Süperplastiklik Nedir

Süperplastiklik, bir malzemenin belli sıcaklık ve deformasyon hızlarında boyun vermeksizin çok fazla şekil değiştirebilme özelliğidir. Bu özellik, çok küçük tane boyutlarına sahip (genellikle 10 µm'den daha küçük) mekanik alaşımlarda da önemli bir deformasyon modelidir. Süperplastik malzemelerdeki deformasyon alanı boyun vermeksizin % 100'lerden % 1000'lere kadar olan alandır.

Birçok araştırmacı süperplastikliği, sıcaklık ve deformasyon hızına bağlı olarak düşük gerilmelerde maksimum deformasyon alabilen metal ve alaşımlarında gözlenen vizkoz bir davranış özelliği olarak tanımlamaktadır.

Süper plastik davranışa ulaşmak için süperplastik malzemelerin küçük tane boyutlu bir mikro yapıya sahip olmaları gerekmektedir. Tane büyüklüğü genel olarak 10 µm'den daha küçüktür. Süperplastikliğin yüksek sıcaklık yanında çok küçük mikro dubleks tane yapısına da ihtiyacı vardır. İnce bir şekilde dağılmış ikinci bir fazın varlığı yüksek sıcaklıklara da tane büyümesini önler.

Çeliklerde en iyi süperplastik özellik Ferrit-Östenit alanında görülmektedir. Ferrit-Sementit yapıya sahip çeliklerin iyi bir süperplastik özellik göstermedikleri görülmektedir.

Süperplastikliğe, genelde, iki fazlı bölgede termomekanik işlemlerle ulaşılır. Bu işlemler difüzyon katsayısı daha düşük olan fazın çökelmesi ve yeniden kristalleşmesi ile sonuçlanır. Bu faz, difüzyon katsayısı daha yüksek olan fazın tanelerinin büyümesini engelleyerek süperplastiklik için gerekli olan çok ince taneli yapının oluşmasını sağlar.
 

Süperplastik malzemelerde, mikro yapı mekanizmaları ve deformasyon hızına bağlı olarak birkaç tip süperplastiklik olduğu söylenmektedir. Bunlar:

1. Mikro tane süperplastikliği,
2. Dönüşüm süperplastikliği.

Günümüzde sadece mikro tane süperplastikliğinin üretimde önemli olduğu görülmektedir. Mikro tane süperplastikliğinde yüksek süreklikler yalnızca belirli durumlar altında gözlenir. Mikro tane süperplastikliğine etki eden temel faktörler şunlardır: 

1. Tane boyutu, 
2. Sıcaklık, 
3. Deformasyon hızı. 

Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik kare profil fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.


Tane Boyutu 

Tane boyutunun küçük olması (genellikle 10 µm'den daha küçük) süperplastikliğin birinci şartıdır. Tane boyutu küçük olduğunda alana gerilmesi küçük, deformasyon hızı üssü olan m değeri ve çekme uzaması daha yüksektir. Bu yüzden tane boyutu metallerin süperplastikliğinde çok önemli bir etkiye sahiptir. Tane boyutunun küçük olması aynı zamanda matriste tane büyümesine engel olacak ikinci fazın ince ve üniform bir şekilde dağılmasını sağlar. 

Deformasyon Hızı 

Malzemeye uygulanan deformasyon hızı gerilme birim şekil değiştirme eğrisine etki eden diğer önemli bir faktördür. Deformasyon hızı mühendislik deformasyon hızı ve gerçek deformasyon hızı olmak üzere iki şekilde ifade edilebilir. Metallerin deformasyon hızı hassasiyeti üssü oda sıcaklığında oldukça düşüktür. Özellikle ergime sıcaklığının yarısının üzerindeki sıcaklıklarda m değeri artar. m’nin değeri artarken, çekme deneyi esnasında boyun vermeye başlayan bölge yayılarak kesit daralmasını önlemekte, dolayısı ile süneklilikte artış olmaktadır. En yüksek "m" değeri "1" olabilir. Süperplastik malzemeler "m" değeri yüksek olduğu zaman daha düşük gerilmelerde şekillendirilebilirler. 'm" değeri, esas olarak, deformasyon hızına, deformasyon sıcaklığına ve tane boyutuna bağlıdır.  

Deformasyon Sıcaklığı 

Tane büyüklüğü sabit iken yapılan çekme deneylerinde, deformasyon sıcaklığının yükselmesiyle beraber plastik gerilme değerinin azaldığı, deformasyon hızındaki yükselme ile beraber daha da arttığı görülür. 

 
Süperplastik deformasyon mekanizması üzerine şu ana kadar birçok deney yapılmış ve teoriler ileri sürülmüş, ancak kesin olarak açıklığa kavuşturulamamıştır. Hatta, farklı malzemelerde farklı deformasyon mekanizması veya mekanizma kombinasyonları süperplastikliği oluşturabilir fikri de ileri sürülmüştür. 

Süperplastik deformasyonun daha çok tane sınırı kaymasıyla gerçekleşeceği birçok araştırmacı tarafından kabul edilmektedir. Tane sınırı kaymasının, süperplastik deformasyonda etkili olacağı düşüncesi bu malzemelerin çok küçük taneli bir içyapıya sahip olmalarından kaynaklanmaktadır. Tüm süperplastik malzemeler birkaç mikron büyüklüğünde ince taneli bir içyapıya sahiptirler. 

Tane içi kaymalarıyla oluşan deformasyonda taneler bütün bir parça boyunca şekil alabildiği halde, tane sınırı kaymasıyla oluşan deformasyonda taneler ilk şekillerini korurlar. Bu durum ancak süperplastik alaşımlarda gözlenmektedir. 
 

Süperplastik alaşımlar için şu şekil verme yöntemleri uygulanır.
 

Basınçlı Gazla ve Vakumla Şekillendirme 

Basınçlı gazla ve vakumla şekillendirme, gaz basıncı altında ya da vakumun etkisi ile malzemenin, kalıbın şeklini almasını sağlayan yöntemlerdir. İki yöntem arasındaki fark, yalnızca, gazın basıncıdır. Vakumla şekillendirmede, uygulanan basınç, atmosferik basınçla sınırlıdır (yani 100 kPa). Bu yüzden vakumla şekillendirmede, şekillendirme hızı ve kabiliyeti sınırlıdır. Basınçlı gazla şekillendirmede ilave bir gaz basınç sistemi kullanılır. Yöntemin etkinliği gaz kaynağının basıncı, sistem ve sistemin basınç hızıyla sınırlıdır. Bu yöntemde maksimum basınç 690 - 3400 kPa arasındadır. 

Bu yöntemde kalıp ve saç malzeme normal olarak şekillendirme sıcaklığında tutulur ve gaz, basınçlı bir şekilde kalıbın şeklini alması için saç malzeme üzerine gönderilir. Alt kalıp boşluğundaki gaz, basit bir şekilde atmosfere iletilir. Bu esnada alt kalıp boşluğu vakum altında tutulur. Deformasyonun çok hızlı bir şekilde oluşmasını önlemek amacıyla, gerekirse, ters yönde bir basınç uygulanabilir. Şekillendirecek saç parça sabit bir konumda tutulur ve derin çekme yöntemlerinde olduğu gibi içe çekilmez, boşluğunda çekilip uzar Yani pot çemberi vasıtasıyla malzemeye uygulanan kuvvet malzemeyi sabitleyecek kadar yüksektir. 

Bu yöntemler Ti, Al ve diğer metallerden yapılan saç malzemelerin üretiminde artarak kullanılmaktadır. Bu metot ile büyük ve kompleks parçalar kolaylıkla şekillendirilebilirler. Ayıca yöntem, kalıp parçalarının (yani çift etkili çalışma) hareketsiz olmasının avantajına sahiptir. Çok kademeli parçalar tek bir yöntemle şekillendirilebilir. Bu yüzden bazı parçalarda üretim hızında bir artış sağlanmıştır. 

Hareketli Şekillendirme 

Hareketli şekillendirme yöntemleri süperplastik malzemelerin şekillendirilmesine plastik şekillendirme teknolojisinden aktarılmıştır. Bu yöntemde, bazen, gaz basıncı ve vakumla beraber, hareket edebilir yahut ayarlanabilir bir kalıp parçası kullanılır. Yöntemde, şekillendirme iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada normalden daha küçük bir zımba malzemeye bir miktar basınç uyguladıkları sonra, ikinci aşamada kalıp boşluğundan gönderilen basınçlı gaz malzemeye son şeklini vermektedir. 

Derin Çekme 

Derin çekme yöntemi süperplastik malzemelerde kullanıldığı halde, bu yöntemin süperplastik malzemelerin şekillendirilmesinde önemli bir avantajının olduğu söylenemez. Derin çekmede gerekli şekillendirme basınç kuvvetiyle sağlanır. Şekillendirme esnasında malzemenin incelmesi ve kopması deformasyon sertleşmesine bağlıdır. Süperplastik malzemelerde büyük çaplı bir deformasyon sertleşmesi meydana gelmez, fakat şekil verme karakteristikleri yüksek deformasyon hızı sertleşmesine bağlıdır. Malzemenin bu özelliği derin çekme işlemine biraz yardımcı olacak gibi görünmektedir.
 
İşlemdeki zorluk, zımbanın ucu malzemeye temas ettiğinde malzeme duvarlarında artan gerilmeyle beraber sertleşme meydana gelebilmesidir. Süperplastik sıcaklıklarda önemsiz derecede deformasyon sertleşmesi meydana gelir ve zımba genellikle parçayı delip geçer. Eğer zımba ile parça arasında sürtünme yüksekse, parça duvarlarında zayıflama meydana gelir.