Herkese merhabalar, Sizlere bugün bazı önemli malzeme özelliklerinden ve bu özellikleri tarif ederken ihtiyaç duyduğumuz kavramların mühendislik terminolojisindeki yerinden bahsedeceğim. Fakat konuya giriş yapmadan önce büyük bir şiddetle ifade etmeliyim ki, içeriğimiz mekanik (makine mühendisliği) perspektifinden ele alınacaktır, malzeme ve metalürji perspektifinden değil. Ayrıca elimden geldiğince verdiğim kavramların İngilizcelerini de vereceğim ki, literatür araştırması yapmak isteyen arkadaşlara kolaylık olsun. Öyleyse haydi başlayalım.
Bu bir çekme deneyinden elde edilmiş grafiktir ve bu grafik aslında bize malzeme hakkında bazı bilgiler verir.
B noktası: (0,0) noktasından (x,B) noktasına kadar grafiğimiz bir doğru çizer ve haliyle eğimi sabittir. Bu doğrunun eğimi “E” ile ifade edilir ve “Young Modülü-Elastisite” olarak bilinir. İngilizcede “stiffness“, yani malzemenin deformasyona karşı gösterebildiği direnç bu modül ile belirlenir. Yüksek E modülüne sahip bir malzeme, daha yüksek bir direnç gösteriyor demektir. Bu kısımda malzeme henüz plastik (kalıcı) deformasyona uğramamıştır ve hali hazırda uğradığı şekil değişimi üzerindeki yük kaldırıldıktan sonra toparlanacak, eski haline dönecektir.
C noktası: Malzeme hala kalıcı deformasyona uğramamıştır fakat B ile C arasında artık Young Modülü geçerli değildir. Zira aradaki grafik hiçbir şekilde doğrusal değildir. Birim şekil değişimi ekseninde, başlangıç noktasından %0.2 değerinde sağa gideriz ve o noktayı işaretleriz. Daha sonra o noktadan 0-B eğrisine paralel olacak şekilde yukarıya doğru çizgi çizeriz. Çektiğimiz çizgi eğriyi nerede kesiyorsa, yaklaşık olarak C noktası orasıdır diyebiliriz. Malzemenin kalıcı hasar görmemesi için ulaşılabilecek maksimum noktadır ve “Akma noktası-Yield stress” olarak bilinir. Bu noktadan sonra malzeme plastik deformasyona uğramaya başlar ve üzerindeki yük kaldırılsa bile, eski haline dönmez.
A noktası: Malzemenin kaldırabileceği maksimum gerilmeyi (Ultimate stress) ifade eder.
D noktası: Malzemenin koptuğu noktadır.
Eğer dikkat ettiyseniz, A ve D noktaları arasında ilginç bir durum mevcut. Malzemenin üzerindeki gerilim (F/A) azalmasına rağmen, malzeme hala şekil değiştiriyor. Bunun sebebi hesaplarımızı numunenin başlangıçtaki kesit alanını baz alarak yapıyor oluşumuzdur. Numunenin başlangıçtaki kesit alanı A ise, biz burada kuvveti azaltıyoruz öyleyse gerilim azalıyor çıkarımını yaparız. Fakat gerçekte, A sabit değildir ve malzeme incelmeye başlar. İncelen malzemenin kesit alanı azalır ve biz kuvveti azaltsak bile, kesit alanı çok daha hızlı azalacağından dolayı, aslında gerilim orada hala yükseliştedir ve haliyle malzeme uzamaya devam eder.
Peki, diyagramdan bu bilgileri elde ettikten sonra ne gibi sonuçlara varabiliriz?
Örneğin şekilde verilen üç malzeme için şu yorumlar yapılabilir;
C malzemesi en sünek (ductile) malzemedir çünkü kopmadan önce en çok şekil değişimine izin veren malzeme C malzemesidir.
B malzemesi en sert (toughness) malzemedir, çünkü onu koparmak için birim hacim başına düşen enerji en yüksektir. Toughness özelliği, şeklin altında kalan alan ile ilgilidir ve şekil altında kalan alanlara bakarsak B malzemesinin en büyük değeri alacağını görebiliriz.
A malzemesi en mukavemetli (strenght) malzemedir, çünkü diğer iki malzemeye göre daha büyük gerilimleri kopmadan taşıyabilmektedir. Aynı zamanda en gevrek (brittle) malzemedir çünkü en az şekil değişimine uğrayan malzeme A malzemesidir. A malzemesi hakkında yapılabilecek bir diğer yorum ise, “aniden kırılan/kopan” bir malzeme olduğudur. Çünkü kırılmadan önce bir boyun verme aşaması gerçekleşmemiştir.
İzotropik (Isotropic) malzeme: İzotropik malzemelerin karakteristik özellikleri(Elastisite modülü, dayanabileceği maksimum gerilim, akma noktası vb) yönlerden bağımsızdır ve herhangi bir doğrultuya bağlı olarak değişmez. Örneğin x doğrultusunda farklı, y doğrultusunda farklı özellikleri yoktur. Özellikleri her doğrultuda ve noktada eşittir.
Anizotropik (Anisotropic) malzeme: Anizotropik malzemelerin özellikleri yönlere bağlıdır ve x doğrultusundaki Elastisite modülü, y doğrultusundaki Elastisite modülünden farklıdır. Bu olumlu veya olumsuz bir özellik değildir. Mühendisler malzeme seçerken, malzemenin nerede ve hangi şartlar altında kullanılacağına karar verirler ve buna göre bir seçim yaparlar.
Sonraki yazımda kompozit, ortotropik (orthotropic), quasi-isotropic malzeme özelliklerinden, aralarındaki farklardan, elde ediliş biçimlerinden ve kullanım alanlarından bahsedeceğim. Sağlıcakla kalın.