Malzeme Seçiminin Önemi - Yıldız Teknik Üniversitesi
advertisement
Malzeme Seçiminin Önemi Malzeme Seçiminin Önemi • Malzeme seçimi önemli bir konudur. Günümüzde yetmiş bin demir esaslı malzeme (özellikle çelik) olmak üzere yüz binden fazla kullanılan geniş bir malzeme spektrumu vardır. Ayrıca günlük hayatta karşılaştığımız ve sık sık kullanılan araçlarda çok sayıda malzeme kullanılabilmektedir. Kullanılan her bir malzemeyi ayrı ayrı saydığımızda bir traktörde 15-20 bin, bir otomobilde 20-25 bin, bir tankta 40 bin, bir uçakta 100 bin ve bir denizaltıda 120 bin adet malzeme bulunmaktadır. Çok sayıda malzemenin bir araya getirildiği bu karmaşık sistemlerin her biri önemli görevleri yerine getirmektedir. Dolayısı ile bu malzemelerin doğru seçilmesi, bulundukları yerdeki şartlara uygun seçilmesi çok önemlidir. Eğer böyle yapılmaz ise, hem çalışma sırasında sistemin söz konusu parçası kırılıp can ve mal sebep olabilir. • Mal kaybı önemlidir, çünkü hem kaynakların azalmasına ve hem de iş gücü kaybına sebep olabilir. Can kaybı ise şüphesiz çok önemlidir ve telafisi hiçbir şekilde mümkün değildir. Şöyle ki; önce bir gıda sektörünü ele alalım. Bir milyon konserve siparişi alan bir firma güzelce konserveleri kutulara doldurup kapağı kapatıyor ve deniz aşırı bir ülkeye ihracat için yola çıkarıyor. Fakat alıcı firma konserveleri açınca bir de ne görsün, açılan konserve kapakları denizdeki yolculuğundan sonra küflenmiş. Tabi ki malları geri gönderiyor ve firma milyonlarca lira zarara uğruyor. Bu küflenmenin sebebi muhtemelen kullanılan düşük karbonlu çelik kutuların deniz atmosferine karşı kaplanmamasıdır. İkinci örnek olarak ise bir otomobil aracını düşünelim. Ortalama 1200 kg ağırlığındaki bir otomobilin aksında kullanılmak üzere çelik malzemesini, seçmek yerine bir alüminyum malzemenin kullanılması çok yanlış olacaktır. Çünkü alüminyum otomobilin yürümesi sırasında yeterli mukavemeti olmadığı için bir süre sonra eğilme zorlamasından dolayı yorulacak ve aracın hasarına sebep olacaktır. Bu olay sürücü ve/veya yolcuların yaralanması veya ölümü ile de sona erebilir. Bu aracı yapan otomobil firması bir daha rahatça otomobillerini müşteriye satamayacaktır. Çünkü bir gayri memnun müşteri 100 adet diğer potansiyel müşteriyi olumsuz yönde etkileyecektir. Onun için malzemeler kullanılacakları şartlara ve zorlamalara uygun olacak şekilde seçilmesinde büyük yarar vardır . • • • Malzemelerin Sınıflandırılması • • Malzemeler birçok şekilde sınıflandırılabilir. Bunlardan birinde malzemeler iki gruba ayrılır: •Metaller, •Metal olmayan malzemeler. Gerek elektrik iletkenliği gibi genel kullanım özellikleri ve gerekse kaynak edilebilirliği gibi üretim yöntemlerine uygunluğu bakımından, malzeme seçiminde bu temel ayırım isabetli sayılır. Fakat atomlar arası bağ kuvvetleri ve diğer özellikler dikkate alındığı zaman, malzemeler dört gruba ayrılabilir: •Metaller, •Seramikler, •Plastikler, •Kompozitler. Malzemelerin Sınıflandırılması • • • • • • Her bir ana grubun birbirinden ayıran karakteristik özellikleri çok belirgindir. Metaller, etkili olan metalik bağ kuvvetleri, iyi ısı ve elektrik iletkenlikleri ile ışığı yansıtabilme ve düşük sıcaklıklarda bile plastik deformasyon yetenekleri ile ön plana çıkarlar. Metallerin yoğunlukları 7 g/cm3’ün üstünde olup, saydam olmayıp opaktırlar. Seramikler ise, metal ve metal olmayan elementlerin oluşturduğu iyonik bağ ile bağlanmış bileşiklerdir. İyonik bağları sayesinde seramikler genel olarak elektrik direnci yüksek, çoğu zaman saydam, plastik şekil verilemez, sertliği ve korozyon dayanımı yüksektir. Plastikler veya polimerler genellikle metal olmayan elementlerden oluşan kovalent bağlı malzemelerdir. Ana element karbon olup bunun yanında hidrojen ve Cl, F, O v.s. bulunabilir. Elektrik özellikleri ve kimyasal dayanımları ile seramiklere benzeseler de sıcaklıkta şekil tutma yetenekleri, sertlikleri ve yoğunlukları çok düşüktür. Isıtıldıkları takdirde çok düşük sayılabilecek sıcaklıklarda sıvılaşır ve tekrar şekil verilebilir (termoplastikler) veya parçalanır (termosetler). Plastiklerin yoğunlukları çok düşüktür (2 g/cm3’ten az). Kompozitler ise, bileşik malzemelerdir ve farklı gruplardan veya aynı grubun değişik malzemelerinden üretilmiş, değişik fazların özel yöntemler ile bir araya getirilmesi ile oluşturulan malzeme sistemidir [1-2]. Malzemelerin sınıflandırılması ve özelliklerinin karşılaştırılması Tablo 1.1’de gösterilmiştir. MMK: Metal matriksli kompozit; PMK: Polimer matrisli kompozit; KS: Koordinasyon sayısı; ρ: Özgül ağırlık; PŞV: Plastik şekil verme; SMK: Seramik matriksli kompozit; D.Direnci: Darbe direnci; K.Direnci: Korozyon direnci. Malzemelerin Sınıflandırılması • • • • • • • • • • • • • • Bir başka açıdan baktığımızda metalik ve metalik olmayan malzemeleri aşağıdaki gibi de sınıflandırmak mümkündür: 1. Metalik malzemeler •demir esaslı metaller •demir dışı metaller 2. Metalik olmayan malzemeler •organik malzemeler •organik olmayan malzemeler Malzeme Seçimi Adımları • Birçok mühendislik çalışmaları gibi malzeme seçimi de problem çözme işidir. Problem çözme üzerine pek çok şey yazılmıştır, konu ile ilgili ana basamaklar ifade edilmiş ve pek çok farklı şekilde tanımlanmıştır. Bununla birlikte, esas adımların şöyle olduğu genel kabuldür: • Problem analizi • Alternatif çözümlerin formülasyonu • Alternatiflerin geliştirilmesi •Karar Malzeme seçilme işlemine uygulanan bu adımlar şu hale dönüşürler ; •Malzemelerin gerekli özelliklerin analizi •Aday malzemelerin seçimi •Adayların geliştirilme •Gerekli özelliklere en iyi uyan malzemenin seçimi Birçok mühendis malzemeyi iki yanlış sebepten dolayı seçer: •Bu tip uygulamalarda her zaman bu malzeme kullanılır •Yalnızca bazı özelliklerden dolayı. • Bu hatalı sebeplerden ilkinde, her bir uygulama tercih edilen malzemeye sahip olduğu ve her bir malzeme emniyetli pazarlara sahip olduğu zaman seçim yapılır. Diğer bir deyişle gelenek ve iyi teknoloji gerektiği şekilde karışmaz. İkinci sebep yanlıştır, çünkü malzemenin özelliklerinin, malzemenin özel kullanımlarına başvurmadan esrarengiz bir biçimde hemen hemen metafiziksel olarak malzemeyle bağlantılı olduğunu gösterir. • Bir deney yalnızca malzemenin çevresinin koşullarını değiştirmek ve bu değişime karşı tepkilerini tanımlamak mümkündür. Testlerin sonuçları malzemenin önemli bir tanımlamasıdır. Bir özelliğin yalnızca gerçek tanımlaması, tamamen elde edildiği deneyinde tanımlanmasını kapsar. Burada belirten dört prosedür şu şekilde gözden geçirilebilir: •Malzeme mühendisi çalışma ve ürünün üretildiği çevre şartlarının dikkatle listeler: •Koşullara ve koşulların servis süresinde değişimlerine dayanabilmesi için gerekli cevapları listeler: •Aranılan özellikleri bugünün malzeme spektrumu içinde 100 binden fazla mühendislik özellikleriyle karşılaştırılır: •En iyi sonucu veya olası en iyi uzlaşmayı sezginin, deneyimin ve yargının ışığı altında, veren malzemeyi seçer. • Malzeme seçimi için bir fakir jimnastiği olması bakımından şu örnekleri verebiliriz : • a)Elektronik devre: burada seçilecek malzemenin elektrik iletkenliği yüksek olmalıdır. Aday malzemesi olarak metalik tellerden bakır, aluminyum, altın ve gümüş seçilebilir. Bu aday malzemelerden bilindiği gibi altın ve gümüş pahalıdır ve zinet eşyası olarak kullanılır. Geriye kalan bakır veya aluminyum malzemesi seçilebilir. Bilindiği gibi aluminyum bakırdan çok hafiftir (2-3 kat) ve seçildiği takdirde daha az malzeme kullanılır ve yapı hafif olur. Ayrıca seçilen bu metalik malzeme elekriği ilettiği için etrafa zarar vermesin diye plastik ile de kaplanmalıdır • • b)Kahve bardağı: kahve veya çay içerken kullanılacak bardak için malzeme seçerken öncelikle malzemenin elimizi yakmaması yani ısıyı iletmemesi ya da az iletmesini (ısı iletim katsayısının düşük olması) isteriz. Aday malzeme olarak polimer malzemelerden geri dönüşümü yapılabilir polistrien malzeme seçilebileceği gibi, cam gibi seramik malzemeler de seçilebilir. Tabi sağlık açısından her zaman için seramik malzeme seçilebilir. • c)Uçak kanadı: uzun yıllardır önemli bir ulaşım aracı olarak yoğun bir şekilde kullanılan uçaklarda kanat malzemesi olarak kullanılacak malzemenin hem dayanımı yüksek olmalı ve hem de enerji tasarrufu açısından hafif olmalıdır. Burada aday malzemesi olarak aluminyum alaşımı veya titanium alaşımı kullanılabilir. Hatta Al-Ti ikili alaşımları da birlikte uçaklarda kullanılabilir. • d)Ampul flamanı: aydınlatma için kullanılan ampullerdeki flamanlarda ısıl mukavemetinin yüksek olması istenir. Çünkü aydınlatmada kullanılan elektrik enerjisinin küçük bir kısmı aydınlatma için kullanılırken, büyük bir kısmı ise ısı enerjisine dönüşür ve bu ısı ampulü ısıtır. Onun için ampul flamanında sıcaklık mukavemetinin yüksek olması istenir. Burada aday malzemesi olarak tungsten (wolfram) kullanılır. Bu malzeme toz metalurjisi ile üretilir ve ergime sıcaklığı çok yüksektir (3300 oC). Kaynak:Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, findik@sakarya.edu.tr •
