Plastik Deformasyon Mekanizması: KAYMA ➢ Dislokasyon hareketi ile plastik deformasyon gerçekleşir. ➢ Metallerde plastik deformasyon kayma ile olur – kenar ve vida dislokasyonlarını (ekstra yarım-düzlem atomlar) birbirleri üzerinden geçerler. ➢ Eğer dislakosyon hareketi olmazsa, plastik deformasyon olmaz!

Plastik deformasyon mekanizması: KAYMA

➢ Kristal kafeste plastik yani kalıcı şekil değişimi olması için kafesin bir bölümünün

komşu

atomlarla bağlarını koparıp, kayma düzlemi boyunca ötelenerek yeni komşularıyla bağlar kurması gerekir. Bunun için ilgili düzlemdeki tüm atomların bağlarının aynı anda kopması için gerekli olan teorik kuvvetler çok büyüktür. Oysa deneysel olarak bulunan değerler bu teorik kuvvetlerin çok altındadır. Bunun nedeni dislokasyonların adım adım ilerleyerek çok daha düşük kuvvetlerle kalıcı şekil değişimini sağlamasıdır.

➢ Dislokasyonların hareketi ile bütün bağların kopmasına gerek olmadan çok daha düşük yükler ile şekil değişimleri gerçekleşir. Bu hareketi bir tırtılın ilerlemesine benzetilebiliriz. Metaller ve alaşımlardaki dislokasyonlar katılaşma sırasında, plastik deformasyon sonucunda veya hızlı soğutmadan kaynaklanan ısıl gerilmeler nedeniyle oluşurlar.

➢ Malzemedeki dislokasyon yoğunluğu birim hacimdeki toplam dislokasyon uzunluğu veya bir kesitteki birim alanı kesen dislokasyon sayısı ile ifade

edilir. Buna göre dislokasyon

yoğunluğunun birimi mm/mm3 veya 1/mm2 (bir milimetrekarelik kesiti kesen dislokasyon sayısı) olur. ➢ Kontrollü katılaştırılmış bir metal kristalindeki dislokasyon yoğunluğu

103 mm-2

mertebesindeyken plastik deformasyon sonucu bu değer 1010 mm-2 mertebesine ulaşabilir. Isıl işlem sonucu bu değer 105 mm-2 mertebesine düşürülebilir. Özel geliştirilmiş tek kristalli yapılarda bu değer 0,1 mm-2 mertebelerine düşürülerek malzemede çok yüksek dayanım elde edilebilir.

➢ Kenar dislokasyonları uygulanan gerilme yönünde, vida dislokasyonları ise uygulanan gerilmeye dik yönde hareket ederek sonuçta uygulanan gerilme yönünde bir deformasyon hareketine yol açarlar. Yani her iki dislokasyon hareketi de aynı plastik deformasyon ile sonuçlanır.

➢ Kenar dislokasyonlarının çevresindeki atomlar basma ve çekme gerilmelerinin etkisine girerler. Dislokasyon civarında ise kayma gerilmeleri oluşur.

➢ Vida dislokasyonlarında ise sadece kayma gerilmeleri söz konusudur.

➢ Birbirine yakın dislokasyonlarda bulunan gerilmelerden kaynaklanan şekil değişimi alanlarının etkileşimi sonucu birbirlerini iterek veya çekerek plastik şekil değişimini sağlarlar. Birbirlerini çeken dislokasyonlar sonuçta bir araya gelerek birbirlerini sönümlerler.

Kayma Sistemleri – Kayma düzlemi- kaymanın en kolay gerçekleştiği düzlem • Düzlemsel atom yoğunluğu en yüksek olan düzlemler

– Kayma doğrultusu – hareketin yönü • Doğrusal atom yoğunluğu en yüksek olan doğrultular ➢ Dislokasyonlar atom yoğunluğunun yüksek olduğu düzlem ve doğrultularda daha kolay hareket ederler. Kaymanın gerçekleştiği bu düzlem ve doğrultulara kayma düzlemi ve kayma doğrultusu, bunların oluşturduğu kombinasyona ise kayma sistemi denir. Örneğin, YMK kafeste (1 1 1) düzlemindeki doğrultu ailesinde kayma gerçekleşir.

➢ YMK kafes yapıdaki en kolay kayma düzlemi: (111) . ➢ Bu düzlemdeki en kolay kayma yönü: [110]

YMK yapılı metallerde kayma sistemi: (111)düzlemi 4 adet doğrultusu 3 adet Kayma sistemi kombinasyonu 12 adet

Kayma mekanizması:

HKM kafes yapıdaki en kolay kayma düzlemi: (110) Bu düzlemdeki en kolay kayma yönü: [111] HMK yapılı metallerde kayma sistemi (110) düzlemi 6 adet doğrultusu 2 adet Kayma sistemi kombinasyonu 12 adet

Plastik deformasyon mekanizmaları

Plastik deformasyon mekanizmaları Metalik malzemelerin plastik deformasyonu en genel olarak belirli düzlem ve doğrultularda atomların kayması ile gerçekleşir. Kaymanın kolaylıkla olamadığı durumlarda ise deformasyona ikizlenme katkıda bulunabilir. Yüksek sıcaklıklarda ve düşük deformasyon hızlarında çok kristalli malzemelerin deformasyonu ise tane sınırlarının kayması veya atomların yayınma ile yer değiştirmesi yani yayınma sürünmesi mekanizmaları ile olur.

Metalik malzemelerin deformasyon mekanizmaları ➢Kayma ➢İkizlenme ➢Tane sınırlarının kayması ➢Yayınma sürünmesi

Plastik deformasyon mekanizmaları ➢ Kayma, dislokasyonların belirli düzlem ve doğrultularda hareket etmesi sonucu meydana gelir. ➢ Kaymanın

meydana geldiği düzlem ve doğrultu kayma sistemini

oluşturur. ➢ Kayma

dislokasyonların

hareketi

sonucu

meydana

gediğinden

dislokasyon hareketini sağlayacak bir gerilme değerini uygulanması

gerekir. ➢ Düşük

enerjili

dislokasyonlar

yani

burgers

vektörü

kısa

dislokasyonlar daha rahat hareket eder.

➢ Bunun için tek kristalli bir malzemede kayma gerilmesinin çıkaralım;

olan

(a) Dislokasyona kayma gerilmesi uygulandığında

(b) atomlar yer değiştirir bu dislokasyonun kayma yönünde bir Burgers vektörü kadar hareket etmesi ile olur. (c) Dislokasyonun devamlı

hareketinin sonunda bir basamak oluşur ve

kristal deforme olur

(d) Tırtıl hareketi dislokasyon hareketine benzetilebilir.

Kayma çizgileri–Metalik malzeme yüzeyinde tarafından üretilen görülebilir çizgilerdir.

binlerce

dislokasyon

Titanyum alaşımında dislokasyonların geçirimli elektron mikroskobu görüntüsü, 51.450X

Kayma bantları: kayma çizgisinin toplamıdır ve kolaylıkla görülebilir.

Ostenitik paslanmaz çelikte kayma bantlarının optik mikroskop görüntüsü, 200X

TEK KRİSTALDE KAYMA ➢ Kenar, vida ve karışık dislokasyonlar kayma düzlemi ve doğrultusu boyunca uygulanan kayma gerilmesinin etkisiyle hareket ederler. Uygulanan gerilmenin saf çekme (veya basma) olması durumunda bile gerilme eksenine dik veya paralel

olma durumu haricinde her zaman kayma bileşenleri vardır. Bu

gerilmelere kayma gerilmesi bileşenleri adı verilir.

Bir atom düzlemi üzerinde kayma için gereken kayma gerilmesine kritik kayma gerilmesi, Ʈkritik, denir. Deformasyon için kristale uygulanan kuvvetin

meydana getirdiği gerilmelerin kayma

düzlemine dik doğrultudaki bileşkeni kaymayı etkilemez. Kayma ancak kayma düzlemi üzerindeki kayma gerilmesinin kayma doğrultusundaki bileşkeni ile gerçekleşir.

TEK KRİSTALDE KAYMA

Schmid Yasası :

Saf ve yapısal hata içermeyen tek kristallerde, kritik kayma gerilmesi, sabit çekme hızında ve sabit sıcaklıkta her malzeme için sabit bir değere sahiptir. Bu kural Schimid yasası olarak bilinir.

Bu grafik , çekme kuvvetinin kayma düzlemine paralel veya dik olarak etki etmesi durumunda kayma gerilmesinin oluşmadığını veya sıfır olduğunu, 45 derecelik açı ile etki etmesi durumunda ise kayma gerilmesinin en yüksek değerine ulaştığını

göstermektedir.

Tek Kristalerde Plastik Deformasyonun Başlaması  A = m K

Schmid yasası

➢

a: sıcaklığa bağlı değildir. Bu bileşen dislokasyonların

sadece

engelleyen faktörlerden

hareketini

örneğin diğer

dislokasyonların sayısından etkilenir. ➢

*: sıcaklığa bağlı olarak

değişir.

Dislokasyonların hareketini engelleyen kısa

faktörlere

mesafede etkili olan

bağlıdır. atomlarının

Örneğin varlığı

etkenlerden birisidir.

empürite en

önemli

Tek Kristalerde Plastik Deformasyonun Başlaması ➢

HMK kristallerin K değerleri YMK kristallere göre daha yüksektir.

➢

Ayrıca HMK kristallerin K değerlerinin sıcaklığa bağlı değişimi YMK kristallere göre daha yüksektir.

➢

Cu ve Cu-14Al alaşımları kıyaslandığında empüritelerin varlığının K değerine olan etkisi açık bir şekilde görülmektedir.

➢

Kovalent bağlı olan TiC ün K değeride oldukça yüksektir ve sıcaklığa bağlılığıda da YMK kristallere göre oldukça yüksektir.

Çok Kristalli Malzemelerde Plastik Deformasyon ➢ Polikristaller tek kristallerden daha güçlüdür. – tane sınırları dislokasyon hareketine engeldir. ➢ Kayma düzlemi ve doğrultuları ( λ, ϕ ) bir taneden diğerine değişir. ➢ Kritik kayma gerilmesi bir taneden diğerine değişir.

Çok Kristalli Malzemelerde Plastik Deformasyon

Çok Kristalli Malzemelerde Plastik Deformasyon

İkizlenme ➢ Kaymanın kolay olmadığı durumlarda plastik deformasyona ikizlenme

katkıda bulunur. ➢ Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir. ➢ Kristal ikiz düzlemi adı verilen bir düzleme göre simetrik duruma gelir.

Diğer bir deyişle; İkizlenme ile ötelenmiş veya ötelenmemiş atomlar ikiz düzlemlerine göre birbirinin aynadaki görüntüsü gibidir. ➢ İkizlenme; plastik

şekil

verme

ya

da ısıl

işlem

sırasında oluşabilir. ➢ İkizlenme de atomlar, atomlar arası mesafenin bir kesri kadar eder.

hareket

Mükemmel kristale gerilim uygulanması (a)atomların yer değiştirmesine sebep olabilir, (b) ikizlenme oluşur. Kristal ikizlenme mekanizması ile deforme olmuştur.

İkizlenme, plastik deformasyon esnasında meydana gelebildiği gibi tavlama esnasında da meydana gelebilir.

1.Deformasyon İkizleri: Düşük sıcaklıklarda ve yüksek deformasyon hızlarında meydana gelir. Çünkü bu şartlarda kayma zordur. Deformasyon ikizleri daha çok magnezyum ve çinko gibi sıkı paket hekzagonal yapılı metallerde ve tungsten, αFe, ve pirinç gibi hacim merkezli yapılarda görülür. 2.Tavlama İkizleri: Daha çok alüminyum, bakır, gümüş ve pirinç gibi yüzey merkezli kübik yapılarda görülür. Bu ikizler, soğuk deformasyondan sonra uygulana tavlama ile oluşur. Düşük sıcaklıklarda ikizlenme içi gerekli olan gerilme kayma için gerekli olandan daha düşük olduğu için şekil değişimi ikizlenme ile olur.

Fosfor bronzunda tavlama ikizleri

İkizlenme

İKİZLENME

KAYMA

1. Mekanik ikizlenme çok yüksek deformasyon hızlarında veya ani yüklemelerde ve düşük sıcaklıklarda oluşur.

2.Oluşan deformasyon miktarı toplam deformasyonun küçük bir kısmıdır.

3.Kayma için gerekli olan gerilmeden daha fazladır.

1. Bu şartlarda kayma kolaylıkla oluşmaz.

2. Plastik deformasyon daha çok kayma ile oluşur.

3. Daha az gerilmelerde görülür. 4. Sıcaklığın etkisi daha fazladır.

4. Sıcaklığın etkisi daha az

5.İkiz düzlemi boyunca oryantasyon farkı oluşur (Aynadaki5. Kaymada kristalin kaymış kısmı,kaymamış kısmıyla aynı görüntüsü

gibi,)Yani

ikiz

bölgesi

parlatmaylaoryantasyona sahiptir veya çok az değişir. Basamaklar kristal

kaybolmaz.Yönlenmeler farklıdır.

yüzeyinde görülebilir. Parlatmayla kaybolur.

6.Bir atom boyutundan daha az mesafelerde oluşur.

6. Bir atom boyutunda oluşur.

7.Atomlar veya düzlemleri hepsi deformasyona uğrar.

7. Farklı kayma düzlemlerinde olur.

8. Ancak ikiz görüntüsü oluşturacak şekilde sınırlıdır.

8. Kayma yönü (+) veya (-) olabilir.

9. Geniş bantlar şeklinde görülür.

9. Mikroskopta ince çizgiler halinde görülür.

Tane sınırı kayması ➢ Çok kristalli malzemelerde, yüksek sıcaklık ve düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Taneler birbirlerine göre yer değiştirirler. ➢ Bu kayma yön değiştirmesi esnasında tane kenarlarında mikro boşluklar oluşur. Deformasyon sırasında bu boşluklar büyür ve erken kırılmaya neden olur. Çekme ekseniyle 45° açı yapan tanelerde en fazla kayma olur.

Tane sınırları kayması sonucu mikro boşluklar

Tane sınırı kayması ➢ Tane sınırları çekme ekseni ile 45 ° lik açı yaptığı zaman en fazla kayma

olur. Saf metallerde düşük gerilmeler altında gerçekleştirilen sürünme deneylerinde toplam deformasyonun yaklaşık %30’nun tane sınırlarının kayması ile oluştuğu ve azaldığı tespit edilmiştir.

bu oranın

uygulanan gerilme arttırıldığında

Tane sınırı kayması

Tane sınırları; taneleri ya da kristalleri birbirinden ayıran sınırlardır. Taneler arasındaki yönlenmeye bağlı olarak ➢ küçük açılı ve ➢ büyük açılı olmak üzere iki çeşit tane sınırı tanımlanabilir İki tane arasındaki açı, ;

10 ise büyük ya da geniş açılı tane sınırı

Tane sınırı kayması Tane Sınırları Metallerin özellikleri tane boyutu mukavemetlenmesi ile kontrol edilebilir. Tane boyutu 

tane sınırı miktarı 

Hall-Petch Bağıntısı; Tane boyutu ile metalin akmadayanımı arasındaki ilişkiyi ifade etmektedir. a=0 + K d-1/2 a:

Malzemenin kalıcı şekil değiştirdiği ya da akma gerilmesi d: Tanelerin ortalama çapı

0 ve K malzeme sabitleri

akma dayanımı

Yayınma sürünmesi ➢ Çok yüksek sıcaklıklarda ve çok düşük deformasyon hızlarında meydana gelir. Bu mekanizmanın etkin olabilmesi için deformasyon sıcaklığının malzemenin ergime sıcaklığının %90’ının üzerinde olması gerekir. ➢ Bu durumda çok kristalli malzemeler dislokasyon hareketi için gerekli kritik gerilmeden daha

düşük gerilmeler altında kaymadan çok atomların uygulanan gerilme yönünde yer değiştirmesi ile yani yayınma sürünmesi ile şekil değiştirebilirler. ➢ Bu mekanizmada malzeme içerisindeki atomlar gerilme ekseni doğrultusunda boşluklar ise gerilme eksenine dik doğrultuda yayınırlar.

➢ Bu yayınma sonucu malzemelerin taneleri uzayabilir. Bu durumda taneler en fazla tane boyutu kadar yol alabilirler.