AMALZEME BİLİMİ ÇALIŞMA PROBLEMLERİ (AHMET GÜ..
-
Upload
independent -
Category
Documents
-
view
0 -
download
0
Transcript of AMALZEME BİLİMİ ÇALIŞMA PROBLEMLERİ (AHMET GÜ..
MALZEME BİLİMİ
ÇALIŞMA PROBLEMLERİ(I)
Doç.Dr Ahmet Güral
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
2
2012 ANKARA
1. Atomik yarıçapı 1,41 °A ve atom ağırlığı 183,84 g.mol-1 olan HMK Tungsten’in a) kafes parametresini, b) [110] doğrultusundaki atom boşluğu mesafesini, c) (101) düzlemleri arasındaki mesafeyi ve d) Teorik yoğunluğunu bulunuz.
ÇÖZÜM
a) Kafes parametresi “a”, atom yarıçapı “r” cinsinden;
a 4r a (4r)2=a2+( √2 a)2
buradan
a=4√3
rbulunur.
“r=1.41 °A” yerine konursa a=4√3
.1,41 ise a=3,256 °A bulunur.
b) [110] doğrultusu z
1. y
xMALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
ar
√2 a ×
3
Bu doğrultu üzerinde HMK sistemde atom dizilimi;
[110] doğrultusu a × a
Q
Bu doğrultunun “a” cinsinden uzunluğu √2a dır.[110] doğrultusu uzunluğunda a=3,256 yerine konursa √2.3,256 =4,6 °A bulunur.Yukarıdaki şekilde [110] üzerinde atom boşluk mesafesi Q olarak gösterilmiş. Buna göre√2a =2r+Q ise Q= √2a -2r dir. a ve r değerleri yerine konursa;
Q= √2.3,256 -2.1,41 [110] doğrultusunda atom boşluğu mesafesiQ=1,78 °A bulunur.
c) Kübik sistemlerde (hkl) düzlemleri arası mesafe;
d(hkl)=a
√h2+k2+l2 dir.
Buna göre kafes parametresi (a=3,256 °A olarak yukarıda bulunmuştu) yerine konursa
d(101l)=3,256
√12+02+12 =3,256
√2 =2,3 °A bulunur.
d) Yoğunluk=d=gcm3MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
√2a
4
Gram (g) yerine HMK sistemdeki net Tungsten atomu ağırlığı,cm3 yerine kafes parametresi a olan HMK sisteminin cm cinsinden hacmi yazılacaktır.
6,02.1023 tane W atomu 183,84g ise2 tane W atomu x
x= 2.183,846,02.1023 =61,07.10-23 g (HMK sitemde net 2 tane W atom
ağırlığıdır)
HMK Tungstenin kafes parametresi a=3,256 °A bulunmuştu. cmcinsinden a=3,256 x 10-8cm.Hacim=a3=(3,256 x 10-8)3
Buna göre;Tungstenin yoğunluğu,
d= 610,7.10−24
3,2563.10−24 =18gcm3 bulunur
2. Atomik yarıçapı 1,519 A0 ve atom ağırlığı 6,94 olan HMK kristal yapılı Lityumun teorik yoğunluğu nedir?Veriler:rLi=1,519 A0
AALi=6,94 g.mol-1
HMKise Net atom sayısı=2 dir.kafes parametresi “a”=?gerekiyor.
İstenen:d=?
Çözüm:Önce “a” yı bulalım.
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
5
a 4r a (4r)2=a2+( √2 a)2
buradan
a=4√3
r idi.
a=4√3
rLi=
4√3
x1,519=3,508 °A=3,508 x 10-8cm bulunur.
NOT: Bu soruda kafes parametresi verilmediği için kafes parametresi atomik yarıçaptan bulundu.
HMK kristal yapıdaki 2 net atomun ağırlığı ise atom ağırlından buluruz.6,02x1023 tane Li atomu 6,94 g ise2 tane Li atomu X g
X=2x6,94
6,02x1023 g bulunur.
Buna göre;
d=
2x6,946,02x1023
(3,508x10−8 )3 = 0,534 g/cm3 bulunur.
3. Atom ağırlığı 63,54 g/mol ve kafes parametresi 3,61 A° olan YMK yapılı bu metalin teorik yoğunluğunu bulunuz.
Veriler:AA=63,54 g.mol-1
a=3,61 A° = 3,61x10-8cmYMK ise net atom sayısı=4
İstenenMALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
r a
√2 a ×
6
d=?
Çözüm
a = 3,61 A°
4. Aşağıdaki düzlem ve doğrultuların miller indilerini bulunuz
a)
1/3
b)
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
d=
4∗63,546,02∗1023
(3,61∗10−8)3 g.cm-3 bulunur.
x
y
z
x
y
z
x
y
z
7
c)
1/2
d)
1/2
e)
!/2
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� raly
z
x
y
z
x
y
z
9
1/2
5. MgO’in teorik yoğunluğunu bulunuz?
Veriler:Kafes parametresi: a = 4.212Mg’un atom ağırlığı: 24,31O’in atom ağırlığı: 16
Kristal yapısı:
a = 4.212
Net atom sayıları: 4’er tanedir.
İstenend=?
Çözüm
d=
4(24,31+16 )
6,02x1023
a3 =
4(24,31+16)
6,02x1023
(4,212x10−8)3 =3,58 g.cm3 bulunur.
6. Yoğunluğu 7,19 g/cm3 ve atom ağırlığı 52 g olan HMK Cr’un MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
Cevaplara) (103) b) (101) c) (410) d) (142)
10
a) kafes parametresini ve atomik yarı çapınıb) (100) düzlemleri arası mesafesinic) (100) düzlemleri arasında kalan [100] doğrultusu üzerindeki atom boşluğu mesafesini hesaplayınız.
Verilerd =7,19 g.cm3
AA =52 gHMKNet atom sayısı:2
İstenenlera) d=? ve rCr=?b) d(100)=?c) [100]’daki atom boşluğu mesafesi?
Çözüm a)
d=gcm3 =
2x526,02x1023
a3 =7,19
a3=
2x526,02x1023
7,19
a3=2,4 x 10-23 cm3
a3=24 x 10-24 cm3
a=2,88x10-8 cm
HMK’da r cinsinden kafes parametresi;
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
11
a=4√3
r
ise;
r=√34a
rCr=√34 .2,88x10-8=1,24x10-8cm= 1,24 A° bulunur
b) d(100)= a
√h2+k2+l2 =2,88
√12+02+02 =2,88 A°
c) Kübik sistemde [100]doğrultusu
Gösterildiği gibidir.
HMK sistemdeki [100] doğrultusu üzerindeki atom dizilim konumuMALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
21
x
gibi olup bu doğrultunun başlangıç ve bitim noktalarında atomların merkezleri vardır. Bu doğrultunun uzunluğu 2,88 A° olduğuna göre;[100] daki atom boşluğu: x=a-2rCr= 2,88-2. 1,24=0.38 A°
7. 1 mm3 bir hacimde kaç tane Ni atomu vardır? (Ni YMK yapıda ve kafes
parametresi (a):3,52A°)
Çözüm:
YMK yapıda net atom sayısı: 4
Kristal kafes hacmi (V): a3 olduğuna göre
a=3.52*10-7 mm ise
V= a3=(3.52*10-7)3=43,61*10-23 mm3 bulunur.
Buna göre;
43,61*10-23 mm3 hacimde 4 tane Ni atomu varsa;
1 mm 3 hacimde kaç tane Ni atomu vardır?_____
1mm3’de 4
43,61∗10−23 =9,17*1021 tane Ni atomu bulunur.
8. Atomik yarı çapı (rCu) 1,278 A0 ve Atom ağırlığı 63,5 g.mol-1olan YMK yapılı Bakır
(Cu)’ın
a) Kafes parametresi (a) nedir?
b) Özgül ağırlığı nedir?MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
2,88
A°
13
c) 1 cm3 hacimde Cu atom sayısı nedir?
d) [100]doğrultusundaki arayer atom boşluğu nedir?
e) (101) düzlemindeki atom boşluğu alanı nedir?
Çözüm:
a) YMK Cu’ın kafes parametresi aşağıdaki birim hücrede
gösterildiği gibi çözülür.
Buna göre “a”, a2+ a2= (4rCu)2 den
a=√8. rCu=√8. 1,278=3,614 A0 bulunur.
b) Teorik özgül ağırlık (d) veya ()=NetatomağırlığıBirimhücrehacmi (g.cm-3)
ise,
Cu’ın ()=4∗63,5
6,02∗1023
(3,614∗10−8)3 =8,93 g.cm-3 bulunur.
(Not: YMK’da net atom sayısının 4 olduğunu hatırlayınız.)
c) Cu’ın 1 mol’ü yani avogadro saysı olan 6,02*1023 tane Cu
atomu 63,5 g ve,
1 cm3’ü de 8,93 g idi. MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
a
4rCu
a
14
Buna göre 1 cm3 hacimde Cu atomu sayısı (NCu)=8,93∗6,02∗1023
63,5 =
8,46*1022dir.
d)
Birim hücrede gösterilen
doğrultunun indisi
[100]’dir. Bu doğrultu
yönündeki [100]
doğrultusu ile özdeş yani aynı
doğrultu ailesindendir.
Buna göre [100] doğrultusunun uzunluğu kafes parametresine (a)’ a
eşittir. Ve [100] veya [100] doğrultusundaki atom konumları,
gibi olup, a=2*rCu+V ise arayer atom boşluğu V=3,614-2*1,278
V=1,058 A0 bulunur.
e) YMK Cu’da (101) düzlemininde
Bulunan atom konumları yandaki
gibidir.
Net atom sayısı = 14∗4+
12∗2=2
(101) düzlemini alanı=√2∗a2
Net atom alanı=2r2
(a=√8∗r idi)
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
zy
x
rCu V rCu
a√2a
Not: Arayer atom boşluğu, “V” olsun.
15
Net atom boşluğu alanı(101) = √2∗(√8∗r)2−¿ 2r2=
√2∗(√8∗1,278)2−¿ 2**1,2782 = 67,4*10-16 cm2
9. 80 g demirde kaç tane atom(NFe) var?
(Fe’in atom ağırlığı: 55,85 g.mol-1)
Çözüm:
NFe/80g= 6,02∗1023∗80
55,85 = 8,62*1023 atom
10. Fe içinde ağırlıkça % 2 C bulunan alaşımda atomik % C oranı nedir? (C ve Fe’in
atom ağırlıkları sırasıyla, 12,011 g.mol-1 ve 55,85 g.mol-1dir)
Çözüm:
2 g C atomunda (NC/2g)=6,02∗1023∗2
12,011 = 9,9*1022 C atomu
98 g Fe atomunda (NFe/98g)=6,02∗1023∗98
55,85 = 105*1022 Fe atomu
Atomik % C= (9,9∗1022)
(9,9∗1022+105∗1022)*100 = % 8,61
11. Atomik yarıçapı (rBe) 1,14 A0 ve atom ağırlığı 9,01 g.mol-1
olan Be (Berilyum)’un teorik özgül ağırlığı nedir? (Kristal
yapısı: HSP’dir)MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
16
Çözüm:
HSP birim hücre hacmi: 3√3∗a22
∗c
Net atom sayısı: 6
c = 1,63*a
a= 2*rBe = 2*1,14 = 2,28 A0
Be’un birim hücre hacmi
VBe = 3√3∗(2,28)2
2∗1,63∗2,28
= 41,79*10-24 cm3
6 tane Be atomunun ağırlığı= 6∗9,016,02∗1023
=8,98∗10−23g
Be’un teorik özgül ağırlığı,
Be= 8,98∗10−23
41,79∗10−24= 2,1 g.cm3 hesaplanmış. (gerçekte 1,85
g.cm3’tür. HSP yapılarda c parametresi değişkenlik
gösterebiliyor. Be’un gerçek c parametresini hesaplayınız).
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
a
c
17
FAZ DİYAGRAMLARI PROBLEMLERİ
1. Aşağıdaki faz diyagramına göre kalay ve kurşunun ergime sıcaklıklarını tespit ediniz.
2. Kalayın kurşun içerisinde ve kurşunun kalay içerisinde eriyebileceği (çözünebileceği)
maksimum oran nedir?
3. Pb-% 10 Sn alaşımında 20 °C, 200 °C ve 400 °C sıcaklıklarında hangi fazlara ne kadar
oranda sahiptir?
4. Sn-% 10 Pb alaşımında 20 °C, 200 °C ve 400 °C sıcaklıklarında hangi fazlara ne kadar
oranda sahiptir?
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral Ağırlıkça % Kalay (Sn)
18Çözüm:
1. Aşağıdaki Faz diyagramında (-------) çizgiler ile bu
malzemelerin ergime sıcaklığı tespit edilebilir.
Buna göre: Pb (kurşun)un ergime sıcaklığı 327 °C, Sn (kalay)ın
ergime sıcaklığı 232 °C’dir
2. Aşağıdaki Faz diyagramında (………) çizgiler ile bu malzemelerin
bir birleri içinde çözünebilecekleri oranlar tespit edilebilir.
Buna göre: Pb’un içinde Sn’ın maksimum oranda çözünebilme oranı %
19 iken Sn’ın içinde Pb’un maksimum oranda çözünebilme oranı %
2.5 olduğu tespit edilebilir
3. Aşağıdaki Faz diyagramında Pb-%10 Sn alaşımı için 20 °C, 200
°C ve 400 °C sıcaklıklar için 1., 2. ve 3. noktalara göre; sahip
oldukları fazlar bulunur.
Buna göre;
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
19
1. Noktada (20 °C’de)
ve fazları vardır.
İki faz içerdiğine göre bu noktada denge
çizgisini çizebiliriz (Faz diyagramında
bu çizgi 1. nokta üzerinde _____ ile
gösterilmiştir).Bu çizgiye göre;
% =98−1098−4
x100=%93,6
% =10−498−4
x100=%6,4
2. Noktada (200 °C’de)
Sadece 100 % fazı vardır.
3. Noktada (400 °C’de)
Sadece 100 % L (sıvı) fazı vardır.
4. Yandaki Faz diyagramında Sn-%10 Pb
alaşımı için 20 °C, 200 °C ve 400 °C sıcaklıklar
için 4., 5. ve 6. noktalara göre; sahip oldukları fazlar
bulunur. Buna göre;
4. Noktada (20 °C’de)
ve fazları vardır.
İki faz içerdiğine göre bu noktada dengeMALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
▲1.10 984
▲2.
▲4.
▲3.
▲1.
▲5.
▲6.
Ağırlıkça % Kalay (Sn)
▲1.
20
çizgisini çizebiliriz (Faz diyagramında
bu çizgi 4. nokta üzerinde _____ ile
gösterilmiştir).Bu çizgiye göre;
% =98−9098−4
x100=%8,5
% =90−498−4
x100=%91,5
5. Noktada (200 °C’de)
L(sıvı) ve fazları vardır.
İki faz içerdiğine göre bu noktada denge
çizgisini çizebiliriz (Faz diyagramında
bu çizgi 5. nokta üzerinde _____ ile
gösterilmiştir).Bu çizgiye göre;
% L=97−9097−75
x100=%31,8
% =90−7597−75
x100=%68,2
5. %0.6 C içeren bir sade karbonlu çelikte oda sıcaklığındaki ferrit, perlit ve sementit
(Fe3C) oranlarını belirleyiniz. (Aşağıdaki Fe- Fe3C faz diyagramını kullanınız)
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
▲1.9810 90
▲1.9775 90
Ağırlıkça % Kalay (Sn)
▲1. ▲4.
75 97
22
Çözüm
%0.6 C içeren çeliğin oda sıcaklığındaki yeri aşağıdaki
diyagramın ▲işaretli yeridir. Bu noktada çelik ferrit (),
sementit (Fe3C) ve perlit içerir. Bu noktada ferrit ve sementiti
hesaplayabilmeniz için bağ çizgisi boydan boya çizilir (______
kesiksiz çizgi ile aşağıdaki diyagram üzerinde gösterilmiştir).
Perliti hesaplayabilmeniz için ▲noktası üzerinden ferrit ve
perlite kadar çizilir (-------- kesikli çizgi ile göstermiştir).
Buna göre;
%Ferrit ()=6,67−0,66,67−0
x100=%91
%Sementit (Fe3C)= 0,6−06,67−0
x100=%9
Ve
%Perlit =0,6−00,8−0
x100=%75
bulunur.
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral▲
236. Aşağıdaki diyagramda verilen 1. 2. ve 3. noktalardaki mevcut fazların oranlarını
bulunuz.
Çözüm
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
▲
1.nokta▲
2.nokta▲
3.nokta▲
24Çözüm:
Öncelikle 1. 2. ve 3. noktaların bulunduğu C oranı ve
bölgelerdeki mevcut faz ya da yapıları belirlenmesi gerekir.
Buna göre; 1. nokta % 2 C’lu çeliğe ait olduğunu ve bu noktada
çelik ferrit (), sementit (Fe3C) ve perlit içermektedir. Yine bu
noktada ferrit ve sementiti hesaplayabilmeniz için bağ çizgisi
boydan boya çizilir (______ kesiksiz çizgi ile aşağıdaki diyagram
üzerinde gösterilmiştir). Perliti hesaplayabilmeniz için ▲noktası
üzerinden ferrit ve perlite kadar çizilir (-------- kesikli çizgi
ile göstermiştir).
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
25
%Ferrit ()=6,67−26,67−0
x100=%70
%Sementit (Fe3C)= 2−0
6,67−0x100=%30
Ve
%Perlit =6,67−2
6,67−0,8x100=%79
bulunur.
2. nokta yine % 2 C’lu çeliğe ait olduğunu ve bu noktada çelik
östenit () ve sementit (Fe3C) içermektedir. Bu noktada östenit
ve sementiti hesaplayabilmeniz için bağ çizgisi östenitten
sementite çizilir (______ kesiksiz çizgi ile aşağıdaki diyagram
üzerinde gösterilmiştir). MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
1.nokta▲
2.nokta▲
3.nokta▲
26
%Östenit ()=6,67−2
6,67−0.9x100=%81
%Sementit (Fe3C)= 2−0,9
6,67−0.9x100=%19
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
1.nokta▲
2.nokta▲
3.nokta▲
0.9 2 6,67
27
3. nokta ise % 4 C’lu çeliğe ait olduğunu ve bu noktada çelik
yine östenit () ve sementit (Fe3C) içerdiğini aşağıda diyagramda
görebilirsiniz. Bu noktada östenit ve sementiti hesaplayabilmeniz
için bağ çizgisi östenitten sementite çizilir (______ kesiksiz
çizgi ile aşağıdaki diyagram üzerinde gösterilmiştir).
%Östenit ()=6,67−4
6,67−1,8x100=%55
%Sementit (Fe3C)= 4−1,8
6,67−1,8x100=%45
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
1,8
1.nokta▲
2.nokta▲
3.nokta▲
287. % 20 Pb içeren Mg-Pb alaşımındaki ve % 90 Pb içeren Mg-Pb alaşımındaki oda
sıcaklığındaki mevcut fazların oranlarını siz bulunuz. (ip ucu: diyagramdaki noktalar)▲
Cevap: Hesaplamalarınız sonunda;
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
▲ ▲
90
29
% 20 Pb içeren Mg-Pb alaşımında; %75 ve %25 Mg2Pb
% 90 Pb içeren Mg-Pb alaşımında; %50 ve % 50 Mg2Pb bulmuş
olmalısınız!
MEKANİK ÖZELLİK PROBLEMLERİ
1. 50 mm ilk ölçü uzunluğuna, 8 mm çapına sahip bir malzemeye 5000 N luk yük
uygulandığında ve yükte iken boyu 1 mm uzamaktadır. Bu malzemenin akma
gerilmesi 200 MPa ve akma noktasında birim uzama oranı 0.05 dir.
a) 5000 N yük uygulandığında bu malzemeye uygulanan mühendislik ve gerçek
gerilmeyi, yine aynı yük altıda mühendislik ve gerçek uzama oranını hesaplayınız. Bu
yükte ike malzemede plastik şekil değiştirme olur mu?
b) Bu malzemenin elastik modulünü belirleyiniz.
Çözümü:
l0=50 mm
d0=8mm
F=5000 N
ls=51 mmMALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
30
a=200 MPa
ea=0.01
a) 5000 N yük altında iken
Mühendislik gerilme ve uzama değerleri
müh= FA0 =
5000∏ .d4
2
=500050,2 =99,4 MPa, emüh=
ls−l0l0 =
51−5050 =
150 =0.020
Bu malzemeye 5000 N yük uygulandığında gerilme değeri 99,4 MPa
olmaktadır. Bu değer akma gerilmesinden (200MPa’dan) düşük bir
değer olduğundan plastik şekil değiştirme 5000 N yük
uygulandığında olmaz.
ger=FAs
l0.A0=ls.As dan As=
l0.Aols =
50.50,251 =49,2mm2
Gerçek gerilme ve uzama değerleri
ger=FAs =
500049,2 =101,6 MPa (Bu elastik deformasyon bölgesinde
olduğundan muhendislik gerilmesine göre fazla çıkmamıştır)
eger=ln(ls/l0)=ln(51/50)=0.019
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
0 1 2 3 4 5 60
100
200
300
400
500
600
700
Muh
endislik G
erilm
esi (MPa
)
% uzam a
31
2. 8mmx20mm kesitli ve 250 cm buyunda bir çelik çubukta 60000N yükte akma
gerçekleşiyor. 72000 N’da ise kopmaktadır. 210000 MPa elastik modulüne sahip bu
çeliğin
a) Akma gerilmesini
b) 60000 N yükteki son boyunu hesaplayınız.
Çözümü:
l0=250 cm
A0=8x20=160mm2
Fak=60000 N
Fkop=72000 N
E=210000MPa
a) a=
FaA0 =
60000160 =375MPa
b) e=
ls−l0l0
E=σae den birim uzama e=
σaE yazılabilir. Buna göre
e=375210000 =0.00178 bulunur. Buna göre
e=
ls−l0l0 de yerine konarak ls bulunur.
0,00178=ls−250250 ise ls=250,44 cm bulunur.
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
0 1 2 3 4 5 60
100
200
300
400
500
600
700
Muh
endislik G
erilm
esi (MPa
)
% uzam a
23
3. 80 mm boyunda bir malzemeye ait
çekme-uzama diyagramı yandaki gibi elde
edilmiştir.
Bu malzemenin kesiti 6x6mm2dir.
a) Kaç N yük uygulandığında plastik
şekil değiştirme (Akma) başlar?
b) Elastik Modülü kaç MPa?
c) Maksimum gerçek çekme gerilmesi
nedir?
d) Çekme gerilmesinde iken % uzama
değeri nedir? Ve Gerçek uzama değeri nedir?
e) toplam ve kopma uzama % oranları nedir.
Çözümü:
a) Diyagramda Akma gerilmesinin 400 MPa olduğu görülmektedir.
a=
FaA0 ise F=a.A0=400.36=14400 N yük uygulanırsa malzmede
kalıcı şekil değiştirme başlar.
b) Akma gerilmesinde iken % uzama=0,5 yani birim uzama e=0,005
olduğunu diyagramdan görebilirsiniz. Buna göre elastik
modülü
E=
σaea =
4000,005 =80000 MPa dır
c) Diyagramda muhendislik gerilmesi çmuh =600MPa dır
çmuh=
FmaxA0 ise Fmax=600.36=21600 N yük bulunur
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral
33
Gerçek çekme gerilmesi çger=
FmaxAs olduğuna göre As son kesit
alanını bulmak lazım.
l0.A0=ls.As dan As=
l0.Aols ancak ls değerini de bilmek gerekir.
Bunun için max çekme gerilmesinde iken malzemede % 3 lük bir
uzama yani 0,03 birim uzama gerçekleşmiştir.
e=
ls−l0l0 ise 0,03=
ls−8080 den ls=82,4 mm bulunur. Şimdi
As=
l0.Aols da yerlerine konursa As=
80.3682,4 =34,95mm2 bulunur
çger=
FmaxAs da yerine konursa ç
ger=2160034,95 =618 MPa bulunur.
d) Max çekme gerilmesinde iken muh % uzama= %3 (yani muh birim
uzaması e=0.03)
Gerçek birim uzama eger=ln(ls/l0)=ln(82,4/80)=0,029 (yada =
%2,9)
e) Toplam %uzama oranı =%5
Kopma uzama oranı = %4,5 olduğunu diyagramdan açıkça
görebilirsiniz.
MALZEME BİLİMİ ÇALİŞMA PROBLEMLERİ –İ Doç.Dr. Ahmet Gü� ral