İndentasyon tekniği ile temperli ve tempersiz soda-silika cam kırılma tokluğunun belirlenmesi
Identification of fracture toughness for flat and tempered flat soda-lime glass by means of indentation technique
- Tez No: 419016
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Bu tez çalışmasında vickers indentasyon tekniği kullanılarak temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil renkte düz camlar için kırılma tokluğu hesaplamaları yapılmış ve vickers indentasyon tekniğinde kullanılan formüllerden hangisinin temperli ve tempersiz camlar için en uygun olduğu araştırılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde tezin amacı hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde camlar hakkında genel litera tür bilgileri verilmiştir. Üçüncü bölümde kırılma mekaniği hakkında bilgiler verilmiştir. Dördüncü bölümde deneysel çalışmaların nasıl yapıldığı, hangi prosedürlerin izlendiği hakkında bilgiler verilmiştir. Beşinci bölümde ilgili formüller için hesaplamala r yapılmıştır. Altıncı ve son bölümde sonuçlar karşılaştırılmış, hangi formül veya formüllerin temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil düz camlar için uygun olduğu belirtilmiştir. Tezin ilk bölümünde indantasyon tekniğinin avantajlarından bahsedilmiş ve tezi n amacı belirtilmiştir. Tezin ikinci bölümünde camların molekül yapısı ve özellikleri hakkında temel bilgiler verilmiştir. Camların sınıflandırılmasın yapılmış ve fiziksel, kimyasal, mekanik ve ısıl özellikleri hakkında literatür bilgileri verilmiştir. Tez kapsamınca incelenmş olan silika camlar oksit camlar sınıfına dahil olan ve en yaygın olarak kullanılan cam türüdür. Silika camlarının kompozisyonları Na 2 O - CaO - SiO 2 faz diyagramının ötektik pozisyonuna göre ayarlanmaktadır. Genel olarak soda kireç camları %22 Na 2 O, %5 CaO ve %73 SiO 2 içermektedir. Camın ergitme koşulları, tavlama sıcaklığı, işlenmesi, rafinasyonu, kristallenme hızı gibi bir çok özelliği viskozite tarafından o luşturulduğu için camın en temel fiziksel özelliği viskozitedir. Kimyasal özellik açısından genel olarak inerttirler ve su ve benzeri nötr çözeltilerden çok yüksek sıcaklıklarda bulunmamaları kaydıyla etkilenmezler. Cam molekül yapısından ötürü kalıcı deformasyona izin vermez. Cam basma gerilimine karşı direnci yüksek olmakla birlikte ç ekme gerilimin e karşı direnci oldukça düşük bir malzemedir ve c amın mekanik dayanımını yüzey özellikleri belirler. Günlük yaşantıda kullandığımız camların dayanımları 30 - 100MPa arasında değişmektedir . Cam ısıl iletkenliği düşük bir mazemedir. Camların ısıl genleşmesi cam türüne bağlı olarak değişmektedir. Cam yapıcı oksit oranı ne kadar artarsa camın titreşimi o kadar azalmakta ve camın genleşme katsayısı da aynı oranda düşmektedir . Tezin üçüncü bölümünde kırılma mekaniği hakkında bilgiler verilmiştir. Önce likle kırılma türleri hakkında bilgi verilmiş daha sonra kırılma mekaniği yaklaşımları olan LEKM (Lineer Elastik Kırılma Mekaniği) ve EPKM (Elastik Plastik Kırılma Mekaniği) hakkında bilgiler verilmiştir. LEKM yaklaşımı camlar gibi gevrek malzemelerde geçe rli olduğu için tez kapsamında LEKM için daha ayrıntılı bilgi aktarımında bulunulmuştur. Üçüncü bölümde son olarak malzemelerin kırılma tokluklarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan kırılma tokluğu deneyleri hakkında özet bilgiler verilmiş ve tezi n kapsamı olan indentasyon tekniği hakkında bilgiler verilmiştir. Katı bir cismin yük altında iki veya daha çok parçaya ayrılmasına kırılma denir. Kırılma çatlak oluşumu ve çatlak ilerlemesi olarak iki aşa madan oluşur. Sünek ve gevrek kırılma olmak üzere i ki temel kırılma türü vardır. Kırılma mekaniği kırılmayı makro ve mikro açıdan inceleyen bir bilim dalıdır. Kırılma Mekaniği, gerilme analizine bağlı olarak kırılma direncini, uygulanan yüke ve hata içeren komponentlerin yapısal geometrisine bağlı olarak o rtaya koyan kalitatif bir yaklaşımdır. Kırılma mekaniği ile ilgili ilk çalışma Griffith'in 1920'de yayınlanmış olduğu çalışma kabul edilir. Kırılma mekaniğinde Lineer Elastik Kırılma Mekaniği ve Elastik Plastik Kırı lma Mekaniğ i olmak üzere iki türlü yaklaş ım kullanılmaktadır. Lineer elastik kırılma mekaniği tamamen elastik şartlar altında çatlak boyutu ve kırılmayı tanıml amak için geliştirilmiştir. LEKM çoğunlukla seramikler ve camlar gibi gevrek malzemelerin kı rılmasını açıklamakta kulanılır. Sünek malzeme lerde LEKM yaklaşımı geçerliliğini kaybeder ve bunun yerine Elasto plastik kırılma mekaniği (EPKM) yaklaşımı kullanılmaktadır. Kırılma tokluğu deneylerinde yaygın olarak SENB, CT ve DCB yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda indentasyon tekniği kırılma tokluğu belirlenmesinde çok hızlı ve basit bir şekilde sonuç alınabildiği için alternatif bir yöntem olarak görülmeye başlanmıştır. Tezin dördüncü bölümünde deneysel çalışmalar hakkında bilgiler verilmiştir. 1,6 - 2,2 - 3,2 - 4,00 mm kalınlığında temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil camlar ŞİŞECAM Trakya Cam Sanayii A.Ş. Trakya Fabrikasında üretilmiştir. Konu düz camlara 0,2 - 0,3 - 0,5 - 1,00 - 2,00 - 3,00 - 5,00kg arasında yükler uygulanmış ve izlerin ölçüleri optik mikroskop ile alınmıştır. Tezin beşinci bölümünde deneysel sonuçlara yönelik bilgiler verilmiştir. Yük - çatlak boyu değişimi, yük - vickers sertlik değişimi, yük - elastisite modülü değişimi incelenmiş ve son olarak kırılma tokluğu formüllerine yönelik hesaplamalar yapılmıştır. Formüller Palmqvist yö ntem, Half - Penny yöntem ve Cuve Fitting yöntem olmak üzere 3 temel katagoriye ayrılmış ve bu yöntemlerde bulunan seçilmiş olan formüllerde hesaplamalar yapılmıştır. Hangi modelin uygun olacağının belirlenmesinde c/a değeri referans değer olarak kabul edilm iş ve yöntem bu oran doğrultusunda belirlenmiştir. c/a oranına doğrultusunda tempersiz camlarda Half - Penny modeline ait formüller kullanılabilecekken temperli camlarda Palmqvist yöntemine ait formüller kullanılabilecektir. Curve Fitting yöntemine ait olan formüllerin iki cam türü için olan uygunlukları da araştırılmıştır. Formüllere yönelik istatistiksel analiz için MINITAB programı kullanılmıştır. Tezin altıncı ve son bölümünde deneysel sonuçların karşılaştırılmaları yapılmıştır. Sonuçlara yönelik istatis tiksel analiz çalışması yapılarak temperli ve tempersiz beyaz ve yeşil camlar için hangi yöntemin uygun olduğu belirlenmiş ve belirlenmiş olan yönteme ait hangi formülün literatürdeki kırılma tokluğuna en yakın sonucu verdiği belirtilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, green coloured flat glass, green coloured tempered flat glass, white coloured tempered flat glass and white coloured flat glass fracture toughness calculations are performed and suitable formulas of Vickers indentation method are searched for tempered flat glass and flat glass. Purpose of the thesis is explained and brief information about literature survey is given in the first p art of this thesis. General information about literature review of glass is given in the second part of the thesis. Fracture mechanics is defined in the third part of the thesis. In the fourth part of this study, experimental studies, progression of experi mental studies and procedure used during experimental studies are defined. Besides, calculations for fracture toughness of glasses are explained in the fourth stage of the thesis. In the fifth and last part of this thesis, experimental test results are com pared and it's determined that which formula is appropriate for white coloured tempered flat glass, which one is suitable for white colured flat glass, which formula is proper for green coloured tempered flat glass and which one is fitting with green colou red flat glass. It is mentioned about advantages of indentation method and purpose of the thesis are given in the first part of the thesis. Fracture toughness of soda - lime and tempered soda - lime glasses have been calculated according to formulas of Vickers indentation methods which are Palmqvist, Half - Penny and Curve Fitting Technique and suitable Vickers indentation method with formulas has been defined for the purpose of the thesis. Basic information about molecular structure and characteristics of glass are indicated in the second stage of the thesis. Classification of glasses literature research about physical, mechanical, chemical and thermal properties of glasses are given in this thesis. Silica glasses which are investigated within the scope of this t hesis are type of oxide glasses and most commonly used glasss type. The composition of silica glasses are depend on eutectic position in the phase diagram of Na2O - CaO - SiO2. Generally, soda - lime glasses contain %22 Na2O, %5Cao and %73 SiO2. The main physic al characteristics of glass is viscosity because viscosity creates the glass melting temperature condition; influence the annealing temperature, processing, refining of glassrs and rate of crystallization. From the chemical properties side, soda - lime glass es are inert as a general rule and soda - lime glasses don't decompose in water and water - based neutral solutions provided that temperature of solution is not high. Glasses don't let permanent deformation due to its molecular structure. Resistivity of glass against compressive stress is very high while resistivity of glass against tensile stress is very low and surface properties of glass determine the mechanical strentgh of glasses.Strength of glasses has been using in daily life is changing between 30 Mpa t o xxii 100 Mpa. Glasses are material type which thermal conductivity is low. Thermal expansion of glasses are varying according to glass kind. Vibration of glasses and thermal expansion coefficient decrease as well as percentage of glass forming oxide increases in glasses. In the third section of this thesis, general information about fracture mechanics is given. Firstly, fracture types are described and then, two fracture mechanics approaches LEFM ( Elastic Fracture Mechanics) and EPFM (Elastic Plastic Fracture Mechanics) are explained. Linear elastic fracture mechanics approach is usually used for brittle materials like glasses that's why, linear elastic fracture mechanics is stated in detail in this thesis. Lastly, materials' fracture toughness experiments whi ch has been commonly used to determine materials' fracture toughness are described as a summary and indentation method is expressed in the scope of thesis. Fracture means breaking into two or more pieces of a solid body under the load. Fracture composes of two phases: Crack generation and crack progression. There are two main type of cracks: Brittle and ductile fracture. Fracture mechanics is a type of science examining cracking in terms of micro and macro. Fracture mechanics is a qualitative approach which defines fracture strength depending on the stress analysis, applied load and structural geometry of defected components. First study about fracture mechanics has come up from Griffith in 1920. There are two differentmethodologies which are Linear Elastic Fracture Mechanics and Elastic - Plastic Fracture Mechanics. Linear elastic fracture is developed to describe crack dimension and fracture under elastic conditions. Linear elastic fracture mechanics has been generally using to define fracture of for the bri ttle materials like ceramics and glasses. Linear elastic fracture mechanics does not work for the ductile materials and elasto - plasto fracture mechanics approach has been using instead. SENB, CT and DCB methods are commonly used for fracture toughness test s. Indentation method has been using for determination of fracture toughness as an alternative way because of its being quick and simple way. In the fourth stage of this thesis, experimental studies are described. Green coloured tempered flat glass samples , white coloured tempered flat glass samples, green coloured flat glass samples and white coloured flat glass sa mples were produced in ŞİŞECAM Trakya Cam Sanayi A.Ş., Trakya plant. Glass samples were exposed to loads which weights are 0,2 kg, 0,3 kg, 0,5 kg, 1 kg, 2 kg, 3 kg, 5 kg and dimension of the marks are measured via optical microscope. It is mentioned abou t experimental test results in the fifth stage of this thesis. Load to crack length change, load to Vickers hardness change, load to elasticity modulus change investigated and calculations are made for fracture toughness formulas. Formulas are classified i nto three main categories: Palmqvist technique, Half - Penny technique and Cuve Fitting technique. Calculations were made by using selected formula between these 3 techniques. c/a is accepted as a reference value in order to specify the proper model and corr ect model is decided by using c/a rate. c/a rate can be used for flat glasses together with formulas of Half - Penny model while c/a rate can be used for tempered flat glasses together with formulas of Palmqvist model. Usability of Curve Fitting method formu las are investigated for both tempered flat glasses and flat glasses. MINITAB programme was used for statistical analysis of formulas. Lastly, comparisons of experimental test results are executed in the sixth stage of this thesis. Statistical analysis is done according to experimental test results and it's tried xxiii to find out suitable tchnique for tempered white flat glasses, white flat glasses, green flat glasses a nd green tempered flat glasses. At the end of this thesis, it's indicated that calculated frac ture toughness of the glass samples are too close to the fracture toughness of glasses given in the literature if fracture toughness of glass samples are computed by using determined formula which is selected from determined fracture .
Benzer Tezler
- Kutu semantasyonu tekniği ile kaplanan krom nitrür kaplamalara çeşitli alaşım elenmentlerinin etkisi
Effect of differently alloys elements in the chorome nitride coatings by thermo reactive deposition technique
MURAT UZUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ŞEN
- Termo-reaktif difüzyon (TRD)yöntemi ile çeliklerin Nb-Al-N kaplanması
Coating of steels with Nb-Al-N by thermo reactive diffusion (TRD) process
ERAY ABAKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ŞEN
- Mullit-Zirkonya seramik kompozitlerinin reaksiyon sinterlemesi yöntemi ile elde edilmesi ve stronsiyum oksit katkısının etkisi
Başlık çevirisi yok
SEHER KINIKOĞLU
- Mullit-Zirkonya seramik kompozitlerinin reaksiyon sinterlemesi yöntemi ile elde edilmesi ve stransiyum oksit katkısısnın etkisi
Başlık çevirisi yok
SEHER KINIKOĞLU
Doktora
Türkçe
1993
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜZEYYEN MARŞOĞLU
- Production and characterization of spark plasma sintered boron carbide ceramic composites suitable for ballistic use
Balistik kullanıma uygun bor karbür seramik kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
BURCU APAK GÜLSEVER
Doktora
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN