Malzeme Özellikleri

Günlük hayatımızda kullandığımız araç ve
gereçlerin özellikleri her malzemenin sahip olduğu
kullanım alanına göre belirlemektedir. Örneğin, suyla
etkileşim halinde olacak araç ve gereçlerde çabuk
paslanabilecek malzemeler seçilmemelidir.

Malzemenin doğru kullanımı malzeme özelliklerinin
bilinmesi ile mümkündür. Örneğin, suyla etkileşim halinde
olacak araç ve gereçlerde çabuk paslanabilecek malzemeler
seçilmemelidir. Yüksek ısıya maruz kalacak araç ve gereçlerde
çabuk deforme olan plastikler kullanılmamalıdır. Kolayca
kırılabilecek malzemelerle, gerilme sınırları yüksek olan
malzemelerin kullanım alanları doğru belirlenmelidir. Sonuç
olarak malzemenin doğru kullanımı, malzeme özelliklerinin
bilinmesi ile mümkün olmaktadır.

Boşlukta yer kaplayan ve kütlesi olan yapılara
madde denir.

Belli bir amaç için doğal ya da yapay olarak
üretilmiş maddelere malzeme denir.

• Metal ve metal bileşikleri
• Seramik
• Cam
• Yarı iletkenler
• Bio-malzemeler
• Nano-malzemeler

Maddelerin yapıları atomlarına bağlıdır. Her
madde atomlardan oluşur. Maddeyi oluşturan atomlar ve
bağ yapıları maddenin özelliklerini belirler.

Maddenin yapı taşları atomlardır.

• Elektron,
• Proton
• Nötrondan oluşur.
Elektron eksi yüklü, proton artı yüklü ve nötron ise nötr
yani yüksüz bir parçacıktır.

Atomu oluşturan elektron, proton ve nötron sayısı
atomun özelliklerini belirlemektedir.

Atom sayısı atomdaki proton sayısını, bağıl atom
kütlesi ise proton ve nötron sayısının toplamını
göstermektedir. Bu durumda;
Bağıl atom kütlesi – atom sayısı = nötron sayısı
28 – 14 = 14
bu atomun nötron sayısı olarak bulunur.

Fiziksel olay, maddenin kimyasal özellikleri
değişmeden sadece dış görünümünde meydana gelen
değişikliklerdir. Camın kırılması, metal bir parçanın eğilmesi
gibi. Kimyasal olay, maddenin özelliklerinde meydana gelen
değişikliklerdir. Kağıdın yanması, kömürün yanması,
yumurtanın pişmesi, demirin paslanması gibi.

Madde katı haldeyse (k), sıvı haldeyse (s), gaz
haldeyse (g) ve sulu çözelti ise (aq) harfleri kullanılarak
gösterilir.

Paslanma bütün metallerde gerçekleşen bir olaydır
ve metalin oksijenle kimyasal reaksiyonuna denir. Bununla
birlikte pas, demir oksit için kullanılan bir terimdir.
Paslanma, metalin suyla (H2O) ve havayla etkileşimi sonrası
ortaya çıkan bir etkidir. Bu kimyasal reaksiyonda demir, su
ve oksijenle reaksiyona girerek demir oksiti, yani pas
oluşturur. Demirin daha kararlı bir hal olan demir oksite
dönüşmesi sonucunda ortaya çıkmaktadır. Paslanma için hem
oksijene hem de suya ihtiyaç vardır. Demir için paslanma
reaksiyonu şöyle gerçekleşmektedir:

Paslanma bir anlamda metalin kendisini
korumasıdır. Paslanma yüzeyden başladığı için metalin iç
kısımları oksijene daha az maruz kalacak ve iç kısımların
paslanması daha uzun sürecektir. Paslanan metal oksijenle
bağ yaptığı için kütlesinde bir artış olur. Örneğin demir
(Fe) atomu paslanma sonucunda Fe2O3 molekülüne
dönüştüğü için demir oksit, demire göre daha ağırdır. Bu
durumda oksitlenme sonucunda demirin kütlesinde bir
artış olmuştur.

Bakırın artan sıcaklıkla hızlanan oksitlenmesini
önlemek için kalaylama denen bir yöntem kullanılır. Yani
kalaylama bakırın paslanmasını önleyen bir yöntemdir.
Böylece, bakırın oksitlenmesinden kaynaklanacak
zehirlenmeler önlenir.

Metallerin paslanmasını önlemek için birçok
yöntem vardır. En çok kullanılan yöntemler;
• Boyama,
• Yağlama,
• Elektro kaplama
gibi yöntemlerdir.

Balkon demirleri boyanarak hava ve su ile teması
kesilerek demirin paslanması önlenir.

Metal kapıların bağlantı yerlerinde boya
kullanılamadığı için yağlama yapılır. Yağlanmayan
kapının gıcırdamasının nedeni paslanmadır.

Elektro kaplama yönteminde, kaplanacak ve
kaplama olarak kullanılacak metaller uygun bir çözelti
içerisine konur ve voltaj uygulanarak kaplama
gerçekleştirilir. Kaplanacak metal genelde katot (eksi uç),
kaplama olarak kullanılacak metal ise anot (artı uç) olur.
Doğru akım kullanılarak anotda oluşan katyonların (artı
iyonlar) katoda ulaşması sağlanır. Bir süre sonra katot
olarak kullanılan metalin üzerinde ince bir kaplma oluşur.

Birçok metal elektro kaplama yöntemiyle
kaplanabilir. Bunlar;
• Çinko
• Bakır
• Nikel
• Kalay
• Krom
• Gümüş

Cisimler üzerine etki eden dış etkenlere
verdikleri tepkilere göre sınıflandırılırlar.

• Tam esnek cisim
• Yarı esnek cisim
• Kırılgan (esnek olmayan) cisim

F kuvvetinin etkisiyle şekil değiştiren bir cisim,
uygulanan kuvvetin etkisi ortadan kaldırıldıktan sonra
tamamen eski haline dönebiliyorsa, tam esnek cisim olarak
adlandırılır.

Aynı şartlarda kısmen eski haline dönebilen
cisimlere yarı esnek cisim denir.

Aynı şartlarda eski haline hiç dönemeyen
cisimlere ise kırılgan (esnek olmayan) cisimler denir.

• Sıkıştırma kuvvetleri,
• Germe kuvvetleri,
• Tek yönlü kuvvetler,

Cismin boyunda kısalmaya ve hacimsel olarak
değişime neden olan kuvvettir.

Cismin boyunda uzamaya ve hacimsel olarak
değişime neden olan kuvvettir.

Cisimde bükülme veya kayma (makaslama) gibi
yamulmalara neden olan kuvvettir.

Cisimler, üzerlerine uygulanan belli büyüklükteki
kuvvetlere esneklikleri bozulmadan dayanabilirler.
Cisimlerin esnekliklerini kaybetmeden dayanabildikleri
maksimum kuvvete o cismin esneklik sınırı denir.

Gerilme, birim kesit alanına düşen kuvvet olarak
tanımlarız. σ gerilme, F kuvvet ve kesit alan A olmak
üzere, σ = F/A şeklinde ifade edebiliriz.

Çekme deneyinde cisim, bir süre uzadıktan sonra
kopar. Koptuğu andaki gerilme değeri maksimum çekme
(kırılma) gerilmesi değeridir. Bu değer birim uzama
miktarı ve Young (elastisite) modülünün çarpılması ile
bulunur. Birim uzama miktarı toplam uzama miktarının
malzemenin ilk uzunluğuna bölünmesi ile bulunur. Bu
durumda e birim uzama, DL boyda meydana gelen
değişim ve Lo cismin gerilimsiz hali olmak üzere; ε = (L -
Lo ) / Lo = ΔL / Lo (6.4) olarak tanımlanır ve birimsizdir.

Young modülüne “elastisite modülü” de denir ve
gerilme/birim uzama olarak tanımlanır. Y Young modülü
olmak üzere Y = σ / e veya σ = Y . e (6.5) olarak
tanımlanır ve birimi paskal (Pa)’dır.

“Süneklik”, malzemenin kopmasına kadar olan
plastik deformasyonun bir ölçüsüdür. “Kırılgan”
malzemeler kopmadan önce ya çok az ya da hiç plastik
deformasyona uğramazlar.

• Çelik
• Aluminyum
• Bakır

Kalıcı şekil değişimi bırakmadan malzemenin
dayanabileceği en yüksek gerilme değeridir. Aralarında
çok fazla fark bulunmadığı için orantı sınırına eşit kabul
edilebilir.

Malzemede kalıcı şekil değişiminin başladığı
gerilme değerine denir.“Çekme dayanımı”σ − ε grafiğinde
gerilme değerinin en yüksek değeridir. Bu değerden sonra
malzeme boyun vermeye başlar.

Kırılma anında uygulanan kuvvetin başlangıç
alana (Ao ) bölünmesi ile bulanan gerilmedir.

Kırılgan malzemelere beton, tuğla ve taş örnek
gösterilebilir.