açısından ; ¦ İnce çizgi band’ları halinde (kayma) ¦ Geniş çizgi band’ları halinde (ikiz) Yayınma Sürünmesi Yoluyla PŞV: Oluşum şartı T ° ^^, ? ° v ise Atomlar plastik deformasyonun olduğu tarafa doğru sürüklenerekİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 14 Tane Sınırı Kayması Yoluyla PŞD: Oluşum şekli ; T ° ^^, ? ° v Tanelerin birbirine göre konumlarını değiştirmesiyle P.Ş.D’ ye katkısı olur. KUVVET VE İŞ HESABI SOĞUK VE SICAK ŞEKİL VERMEDE "KUVVET" HESABI Malzemenin sağlamlığı : (kf) = (kp/mm 2 ) Gerekli olan kuvvet : A.kf = mm 2 .kp/mm 2 = kp İdeal kuvvet : (Fid) (F id ) = A.(kf id ) Gerçek Kuvvet : (Fg) (F g ) = A.(kf g )İMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 15 SOĞUK VE SICAK ŞEKİL VERMEDE "İŞ" HESABI Problem Yumuşak tavlı C35 (% 0,35 C) çeliğinden çapı d 0 = 20 mm olan silindirik parça 10 mm yükseklikten 5 mm’ lik yüksekliğe soğuk dövmeyle indirilmektedir. Verim 0,80 kabul edildiğine göre; a) F ger = ? b) W ger =? (Verilen kf ve özgül iş diyagramı veriliyor) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? kf. V W V.kf. W kf kf kf kf . V.kf . V.kf W h h ln kf. V. W ) h ln h (ln h ln kf. V. W h dh A.h.kf dw (h) (h) A.kf.dh. dw ?h . F W g id g id g id id 1 0 1 0 h h h h h h 0 1 0 1 0 1 ? ? W gerİMALAT YÖNTEMLERİ II Prof.Dr. İrfan AY 16 ÇÖZÜM Diyagramdan takip edilerek % 69,3 deformasyon oranı için kf=800 N/mm bulunur. Diyagramdan bulunan kf=kf ideal ’dir. 3 , 69 % 693 , 0 2 ln 5 10 ln h h ln 628 5 10 . 314 h A . h . A 314 A 4 ) 20 .( 14 , 3 4 ?.d A kf . A F 1 0 2 0 0 0 0 2 0 2 2 0 0 ger ger ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? mm A A A h h h A h mm N F mm N kf kf ? kf kf ger ger ger ger id 628000 1000 . 628 / 1000 80 , 0 800 2 ? ? ? ? ? ? ? Nmm 2176020 00.0,693 (628.5).10 . kf ). .h (A . kf . ) ger 1 1 ger ? ? ? ? ? ? V W b ger