Makale

METAL MATRisLi
KOMPOZiTLleRiN
YÜKSEK DEFORMASY:ON
HIZLARINDA DAVRANisLARi
~
HIGH STRAIN RATE DEFORMATlON
BEHAVIOR OF METAL MATRIX COMPOSITES
Yrd. Doç. Dr. Mustafa GÜDEN ve Prof.DrJan W. HA LL *
izmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Çankaya, izmir, TüRkiYE
·Makina Mühendisligi Bölümü, University of Delaware, Newark, DE 19711, ABD
Yrd. Doç. Dr. Mustafa GÜDEN
Mustafa Güden 1967 yi/mda Polatli/Ankara 'da dogdu. 0.0. T.Ü. Meta/urji Mühendisligi bölümünde 1989 ydinda
lisans ve 1992 yilmda yüksek lisans programlarim tamamlamistir. 1998 yilinda, University of Delaware'deki Malzeme
Bilimi bölümünde Doktora programim tamamlayan Mustafa Güden izmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Makina
Mühendisligi Bölümü'nde görev yapmaktadir.
ÖZET
GiRis
Süreksiz
katkilarla
kuvvetlendiriimis
Metal Matris Kompozit'lere
yon hizlarinda
Alüminyum
düsük ve yüksek deformas-
basma deneyleri
uygulanmistir.
Düsük
hizlarda (10'3/S)basma deneyleri instron makinasi ile yapilmistir.
Split Hopkinson
hizlarda
(>100 Is) basma
Parçacik,
whisker
Pressure
Bar teknigi yüksek
deneylerinde
ve kisa fiberlerle
farkli matris (alüminyum)
kullanilmistir.
kuvvetlendiriimis
alasimli kompozitler
mistir. Kuvvetlendiricinin
test edil-
deformasyon hizina bagli geril-
meye etkilerini arastirmak
için kompozitlerin
dirilmemis matris alasimlarida
kuvvetlen-
benzer deformasyon
larinda test edilmistir. Kuvvetlendiricinin
hiz-
boyutu ve dagi-
Yüksek deformasyon
lar malzemelerin
hizlarinda mekanik davranis-
ani yük artislarina ugradigi durumlarda
önemlidir. Uçaklarin motor biçaklarina
kuslarin veya ya-
banci maddelerin çarpmasi veyahareketli
araçlarin çar-
pismasi
olusabilecegi
durumlara
yüksek
deformasyon
hizlarinin
bir kaç örnektir. Yüksek deformasyon
rinda malzeme davranislari,
yaygin olarak düsük hizlar-
da (statik) elde edilen davranislardan
bilir. Örnegin
metallerin
davranis gösterdikleri
sek deformasyon
hizla-
oldukça farkli ola-
yüksek hizlarda daha kirilgan
bilinmektedir
hizlarinin
[1 l. Dolayisiyla yük-
olusabilecegi
liminin, matris alasimi ve uygulanan isii islemin test edi-
da malzemelerin
len kompozitlerde
mesi, malzeme israfini ve uygulama esnasinda çikabile-
deformasyon
hizina bagli gerilmeleri
etkiledigi bulunmustur.
mukavemetinin
uygulamalar-
cek sorunlari azaltacaktir. Yüksek deformasyon hizlari nda yapilan deneyler ani yük artisina dayanikli malzeme-
ABSTRACT
lerin ortaya çikartilmasina
Discontinuous
Matrix Composites
quasi-static
uygulama öncesi ölçül-
fiber
reinforced
Aluminum
have been compression
tested at
and high strain rates. Quasi-static
compression
tests were conducted
Metal
(10·3/s)
using an instron
machine. Split Hopkinson
Pressure Bar technique was
used to test composites
at strain
rates higher than
da yardimci
Matris Kompozit (MMK) malzemelerin
olacaktir. Metal
yaygin uygulama
alanlari uçak ve otomobil endüstrileridir.
Bu uygulama-
larda MMK'ler kolaylikla yüksek deformasyon
ugrayabilirler.
Fakat
masyon hizlarindaki
mektedir.
bu malzemelerin
hizlarina
yüksek
mekanik davranislari
defor-
iyi bilinme-
100/s. Tested composites were particulate, whisker and
short fiber reinforced and contained different aluminum
matrix alloys. In order to investigate
ment
on the
strain
rate
effect of reinforce-
dependent
flow
stress,
Bu çalismada
yüksek deformasyon
hizlarinda me-
kanik testler Sp/it Hopkinson Pressure Bar (SHPB) teknigi kullanilarak
basma altinda gerçeklestirilmistir.
Degi-
were als o
sik katkilarla (parçacik, whisker ve kisa fiber) kuvvetlen-
tested at similar strain rate regimes. It was found that
dirilmis, farkli matris alasimli MMK'ler ve onlarin kuvvet-
reinforcement size and orientation, matrix alloy type and
lendirilmemis
heat treatment had affected strain rate dependent flow
hizlarinda
stress!iehaviorG~e
minin mekanik özelliklere etkileri arastirilmistir.
unreinforced matrix alloys of the composites
the tested metal matrix composites.
matris alasimlari,
degisen
test edilerek, kuvvetlendiricin
deformasyon
ve matris alasi-
TEST METODLARI
VE MALZEMELER
Düsük deformasyon
hizlarinda
U,
(10-3 Is :s (saniye))
basma deneyleri instron ile gerçeklestirilmistir.
hizlarda
basma deneylerinde
(100-4000/s)
teknigi kullanilmistir.
Yüksek
ise SH PB
Pilaka haline getirilmis MMK'lerden
= -Cç
denklemleri
(2)
J E, dr
,;
ile hesaplanabilir.
Denklem
elastik uzama miktarini, Celastik
u
1 ve 2'de,
gerilme dalgasinin
hi-
zini, a, 9 ve i alan, geri gelen ve iletilen dalgalari, ç çubugu ve t ise zamani göstermektedir. Numunedeki birim
sekil degisim miktari asa§idaki denklemle hesaplanir:
delinerek (core-drill) hazirlanan küçük silindirik numune-
U,-u
ler (çap=6 mm, uzunluk= 5 mm) basma deneylerinde
E,,=---rJ:=
kullanilmistir.
C'
u
1/
Alan çubuk
J
()
(3)
(-E,+E-E'dr
a!!!
ileten çubuk
Gaz tabancas 1
Seki/t:
Yüksek derormasyon
Kolsky tarafindan
hiz/aT/nda ku//am/an SHPB'm sematik gösterimi.
1949 yil}nda tasarlanan
teknigi [2] malzemeleri yüksek deformasyon
hizlarinda
test etmek için kullanilan en yaygin metotlardan
Teknik önceleri metalik malzemeleri
SHPB
biridir.
test etmek amaciy-
Denklem 3'de U numunenin test edilmeden önceki
uzunlugunu n ise numuneyi temsil eder. Her bir arayüzeydeki, alan çubuk-numune
(1) ve numune-ileten
çu-
buk (2), kuvvetler söyledir:
la kullanilmis, sonradan da seramik ve kompozit malzemelerde test edilmege baslanmistir.
len tipik SHPB düzenegi çarpan, alan ve ileten çubuklardan olusmustur. Gaz tabancasi
(4)
Sekil 1'de gösterive
ile firIatllan çarpan çu-
buk, alan çubuk'a çarpinca bu çubukta yüksekligi sabit
P2=
(5)
Aç Eç E,
olan bir basma gerilme dalgasi olusturur. Alinan gerilme
dalgasi alan çubuk üzerinde hareket
buk-numune-i1eten
çubuk
ederek, alan çu-
arayüzeylerinden
bir kismi
çekme dalgasi olarak geri alan çubuk'a, gerisi ise ileten
çubuk'a iletilir. Her iki çubukta olusan birim sekil degisim
miktarlari
çubuklar üzerine yerlestirilen
birim sekil de-
gisim gage'leri ve bir osiloskop yardimiyla
ölçülür. Bu öl-
(E)
A kesit alanini göstermektedir.
Eger arayüzeylerde-
ki gerilmenin esit oldugu varsayilirsa,
düzenlenebilir:
Denklem 3 söyle
U
E"= 2(;." oJ'Egdr
(6)
Benzer olarak numunedeki gerilme,
çümlerden numunenin gerilme dalgasi geçisi sirasindaki birim sekil degisim miktari, deformasyon
gerilmesi
(cr)
kolayca hesaplanabilir.
Alan ve ileten çubuklardaki
,
Ui
ve
=
c:;
hizi (E) ve
1 (-Eo +
Eg)
dr
uzmalar (Sekil 1),
denklemleri ile hesaplanabilir.
SHPB'dan elde edilen gerilme ve birim sekil degisim miktarlarinin
gerçek malzeme özelliklerini
bilmesi için asagidaki kosullarin saglanmasi
tedir:
göstere-
gerekmek-
1. Numunenin çubuklar arasinda homojen deforme
olmasi;
numune-çubuklar
arayüzeyindeki
gerilmelerin
esit olmasi.
2. Çubuklar üzerindeki gerilme dalgalarinin
kalmasi; olusan gerilmenin
elastik
çubuk malzemesinin
akma
gerilmesinin altinda olmasi.
3. Dalganin çubuklar üzerinde ihmal edilecek oranda bozunarak hareket etmesi.
matris alasimlarinin
mikroyapilari
ve üretim metotlari
detayli olarak diger çalismalarda sunulmustur [7, 8].
SiCw/2124-T6 AL ve AL20,lAL(% 1.2Cu) MMK'lerde kuvvetlendirici, ilkinde ekstrüzyon yüzeyine dogru yönelmis,
ikincisinde ise döküm esnasinda uygulanan basinç yönüne dik olan yüzeyde ~astgeie dagilmistir. SiCw/2124T6 AL MMK'e basma deneyleri ekstrüzyon yönüne dik
olarak, AL203 kisa fiberle kuvvetlendirilmis
berlerin rastgele dagildigi
MMK'de ise fi-
yüzeye dik (D) ve paralel (P)
olarak gerçeklestirilmistir.
Birinci kosulun
olusmasi
için, dalganin
numune
içinde, 4-5 defa ileri-geri gidip gelmesi gerekmektedir [3,
4]. Bu yüzeden SHPB'dan elde edilen gerilme ve birim
sekil degisim miktarlari yaklasik ilk 5-10 mikrosaniyede
gerçek malzeme özelliklerini gösterememektedir.
rida verilen denklemlerin
geçerli olabilmesi
kosulun mutlaka saglanmasi
Yuka-
için ikinci
gerekmektedir.
Dikkat edi-
lecegi üzere, çubuklar üzerinden yapilan birim sekil degisim miktarlari ölçümü numune-çubuklar
den uzak noktalardan
pilmaktadir.
Dalganin numune-çubuklar
ölçüm yapilan noktalara
gerekmektedir.
arayüzeylerin-
(Sekil 1: Gage 1 ve Gage 2) yaarayüzeyinden
ulasana kadar bozunmamasi
Eger dalgalardaki
bozunmalar
önemli
miktarlarda ise, hesaplanan gerilme ve birim sekil degisim miktarlarinin,
numune-çubuk
gerekmektedir
dalgalari
ölçüm yapilan
ara yüzeylerine
[5].
Basma
noktalardan
kaydirarak
düzeltilmesi
deneylerinde
kullanilan
SHPB'ln yukaridaki kosullara uygunlugu ve özellikleri diger bir çalismada tartisilmistir
[6].
Test edilen MMK'lerdeki kuvvetlendirici çesitleri ve
boyutlari, kuvvetlendiricilerin
hacim yüzde oranlari
(Vi%), MMK'lerin üretim metotlari ve test edilen kuvvetlendirilmemis matris alasimlari Tablo 1'de siralanmistir.
SiCw/2124-T6 AL MMK'in matris alasimi, 2124-T6 AI yerine 2024-T6 AI test edilmistir. Her iki alasimda benzer
olup 2124 biraz daha temizdir. Test edilen MMK'lerin ve
i '"
, i '
i'
SONUÇ VE TARTISMALAR
SHPB deneylerinde ölçülen tipik birim sekil degisim
miktarlari (zamana karsilik) Sekil 2'de gösterilmistir. Sekil 2'deki sürekli çizgi alan çubuktan yapilan birim sekil
degisim miktarini (voltaj olarak), süreksiz çizgi ise ileten
çubuktan yapilan ölçümü göstermektedir. Sekil 3'de, Sekil 2'de gösterilen birim sekil degisim miktarlari ölçüm lerinden hesaplanan, gerilme ve deformasyon hizi, birim
sekil degisim miktarina karsilik çizilmis grafiklerle gösterilmistir. Sekil 3'de görülecegi üzere, deformasyon hizi
bütün birim sekil degisim miktarlarinda sabit olmayip,
2250-2750/s arasinda degismektedir. Her bir basma deneyi için ortalama deformasyon hizi hesaplanmistir. Önceden belirtildigi üzere, gerilme-birim sekil degisim miktari degerleri ilk 5-10 mikrosaniyede, yaklasik % 2- % 3
birim sekil degisim miktarlarina kadar, gerçek malzeme
özelliklerini gösterememektedir.
% 5 birim sekil degisim miktarina karsilik gelen gerilme miktarlari (deformasyon hizina (logaritma) karsilik), Sekil 4 (a), (b) ve (c)'de sirasiyla
SiC,I2024-0 AI
'i'
,,-.--.
i
r:: 2
~
1.5
i ~-0.5
.~1-1
Ilerlieii' .. ,
Gelen
w
~
200
300
400
karsilas-
seçilmesi mümkündür. Fakat basma esnasinda olusabilecek sürtünme kuvvetlerinin etkisi yüksek birim sekil
degisim miktarlarinda artacaktir.
o
100
Bu çalismada
tirmalar % 5 birim sekil degisim miktarina karsilik gelen
gerilme miktarlari arasinda yapilmistir. Daha yüksek birim sekil degisim miktarlarinin karsilastirma amaciyla
500
Zaman( mikrosaniye)
Sekil 2: SHPB'dan e:rde edilen tipik birim sekil degisim miktarlan ölçümleri
600
700
... :~-1.5
800 -2
400 ,
i 6000
i "
-
i
~~
~
~
~~
300
--
~
250
---------
'tEci
200
~
150
~
Ö
is..
Gerilme
Defonnasyon Hizi
100
~
~~
~~[(j
~.;::
.-'- ..... _,
d'
.-o.
]
~~~
.•..
3900
~
E
,
~~2oo00
-i 1000
"
50
~
Ö
J
O
O
O
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Zamane mikrosaniye)
Sekil
3: Sekil
2'deki birim sekil degisim miKtarian ölçümünden
AI MMK
MMK ve matris alasimi 2024-0, SiCw/2124-T6
ve matris alasimi 2024-T6, AL,OolAI(%1.2Cu) MMK ve
matris alasimi AI(%1.2Cu) için gösterilmistir. Yükselen
deformasyon hizlarinda SiC"I2024-0 AI MMK ve matris
alasimi 2024-0 AI benzer gerilme yükselmeleri göstermistir (SekiI4(a)). Her iki malzemede de yaklasik 3000/s
deformasyon
hizinda, gerilmedeki
yükselme (statik
hizlara nispeten) 40-50 MPa kadardir. Yükselen deformasyon hizlarinda SiCw/2124- T6 MMK'de ve matris alasimi 2024-T6'da gerilme hemen hemen sabit kalmis,
kompozit ve matris alasimi yine benzer özellik göstermistir (Sekil 4 (b)) AL,OolAI(% 1.2Cu) MMK D yönünde ve
matris alasimi, % 5 birim sekil degisim miktari ve 3000
Is deformasyon hizlarinda yaklasik 30 MPa'lik bir gdilme yükselmesi göstermislerdir. Ayni kosullarda MMK'in
P yönündeki gerilme yükselmesi 100 MPa'dir. Sürekli fiberi eri e kuvvetlendirilmis
bir AI MMK'inde benzer davra-
nis gözlenmis; fiber yönündeki gerilme yükselmesi fiberlere dik olan yönden daha yüksek bulunmustur. [9].
Metalik malzemelerde akma gerilmesinin (sabit birim sekil degisim miktarinda) deformasyon hizi ile genelikle arttigi bilinmektedir. Metallerde akma gerilmesinin
deformasyon hiziyla olan iliskisi asagidaki yapisal denklemle ifade edilebilir [10]:
(8)
burada cro 1/s'deki (birim deformasyon hizi) akma gerilmesi, k deformasyon hizi duyarliligini gösterefi bir parametre ve T ise sicakliktir. Deformasyon hizi duyarliIJgl (k):
(9)
k =
denklemiyle
(a7o~e) e,T
gösterilebilir.
Metalik
malzemelerde,
1OOO/s'yekadar knin sabit oldugu ve1 OOO/s'nin üzerinde ise arttigi bulunmustur [11]. Bahsedilen deformasyon
hesaplanan
gerilme ve deformasyon
hizi miktalan.
hizi rejimierindeki, knin sabit oldugu (statik - - 1000/s)
ve arttigi (- 1000/s'den sonra) malzeme davranislari iki
farkli mekanizma ile açiklanmistir. Birinci mekanizma,
dislokasyonlarin dislokasyon sebekesi, kafes atomu ve
kati eriyik gibi küçük boyutlu engelleri termal enerji yardimiyla asmasina dayandirilmistir
[11, 12]. Dislokasyon-
larin bu engelleri asmasi istatiksel bir mekanizma olmasindan dolayi, yüksek deformasyon hizlarinda dislokasyonlarin bu engelleri asma olasiligi azalir. ikinci mekanizma ise, dislokasyonlarin bahsedilen engeller önünde
beklemeden asmasi (- 1000/s'den sonra) ve dislokasyon hareketine fonon viskositesi ve saçiimasinin engel
teskil etmesine dayandirilmistir
(Dislocation Drag Mechanism) [13]. Follansbee ve digerleri, ikinci mekanizmanin
bahsedilen
deformasyon
hizlarinda
olusamaya-
cagini saf bakir üzerine yapilan çalismalarin sonucunda
ileriye sürmüslerdir [14, 15]. Yukarida bahsedilen mekanizmalar kaynak [16]'da detayli anlatilmistir.
Baska bir deneysel sonuç ise AI metalinin deformaasyon hizi duyarliliginin yükselen alasim elementlerinin
miktari ve uygulanan isii islem ile azalmasidir [17]. Saf
metallerde deformasyon kinetigini kontrol eden mekanizma dislokasyon hareketinin dislokasyon seq,ekesi ve
kafes atomlari tarafindan engellenmesidir. Bu engellerin
etki alanlari 10 atom uzunlugundan az olup, termal enerji ile asilabilirler [18]. Alasim elementlerinin miktarinin
artmasi ve uygulanan isii islem, etki alanlari büyük engellerin, örnegin ikincil fazlarin, olusmasina neden olur.
Bu engellerin asilmasinda termal enerjinin rolü azaldigindan, deformasyon hizinin etkiside azalacaktir. Bu çalismada test edilen 2024-T6 AI alasimina yükselen deformasyon hizlarinin etkili olamamasinin yukaridaki nedenlerden dolayi oldugu ileri sürülebilir. Bu özellik benzer AI alasimlarinda
da bulunmustur
[19,20].
Yukarida bahsedilen mekanizmalarin, MMK'ler için
geçerliligi tartisilmazdir. MMK'lerin deformasyon hizi du-
~.I:\:'.j·"~:I:'7A.·
_,'o',·'Y:""._':;:':,
.":"'.,,,';;,,> ..'..;:, ...•::..:.~_:.,.•.:',:.,:".:.;,'-:.;'c.';;Y":-<'-""-"'-;:'::".'_"'_''':''t.·,.:>,,:"_:"',,',:,.
:,<" __C,',.,','_',:",,-:.:,'-
:_".'_"".'.,'."':'_'
:",'_,
:,.•:.. ,:_:":
,,,_
.;".-.,.'.
',_,'
',-
''.:'''
""','
"
..,.'
"
_., ',
"',
',_
,
,":'"
.. ',
,
:-.,'_,'
_'."'"
".'
',-
0:
.,'
..
:",-.-
..
,
..
"
-
-',
-:':'"
','
--
-'
•.
~~.~S
..•
..
",'
yarliligina matris alasiminin etkisi disinda baska faktörler de etkili olacaktir. Bu faktörler söyle siranabilir: 1. de-
MMK'lerde hasarlarin çok az oldugu gözlenmistir.
formasyon hizinin kuvvetlendirid
MMK'lerin deformasyon
dagilimi,
2. kuvvetlendiricin
masyon hizi ile degisimi,
matris arayüzeyindeki
kirilma gerilmesinin
3. dislokasyonlarin
defor-
Yukarida bahsedilen
faktörler
isiginda, test edilen
hizi duyarliligini
belirleyecek
faktörün burada önemli olacagi düsünülmektedir.
kuvvetlen-
matris alasiminin
deformasyon
hizi duyarliligi
dirici ile etkilesimi 4. MMK'de olusan hasarlarin, örnegin
kuvvetlendiricinin kirilmasi ve arayüzeylerin ayrilmasi,
matris alasiminin
deformasyon
hizi duyarliligina
olarak, bölgesel deformas!on
iki
Bunlar
ve yine
bagli
hizi degisimidir.
deformasyon hizi ile degisimi,
MMK'lerin deformasyon
Sonlu eleman yöntemile yapilan bir çalismada,parçacik-matris arayüzeyinde bölgesel deformasyon hizinin, global deformasyon hizindan daha yüksek oldugu
bulunmustur [21]. Eger, matris alasimi deformasyon hizina duyarli ise, MMK'in deformasyon hizi duyarliliginin
kuvvetlendirilmemis
matris
alasiminin
hizi duyarliligini
etkiliyebi-
lecek bir diger önemli faktör ise, basma testinin yapildigi yöndür. Eger basma testinin yönü fiberlerin uzandigi
yönde ise, fiber kirilmasi bükülme (buekling) ile gerçeklesebilir. Fiberlerin matris içinde bükülme gerilmesi (cr,)
Argon denklemi ile ifade edilebilir [25].
duyarliligindan
(10)
daha yüksek olmasi beklenir. Bu faktörün özellikle çok
yüksek (> 104 Is) deformasyon hizlarinda etkili oldugu,
AL,03j6061-T6
AL MMK ve matris alasimi 6061-T6 Al'a
yapilan testler sonucunda
Seramik
bulunmustur
malzemelere
yapilan
basma deneyleri sonucunda
gerilmesinin deformasyon
hizlardaki
bu malzemelerde
hiziyla yükseldigi
kirilma
bulunmus-
tur [23]. Fakat fiber halindeki seramikler, bütün haldeki
serimiklerden daha farkli mekanik özellikler gösterebilirler. Dolayisiyla bu faktörün etkisi bilinmemektedir.
Dislokasyon
hareketinin
engellenmesi ve engellenme
zi ile degismeside,
kuvvetlendirid
hizi duyarli-
ligini arttiracagi ileri sürülmüstür [24]. Bu faktörün etkisi,
test edilen MMK'lerin kuwetlendiricilerinin
boyutlari itibariyla süphelidir.
Son faktör, hasarlarin deformasyon
MMK'lerin deformasyon
kim, AL,OJA1(%1.2Cu)
duyarliligini
hizi ile artmasi,
azaltacaktir.
Nite-
MMK'in P yönünde yüksek de-
formasyon hizlarinda ve yüksek birim sekil degisim miktarlarinda
test edilen
numunelerin
lemeleri, kuvvetlendirici-matris
mikroskopik
arayüzeylerindeki
olusumun (Sekil 5(b)), deformasyon
incebosluk
hiziyla arttigini gös-
termistir. MMK'in P yönünde deformasyon hizi duyarliligi yükselen birim sekil degisim miktarlarinda azalmistir.
Düsük birim sekil degisim miktarlarinda test edilen
Tablo 1. Test edilen MMK'ler
ve matris alasimlan.
Döküm
MMK ve Kuwetlendirici
2024-T6AI
Üretim
Metodu
2024-0
AI
AI(%1.2
Cu)
Toz
Metalurjisi,
Basinçli
Dökümekstrüzyon
Matris
AI,OjAI (% 1.2 Cu) (AI,ü, kisa fiber (a-AI,O,
yapildigi
yönle yaptigi
açiyi göster-
mektedir. Denklem 10'dan da anlasilacagi
üzere matri-
sin kayma gerilmesinin deformasyon
15
15-26
25
V,(%)
hiziyla artmasi, fi-
berlerin bükülme gerilmesini arttiracaktir.
gerilmesi dolayisiyla
Artan bükülme
kompozitin gerilmesini
artiracaktir.
P yönünde test edilen AL20JAI (%1.2Cu) MMK'ten yapilan mikroskopik gözlemler
tarafindan
miktarinin deformasyon hi-
MMK'lerin deformasyon
kompozitin kayma gerilmesini ve fJ ise fiber yönünün
basma deneyinin
[22].
yüksek
'ty
fiberlerin basma altinda bü-
külme ile de (Sekil 5 (b)) kirildigini
göstermistir
yöndeki MMK'in göreceli yüksek deformasyon
[6]. Bu
duyarlili-
gi (% 5 birim sekil degisim miktarinda), fiberlerin kirilma
gerilmesinin deformasyon
hiziyla artmasi sonucu olarak
yorumlanmistir.
Ani yük artisi aninda malzeme içinde basma, çekme ve kayma gerilmeleri pratikte ayni zamanda olusabilir ve bu durum malzeme deformasyonunu
oldukça kar-
masik bir hale sokabilir. Basma gerilmesinin
den ve arayüzeylerden
mesi, malzemenin
yüzeyler-
çekme dalgasi olarak geri dön-
bölgeselolarak
farkli deformasyon
modlarina ugramasina neden olabilir. Yüksek deformasyon hizlarinda
malzemelerin
adiyabatik
isinmasi
(adi-
abatic heating), bir diger önemli yüksek hiz deformas-
i
.,
'.11
-
10jJm
(b)
(a)
Sekil
5:
(a) Test edilmemis
tBasma
15 Vi
% Alp,
kisa fiber AI MMK'in mikroyapisi.
(b) %30 birim sekil degisim miktanna kadar basma testi yapilan MM/On (P yönDnde) mikroyapisi.
Yönü
~tt~Mlf~lM~~röiji;~ij~I~~r~l~tiiCJa~.'!,~;g(~~~'~~~~~'~;~fM~i~jl~~g
••
·.•
••
~.•
,"'.' ..".:'::;:'.~>('V":~'~::':_;':';->:"<:5'.;",,:,~:',:.}',
.-:._:>.::_
•... :::~
..; •.•.
:_:.:
:_::'_
.•..
:,.,
>_ ',:_:_:.:,',:)',,'_:.':',
..
':cc·_
:i.:',
,_'C;'>:"",,
,'<>.':'J>i:\'
i.:-:::::,';·
,>' ,_:.,c'
..:.:,:,'
_ "-J:
.......•.:
: ..,'.<
'_'):'_«"::',
-,-'>.';h'
:,:,' ....•.:,-
-'> '"."::';';',.>
_:"0'
;':_.:.
:.: . ..,:
:"':':':':._
"0,'>;-
::',".:>.
,'.-:-:.
"_'."',.:
':0- _,-', -," _.:',
,> ,_"',,',:
:'.>:_
:<
:0,
<_
' .. ::;:
',_
,
«,,- """ ,,:•..;.,-':: ',./_'-'.O
"
..•..........
·.:r.\.:.s
..•.·•..
,'
' .. '
yon karakteristigidir.
Adiyabatik
isinma
memesinden
kaynaklanir.
içinde kayma bantlarinin
Adiabatik
isinma
C.Frantz,
J.Eng.
Mater.
Techn.,
105
(1983) 61.
6.
M.GÜden, Doktora Tezi, Ocak 1998, University ol Delaware.
..
kayma
7.
M.GÜden, i. W. Hall, Mater. Scl. Eng., A242 (1998) 141.
için öne sürülen kriter ise, defor-
8.
M.GÜden, i.w. Hall, Mater. Sci. Eng., A232 (1997) 1.
9.
M.GÜden, I.W. Hall, J. Mater Scl., 33 (1998) 3285.
neden olabilir. Adibatik
masyon ve deformasyon
sa, deformasyon
P.S. Follansbee,
(shear banding) olusumuna ve
olusup ve büyümesine
isinma yumusamasinin
5.
malzeme
bunun soucunda bantlar üzerinde çatlak ve bosluklarin
bantinin olusabilmesi
IV 4 (1994) C8-107.
malzemelerin
deformasyon sonucunda ortaya çikan isiyi transfer ede-
hizi sertelsmelerinin
hizina yenilmesidir
bölgeselolarak
hizinin,
[26]. Bu olur-
devam edebilir ve olu-
san bant içinde, birim sekil degisim miktari, deformasyon hizi ve sicaklik çok yüksek degerlere
~
10. J.L. Chiddister, L. E. Malvern, Exp. Mech., (1963) 81.
11. U.S. Lindholm,j.Mech.
Phys. Solids, 12 (1964) 317.
çikabilir. De-
formasyon sonucu olusan isi gerilme miktariyla artti gin-
12. J. E. Dorn, J. Mitchell, F.Hauser, Exp. Mech., (1965) 353.
dan, adiyabatikkayma
13. W.G. Ferguson,
ha kolayolusur.
len
bantlari kuwetli
alasimlarda
da-
Bu çalismada yüksek hizlarda test edi-
malzemeler
arasinda,
sadece
SiCw/2124- T6
MMK'inde ve matris alasimi 2024-T6'da
adiyabatik kay-
14. P.S. Follansbee,
J.E. Dorn, J.Appl.
Metallurgical
and High-Strain-Rate
ma bantlari gözlenmis (Sekil 6) ve yüksek hizlarda kiril-
hammer,
malar bu bantlar üzerinde olusmustur
451.
[27]. Bahsedilen
A.Kumar,
Phys, 38
(1967) 1836.
Applications
Phenomena,
MAMeyers,
Marcel
ol Shock-Wave
L.E. Murr, K.P. Staud-
Dekker, New York, (1986)
malzemeler test edilen malzemeler arasinda en kuwet15. P.S. Follansbee,
li olanlaridir.
16. MAMeyers,
SONUÇ
U.F. Kocks, Acta Metali., 36 (1988) 81.
Dynamic Behavior ol Materials, John Wiley &
Sons, Inc., New York, 1994.
Bu çalismadan
elde edilen gerilme
edilen malzemelerin
degerleri test
yapisal denklemlerini
(gerilmenin
birim sekil degisim miktarina, deformasyon
Yüksek deformasyon
[6]. Ya-
hizli ve verimli bir se-
kilde ani yuk artisina gösterecekleri
dellenmesinde kullanilabilir.
davranislarin
asamasinda,
cinsi, kuwetlendiricinin
dagilimi
mo-
MMK mal-
matris alasiminin
ve deformasyon
sinde olusabilecek gerilme modlari, deformasyon
adiyabatik isinma göz önüne alinabilecek
Trans.
ASM, 60 (1967) 152.
18. A. Seeger, Phys. Soc. London, (1955) 328.
19. I.Hong, G.T. Gray III. J.J. Lewandowski,
sürehizi ve
önemli para-
Acta Metali. Mater.,
41 (1993) 2337.
20. C.G.Bustow,
hizlarina dayanikli
zemelerin tasarlanmasi
S.J. Green, C.J.Maiden,
hizina ve si-
cakligina olan bagi) olusturmak için kullanilmisitr
pisal denklemler bu malzemelerin
17. D.L. Holt, S.G. Babcock,
M.C. Lowell, A.L. Rodgers,
The Mechanical
Properties ol Materials at High Rates ol Strain, J.Harding,
IOP Publishing Ltd., 1989.
21. G.Bao Z.Lin, Acta Metali. Mater., 44 (1996) 1011.
22. S. Yadav, D.R. Chichili, K.T.Ramesh,
Acta Metall. Mater.,
43 (1995) 4453.
metler olarak ortaya çikmaktadir.
23. J.Lanklord,
J.Am. Ceram. Soca., 64 (1981) C33.
KAYNAKLAR
24. C.C. Perng. J.R.Hwang,
MA
2.
H. Kolsky, Proc. Phys. Soc. London. B62 (1949) 676.
3.
G. Ravichandran,
4.
Meyers, J.de Phys.,
4 (1994) C8-597.
1.
LV
G. Subbash,
J. Am. Ceram
J.L. Doong, Mater. Scl. Eng., A
171 (1993) 213.
Soc., 77
25. A.S. Argon, Treatise on Materials Science and Technology,
Vol. 1, Academic
Press, New York, 1972.
(1994) 253.
26. C. Zener. J.Hollomon,
D.J.Parry, P.R. Dixon, S. Hodson, N. AI-Maliky, J. de Phys.,
27. M.GÜden, i. W.Hall, Scrip. MetalL., 39 (1998) 261.
J.Appl. Phys., 15 (1944) 22.