Soda kireç silikat camlarında ısıl temperleme sonucu oluşan artık gerilmelerin mekanik özelliklere etkileri
The effects of residual stresses resulting from thermal tempering in soda lime silicate glasses on mechanical properties
Yazar: TÜRKER ŞEBER
Danışman: PROF. DR. YAHYA KEMAL TÜR
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cam = Glass ; Cam endüstrisi = Glass industry ; Kalıntı gerilmeleri = Residual stresses ; Kırılma dayanımı = Fracture strength ; Kırılma tokluğu = Fracture toughness ; Tavlama = Annealing

Özet:
Cam ürünlerinin yüzeylerinde oluşan mikro boyuttaki kusurların ilerlemesini engellemek için mekanik mukavemeti arttırma yöntemlerinden birisi ısıl temperleme işlemidir. Ergiyik haldeki cam ürününün soğuması esnasında camsı geçiş bölgesinde ısıl genleşme, kristal ve camsı fazlar arasındaki elastik uyumsuzluk nedeni ile artık gerilmeler oluşmaktadır. Düz cam ürününün kalınlığı boyunca yüzeyde basma gerilmesi ve merkezdeki çekirdekte çekme gerilmelerinin belirlenmesi özellikle tavlama ve ısıl temperleme gibi ısıl işlem koşullarının cam üzerindeki etkilerini analiz etmemizi ve uyguladığımız bu ısıl işlemlerin cam ürünün mukavemetine nasıl etki ettiğini bilmemizi sağlaması açısından ve cam endüstrisi kalite kontrol parametreleri açısından oldukça önemli bir kriterdir. Bu tez kapsamında, Türkiye Şişe ve Cam Fabrikaları A.Ş. Şişecam Düzcam Mersin Fabrikası ortam koşullarında tavlanmış ve ısıl temperli olarak üretilen soda kireç silikat camlarının bünyelerinde oluşan artık gerilmelerin deneysel yöntem ile ölçülmesi ve ölçülen artık gerilmelerin mekanik özelliklere etkilerinin irdelenmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda saçılan ışık fotoelastisite yöntemi kullanılarak cam bünyesinde oluşan artık gerilme profilleri ölçülmüştür. Vickers indentasyon yöntemi ile sertlik, kusur boyutu ve tokluk belirlenmiştir. 9,81 N ve 29,42 N Vickers indentasyon yüklerinin uygulandığı belirli sayıdaki tavlanmış ve ısıl temperli soda kireç silikat cam numuneleri ile birlikte üretildiği ortamın koşulları korunmuş olan tavlanmış ve ısıl temperli soda kireç silikat cam numunelerinin yük altındaki davranışlarının belirlenmesi amacıyla halka üstü halka testi uygulanmıştır. Uygulanan halka üstü halka testi sonucu yük altında kırılan cam numunelerinin kırılma mukavemeti hesapları yapılmış, kırık analizleri incelenmiş ve elde edilen kırık merkezi görüntüleri ile camların hangi yük altında kırıldıkları tahmini olarak hesaplanmıştır. Christiansen-Shelyubskii homojenite yöntemi ile belirlenen artık gerilme bölgelerine homojenite tayini yapılmış dolayısıyla kırılma mukavemeti ve cam homojenitesi arasındaki ilişki incelenmiştir.

Abstract:
One of the methods to increase the mechanical strength to prevent the propagation of micro-sized defects on the surfaces of glass products is thermal tempering. During the cooling of the molten glass product, residual stresses occur in the glass transition region due to elastic incompatibility between thermal expansion, crystalline and glassy phases. Determination of compressive stress on the surface along with the thickness of the flat glass product and tensile stresses in the core at the center enables us to analyze the effects of heat treatment conditions on glass, especially annealing and thermal tempering. In addition, it is an important criterion in terms of quality control parameters to enable us to know how it affects the strength of the glass product.
In this study, it was aimed to measure the residual stresses in the soda lime silicate glass, which was annealed and thermally tempered in the ambient conditions of Şişecam Flat Glass Mersin Plant, by experimental method and to examine the effects of the measured residual stresses on the mechanical properties. In line with this target, the residual stress profiles formed in the glass were measured by using the scattered light photoelasticity method. Hardness, defect size, and toughness were determined by the Vickers indentation method. To determine the behavior of the annealed and thermally tempered soda lime silicate glass samples with the conditions of the environment in which they were produced together with a certain number of annealed and thermally tempered soda lime silicate glass samples where 9,81 N and 29,42 N Vickers indentation loads were applied. The ring-on-ring test was applied to determine the behavior under load. As a result of the ring-on-ring test applied, the fracture strength calculations of the glass samples broken under load were made. In addition, fracture center images and fracture analysis were examined. Homogeneity determination was made on residual stress regions using the Christiansen-Shelyubskii homogeneity method. Hence, the relationship between breaking strength and glass homogeneity was investigated.