SORU 1) Gerilme – birim şekil değiştirme grafiğini çizerek elastisite

SORU 1) Gerilme – birim şekil değiştirme grafiğini çizerek elastisite modülü, elastik sınırı,
çekme mukavemeti, akma mukavemeti, rezilyans, tokluk, %uzama, %kesit daralması ve Hook
kanunu terimlerini açıklayınız.
Çekme deneyi standartlara uygun deney
numunelerine tek eksende, belirli bir hızla ve
sabit sıcaklıkta koparılıncaya kadar çekme
işleminin uygulanmasıdır.
L0 = 5 D0 Barba Kanunu
Yük-Uzama diyagramından hesaplanarak
elde edilene Gerilme-%Uzama diyagramı
veya Teknolojik (veya Mühendislik) çekme
diyagramı denir.
P
L
%Uzama%e 
x100
kg / mm 2
L0
A0
Yukarıdaki şekilde OA lineer bir doğrudur. Artan gerilimle orantılı olarak % uzama artar. A
noktasından gerilim sıfıra indirildiğinde % uzama noktası da sıfıra iner. OA bölgesine Elastik
Bölgesi denir. Bu bölgede Hook Kanunu geçerlidir.
OA doğrusunun eğimi malzemenin Elastik Modülünü verir.
Gerilme  
Hook Kanunu:   E  e
“metallerde ve seramiklerde geçerlidir”
Elastisite Modülü (veya Young Modülü): E 
GerilmeOA
%uzamaOA
Elastisite modülü deney koşullarına bağlı değildir, atomlar arası bağlar tarafından belirlenir ve
içyapıya duyarlı değildir. Elastisite modülü ne kadar büyükse, elastik uzama oranı da o kadar
küçüktür.
Elastisite modülünün birimi N/m2'dir.
Örneğin,
Yapı çeliği için elastisite modülü,
Alüminyum için,
Magnezyum için
Eçelik=200×109 N/m2,
Ealüminyum=70×109 N/m2
EMg=45×109 N/m2''dir.
Metalik malzemelerin elastisite modüllerine alaşım elementlerinin, ısıl ve mekanik işlemlerin
etkisi nispeten azdır. Ancak sıcaklığın etkisi büyüktür. Sıcaklık arttıkça elastisite modülü
azalır.
Diyagramdaki A noktası Elastik Sınır olarak tanımlanır. (Elastik Sınır = PA/A0). A noktasında
bazı malzemelerde (özellikle az ve orta karbonlu çeliklerde) plastik şekil değiştirmeye
başlamadan önce AKMA olayı gözlenir. Diyagramda A noktası üst akma, K noktası ise alt
akma olarak ifade edilir. Akma gerilmesi;
PA
A0
Akma olayı, malzemedeki dislokasyonların kilitlenmesi ve çoğalması ile açıklanmaktadır.
Akma olayı bütün malzemelerde bariz değildir. Elastik sınır, akma sınırı olarak bilinir. Bariz
akma göstermeyen malzemelerde akma gerilmesi teknolojik çekme diyagramında belirli bir
kalıcı uzamaya (%e = %0.2) karşıt gelen gerilme olarak belirlenir.
A 
Bir malzemenin elastik olarak şekil değiştirdiğinde absorbe ettiği enerjiyi, şekil değişimi
yapan kuvvetin ortadan kalkmasıyla geri vermesi özelliğine rezilyans denir. Rezilyans,
rezilyans modülü (UR) ile ölçülür. Bu değer çekme eğrisinin elastik sınıra kadar olan kısmın
altında kalan alandır.
Rezilyans modülü;
UR 
 A  eA
2

 A2
2E
Yüksek akma gerilmesi ve düşük elastisite
modülüne sahip malzemeler (örneğin yay çeliği)
yüksek rezilyans modülüne sahiptir. Yay
çeliğinin akma sınırının büyük olmasından
dolayı rezilyans modülü de büyüktür.
Az karbonlu çeliklerde ve bazı alaşımlarda akma
olayı gerilmenin bir üst akma noktasına erişmesi
ile başlar, sonra gerilme bir alt akma noktasına
kadar düşer. Bu olay gerilme yığılmasının
bulunduğu, genellikle deney parçasının tespit
noktasına yakın yerlerde doğan homojen
olmayan deformasyonlarla birlikte başlar ve
gözle görülen Lüders bandları şeklinde bütün
bölgede yayılır.
A noktasından itibaren artan gerilimle orantılı olmayan şekil değişimi meydana gelir. B
noktasında belirli bir bölgede numune kesidinde boyun verme olayı gözlenir. Boynun
oluştuğu en yüksek gerilme Çekme Gerilmesi’dir. Numune C noktasına geldiğinde kopar.
Çekme Dayanımı:  Ç 
Pmax
A0
Tokluk:
Bir malzemenin plastik deformasyon sırasında enerji absorbe etmesi özelliğine tokluk denir.
Çekme eğrisi altında kalan alan, malzemenin tokluğunun bir ölçüsüdür.
eK
Tokluk    m  de
0
Yüksek karbonlu yay çeliğinin akma ve çekme mukavemeti orta karbonlu yapı çeliğinden
daha yüksektir. Ancak yapı çeliğinin sünekliği (% uzaması) daha iyidir, alttaki alan daha
büyük olması nedeniyle daha tok bir malzemedir. Buna göre tokluk, mukavemet ve sünekliğin
her ikisini de içine alan bir özelliktir.
Bir malzemenin şekil değiştirme yeteneğine süneklik denir. Uygulamada işlenebilme
yönünden önemli olan bu özellik, çekme deneyinde kopma anında oluşan toplam plastik
şekil değiştirme veya kopma uzama oranı ile belirtilir.
Uygulamada kolaylık amacı ile çubukların üzeri birer cm ara ile işaretlenir. Kopmadan sonra
iki parça uç uca getirilir. lg ölçü boyuna karşı gelen çizgi sayısının yarısı kadarı kopma
bölgesinin solunda, yarısı kadarı da sağda sayılır. Bu şekilde elde edilen iki sınır çizgisinin
arası ölçülerek son boy ls bulunur. Çubuğun sünekliği εK aşağıdaki bağıntıdan % olarak
bulunur.
K 
lS  l g
lg
100%
Çekme deneyinde kesitin sürekli azalması nedeniyle, mühendislik gerilme-gerinme eğrisinde
A0 değeri alındığı için gerçek gerilme değeri mühendislik gerilim değerinden farklıdır.
Gerçek Gerilme;  g 
Pi
Ai
Gerçek uzama oranı;

Li
L
dL
 ln i
L
L0
L0

Çekme deneyi esnasında metalin kristal yapısı bozulur ve atom boyutu mertebesinde bazı
boşluklar meydana gelir.
Bu boşluklar malzeme hacminin artmasına neden olur ancak bu artış çok küçüktür ve
deformasyonun çok fazla olması durumunda bile hacim artışı orijinal hacmin %0,1-% 0,01’i
kadardır. Bundan dolayı hacim sabit kaldığı kabul edilir.
Vi  V0  Ai  Li  A0  L0
Li
A
 0
L0
Ai
e

Li  L0 Li
L

1  i  e 1
L0
L0
L0
Li
L
dL
 ln i
L
L0
L0

  ln1  e 
Ai 
A0  L0
Li
g 
Pi
P L
P
 i i  i m
Ai A0  L0
A0
 g   m  1  e 
Birçok metalde şekil değiştirme sertleşmesi;  g  K   n ile ifade edilir.
K bir sabit, “n” ise şekil değiştirme sertleşmesi üssüdür. n<1 dir.
Bu bağıntının her iki tarafının logaritması alınırsa:
lnσg = lnK + n lnεg
Bu bağıntı logaritmik skalada bir doğru denklemi verir (y = a.x + b).
Not: Max noktada birim şekil değişim değeri εu = n
Doğrunun eğimi n, pekleşme üsteline eşittir.
Gerçek birim şekil değişimini 1 yapan gerilme değeri de dayanım sabiti olarak adlandırılır.
Metalik malzemelerde pekleşme üsteli, 0 < n < 0,4 arasında değişir.
Pekleşme üsteli, n, malzemenin deformasyon sertleşmesine uğrama ve deformasyonla
dayanımını arttırma kabiliyetini belirlemektedir.
Pekleşmeme durumunda (sıcak deformasyon) n değeri sıfıra yaklaşır. Birçok mühendislik
malzemesi için n; 0,15 ile 0,25 arasında değerler alır.
Dayanım sabiti (K) ise doğrudan malzemenin dayanımı hakkında fikir vermektedir. Diğer bir
değişle K değeri yüksek olan malzemelerin dayanımları da yüksektir.
Yassı malzemelerde mekanik özelliklerin yöne göre değişimi, malzemenin anizotropik
olduğunu gösterir. Anizotropi katsayısı (R),
R
W
t
Genişlikteki gerçek uzama oranı;  W  lnWs / W0 
Kalınlıktaki gerçek uzama oranı:  t  lnt s / t 0 
İzotropik malzemelerde R=1 dir.
Numunenin alındığı bölgedeki yöne göre anizotropi katsayısı değişebilir. Bu farklı açılardan
numune alınır.
Dikey anizotropi katsayısı oranı;
R
R0  R90  2 R45
4
SICAKLIĞIN MALZEME ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ
Genellikle sıcaklığın yükselmesi süneklik ile tokluğu arttırır,
elastiklik modülü, akma sınırı ve çekme dayanımını düşürür.
Sıcaklığın malzeme özelliklerine etkileri aşağıdaki şekillerde görülebilir.
Şekil. Sıcaklığın mühendislik çekme diyagramına etkisi
Şekil. Sıcaklığın elastiklik modülüne (E) etkisi
Şekil. Sıcaklığın pekleşme üsteline etkisi. (Malzeme; saf alüminyum)
GERİNİM HIZININ MALZEME ÖZELLİKLERİNE ETKİLERİ
Gerinimin zamana karşı değişimi gerinim hızı olarak adlandırılır.
Şekil değiştirme hızı (gerinim hızı) her metal şekillendirme işleminde farklılık arz eder.
Örneğin; pres işlemlerinde şekil değiştirme hızının nispeten düşük olmasına
karşılık, şahmerdanlarda (yüksek enerji ile şekillendirmede) daha yüksek gerinim hızları
ile işlem çok kısa bir sürede tamamlanmaktadır.
Şekil 4.7. Şekil değiştirme hızının akma sınırına etkisi
Gerçek ve mühendislik gerinim hızları tanımlamak mümkündür. Bu amaçla aşağıda
basma operasyonu ele alınmıştır.
Şekil . H ilk yüksekliğindeki parçaya basma kuvveti uygulanışı
Gerçek gerinim hızı;
dH/dt=V (deformasyonu yapan takımın hızı)
Basma işlemi için presin sabit hızında artan gerinim hızı elde edilir. Gerinim hızını sabit
tutmak için pres hızını düşürmek gerekir. Çekme işlemi için tersi geçerlidir. Bu yargıya
gerçek gerinim hızı denklemini inceleyerek ulaşmak mümkündür. Akma sınırı da, çekme
dayanımı gibi, artan gerinim hızına bağlı olarak yükselir.
Şekil. Değişik gerinim hızlarında elde edilen gerilme-gerinim eğrileri (1000 °C)
Pekleşme üsteli n ise şekil değiştirme hızı yükseldikçe küçülür.
Şekil 4.9. Gerinim hızının pekleşme üsteline etkisi. Piyasa koşullarında, soğuk
haddelenmiş çelik.
Plastik şekil değişimi belirli sıcaklık alanlarında ve zaman sınırları içinde yapıldığı takdirde
çeliklere çok yüksek mukavemet özellikleri kazandırılabilir. Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm
diyagramlarından faydalanılarak yapılan bu tür şekil verme işlemleri "termomekanik"
olarak nitelendirilir.
Gerinim hızının mukavemete etkisi, sabit sıcaklık ve gerinim miktarı için, genel olarak;
bağıntısı ile ifade edilir.
Burada C, K mukavemet katsayısına benzer bir malzeme sabiti,
m ise gerinim hızı duyarlılığı üstelidir.
Sıcaklığın yükselmesi m değerinin de artmasına yol açar.
Soğuk şekil vermede m<0.05,
sıcak şekil vermede m = 0.05-0.4,
süperplastik malzemeler için m = 0.3...0.85 dir.
(Süperplastik malzemeler hasara uğramadan büyük miktarda üniform olarak uzayabilme
kabiliyetine sahip malzemelerdir. Örneğin bir kurşun - kalay alaşımı için üniform uzama
değeri % 4850 dir.
Süperplastik malzemelere örnek olarak sıcak cam ve polimerler, çok ince taneli çinkoalüminyum ve titanyum alaşımları gösterilebilir. )
Çekme deneyinde m değerinin büzülmeye önemli bir etkisi vardır. Deneysel gözlemler,
yüksek m değerleri için, malzemenin hasara uğramadan önce büyük miktarda uzadığını
yani yüksek m değerlerinin büzülmeyi geciktirdiğini göstermiştir. Büzülme başlamak
üzere iken, bu bölgede mukavemet geri kalan kısma kıyasla pekleşme nedeniyle daha
yüksektir. Ayrıca, büzülme bölgesinde uzamanın daha hızlı olması nedeniyle, şekil
değiştirme hızı da deney çubuğunun geri kalan kısmına kıyasla daha büyüktür. Bu da
büzülme bölgesinin mukavemetini arttıran bir faktördür. Büzülme bölgesinde malzeme
mukavemetindeki artışın büzülme oluşumunu zorlaştıracağı açıktır.
Sonuç olarak yüksek m değerinin büzülme oluşumunu geciktireceği ve kopmadan önceki
toplam uzama miktarını arttıracağı anlaşılır.
SOĞUK BİÇİMLENDİRME
Yeniden
kristalleşme
sıcaklığının
altında,
ortam
sıcaklıklarında
gerçekleştirilen
biçimlendirmelere soğuk biçimlendirme denir.
Yeniden kristalleşme sıcaklığının altında fakat oda sıcaklığının üstündeki şekil
değiştirmeye yarı sıcak (oda sıcaklığındakine de soğuk şekil değiştirme) denebilir.
Deformasyona uğrayan kristalize yapı şekil değiştirmenin ilerleyişini güçleştirmektedir.
Tüm hacim içindeki deformasyona uğrayan tane sayısı arttıkça, önceden kaymış olan
taneler henüz kaymamış olanları engelleyeceklerinden kayma olayına karşı giderek
artan bir direnç meydana gelmektedir. Soğuk sertleşme ya da pekleşme olarak
anılan bu olay sonucu, mekanik özelliklerde önemli değişiklikler görülmektedir.
Pekleşme (Şekil Değiştirme Sertleşmesi):
Çekme deneyi sırasında elastik bölgede kuvvet bırakılırsa; malzeme ilk haline aynı doğru
üzerinden geri döner. Malzeme üzerinde kalıcı deformasyon kalmaz.
Ancak plastik deformasyon bölgesinde kuvvet bırakılırsa; malzeme kuvvetin bırakıldığı
noktadan elastik doğruya paralel şekilde geri döner. Apsisi kestiği nokta kadar malzeme
üzerinde kalıcı deformasyon kalır.
σ3 kadar çekilip sonra tekrar çekilen metalin çekme diyagramı
Metale akma sınırının üzerinde gerilme uygulanması durumunda dislokasyon yoğunluğu
artar, dayanım değerleri artar, sünekliliği azalır.
Çekme işleminin tekrarlanması durumunda dislokasyon yoğunluğunun artması devam
edeceği için dayanım değerlerindeki artış ve süneklilik değerindeki azalış devam
edecektir.
Ancak bu işlemlerin tekrarlanışı esnasında öyle bir noktaya gelinir ki; metal bu gerilmenin
üzerinde plastik şekil değişimine uğratılamaz.
Soğuk şekil değiştirme ile sertlik, dayanım değerleri ile elastik ve akma sınırlarında
yükselmeler; buna karşılık uzama, büzülme değerlerinde ve dolayısıyla plastiklik
özelliğinde de azalmalar görülür.
Buradaki mukavimleşme şekillendirme için gerekli kuvvetin giderek arttırılması; plastik
özelliğinin düşmesi de plastik şekil verme aralığının giderek daralması sonuçlarını
getirdiğinden, doğal olarak her iki gelişmede biçimlendirmenin ileri kademelerinin
uygulanmasını güçleştirmektedir.
Buradaki şekillendirme güçlüğü, malzemenin türüne göre, hızlı veya yavaş bir gelişme
gösterebilir.
Ancak, pekleşme olayı başlangıçta hızlı bir gelişme gösterdiği halde,
% 50-60'lık şekil değiştirme oranlarından sonra artış oldukça yavaşlamaktadır
(Şekil 11 a ve b) .
Soğuk biçimlendirmenin getirmiş olduğu mekanik özellikler üzerindeki bu değişimler ile
birlikte; içyapıdaki kaymalar, yönlenmeler, homojenliğin bozulması ve anizotropi durumu
bazı fiziksel özellikleri de etkilemektedir. Örneğin, elektrik iletkenliği, manyetiklik özelliği
ve özgül ağırlıkta düşmeler görülmektedir.
Şekil: Sıcak ve soğuk şekil değiştirmenin orta karbonlu çeliğin çekme diyagramına etkisi.
(Elastiklik modülü değişmez)
Oda sıcaklığının üstünde fakat yeniden kristalleşme sıcaklığının altında yapılan yarı
sıcak şekil vermede doğal olarak yeniden kristalleşme görülmez ancak soğuk şekil
değiştirmeye göre daha küçük bir şekil verme kuvveti gerekir ve malzemenin şekil
değiştirirken hasara uğrama tehlikesi azalır.
YENİDEN KRİSTALLEŞME (REKRİSTALİZASYON)
Soğuk şekillendirme ile ortaya çıkan bu özellik değişimleri, yeniden kristalleşme tavlaması
uygulanmak suretiyle kolaylıkla giderilebilmektedir. Böylelikle de elde edilen parça veya
mamullerin yumuşatılması ve gerekiyorsa ardışık paso uygulamalarına devam edilmesi
mümkün olmaktadır.
Soğuk plastik şekil değiştirme sonucunda metal malzemede tane yapısı değişir, iç
gerilmeler ve anizotropi meydana gelir, mekanik ve fiziksel özellikler değişir.
Soğuk biçimlendirme malzemenin kafes yapısında bozulmalara yol açtığından, bunları
giderebilmek ve atomların uygun pozisyonları almalarını sağlayabilmek için ısı
enerjisi verilmesi gerekmektedir.
Aşağıdaki şekilde (Şekil 12) yeniden kristalleşme olayının belirli bir süreç içindeki
gelişmesi görülmektedir. Burada, kuvvetli kayma olmuş noktalardan başlamak üzere,
tane çekirdekleri oluşmakta ve bunlar büyüyerek tüm parça kesitinde normal tane
yapısını meydana getirmektedir.
Şekil 12.Yeniden kristalleşme olayının gelişmesi
1-Soğuk şekillendirilmiş yapı,
2-Tane çekirdeklerinin oluşumu,
3-4-Tanelerin irileşmesi,
5-Yeniden billurlaşmış yapı.
Malzemeye, şekil değiştirmeden önceki özellikleri, yeniden kristalleşme tavı (anneeling)
ile kazandırılabilir. Yeniden kristalleşme sıcaklığı bu olayın bir saat içinde
tamamlandığı sıcaklık olarak tanımlanır.
Yeniden kristalleşme sıcaklığının belirlenmesi için, yukarıdaki üç boyutlu grafiklerden,
işletmelerin kendi istatistik veri ve tecrübelerinden yararlanıldığı gibi, pratik olarak şu
genel ifade de kullanılabilmektedir:
Metalin ergime sıcaklığı Te (°Kelvin) ise yeniden kristalleşme sıcaklığı yaklaşık 0.4xTe
(Kelvin) mertebesindedir.
https://en.wikipedia.org/wiki/Recrystallization_(metallurgy)#/media/File:Recrystallisatio
nOfAluminium.jpg
Ayrıca, soğuk şekillendirilmiş parçaya uygulanan tavlamalar ile özelliklerdeki değişim
durumları Şekil 13'te gösterilmiştir.
Şekil 14'te de soğuk şekil değiştirme derecesi ve sıcaklığa göre oluşan tane büyüklüğü
değerleri görülmektedir. Bu grafiği incelediğimizde, küçük taneli bir yapı elde
edebilmek için, yüksek soğuk biçimlendirme dereceleri seçmek ve bunun özellikle % 810'luk kritik değerlerinden kaçınmak gereğinden yüksek sıcaklık ve gereğinden uzun
süreli tavlamalar uygulamamak zorunludur. Çünkü bu takdirde herhangi bir tane,
komşularına doğru genleşerek onları kısmen veya tamamen absorbe etme fırsatını
bulmakta ve irileşmektedir. Diğer taraftan, yeniden kristalleşmenin daha erken başlayıp
(kesikli eğri) daha çabuk gelişmesine yol açmaktadır.
Aynı zamanda yüksek biçimlendirme dereceleri, yapıdaki parçalanmanın ve dolayısıyla
oluşacak tane sayısının artmasına neden olduğu gibi; difüzyon prosesinin gelişmesinde
yardımcı
olarak
malzemenin
kimyasal
bileşimindeki
farklılıkların
azaltılmasını
da
sağlamaktadır. Küçük deformasyon dereceleri, tane sayısının da küçük olmasını ve
dolayısıyla istenmeyen iri taneli yapı oluşumunu getirmektedir.
Rekristalizasyon olayı, bu sıcaklığın ne kadar altında uygulanırsa o ölçüde yavaş; üzerine
çıkıldıkça o ölçüde hızlı gelişim gösterir. Bazı malzemelerin yeniden kristalleşmeleri oda
sıcaklığında bile olabilir. Bunun yanında, kurşun, kalay, çinko ve kadmiyum oda
sıcaklığı civarında yeniden kristalleşir.
Yeniden kristalleşme tavı sonucunda malzeme şekil değiştirmeden önceki özelliklerini
tekrar kazandığı gibi yapısı da genellikle daha ince taneli olur. Dolayısıyla, bu metaller
oda sıcaklığında şekil değiştirdiklerinde pekleşmez. Yeniden kristalleşme süresi de parça
veya mamulün büyüklüğüne göre değişmektedir. Çok değişken olmakla birlikte, pratikte
yaklaşık olarak 2–6 saat civarında uygulanabilmektedir.
Soğuk plastik şekil değiştirmiş bir malzemeyi yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki
sıcaklıklarda tavlayarak iç gerilmeler büyük ölçüde giderilebilir. Bu sırada sertlikte önemli
bir düşme olmadığı gibi mikroyapıda da gözlenebilir bir değişme olmaz yani bozulmuş
tane yapısı düzelmez. Fakat fiziksel özellikler şekil değişiminden önceki değerlerine ulaşır.
Bu olaya toparlanma denir (recovery).
SICAK BİÇİMLENDİRME
Yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda uygulanan biçimlendirmelere,
sıcak şekillendirme denmektedir.
Sıcak
biçimlendirme
esnasında
malzemeye,
bünyesinin
yeniden
kristalleşebileceği
sıcaklık ve sürenin tanınması gereklidir.
O halde, soğuk biçimlendirmenin ortaya çıkardığı özellik değişimleri burada söz konusu
olmayacaktır. Malzeme tavlanmak suretiyle şekil değiştirme direnci azaltıldığı gibi, aynı
zamanda
plastik
şekil
alma
özelliği
de
artış
göstermekte;
daha
kolay
biçimlendirilebilmektedir.
Sıcak şekillendirme uygulanması ile dayanım özelliklerinde yükselmeler görülmektedir.
Sıcak şekillendirmenin sağlamış olduğu mekanik özelliklere bir başka imal usulü ile
ulaşabilmek mümkün olamamıştır. Çünkü uygun seçimler yapılması halinde küçük taneli
bir yapı elde edilebilir.
Aynı zamanda toplanmalar dağıtılıp daha homojen ve gözeneksiz bir yapı oluşturulabilir.
Ayrıca, tanelerin uygulanan kuvvetler yönünde uzaması ile uygun bir lif oluşumu
sağlanabilir.
Hatta
parçanın
dizayn
şekli
ve
fonksiyonuna
göre
tercihli
lif
yönlendirmelerine de gidilebilir. Bütün bunlar kritik ve dinamik zorlamalar altında çalışan
makine ve motor parçaları için sıcak şekillendirmenin tercih edilmesine neden
olmaktadır.
Sıcak şekil verilmiş mamullerin yüzeyi oksit tabakası ile kaplıdır. Bu tabakaların kalınlığı,
ısıtma (tav) fırının atmosferinin kontrol edilmesiyle büyük ölçüde küçültülebilir.
Fakat oksitlenmenin, parça fırından çıkarıldıktan sonra şekil verme makinesine taşınırken
de meydana gelebileceği unutulmamalıdır. Oksit tabakasının kalınlığı ve tipi malzemeye,
sıcaklığa ve süreye bağlıdır. Şekil verme sırasında yüzeydeki oksitler malzemeye
gömülerek yüzey kalitesinin bozulmasına yol açabilirler.
Kurşun, kalay ve çinko gibi oda sıcaklığı civarında yeniden kristalleşen metaller, bu
sıcaklık mertebesinde şekil değiştirdiklerinde pekleşmedikleri için, rijit-tam plastik
malzeme modelleri kullanılırlar. Fakat bu metallerin, oda sıcaklığında şekil değiştirme
hızına çok hassas oldukları dikkate alınmalıdır.
SOĞUK VE SICAK BİÇİMLENDİRMENİN KARŞILAŞTIRILMASI
a) Soğuk şekillendirmeyi ortam sıcaklıklarında plastiklik özelliği iyi olan metallere (Cu, Al,
düşük karbonlu çelik v.b.) uyguladığımız halde; sıcak şekillendirme daha ziyade şekil
değiştirme direnci yüksek olan malzemelere uygulanmaktadır.
b) Soğuk şekillendirmede küçük hacimsel değişimler; sıcak şekillendirmede ise büyük
hacimsel biçimlendirmeler görülmektedir.
c) Soğuk biçimlendirme ince kesitli (tel, ince sac v.b.) mamullere uygulanırken, sıcak
şekillendirmenin kalın kesitli parçalara uygulandığını görmekteyiz.
d) Soğuk biçimlendirme ile soğuk sertleşme (pekleşme) olayı ortaya çıktığı halde, sıcak
biçimlendirme yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde uygulandığından malzemenin
mekanik özellikleri yönünden böyle bir değişimin söz konusu olmadığını görüyoruz.'
e) Aynı şekil değiştirme derecesi için soğuk biçimlendirmede daha büyük kuvvet ve iş
değerlerinin uygulanması gerekmektedir.
f) Soğuk şekillendirme sonunda tavlama söz konusu değilse gevrek bir yapı oluştuğu
halde, sıcak biçimlendirme ile sıkı yapılı, gözeneksiz, sünek ve dinamik zorlamalara
dayanıklı, yüksek mekanik özellikler gösteren bir yapı elde edilmektedir.
g) Soğuk şekillendirmede tufal oluşumu ve kendini çekme söz konusu olmamakta; hassas
tolerans limitleri içinde biçim ve boyut hassasiyeti sağlanabilmekte ve genellikle talaşlı
bitirme işlemi gerektirmemektedir. Hâlbuki sıcak şekillendirme için bütün bunların aksini
söylemek gerekmektedir.
h) Soğuk biçimlendirmede, kalıntı (iç) gerilmelerin, parça kesitindeki üniform olmayan
şekillendirmelerden; sıcak biçimlendirmede ise dengesiz soğumalar sonucu oluştuğunu
görüyoruz.
METALLERİN TEORİK DAYANIMI
Metallerin teknolojik değeri, büyük ölçüde ve esas olarak, belirli bir plastiklik değeri ile
birlikte ele alınan yüksek mukavemet özellikleri olmaktadır. Mukavemet özellikleri de,
atomlar arası çekim kuvvetlerine bağlı olmaktadır. Yüksek kohezif kuvvetlerde
genellikle büyük elastiklik modülleri, yüksek ergime noktaları ve küçük ısıl genleşme
katsayıları ile ilişkili bulunmaktadır.
Şekil 17'de iki atom arasındaki çekim kuvveti, atomların uzaklaşmalarına bağlı olarak
ifade edilmektedir. Kristale uygulanan çeki zorlamasının etkisi ile atomlar arası uzaklık
artarken, kohezif kuvvette önce büyüyüp daha sonra hızla küçülmekte ve sonuçta sıfıra,
inmektedir. Kohezif kuvvet
eğrisi, yaklaşık olarak bir sinüs eğrisi
olarak kabul
edilebilmektedir.
Bu ifadenin verdiği sonuçlar, pratik değerler ile karşılaştırıldığında 10 – 100 katı olduğu
görülmektedir.
Teorik kayma dayanımı ile ilgili olarak da benzer inceleme yapıldığında, yine böylesine
büyük bir oranın ortaya çıktığı görülmektedir.
Bütün bunlar, gerçek kafes yapısını ideal durumdan farklılaştıran bazı hataların,
dislokasyonların varlığını kanıtlamaktadır.
KRİSTAL HATALARI
Kristallerin ideal ve gerçek durumları arasındaki farklılıklara genel olarak kristal hataları
denmektedir. Bunlar, noktasal (boşluk, arayer atomu, yabancı atom) olabildiği gibi,
kristalin mikroskobik boyutlarındaki kafes hataları olarak ta görünebilmektedir. Bunlar da,
yüzeysel (tane ve ikiz sınırları, lifli yapı, çatlaklar, veya çizgisel (dislokasyonlar)
olabilmektedir (Şekil 18).
Yapı hataları, malzemenin mekanik özellikleri (çekme ve kayma dayanımı, akma sınırı
gibi) üzerinde etkili olduğundan önem taşımaktadır. Ayrıca, dislokasyon kaynakları kayma
olayının gelişmesinde önemli rol oynamaktadır. Bu olayı, Frank-Read mekanizması ile
açıklamak mümkündür (Şekil 19).
Başlangıçta, katılaşma olayı veya başlama durumuna göre oluşan dislokasyon yoğunluğu
(106 - 108 1/cm2) ne kadar fazla ise, şekil değiştirme o ölçüde kolaylıkla başlatılabilir.
Şekillendirme ilerledikçe dislokasyon yoğunluğu da artmakta; dislokasyonların bünye
içindeki engellere (tane sınırları gibi) takılıp yığılmaları ile de şekil değiştirmeye karşı
giderek artan bir direnç oluşmaktadır. Kuvvetli soğuk şekillendirmeye uğratılmış bir
metalde dislokasyon yoğunluğu 1012 1/cm2 değerine kadar yükselebilmektedir.
Şekil 19. Frank-Read kaynağının şematik gösterilişi.
Kayma düzlemindeki D, D' noktaları ile belirlenen dislokasyon çizgisi T
kayma
gerilmesinin etkisiyle bükülüp kayma olayına neden olmaktadır. Kritik T değerini aşan
gerilmenin etkisiyle oluşan halka, kayma düzlemini süpürmekte ve. ortadaki yayda
yeniden başlangıç durumuna dönmektedir. Bu olay, tek bir kaynaktan tekrar tekrar
sağlanmaktadır.
Başlangıçtaki
dislokasyon
kaynaklarının
sayısı
yeterli
olmazsa,
metal
şekil
değiştiremeyecektir. Ayrıca, dislokasyon üreten kaynak yok ise, dislokasyon yoğunluğu
artsa bile soğuk biçimlendirme kabiliyeti azalmaktadır.
Dislokasyonların herhangi bir engelle karşılaşmaları yığılmalarına yol açmaktadır. Bu
engeller, tane sınırları, yüzey hataları olabilir (Şekil 20). Orowan halkaları.