ödev

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME LABORATUARI DÖNEM ÖDEVİ Leave a comment

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MALZEME LABORATUARI DÖNEM ÖDEVİ

Metallerin Kaynak işleminde ısının yapıya etkisi

 Giriş :

Kaynak işleminde esas metalin ve ilave metalin eritilmesi için gerekli olan ısı kaynak bölgesindeki yapının değişmesine neden olur. Aynı zamanda yüksek ısı değişimi nedeniyle metalde iç gerilme birikimleri oluşur. Kaynak bölgesindeki yapının değişimini aynı zamanda sıcaklığın hızı da  etkiler.

2)  Kaynak bölgesi :

Eriyen bölge ve ısı tesiri altında kalan bölgenin toplamıdır.

     Erime bölgesi:

Esas metal ile ilave metalin karışımından oluşan bölgeye denir. Erime bölgesinin çok iyi şekilde havanın etkisinden korunması gerekir aksi halde havadaki oksijen erime bölgesindeki alaşımla reaksiyona girerek oksitlenmeye yol açar,bu da kaynağın kalitesinin düşmesine yol açar bunu engellemek içinse kaynağın ya koruyucu gaz atmosferinde yada örtülü elektrot kullanılmalıdır.

     Isının tesiri altında kalan bölge :

Kaynak işlemi esnasında ısının etkilediği bölgeye denir. Isının tesir edeceği bölgedeki yapının ne şekilde değişeceğini maksimum sıcaklık, esas ve ilave metal cinsi ve soğuma hızının bilinmesi gerekir.

Soğuk şekil verme işlemi uygulanmamış metale yapılan kaynak işleminden sonra yapı değişikliği, erime bölgesine yaklaşıldıkça tane irileşmesi   şeklinde gözlenir.

Soğuk şekil verme işlemi uygulanmış metallere yapılan kaynak işleminde ısı tesiri altındaki bölgede, yeniden kristalleşme sıcaklığının oluştuğu kısımlarda taneler küçük, erime bölgesine yaklaşıldıkça tanelerde yine büyüme gözlenir. Metalin yeniden kristalleşme bölgesinde mukavemet ve sertliği azalır.                         3)   Adi karbonlu çeliklerin kaynağı :

Çeliklere yapılan kaynak işlemlerinde kaynak bölgesindeki yapı değişiklikleri çeliğin yapısındaki karbon miktarına bağlıdır.

Kaynak sırasında çeliğin yapısındaki A1 sıcaklığını geçmeyen bölgelerindeki  yapıda herhangi bir değişiklik olmaz. Metalin A1 ve A3 sıcaklıkları arasındaki sıcaklıklara maruz kalan kısımlarında ise yapıdaki  perlit aynı karbon oranındaki östenite dönüşür. Sıcaklığın daha da yükselmesi durumunda östenit  taneleri ferrit taneleri ile birleşirler.

4) Soğuma hızının kaynak bölgesindeki yapıya etkisi :

Çelik malzemelerin kaynağında eğer malzeme hızla soğursa yapıdaki östenit perlit ve ferrite dönüşeceğine martenzite dönüşür. Çelik malzemelerin kaynağında ise bu istenmeyen bir durumdur. Çünkü martenzit yapıya çok sert ve kırılgan bir özellik kazandırmaktadır.

Soğuk İşlem ve Yeniden Kristalleştirme Tavı

 

1)  Soğuk İşlem:

Soğuk şekil verme işlemi  bir plastik şekil verme yöntemidir. Plastik şekil verme sonucunda dislokasyonlar oluşur. Dislokasyon malzemeyi oluşturan kafes yapının bozulmasıdır. Soğuk şekil verme işleminden sonra malzemenin deformasyona uğrayan kısmında bir sertleşme meydana gelir, buna deformasyon sertleşmesi(Pekleşme) denir ve mukavemet artar.

Malzeme mukavemetindeki artış soğuk işlem miktarına ve malzeme cinsine bağlıdır. Soğuk işlem sonucundaki mukavemet artışı aşağıdaki formülle hesaplanır.

sp = si + a G b p r1/ 2

 

sp : Plastik deformasyon gerilmesi

si :  Sürtünme gerilmesi

G :  Kayma elastiklik modülü

b :  Burgers vektörü

r  :  Dislokasyon yoğunluğu

a  : 0,3 – 0,6 arasında sabit bir değer

 

Malzemeye soğuk şekil verme esnasında verilen enerjinin büyük bir kısmı dislokasyon enerjisine geri kalan kısmı ise ısı enerjisine dönüşür. Soğuk şekil verme esnasında uygulanan kuvvet artıkça süneklik azalır. Bu yüzden sünekliği arttırmak ve çatlamaları önlemek amacıyla soğuk işlem sırasında malzeme tavlanır.

Tavlama esnasında malzemenin yapısındaki değişiklikler; Toparlanma, yeniden kristalleşme ve tane büyümesidir.

 

Toparlanma:

Toparlanma safhasında malzemenin sertliğinde ve mukavemetinde önemli bir değişim söz konusu değildir, ancak elektrik iletkenliği artar. Bu durumda dislokasyonlar poligonal olarak dizilirler ve böylece dislokasyonlar düşük enerjili bir hal alır.

 

Yeniden kristalleşme:

Bu safhada malzeme yapısındaki dislokasyonlar ya yoktur yada çok azdır. Yani malzeme soğuk işlemden önceki ilk halini alır. Malzemenin  mukavemeti ve sertliği hızla düşer, sünekliği ise artar. Deformasyon sertleşmesi ortadan kaybolur.

Malzemenin yeniden kristalleşme sıcaklığı o malzemenin ergime sıcaklığının 1/2 si ile 1/3 ü arasındadır. Bu sıcaklık malzemenin kimyasal bileşimi, ilk tane boyutu, tav süresi ve soğuk işlem miktarına göre değişiklik gösterir.

 

 Tane büyümesi:

Yeniden kristalleşmeden sonra malzeme tav sıcaklığında tutulursa yada yeniden kristalleşme sıcaklığında uzun süre tutulursa malzeme yapısındaki taneler büyürler , tanelerin büyümesi tav sıcaklığına ve süresine bağlıdır.

 

Soğuk işlem ve Yeniden Kristalleşme Tavlaması Deneyi

 

Deneyin Amacı : Soğuk şekil verilmiş ve yeniden kristalleşme tavı uygulanmış yapı çeliğindeki yapı değişikliklerinin ve sertliklerinin incelenerek karşılaştırılması.

Deneyde kullanılan malzemeler: % 20 – % 40 deformasyona uğratılmış numuneler, % 20 – % 40 deformasyona yeniden kristalleştirilmeye uğratılmış numuneler, orjinal numune.

Deneyin Yapılışı:

 Numune yüzeylerinin mikroskopta incelenmesi için numune yüzeylerinin çok iyi parlatılması gerekmektedir. Bunun içinse her bir numune yüzeyinin inceden kalına doğru zımparada numune yüzeyi üzerinde hiçbir çizik kalmayacak şekilde zımparalanır. Numunelerin zımparalamadan sonra yüzeyleri parlatılır. Parlatılmış numunelerin yüzeyleri alkolle silinir ve %5 lik nital ile yüzeyi dağlanır. Mikroskopta numunelerin  yapıları incelenir ve Rockwell sertlik değerlerine göre sertlikleri ölçülür.

Deney sonuçlarının karşılaştırılması :

%20 deformasyona uğramış numunenin taneleri orjinal numuneye göre deformasyon yönünde uzamış bir şekilde gözlenmiştir.

%20 deformasyona uğramış ve yeniden kristalleşme tavı uygulanmış numunedeki taneler %20 deforme edilmiş numunenin tanelerinden daha büyük olduğu gözlenmiştir.

%40 deformasyona uğramış numunenin taneleri %20 deforme edilmiş numunenin tanelerine göre deformasyon yönünde uzamış  bir şekilde gözlenmiştir.

%40 deformasyona uğramış ve yeniden kristalleşme tavı uygulanmış numunedeki taneler %40 deformasyona uğramış numunenin tanelerinden daha büyük olduğu fakat %20 deformasyona uğramış ve yeniden kristalleşme tavı uygulanmış numunedeki tanelerden daha küçük olduğu gözlenmiştir. Bunun sebebi soğuk işlem oranlarına göre yeniden kristalleşme sıcaklığının düşmesidir.

 

                    MiKROYAPI       SERTLiK     MiKROYAPI  (Y.k.)  SERTLiK(Yk)

 

 

  Orjinal                                     A

  Numune                                  Çok  

                              Küçük

 

 

 

    %20                                     B                                        D

   Deforme                               14 Rc                                      10 Rc

   Edilmiş

 

 

 

   %40                                       C                                            E

  Deforme                               21 Rc                                      16 Rc

Edilmiş

 

 

 

Sertlik bakımından karşılaştırma :

Numunelerin sertlik değerleri ölçülürken her numunenin iki farklı yerinden ölçüm yapılır ve ölçülen değerlerin ortalaması alınır.

Orjinal numunenin sertliği A

%20 deforme edilmiş numunenin sertliği B

%40 deforme edilmiş numunenin sertliği C

%20 deforme edilmiş ve yeniden kristl. numunenin sertliği D

%40 deforme edilmiş ve yeniden kristl. numunenin sertliği

Deney sonucunda ölçülen değeler bir önceki sayfadaki tabloda verilmiştir.Tablodaki değerlere göre aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır.

A<B ,bunun sebebi soğuk işlem görmüş malzemelerin yapısındaki dislokasyonların artmasının sertliğinin artmasına sebep olmasıdır.

B<C , bunun sebebi ise soğuk işlem oranının artmasıyla dislokasyonların atması.

B>D , bunun sebebi  %20 deforme edilmiş numunenin dislokasyon yoğunluğu fazladır.

C>E , bunun sebebi  %40 deforme edilmiş numunenin dislokasyon yoğunluğu fazladır.

D<E  , bunun sebebi  %20 deforme edilip yeniden  kristalleştirilen numunenin tanelerinin daha iri olmasıdır.

B-E ve C-D arasında bir ilişki kurulamaz çünkü kristalleşme işlemiyle de, deformasyon işlemiyle de sertlik artışı görülür. Ama bu artışın hangisinin daha fazla olduğu tespit edilemez.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bir cevap yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Translate »