View
52
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
FAZ(DENGE)
DİYAGRAMLARI
Prof. Dr. Selim Çetinkaya
Suyun üç hali (her biri bir faz)
FazFaz (phase): Bir malzemenin fiziksel ve kimyasal karakteristikleri aynı ve yapısal olarak homojen olan bölgesidir.Tek fazlı bir sisteme homojen sistem, iki veya daha fazla fazdan oluşan sisteme heterojen sistem denir.Her saf malzeme, her katı, sıvı ve gaz çözelti, faz olarak değerlendirilir. Örneğin şeker + su karışım çözeltisi bir faz, katı şeker de diğer bir fazı oluşturur.Çoğu metal alaşımları, seramik, polimer ve kompozit sistemler heterojen özellik gösterir.Faz sınırları, iki farklı fazı ayıran arakesitlerdir.
Malzemelerde fazlar
• Alaşım: Birden fazla elementin bir araya gelmesiyle oluşan metalik malzemelerdir.
• Bileşenler: Temel olarak karıştırılan element veya maddelerdir. (ör., Al ve Cu)
• Çözücü (solvent) atomlar: Esas atomlar, ev sahibi atomlar
• Çözünen (solute) atomlar: katışanlar, normalde azınlık bileşen
Ag-Cu alaşımıFaz…
Şekildeki ve katı çözeltileri birer fazdır. fazı saf A elementi gibi bir kristal yapıdadır, fakat kristal kafeste A’ların yerini alan bir miktar B elementi içerir. fazı da saf B gibi bir kristal yapıdadır, fakat kristal kafeste B’lerin yerini alan bir miktar A içerir.
• Bazı elementler diğer elementler içinde çözünmez. Ör. alüminyumun silikon içinde çözünürlüğü sıfırdır.
Alaşım kompozisyonu:%79,1 ağ. gümüş – %20,9 ağ. bakır
Faz…Çözelti, iki farklı atom veya molekülün atomsal veya moleküler düzeyde karışımıdır.
Sıvı çözelti: Çözücü ve çözünenin sıvı olduğu çözeltidir. Sıvı çözeltiler tek fazlıdır.
Katı çözelti: Sıvı çözeltide olduğu gibi, katı durumda da bir elementin atomlarının diğer bir elementin kafes yapısı içerisinde uygun bir yer bulup yerleşmesidir.
Uygun yerler ara yer veya yer alan olabilir.
Bir elemente başka bir element karışırsa, toplam iç enerji daima minimum olacak şekilde yeni atom düzenleri meydana gelir.
Çözünürlük, bir malzemenin bir miktarının, belirli şartlar altında, ikinci bir malzemede ikinci faz oluşumuna sebep olmaksızın tamamen erimesidir. Her maddenin belli bir çözücüde çözünebileceği madde miktarı, yani denge noktası farklıdır.
Sınırsız çözünürlük (tam çözünme), bir malzemenin diğer malzemede hiçbir zaman ikincil faz oluşturmaksızın çözünmesidir.
Sınırlı çözünürlük, çözücü malzemede sadece maksimum miktarda çökeltinin çözünmesidir.
Çözünürlük (çözünebilirlik) sınırı: Alaşım sistemlerinde belirli bir sıcaklıkta çözünen atomların, çözen kafes içinde ulaşabileceği üst konsantrasyon sınır değeridir.
Çözünürlük sınırının üzerinde element ilave edilmesi durumunda, başka bir bileşimde, başka bir katı çözelti / bileşik oluşur.
Faz…
Su ve alkol tam çözünme
Faz…• Çözünürlük sınırı:…
Tuz ve su Sınırlı çözünme Su ve yağ Hiç çözünmeme
Faz…• Çözünürlük sınırı:…
Sıvı Cu ve Ni → tam çözünür. Katı Cu ve Ni kristal yapıda rastgele yerlere yerleşmek suretiyle tam katı çözünür.
Faz…• Çözünürlük sınırı:…
Cu - Zn alaşımları sınırlı çözünür. % 30’dan fazla Zn çözemez ve ikinci faz bölgeleri oluşur.
Faz…• Çözünürlük sınırı:…
Su-şeker sisteminin faz diyagramı
Saf katı şeker
Faz…• Çözünürlük sınırı:…
Sıcaklık (T) ve kimyasal bileşimin (kompozisyonun)(Co) etkisi:
• Sıcaklığın değişmesi, A – Bdoğrultusunda faz sayısını değiştirir
• Kompozisyonun değişmesi, B – D doğrultusunda faz sayısını değiştirir.
Faz…Su-şeker sisteminin faz diyagramı…
Cevap: %65 ağ. şekerCo < %65 ağ. şeker ise, sistem: şurup,Co > %65 ağ. şeker ise, sistem: şurup + katı şeker
• Çözünürlük sınırı T ile artar.Ör., T = 100°C, çözünürlük
sınırı= %80 ağ. şeker
Örnek 1Suda, 20°C deki şeker çözünürlük sınırı % Co nedir?
Şeker – su faz diyagramına göre;
a) 80°C’de 1000 g su ne kadar şeker çözer?
b) a şıkkındaki doymuş sıvı çözeltisi 20°C’ye soğutulursa çöken katı şeker miktarını bulunuz.
Soru 1
7426
Katı çözelti oluşturabilme kriterleri (Hume-Rothery1) kuralları):Metal atomlarının birbiri içinde sınırsız çözünebilmesi için şu şartlar
sağlamalıdır: 1) Metal atomlarının yarıçapları arasındaki fark %15’ten az olmalıdır.2) Metaller aynı kristal yapıya sahip olmalıdır.3) Metal atomları aynı valansa sahip olmalıdır.4) Metal atomları yaklaşık aynı elektronegatifliğe sahip olmalıdır.
Örnek sistem: (Ni-Cu)
Element r (nm) Kristalyapı
Valans Elektro-negatiflik
Ni 0,1246 YMK 2 1,9
Cu 0,1278 YMK 2 1,8
• Her ikisi de benzer kristal yapıda (YMK), benzer elektro-negatiflik değerlerine ve benzer çaplara sahiptir.
• Ni ve Cu birbiri içerisinde her oranda çözünebilir.
Faz…
1) William Hume-Rothery: (1899-1968) Birleşik Krallık, metalürjist
• Dengedeki bir sistemin durumunu belirlemek için dışarıdan kontrol edilebilen, birbirinden bağımsız üç değişken, basınç, sıcaklık ve kimyasal bileşim (kompozisyon) kullanılır.
• Malzemelerin özellikleri, içerdikleri fazların cinsine, sayısına, oranına ve biçimine bağlıdır.
• Değişkenlerin etkisi bilinerek, ihtiyaca uygun malzeme üretilebilmekte ve mekanik özellikler kazandırılabilmektedir.
Faz…
Metaller ısıtıldıklarında, atomlar daha kuvvetli titreşir. Atomların kinetik enerjisi artarak, hacim ihtiyacı oluşturur ve madde genleşir.
Ergime; katı bir cismin, ısı ve basınç gibi etkenlerle sıvı duruma geçmesidir.
Ergimenin başladığı sıcaklığa “ergime sıcaklığı” ya da “ergime noktası” denir.
Ergimenin tamamlanması için belli bir süre beklenir, bu durumda sıcaklık sabittir (ısıl duraksama).
Ergime ve katılaşma
Metaller soğutulduklarında atomların titreşimleri azalır. Katılaşma ve soğuma sırasında çoğu malzeme büzülür.
Katılaşma (solidification), maddenin katı oluşturacak biçimde faz dönüşümüdür.
Katılaşmanın başladığı sıcaklığa “katılaşma sıcaklığı” ya da “katılaşma noktası” denir. Katılaşma noktasında hareketlilik azalır, atomlar arası çekim kuvveti tekrar etkili olur. Katılaşma başlar ve kristaller oluşur.
Ergime ve katılaşma…
Saf metaller ve alaşımlarda katılaşma
Ergime ve katılaşma…
Ergime ve katılaşma…Bir malzemenin ergitilmesi ve katılaşması sırasında meydana gelen olaylar (kafes yapısındaki değişimler) bilindiğinde, kullanım amacına uygun malzemeler elde edilebilir.
Bu bilgilerle, gerekli noktalarda müdahalelerle, istenen yapıda malzemeler üretilebilir.
Bu amaç için, faz diyagramlarından yararlanılır.
Faz diyagramları, malzemeler yavaşça ısıtılıp ve soğutularak elde edilir.
• Çok yavaş soğutma: aynı kompozisyona kristalleşme
• Biraz hızlı soğutma: kısmi kristalleşme
• Çok hızlı soğutma: kristalleşmeye zaman yok, camlaşma
Homojen olarak dizilmiş atomlar, kararlı denge halinde belirli bir faz meydana getirirler.
Ancak, koşullar değişirse enerji içeriği değişir, denge bozulur, atomlar daha düşük enerji gerektiren başka denge konumlarına geçerek değişik biçimde dizilir ve sonuçta yeni bir faz oluşur.
Fazların oluşum ve dönüşümündeki ana etken, enerji içeriğidir. Bu da sıcaklık, basınç ve bileşime göre değişir.
Ergime ve katılaşma…
Çok yavaş ısıtma ve soğutmada ergime başlangıcı ile katılaşma sonu sıcaklıkları hemen hemen eşittir. Aradaki farka “histeresiz” (gecikme) denir. Fark, atomların tembel bir tabiat göstermeleri ile açıklanabilir. Çünkü atomlar daima bulundukları durumu muhafaza etmeye çalışırlar.
Ergime ve katılaşma…
Sıvı metalin atomları düzensiz haldedir ve sürekli olarak hareket ederler.
Sıcaklık azaltıldığında katılaşma başlar. Atomlar;
• tembelleşir,
• çekirdek etrafında toplanır,
• kristal kafesi oluşturur.
• Toplanan atom sayısı devamlı artar, kristal büyür.
• Ergiyikte çekirdek sayısı artarsa ince taneli yapı oluşur.
• Ergiyikte çekirdek sayısı azalırsa iri taneli yapı oluşur.
Ergime ve katılaşma…
Katılaşma mekanizması
Likidüs (sıvı çizgisi): Katılaşma sırasında sıvıdan ilk katının oluşmaya başladığı sıcaklık.
Tamamı sıvıdan oluşan alanı sıvı + katı alanından ayıran sınır çizgisidir. Solidüs (katı çizgisi): Tamamı katıdan oluşan alanı, sıvı + katı alanından ayıran sınır çizgisidir.
Solvüs (katı çizgisi):
ile + faz bölgelerini ayıran sınır çizgisidir.
Bazı tanımlar
• Saf metaller tek fazlı iken, alaşımlar genelde çok fazlıdır. Sıcaklık azaldıkça, likidüsle gösterilen noktada katılaşma başlar, solidüseulaşıldığında tamamlanır. Likidüs ve solidüs arasındaki sıcaklık farkına bağlı olarak, eğrilerin arasında sıvı ve katı metal birlikte bulunur.
Ergime ve katılaşma…
• Mikro yapı ve mekanik özellikler arasında sıkı ilişki bulunmakta ve mikro yapı da faz diyagramlarından anlaşılabilmektedir.
• Faz (phase) (ya da denge, equilibrium) diyagramları, bir sistemin, herhangi bir koşulda (basınç, sıcaklık, kimyasal bileşim), termodinamik olarak dengede hangi fazlardan oluştuğunu (kompozisyonunu) gösteren grafiklerdir.
• Faz diyagramlarından ayrıca ergime, döküm, kristalleşme, vb. hakkında bilgi de edinilmektedir.
• Faz diyagramında düşey eksen sıcaklık, yatay eksen ise kimyasal bileşim % ağırlık oranıdır. Kimyasal bileşim, % atomik oran olarak da gösterilebilmektedir.
Faz diyagramları
Bazı elementlerin faz diyagramlarıhttps://www.metallab.net/chemsoc/alloys.php
Faz diyagramları yardımıyla belirli sıcaklıktaki bir alaşım hakkında şu bilgiler elde edilebilir:
• Hangi fazlardan oluştuğu• Fazların bileşimleri, (sistem tek fazlı ise, bileşimi alaşımınki ile
aynıdır.)• Fazların ağırlık yüzdesi, (Tek fazlı olanlar için bu %100’dür.)• Serbestlik derecesi
Faz diyagramları…
Birli (unary) faz diyagramları: Bir bileşenli (B= 1) bir sistemin faz diyagramı
İkili (binary) faz diyagramı: İki bileşenli (B= 2) bir sistemin faz diyagramı
Üçlü (ternary) faz diyagramı: Üç bileşenli (B=3) bir sistemin faz diyagramı
İzomorf sistem: İki elementin sıvı ve katı durumda birbiri içerisinde tamamen çözünür olduğu sistemdir. Bu sistemlerde bileşenlerin tüm kompozisyonlarında sadece bir tip kristal yapısı bulunur (alaşım).
İzomorf faz diyagramı: Bileşenlerin sınırsız katı çözünürlük görevi yaptığı faz diyagramı
Faz diyagramları…
Bir bileşenli (unary) faz diyagramları
Bir bileşenli faz diyagramlarında fazlar T, ve P’nin fonksiyonu olarak belirtilir.
Faz diyagramları…
Karbondioksit ve suyun faz diyagramları
• Sabit noktalar (invariant points) faz diyagramının özelliklerini belirleyen noktalardır.
• İkili bir alaşım için değişmez bir reaksiyon, dört fazın bir arada dengede bulunduğu (sıfır serbestlik dereceli, yani fazların kompozisyonunun ve reaksiyon sıcaklığının sabit olduğu) reaksiyondur.
• İkili bir sistemdeki sabit nokta, dört fazın denge halinde bulunduğu noktadır.
• Ötektik (eutectic), peritektik (peritectic), monotektik (monotectic), peritektoid (peritectoid) ve ötektoid (eutectoid), reaksiyonların sabit sıcaklıkta gerçekleştiği noktalardır.
İkili sistemlerde sabit noktalar
Ötektik noktada, fazlardan biri ortadan kalkana kadar sıcaklık sabit kalır. Serbestlik derecesi sıfırdır. Bir sistem için ötektik noktanın yeri değişmez, sabittir. İki katı madde katı çözelti oluşturduğunda, birbirinin katılaşma sıcaklığını düşürme özelliğine sahip olur. Ötektik reaksiyon, birbirlerini sınırlı oranda çözebilen iki elementli alaşım sistemlerinde, sabit bir sıcaklıktaki sıvı fazın, aynı anda iki ayrı katı faza dönüşümüne denir.
Ötektik nokta, ötektik bir karışımın minimum katılaşma sıcaklığına denk gelen noktadır.Ötektik nokta, faz diyagramı üzerinde mümkün olan maksimum sayıda fazın bir arada dengede olduğu noktadır.
Soğutma
IsıtmaSıvı (katı) + (katı)
İkili sistemlerde sabit noktalar…
Ötektoid nokta, üç fazın (üçlü nokta) (, α, β) birbiriyle temas halinde olduğu ötektoid reaksiyon noktasıdır.
Ötektoid reaksiyon; ötektoid katı fazının, soğurken ötektoid sıcaklıkta dönüşüp, ayrı bileşimli iki katı faz oluşturmasına yol açan tersinir reaksiyondur.
Soğutma
Isıtma (katı) (katı) + (katı)
İkili sistemlerde sabit noktalar…
Peritektik nokta, üç fazın (üçlü nokta) (L, , ) birbiriyle temas halinde olduğu peritektik reaksiyon noktasıdır).
Peritektik reaksiyon; ötektik dönüşüm gösteren alaşım sistemlerine benzer olarak, sabit bir peritektikdönüşüm sıcaklığında mevcut olan sıvı ve katı fazın, başka bir katı faza dönüşmesi olarak tanımlanmaktadır.
Soğutma
Isıtma (katı) + sıvı (katı)
İkili sistemlerde sabit noktalar…
Peritektoit nokta, ikili bir sistemdeki iki katı fazın bir katı faza dönüşümü veya ısıtmada tersi durumdaki konumudur.
Peritektoit reaksiyon; sabit bir peritektoit dönüşüm sıcaklığında mevcut olan iki katı fazın, başka bir katı faza dönüşmesi olarak tanımlanmaktadır.
İkili sistemlerde sabit noktalar…
Soğutma
Isıtma (katı) + (katı) (katı)
Monotektik nokta, bazı ikili sistemlerdeki sabit reaksiyonda bir sıvının, diğer bir sıvı ve katıya dönüştüğü noktadır.
Monotektik reaksiyon; sabit bir monotektikdönüşüm sıcaklığında mevcut olan sıvı fazın, başka bir sıvı ve katı faza dönüşmesi olarak tanımlanmaktadır.
Soğutma
IsıtmaL𝟏 + (katı) + L2
İkili sistemlerde sabit noktalar…
1150°C: Ara nokta %15 B’dedir. Noktanın üzerinde δ+ L, altında bulunur. Peritektikreaksiyon: δ+ L
920°C: Bu reaksiyon %40 B’de oluşur: Monotektik reaksiyon: L1 + L2
750°C: Bu reaksiyon %70 B’de oluşur: Ötektik reaksiyon: L + β
450°C: Bu reaksiyon %20 B’de oluşur: Ötektoit reaksiyon: α+ β
300°C: Bu reaksiyon %50 B’de oluşur: Peritektoit reaksiyon:α+ β μ
İkili sistemlerde sabit noktalar…Örnek: AB ikili sistemi
İki bileşenli (binary) alaşımlar için denge durumları:
1. Bileşenleri sıvı ve katı durumda birbiri içerisinde sınırsız çözünen(izomorf) alaşımlara) katı durumda her oranda çözünen alaşımlarb) katı durumda kısmen çözünen alaşımlarc) katı durumda hiç çözünemeyen alaşımlar: ötektik dönüşüm
2. Bileşenleri sıvı ve katı durumda birbiri içerisinde kısmen çözünen (monotektik) alaşımlar
a) Katı durumda kısmen çözünen
b) Katı durumda hiç çözünmeyen
3. Bileşenleri sıvı durumda birbiri içerisinde hiç çözünemeyen alaşımlar
a) Katı durumda hiç çözünme olmaz.
Denge durumları
1. Sıvı ve katı durumda birbiri içerisinde her oranda veya tamamen çözünen (izomorf) alaşımlar
Denge durumları…
Aynı sistemin farklı bileşimlerdeki soğutma eğrilerinin zamanın fonksiyonu olarak çizimi.Kırmızı bölgelerde malzeme sıvı, mavi bölgelerde katı ve yeşil bölgelerde sıvı-katı fazları dengededir.
Zaman ekseni kaldırılır, yerine bileşim oranı (kompozisyon) işaretlenirse,soğutma eğrileri verilen kompozisyon için solidüs ve likidüs sıcaklıklarını gösterir.Faz diyagramını elde etmek üzere likidüs ve solidüs çizgileri çizilir.
2. Sıvı durumda birbiri içerisinde her oranda çözünen, katı durumda birbiri içerisinde hiç çözünemeyen alaşımlar
Denge durumları…
Teknik manada birbiri içerisinde çözünemeyen iki metal yoktur.Bazı durumlarda çözünürlük çok kısıtlı olduğunda, pratik olarak bazı metallerin birbiri içerisinde çözünemedikleri kabul edilir.Saf A ve B metallerinin katılaşma sıcaklıkları saf metal davranışı gösterir.A metaline B metali katıldığında katılaşma daha düşük sıcaklıklarda başlar (Raoultprensibi).Her iki metal de katılaşma sıcaklığını düşürdüğünden, katılaşma başlama noktalarının birleşmesi ile elde edilen liküdüs eğrisinin bir minimumdan geçmesi gerekir.Birleşme sıcaklığına ötektik sıcaklık, dönüşüme de ötektik dönüşüm denir.
François-Marie Raoult (1830-1901), Fransız kimyager
Denge durumları…3. Sıvı durumda birbiri içerisinde her oranda çözünen, katı durumda
ise birbiri içerisinde kısmen çözünen alaşımlar
A ve B bileşenleri sınırlı olarak tek fazlı yapılar oluşturmaktadır. Bu alanlar ve β alanlarıdır.: A’ca zengin, özellikleri A’ya
yakın olan fazβ: B’ce zengin, özellikleri B’ye
yakın olan fazBu iki fazın arasında, iki faz bir arada ( + β) dengedeÖtektik reaksiyon, sıvının sabit bir Tö ötektik sıcaklığında, 2 katı faza ( + β) dönüşmesidir.
Al-Si, Pb-Sn, Cd-Bi, bu tür alaşımlardır.
Örnek: Pb - Sn
Denge durumları…
Sıvı ve katı durumda birbiri içerisinde hiç çözünmeyen metaller
Denge durumları…
Birbiri içerisinde çözünmeyen pek çok metal vardır.Bunlar sıvı durumdan soğutulduklarında, metallerin her biri kendi katılaşma noktasında katılaşarak keskin temas çizgisi ile ayrılan farklı iki tabaka oluştururlar.Bu durumda difüzyon söz konusu değildir.Buna en yakın örnek Al-Pbdenge diyagramıdır.
Faz diyagramları…İki bileşenli (binary) faz diyagramları • İki bileşenli sistemlerde bağımsız değişkenler, sıcaklık (T) ve
kompozisyon (Co) dur (P her zaman 1atm).• Daha önce de belirtildiği gibi, faz diyagramları alaşımların bulundukları
sıcaklıkta ve sahip oldukları kimyasal bileşimde, iç yapılarında şunlar hakkında bilgiler veren haritalardır:• Denge halindeki fazlar• Fazların kimyasal bileşimleri• Fazların mikro yapı dağılım oranları • Serbestlik derecesi
İki element birleştirilirse, hangi denge durumu elde edilir?
Özellikle bir bileşim ve bir sıcaklık (T) tanımlanırsa (ör., ağırlıkça %Cu, % Ni) ,
- Kaç faz oluşur?
- Her fazın bileşimi nedir?
- Her fazdan ne kadar elde edilir?
Ni-Cu alaşımı
Faz diyagramları…
• İki bileşenli (binary) izomorf (tam çözünebilir) faz diyagramı
Cu-Ni sisteminin faz diyagramı
• Bir bileşenin diğeri içinde tam (sınırsız) çözünebilirliği, izomorf(özdeş, benzer) sistem
• Ör., faz bölgesi, 0 ile %100 Ni aralığında mevcut
Faz diyagramları…
Cu-Ni sisteminin faz diyagramı
• 2 faz bulunur: L (sıvı) (YMK)
• 3 faz alanı vardır: L L+
Faz diyagramları…• İki bileşenli izomorf faz diyagramı…
Cu’nunergime noktası
Ni’ninergime noktası
Cu ve Ni’nin sıvı biçimi, L
Cu ve Ni’ninyer değişimatomlu katı çözeltisi (α),yapı YMK
Metal ve alaşım malzemelerin kullanım özellikleri, büyük ölçüde katılaşma sırasında oluşan iç yapı ile belirlenir.
Faz diyagramlarından şu alanlarda yararlanılır:
• Malzeme üretiminde
• İç yapılar ve kararlılık bölgelerinin saptanmasında
• Isıl işlemlerde
• Özellikle alaşımların üretilmesinde
Alaşımlar, en az biri metal olmak üzere çeşitli elementlerden oluşan metal karakterli malzemelerdir.
Teknik tanımlamaya göre ise; Alaşımlara belli özellikler kazandırmak için katılmış elementlere alaşım elemanları denir. Katılmış elemanlardan en az iki tanesi metal olmalıdır.
Faz diyagramlarının faydalanıldığı durumlar
Gibbs faz kuralıGibbs faz kuralı, bir malzemenin denge halinde (yavaş soğuma şartlarında) bir arada bulunabilecek fazlarının sayısını gösterir.
Laboratuvar deneyleri genellikle sabit basınçta uygulandığından sıcaklık ve bileşim olmak üzere iki değişken vardır.
Gibbs faz kuralı şu şekilde tanımlanmaktadır:
F + S = B + D (P + F = C + E)
Burada;F (P): Termodinamik dengedeki fazların sayısı (homojen sıvı,
homojen katı)S (F): Serbestlik derecesi: Sistemin durumunu tam olarak tanımlamak
için belirtilmesi gereken, dışarıdan kontrol edilebilen değişkenlerin sayısı (ör., sıcaklık, basınç, kompozisyon).Diğer bir deyişle, denge halinde bir arada olan faz sayısını etkilemeden bağımsız olarak değiştirilebilen değişken sayısı
B (C): Kimyasal bileşenlerin (değişkenlerin) sayısıD (E): Dış faktörler (basınç, sıcaklık gibi bileşimle ilgisi olmayan dış
değişkenlerin sayısı)
J.W. Gibbs: (1839-1903) ABD’li fizikçi
Genellikle sıcaklık ve basıncın etkili olduğu gaz, sıvı ve katıdan oluşan tekli sistem için;
F + S = B + 2
Basıncının etkisinin önemsiz olduğu ikili metalürjik bir sistem için;F + S = B + 1
Saf metal için (B = 1), ergimiş ve katı durum aynı sıcaklıkta bir arada bulunur – sabit sıcaklıkta katılaşma (kristalizasyon)
S = 0 Sıfır serbestlik derecesi. P veya T’nin hiçbiri değiştirilemez (bir nokta–sabit nokta)
S = 1 Bir serbestlik derecesi. Bir değişken P veya T bağımsız olarak değiştirilebilir (bir çizgi)
S = 2 İki serbestlik derecesi. Tek faz korunarak iki değişken P ve T bağımsız olarak değiştirilebilir (bir alan)
Gibbs faz kuralı…
Örnek 2a) Üçlü noktada suyun serbestlik derecesi kaçtır?
F= 3B= 1
F + S = B + 2S = B – F + 2S = 0 (sıfır serbestlik derecesi)
b) Sıvı-katı eğrisinde serbestlik derecesi kaçtır?F = 2
S = B – F + 2S = 1 – 2 + 2S = 1
Tek değişken, (T veya P) değiştirilebilir.
c) Sıvı bölgesinde serbestlik derecesi kaçtır?F = 1
S = B – F + 2S = 1 – 1 + 2S = 2
İki değişken, (T ve P) bağımsız olarak değiştirilebilir ve sistem tek fazda kalır.
Örnek 3Cu-%40 Ni alaşımının 1300°C, 1250°C, 1200°C’deki serbestlik derecelerini belirleyiniz.
1300°C’de F= 1 (sıvı), 1250°C’de F= 2 (sıvı+), 1200°C’de F= 1 ( katı)
B = 2 (Cu ve Ni).
Basıncın sabit olduğu kabul edilerek;
F + S = B + 1
1300°C’de;
1 + S = 2 + 1
S = 2
1250°C’de;
2 + S = 2 + 1
S = 1
1200°C’de;
1 + S = 2 + 1
S = 2
Katılaşma aralığı – katılaşma sahanlığı
1. Fazların türü Diyagramda sıcaklık-bileşim noktasının bulunduğu yer tespit edilir.Noktanın bulunduğu alandaki fazlar belirlenir.
1. Katı2. Sıvı + katı 3. Sıvı
Faz diyagramından sağlanan bilgiler
2. Fazların bileşimi (bağ çizgisi kuralı):
Bağ çizgisi, iki fazlı bölgede çizilen sabit sıcaklık yatayının, sınır eğrileri arasında kalan kısmıdır. “İzoterm doğrusu” olarak da isimlendirilir.
• İki fazlı bir bölgede bileşimin bulunması:1. Diyagramda bileşim ve
sıcaklık işaretlenir.2. Yatay bir bağ çizgisi çizilir.3. Bağ çizgisinin faz sınırlarını
kestiği noktalar fazların bileşimlerini verecektir.
• L noktasında sıvı fazın bileşiminde %CL kadar B vardır.
• K noktasındaki katı fazın bileşiminde %CK kadar B vardır.
Faz diyagramından sağlanan bilgiler…
(L-K) bağ çizgisi üzerinde bu çizginin likidüs eğrisini kestiği noktanın bileşim ekseni üzerindeki değeri sıvı fazın bileşimini, solidüs eğrisini kestiği noktanınki de katı fazın bileşimini verir.
Bu yönteme "bağ çizgisi kuralı"denir.
Faz diyagramından sağlanan bilgiler…2. Fazların bileşimi (bağ çizgisi kuralı):…
• T sıcaklığındaki katı faz, en çok %CK kadar B, yani 100-CK kadar A atomu içerebilir.
𝐋𝐊 𝟎
𝐊 𝐋
3. Fazların miktarı (levye kuralı - lever rule):
Belirli bir fazın bağıl miktarı, bağ çizgisinin (0) alaşım noktasının karşı tarafındaki kolunun toplam boya oranına eşittir. Buna levye kuralı denir.
𝐤𝟎 𝐋
𝐊 𝐋
Wk = 1 WL
Şekildeki sayılardan, 0 noktasındaki sıvı ve katı fazların kütle (ağırlık) yüzdeleri:
Faz diyagramından sağlanan bilgiler…
a) %60 Ni - %40 Cu alaşımında 1100°C’deki (şekilde A noktası);
b) % 35 Ni - %65 Cu alaşımında 1250°C’deki (şekilde B noktası) faz sayısı ve tiplerini belirleyiniz.
A noktasında (1100°C, %60Ni):1 faz:
B noktasında (1250°C, %35Ni): 2 faz: L+
Örnek 4
• %65 Cu-%35 Ni sisteminde A, B ve D noktalarındaki her bir fazın bileşimini belirleyiniz.
Çözüm:Co= %35 ağ. NiTA da; sadece sıvı (L)
WL= %100ağ. L (sıvı), =0TD de; sadece katı ()
WL= 0, = %100ağ. (katı)TB de; + L birlikte
Fazların komozisyonları:CL= Clikidüs (=%32ağ. Ni)
(=%68ağ. Cu)C= Csolidüs (=%43ağ. Ni)
(=%57ağ. Cu)
Örnek 5
Çözüm:TB de: ve L birlikte
𝐋
𝛂
Ya da;W= 1 - WL
• %65 Cu-%35 Ni sisteminde A, B ve D noktalarındaki her bir fazın bileşimini belirleyiniz.
Örnek 5…
Ağırlıkça %30 Ni - %70 Cu alaşımı, α + sıvı faz bölgesindeki bir sıcaklığa ısıtılmıştır. Bu sıcaklıktaki αfazının kompozisyonu %35 ağ. Ni ise;
a) Alaşımın sıcaklığını,
b) Sıvı fazın kompozisyonunu,
c) Her iki fazın kütle oranlarını,
bulunuz.
Soru 2
• İzomorf sistem (bir bileşen diğeri içinde tam olarak çözünebilir) faz alanı: 0 dan, %100ağ.Ni’ye kadar)
• Cu ve Ni alaşımında Co = %35ağ. Ni oranında soğuma ile meydana gelen iç yapısal değişiklikleri belirleyiniz.
Örnek 6
Şekildeki faz diyagramına göre, soğuyan L alaşımının T sıcaklığındaki durumunu inceleyiniz.
1. Faz sayısı F= 2, (α + β)2. x noktasının bileşimi: %20 B
(%80 A)z noktasının bileşimi: %70 B (%30 A)
3. Fazların bileşimi levye kuralı ile belirlenir:
Grafikteki değerlerden;α = %60 ve β = %40a = 40 - 20 = 20
b = 70 - 40 = 30 a + b = 50
Örnek 7
• Bu aşamada katı izomorf (sınırsız çözünür) alaşımların mekanik özelliklerinin, tane büyüklüğü gibi diğer değişkenler sabit tutulurken, kompozisyondan nasıl etkilendiği anlaşılabilir.
• Ergime sıcaklığı en düşük olan bileşenin, ergime sıcaklığının altındaki tüm sıcaklık ve kompozisyonlarda sadece bir katı faz bulunur.
• Bu nedenle, her iki bileşende de katı çözelti sertleştirmesi veya diğer bileşenin eklenmesiyle, dayanım ve sertlikte artış gösterir.
İzomorf alaşımların mekanik özellikleri
İzomorf alaşımların mekanik özellikleri…
Cu-Ni sistemi için, oda sıcaklığında; (a) çekme gerilmesi-kompozisyon, (b) süneklik (%uzama)-kompozisyon eğrileri
Ergime sıcaklığı en düşük olan bileşenin ergime sıcaklığının altındaki tüm sıcaklık ve kompozisyonlarda sadece bir katı faz bulunur.
Bu nedenle, her iki bileşende de katı çözelti sertleştirmesi olur veya diğer bileşenin eklenmesiyle dayanım ve sertlik artar.
İki bileşenli-ötektik sistemlerÖtektik alaşım, (Yunanca "öteksis" = kolay ergime) alaşımı meydana getiren malzemelerin her ikisinin ergime sıcaklığından da daha düşük sıcaklıkta ergiyebilen alaşımdır. Örneğin, saf Alüminyumun ergime sıcaklığı 660°C, silisyumun ergime sıcaklığı 1430°C iken, Al-Si alaşımının ergime sıcaklığı 577°C’dir.
Ötektik bileşimdeki sıvı faz soğutulduğunda, aynı anda iki farklı katı faz ( ve fazlarının karışımı) elde edilir. Ötektik reaksiyon:
Bazen bir alaşım içinde oluşmuş bulunan bir katı eriyik, daha düşük sıcaklıkta bir ötektik tipi içyapıya dönüşür. Bu durumda, oluşan ötektik tipi içyapı, ötektoit adını alır. Zira bu, ötektikteki gibi sıvı bir eriyikten değil, bir katı ergiyikten oluşmadır.
Soğutma
IsıtmaSıvı (katı) + (katı)
İki bileşenli-ötektik sistemler…
Örnek: Cu-Ag sistemi
• 3 tek faz bölgesi:
(L, , )
• Sınırlı çözünürlük:
: çoğunlukla Cu
: çoğunlukla Ag
• TE: TE’nin altında sıvı yok
• CE: En az ergiyen T bileşimi
İkili ötektikler ve ikili ötektoitler çeşitli mikro yapılara olanak sağlar.
• Ötektik reaksiyon
L(Cö) (Cö) + (Cö)
L(%71,9ağ. Ag) (%8,0ağ. Ag) + (%91,2ağ. Ag)
• Pb-Sn ötektik sisteminde 150°C’de %40 ağ. Sn - %60 ağ. Pb alaşımıiçin, şunları belirleyiniz:
Örnek 8
a) Mevcut fazlarb) Fazların kompozisyonları
c) Her bir fazın bağıl miktarları
a) 150°C’de %40 ağ. Sn - %60 ağ. Pb alaşımında mevcut fazlar:
+
Cevap 8
C0
C=12 C=99
150
c) Her bir fazın bağıl miktarları:
α= =%68 ağ.
β= =%32 ağ.
b) Fazların kompozisyonları:C = %12 ağ. SnC = %99 ağ. Sn
Kurşun–kalay (Pb-Sn) faz diyagramından yararlanarak şunları belirleyiniz:
Örnek 9
a) 100°C’de kalayın katı kurşundaki çözünürlüğü
b) Kurşunun katı kalay içerisinde maksimum çözünürlüğü
c) Pb-%15 Sn alaşımının 0°C’ye soğutulması durumunda oluşacak ve miktarları
d) ve fazlarındaki kalay kütleleri
e) ve fazlarındaki kurşun kütleleri
Pb-%15 Sn alaşımının toplam kütlesinin 100 gram olduğunu kabul ediniz.
Cevap 9a) 100°C’de kalayın katı kurşundaki çözünürlüğü:
C=5 C=97,5
100oC sıcaklık çizgisi solvüseğrisini ~%5 Sn’de keser. Dolaysıyla bu sıcaklıkta kalayın kurşundaki çözünürlüğü ~%5’tir.
(b) Kurşunun, kalay içerisinde maksimum çözünürlüğü:Faz diyagramının kalay-zengin tarafında, 183°C ötektik sıcaklıkta olur ve ~%2,5 Pb dir.
Cevap 9c) Pb-%15 Sn alaşımının 0°C’ye soğutulması durumunda oluşacak ve miktarları:
C0=15
0°C’deki %15 Sn alaşımı, diyagramın + bölgesindedir. Levye kuralı ile;
= 0,866= 86,6 g
= 1-= 1–0,866= 0,134= 13,4 g
d) ve fazlarındaki kalay kütleleri:
α fazındaki Sn kütlesi = ~%2
86,6 g’da Sn= 86,60,02= 1,732 g
fazındaki Sn kütlesi= ~%99
13,4 g’da Sn= 13,40,99= 13,266 g
e) ve fazlarındaki kurşun kütleleri:α fazındaki Pb kütlesi= ~%98’dir.
86,6 g’da Pb= 0,98 86,6 g = 84,868 g
fazındaki Pb kütlesi = ~0,01
13,4 g’da Pb = 13,4 0,99 = 13,266 g
Fe, C ile metaller arası bileşik (Fe3C, sementit) yapar.
Karbonun atom ağırlığı=12
Demirin atom ağırlığı =56
Ağırlık olarak sementit (FeзC) içerisindeki C oranı:
Çok yavaş soğuma şartlarında;• Fe’nin C ile bileşik yapması önlenerek Fe-C (grafit) denge diyagramı,• Aksi takdirde, Fe-Fe3C (yarı dengeli) faz diyagramı elde edilir.
Çeliklerle ilgili faz analizleri
Fe-C faz diyagramı ve özellikleriMalzemelerin özellikleri, içerdikleri fazların cinsine, sayısına, oranına ve biçimine bağlıdır. Bu nedenle faz diyagramları malzeme konusuyla uğraşan herkes için oldukça önemlidir.
Demirin atmosferik basınçta α, ve δ olarak bilinen üç allotropik (farklı kristal) biçimi vardır.
Çeliğe uygulanan temel ısıl işlemeler östenit fazının dönüşümü ile ilgilidir.
Saf demirde YMK δ demirin HMK α demire dönüşümü (şematik)
Saf demirin katılaşma diyagramı
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Üç anlamlı nokta:1. 727°C’de ötektoid
dönüşüm: →α+Fe3C2. 1147°C’de ötektik
dönüşüm: L→+Fe3C3. 1493°C’de peritektik
dönüşüm: L+→
Üç faz reaksiyonları:
Ötektoid nokta (diyagramdaki 1 numaralı nokta): Bu nokta faz diyagramında 727°C (A1) ve % 0,76 C’un kesiştiği noktadır.
Östenit bölgesinden soğumaya başlayan çelik bu noktaya geldiğinde tek fazlı () yapıdan, çift fazlı ferrit ve yüksek miktarda C içeren sementit (α+Fe3C) fazına dönüşür.
α + FeзC
727°C’de; (%0,76 ağ. C) (%0,022 ağ. C) + Fe3C (%6,7 ağ. C)
Bu dönüşüm esnasında ferrit ve sementit lamelli bir yapı oluşturur. Bu yapı perlit olarak adlandırılır. Dönüşüm izotermal olarak gerçekleşir. Katı fazdan katı faza dönüşüm söz konusudur.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Üç faz reaksiyonları:…
Ötektik nokta (diyagramdaki 2 numaralı nokta): 1147°C ve % 4,3 ağ. C içeren dökme demirin kesiştiği noktada bulunur. Bu noktada sıvı faz (L) katılaşarak, iki ayrı katı faz olan östenit ve sementit fazlarından oluşan ( + Fe3C) ledebürite dönüşür.
L + FeзC
1147°C’de; L (%4,30 ağ. C) (% ağ. C) + FeзC (%6,67 ağ. C)
Dönüşüm izotermal olarak gerçekleşir. Sıvı fazdan katı faza dönüşüm söz konusudur.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Üç faz reaksiyonları:…
Peritektik nokta (diyagramdaki 3 numaralı nokta): 1493°C ve %0,25 C içeren çeliğin kesiştiği noktada bulunur. Bu noktada üç faz (++L) dengede bulunur. Sıvı faz, önceden meydana gelen bir katı fazla reaksiyona girerek yeni bir katı faz oluşturur. Yani, L+ demir, östenitedönüşür. İzotermal bir dönüşüm söz konusudur.
L +
1493°C’de; L (%0,53 ağ. C) + (%0,09 ağ. C) (%0,17 ağ. C)
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Kritik sıcaklıklar:
Kritik altı sıcaklık (A0): Sementitin Curie sıcaklığı (< A1), 210°C
Alt kritik sıcaklık (A1): 727°C boyunca uzanan düz çizgidir. Ötektoid sıcaklık olarak da adlandırılan bu sıcaklık, birçok faz dönüşümü için önemlidir. Demir, bu sıcaklığın altında perlit (HMK) yapıda bulunurken, bu sıcaklığın üstünde östenit (YMK) yapıda bulunur.
Manyetik dönüşüm sıcaklığı (A2): Ferritin Curie sıcaklığı. 760°C de düz bir çizgi halinde bulunur. Bu sıcaklığın altında -ferrit, ferromanyetiktir.
Üst kritik sıcaklık (A3) : 912°C’den ötektoid noktasına inen eğridir. +/faz sınırı. Östenit, bu eğrinin altında östenit + ferrite dönüşür.
Ötektik sıcaklık (A4): 1147°C
Peritektik sıcaklık (A5): 1493°C
Üst kritik sıcaklık ASM: / + sementit faz alanı sınırı. Hiperötektoid alaşımlardaki östenitten, östenit + sementite dönüşümün başladığı çizgidir.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
α ferrit:
• Karbonun HMK demirdeki katı çözeltisidir.
• Demirin oda sıcaklığındaki kararlı halidir. ferritte maksimum karbon çözünürlüğü 727°C’de %0,022 ağ., oda sıcaklığında ise %0,008 ağ. tır.
• 912°C’de YMK östenite dönüşür.
• Diyagramdaki en yumuşak yapıdır. Çekme dayanımı 280 MPa, uzama %40, sertlik 0 RC’den az veya 90 RB dir.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
ferritin mikro fotograflı(Copyright 1971 by United States Steel Corporation)
östenit:
• Karbonun YMK demirdeki katı çözeltisidir.
• östenitte maksimum karbon çözünürlüğü, ağırlıkça %2,14 tür.
• 1394°C’de HMK δ-ferrite dönüşür.
• Hızlı soğutulmadıkça, ötektik sıcaklığın (727°C) altında kararlı değildir.
• 1050 MPa çekme dayanımı, %10 uzama ve 40 RC sertliğe ve yüksek tokluğa sahiptir.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
östenitin mikro fotografı
ferrit:
• Karbonun HMK demirdeki katı çözeltisidir.
• α-ferritle aynı yapıdadır.
• ferritteki maksimum karbon çözünürlüğü, 1493°C’de ağırlıkça %0,09 dur.
• Sadece 1394ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda kararlıdır.
• 1538ºC de ergir.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Demir karbür veya sementit (Fe3C): %6,67 ~%6,70 C ve %93,3 Fe içerir.
Birim hücrede 12 demir atomuyla 4 çözeltiatomundan oluşan ortorombik yapı
Yarı kararlı bir arametalik (intermetallic) bileşiktir.
Oda sıcaklığında kesin bileşik olarak kalır, fakat yıllar içinde bileşimi bozularak 650 - 700 °C’de α-Fe ve C’ye (grafit) dönüşür.
Çekme dayanımı düşük (35 MPa), sert(yaklaşık 800 VSD), kırılgan, bir bileşiktir. Basma dayanımı oldukça yüksektir. Ortorombik kristal yapıya sahip demir karbürüdür. 215°C’nin altında ferromanyetiktir.
Sementit fazı, birçok ticari çeliğin sertleştirilmesinde önemli rol oynar.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Perlit (α+Fe3C), ötektoid bileşime sahip çeliğin, östenit bölgesinden yavaşça soğutulmasıyla 727°C sıcaklıkta meydana gelen ötektoid dönüşüm sonucu elde edilen, ferrit ana matrisi üzerine sementit lamellerinin dizilmesiyle oluşan mikro yapıdır. %12 sementit %88 ferritten oluşur. Perlit, demir ve çelik teknolojisinde çok önemli bir yere sahiptir. Uygun ısıl işlemle bütün çeliklerde oluşturulabilir. %0,76 C içeren çeliğin oda sıcaklığındaki mikro yapısı %100 perlittir. Sertliği 20 HRC, 90-100 HRB veya 250-300 HB civarındadırPerlitleme: Östenitik sıcaklığa ısıtılan parçanın, perlitleme sıcaklığına kadar soğutulması, içyapı tamamen perlit oluncaya kadar bu sıcaklıkta bekletilmesi ve soğutulmasıdır.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Tabakalı (lameler) ve küreleştirilmiş perlit
Ledebürit, östenit ve sementit fazlarının oluşturduğu bir ötektik bileşimdir. Sıcaklık A1 çizgisinin altına düştüğünde yapıdaki östenit perlite dönüşür ve yapı perlit + sementit olur.
Ledebürit, %4,3 C içeren dökme demirlerin yapısında bulunur. 1147°C’de oluşur. Ledeburit fazı oldukça sert ve dayanıklıdır.
Faz diyagramları çok yavaş soğuma koşullarında çizilmektedir. Soğuma hızı artırıldığında faz diyagramında görünmeyen martenzit ve beynit gibi kararsız fazlar ortaya çıkar.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Martenzit, östenitin hızlı soğutulmasıyla elde edilen dengesiz bir fazdır ve hızlı soğutma ile oluşturulabilir. Kristal yapısı HMT (hacim merkezli tetragonal) dir. Karbonca aşırı doymuştur. %0,6 dan daha fazla C içeriyorsa hacim merkezli kübik yapıda bulunur.
Martenzit, oldukça sert ve kırılgandır. Öyle ki, görece ince kesitli bir martenzitparça, bir iki metre yükseklikten beton zemine düştüğünde dahi kırılabilir.
Martenzit yapıya temperleme uygulandığında, martenzit içerisindeki karbon sıkıştığı kafesten dışarı çıkar ve temperlenmiş martenzitte sertlik biraz düşerken tokluk artar.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Beynit, ferrit ve sementit karışımından oluşan, düzgünperlit ile tam gelişmiş martenzit arasında yer alan, iki fazlı bir yapıdır.
İzotermal bir ısıl işlemde östenitin dönüşümü ile oluşur.
Beynit iki farklı morfolojik yapıya sahiptir. Bunlar üst ve alt beynittir.
Fe-C faz diyagramı ve özellikleri…
Ötektoid dönüşüm → C
Demir-karbon (Fe-C) faz diyagramı…
Ötektoit bileşim, %0,76 ağ. C’dur.Yavaş soğuma esnasındaki mikro yapı gelişimi, ötektik alaşımlardaki gibidir.
Fe-Fe3C diyagramındaki sabit ötektoid reaksiyon şu eşitlikle verilir:
Östenit (YMK)
(%0,76 C)
727°C
soğutmaFerrit (HMK) + Sementit (ortorombik)
(%0,022 C) (%6,7 C)
Ötektoid karışım - perlit
Ötektoid dönüşüm → C…
Demir-karbon (Fe-C) faz diyagramı…
Soğutma sırasında, sabit ötektoid sıcaklıktaki (727°C), %0,76 ağ. C östenit, ferrit ve sementit karışımı oluşturmak üzere ötektoid dönüşüme uğrar. Ferrit ve sementitin bu ötektoid karışımına, optik mikroskoptaki inciye benzer (pearly) görünümü nedeniyle perlitdenir. Ötektoid sıcaklığa soğutmayla östenit faz tamamen katılaştığı ve öyle kaldığı için, Fe-%0,76 ağ. C alaşımına ötektoid çelik denir.
Ötektoid dönüşüm → C…
Demir-karbon (Fe-C) faz diyagramı…
Perlitte, ötektoid sıcaklığın hemen altındaki ferrit ve sementit fazın % ağ. oranları:
Bu iki fazın birbirine oranı: %88,9 / %11,1= 8:1 dir.
Ferrit ve sementitin yoğunlukları sırasıyla 7,87 g/cm3 ve 7,70 g/cm3 olduğundan, hacim oranları da yaklaşık 8:1 dir.
• Hipoötektoid (ötektoid altı) alaşım, ötektoid reaksiyon ve ötektoid kompozisyonu tanımlayan bağ çizgisinin sol tarafında yer alan (karbon miktarı, ötektoit bileşimden, % 0,76 ağ. C’den az) alaşım kompozisyonudur.
Hipoötektoit çelik
Hipoötektoid çelik
• Hipoötektoid (ötektoid altı) alaşım…
Örneğin, ağırlıkça %0,4 C içeren çelik, 900°C’de %100 katı östenittir (c noktası) ve ferritinöstenit tane sınırlarında çekirdeklendiği noktaya soğutuluncaya kadar (d noktası) bir değişiklik olmaz. Daha düşük bir sıcaklıkta östenit + ferrite dönüşür (e noktası).
Hipoötektoid çelik…
• Hipoötektoid (ötektoid altı) alaşım…
Bu alaşım ötektoid sıcaklığa soğutulduğunda, fazların miktarları:
%51,2 ağ. oranındaki bu östenit, ötektoid sıcaklıkta, perlite (çok ince ferrit ve sementit karışımı)dönüşmek üzere reaksiyona uğrar.Bu ferrite pro-ötektoid ferrit veya serbest ferrit denir.
Hipoötektoid çelik…
Hiperötektoid çelik
Hiperötektoid çelik
• Hiperötektoid (ötektoid üstü) alaşım - Ötektoid reaksiyon ve ötektoid kompozisyonu tanımlayan bağ çizgisinin sağ tarafında yer alan (karbon miktarı ötektoit bileşimden (% 0,76) fazla) alaşım kompozisyonudur.
%0,76 ağ. - %2,14 ağ. arasında karbonlu çeliklere hiperötektoidçelikler denir.
Örneğin, %1,2 ağ. karbonlu çelik 900°C’de %100 katı östenittir.
Sıcaklık azaldıkça östenittekikarbonun katı çözünürlüğü azalır ve östenit + proötektoid sementite dönüşür.
• Hiperötektoid (ötektoid üstü) alaşım…
Hiperötektoid çelik…
%1,2 ağ. karbonlu çelikte ötektoid sıcaklığın hemen üzerindeki fazların miktarları:
• Hiperötektoid (ötektoid üstü) alaşım…
Hiperötektoid çelik…
%92,6 ağ. C’li bu östenit, ötektoid sıcaklıkta reaksiyona uğrayarak, perlite (ince ferrit + sementit karışımı) dönüşür.
Ağırlıkça % 0,5 C içeren alaşımsız çeliğin, oda sıcaklığında iç yapısında bulunan fazların oranlarını bulunuz (A noktasında ferritteki karbon oranı%0,008 ağ. yerine pratik olarak 0 alınmıştır).
A B C
0 0,5 0,76
Kaldıraç kuralına göre;
Ferrit (α) Perlit (α+Fe3C)
Örnek 10
%99,65 ağ. Fe–%0,35 ağ.C alaşımı için, ötektoidsıcaklığın hemen altında aşağıdakileri belirleyiniz:
a) Toplam ferrit ve sementit fazlarının oranları
b) Proötektoid ferrit ve perlit oranları
c) Ötektoid ferrit oranları
Örnek 11
Cevap 11a) Toplam ferrit ve
sementit fazlarının oranları
b) Proötektoid ferrit ve perlit oranları
c) Ötektoid ferrit oranı
α=, ,
, ,= %0,95 ağ.
𝐹𝑒3𝐶=, ,
, ,= %0,05 ağ.
p=, ,
, ,= %0,44 ağ.
′=, ,
, ,= %0,56 ağ.
ö= - ′= 0,95 - 0,56 = %0,39 ağ.
Oda sıcaklığında yapısında ağırlıkça %1,2 C bulunan çeliğin iç yapısında bulunan perlit ve sementit fazlarının oranlarını belirleyiniz.
Örnek 12
Cevap 12
P D S0,76 1,2 6,7
+Fe3C Sementit
Perlit ve sementit oranları;
WP= 6,7-1,2 / 6,7-0,76 = % 92,6
Wsementit = 1,2-0,76/ 6,7-0,76 = %7,4
Oda sıcaklığında yapısında ağırlıkça %0,50 C bulunan ötektoid altı çeliğin yapısındaki ferrit ve perlit fazlarının oranlarını belirleyiniz
Soru 3
Oda sıcaklığında, ötektoid çeliğin yapısındaki ferrit ve sementit fazlarının oranlarını belirleyiniz
Soru 4
Üçlü alaşım – Üç element ya da bileşeni birleştirerek oluşturulan alaşımdır.
Üçlü faz diyagramı – Üç bileşen arasında değişik sıcaklıklarda oluşan fazları gösteren faz diyagramıdır. Bu diyagram, üç boyutlu çizimi veya üç boyutlu diyagramlarda iki boyutlu izotermal bölümlerin gösterimini gerektirir.
Üçlü (ternary) faz diyagramları
SON
Callister - Materials Science and Engineering - An Introduction 9e (Wiley, 2014)Metallography and Microstructures. ASM Handbook Volume 9. Editor: George F. Vander Voort | Hardcover | Product code: 06044G | ISBN: 978-0-87170-706-2.
Recommended