Akma noktasının uzaması

Daha önceki konularda akma noktasını, elastik şekil değişiminin sona erdiği ve plastik, kalıcı şekil değişiminin başladığı, gerilim-gerinim eğrisi üzerindeki nokta olarak tarif etmiştik. Zaman zaman, bazı malzemelerde, bu geçişin malzeme boyunca homojen bir şekilde değil, kısım kısım, heterojen bir şekilde gerçekleştiğine tanık oluyoruz. Bu tür malzemelerdeki plastik şekil değişimi, test numunesinin bazı kısımlarında, yük eksenine 45 derecelik açıda konumlanan bantların oluşmasıyla başlıyor. Numunenin bir kısmı plastik şekil değişimine girdiğinde, yani ilk bant oluştuğunda, gerilim-gerinim eğrisi üzerindeki gerilim değerinde bir düşüş gözlemliyoruz. Test devam ettikçe, plastik şekil değişiminin gerçekleşitiği bantlar numuneye yayılırken, gerilim-gerinim eğrisi üzerindeki akma noktası da az çok sabit bir gerilim değeri etrafında minik dalgalanmalar yaparak uzamaya devam ediyor. Bantlar bütün numuneye yayıldıktan sonra, malzeme tümden plastik şekil değişimine girdiği için, gerilim-gerinim eğrisi üzerinde de gerilimin tekrar artmaya başladığını görüyoruz. Plastik şekil değişiminin kısım kısım gerçekleştiği bu bantlara Lüder bantları (İngilizce: Lüders bands) ya da germe gerinimleri (İngilizce: stretcher strains) adını veriyoruz.

Bu davranışın ardında, katı çözetli sertleşmesinde olduğu gibi, dislokasyonların kristal içinde çözünen atomlarla etkileşimi yatıyor. Hatırlarsanız, önceki konu başlığında katı çözelti sertleşmesinden bahsederken, kristal içinde çözünen atomların yarattığı gerinimlerin dislokasyonları etkilenmesi sonucunda hem akma dayancının, hem de akma geriliminin arttığını belirtmiştik. Bu konu başlığında ele aldığımız sertleşme işleyişinde ise, katı çözelti sertleşmesinden farklı olarak, kristal içine sızan atomların dislokasyonlara yerleşmesi nedeniyle dislokasyon hareketi zorlaşıyor.

Dislokasyonların üzerine etki eden yük miktarı arttıkça, dislokasyonlar bir noktadan sonra kendilerini kilitleyen atomlardan kurtulup, daha düşük gerilim altında hareket edebiliyorlar. Bu nedenle, ilk Lüder bantı oluştuğunda, yani numunenin bir kısmındaki dislokasyonlar harekete geçtiğinde, akma dayancında bir düşüş gözlemliyoruz. Eğer dislokasyonlar, kristal içine sızan yabancı atomlar tarafından tamamen kilitlenmiş ve hareketsiz bırakılmışlarsa, bu sefer, malzemedeki dislokasyon kaynaklarının yeni dislokasyonlar üretmesiyle de, gerilimin düştüğünü gözlemleyebiliyoruz.

Akma noktasında gözlemlediğimiz bu davranış, her zaman numune içine sızan yabancı atomlardan kaynaklanmıyor. Aslında, bu davranışı gözlemlediğimiz birçok malzemede, akma noktasındaki uzama, kristal içine sızan yabancı atomlar nedeniyle değil, dislokasyon sayısının plastik şekil değişimi yaratmak için yetersiz kalması nedeniyle ortaya çıkıyor. Diğer bir deyişle, malzeme içinde yeterince çok sayıda dislokasyon olmadığı durumlarda, numunenin uygulanan şekil değişimi hızına ayak uydurabilmesi için, malzemede bulunan nispeten az sayıdaki dislokasyonun oldukça hızlı hareket etmesi gerekiyor. Fakat, dislokasyonlar durduk yere hızlanıp yavaşlayamıyorlar elbette: dislokasyonların daha hızlı hareket edebilmeleri için, üzerlerine etki eden gerilimin artması gerekiyor (akma noktasındaki ilk tepe, bu yüzden ortaya çıkıyor). Dislokasyonlar çoğaldıktan sonra ise, ilginç bir durumla karşılaşıyoruz: şekil değişimi hızına ayak uydurmak için artık çok hızlı hareket etmelerine gerek kalmadığı için, dislokasyonlar tekrar yavaşlayabiliyorlar. Dislokasyonların çoğalması ve yavaşlaması sonrasında, numunede birim miktarda şekil değişimi yaratmak için gereken gerilim miktarı da azaldığı için, akma eğrisi üzerindeki gerilim değerinde bir düşüş gözlemliyoruz. Bu da, akma eğrisi üzerinde, yukarıda bahsettiğimize benzer bir etki yaratarak, akma noktasının uzamasına yol açıyor.


Devamı: