1 FZKSEL METALURJ 2008-2009 GZ YARIYILI TOPARLANMA ve YENDEN KRSTALLEME 2 RETM YELER ve DERS KTABI RETM YELER Prof.Dr.adi KARAGZ Yrd.Do.Dr.eyda POLAT DERS KTABI Kocaeli Mhendislik Fakltesi Metalurji ve Malzeme Mhendislii Blm Fiziksel Metalurji Ders NotlarKO Yayn No : 114 Fundamentals of Physical Metallurgy John D. VERHOEVEN 3 ERK Toparlanma ve Yeniden Kristalleme Kat Ergiyikten kelme Denge keltilerinin Bymesi Martenzitik Dnmler Fiziksel Metalurjik Uygulama rnekleri 4 GR Yeniden kristalleme (Rekristalizasyon), alamlarn yapsn kontrol etmemizi salayan bir kat-kat faz dnmdr. Olayn tanmlanmas (ekil 1.1) : Plastik deformasyon sonucu tanelerin uzamas Tm/2 derecesinde bir scaklkta stma ve tutma Souk ekil deitirmi taneler iinde yeni tanelerin ekirdeklenmesi (t1) Yeni tanelerin hzla byyerek tm matriksi kaplamas (t1-t2) Yeni tanelerin daha dk hzda byyerek nihai tane boyutunun eldesi (t2-t3) 5 ekil 1.1. Toparlanma-yeniden kristalleme-tane bymesi sralanmasyla gerekleen olaylarnn ematik gsterimi NOT : t1 zamanna kadar k mikroskobunda hibir deiim gzlenmez,ancak atomsal boyutta birok olay gerekleir. 6 GR (devam) Toparlanma: Yeni gerinmesiz tanelerin ortaya kmasndan nce oluan tm tavlama olaylardr. (ekil 1.1 de 0-t1 zaman aral). Yeniden kristalleme: Yeni gerinmesiz tanelerin ekirdeklenmesi ve bu tanelerin bymesi ile souk ekil deitirmi matriksin srekli olarak tketilmesidir.(ekil 1.1 de t1 t2 zaman aral) 7 GR (devam) Souk ekil deitirmi bir metalin tavlanmas sonucu oluan prosesler 3 alt blme ayrlr : Toparlanma Yeniden kristalleme Tane bymesi Toparlanma ve yeniden kristalleme iin itici g, souk ekil deitirmi matriksin depolad enerjidir. Tane bymesi iin itici g tane snrlarnn bkmdr. 8 GR (devam) Bir metal plastik olarak deforme edildiinde nemli miktarda enerji harcanr. Bu enerjinin ou sya gider, ancak kk bir miktar metalde depolanm enerji olarak kalr. Bu enerji toparlanma ve rekristalizasyon aamasna kaynak oluturur. Artan deformasyon ile toplam depolanan enerji artar, ancak depolanan enerji oran giderek azalr (ekil 1.2). 9 ekil 1.2. Cun deformasyonu srasnda depolanm enerji miktar10 GR (devam) Gerekte bu iki geveme prosesi iin itici g (depolanm enerji), atom bana Gibbs serbest enerjisi yani kimyasal potansiyeldir.

G = H-TS G = E + PV TS AG = AE + PAV TAS(P, T) sabit AG = AE = Es = Depolanm enerji AEe gre kk terimler 11 DEPOLANMI ENERJ Enerji Depolama Mekanizmalar : 1) Elastik Gerinme (ekil Deiimi) Eer bir kafes c miktarnda ekil deitirirse, birim hacmda c2E/2 kadar gerinme enerjisine sahip olur. Bu enerji depolanm enerjinin sadece %5-10u kadardr. 2) Kafes Hatalar Plastik deformasyon kristal kafesinde hatalar retir. Herbir hata tarafndan retilen depolanm enerji hata younluuna baldr (oda scaklndaretilen balca hatalar dislokasyonlar ve boyerlerdir). Depolanm enerjinin %80-90 dislokasyon retiminden kaynaklanr. 12 ekil 1.3. Aluminyumda tane yaps ve alt tane yapsnn ematik gsterimi (OM: Optik Mikroskop, TEM: Transmisyon Elektron Mikroskobu)Eer dislokasyonlar deformasyon scaklnda dk hareketlilie sahip ise, geliigzel bir dizin halinde yer alrlar. Ancak eer dislokasyonlar apraz kayabilirlerse dmlerde younlamaya balar ve alt taneleroluur ve ilave tavlama ile snrlar belirginleir. Dislokasyon younluu dk alt tane veya hcre 13 DEPOLANMI ENERJ (devam) Depolanm enerjinin miktarna etki eden deikenler : 1) SaflkSaflk derse Es artar. Emprite atomlar dislokasyon hareketini engeller ve dislokasyon younluu artar. 2) DeformasyonKompleks deformasyon prosesleri Esi artrr. Dislokasyon kesimeleri sklar, dislokasyon younluu artar. 3) ScaklkDk scaklkta deformasyon Esi artrr. Hatalar arasndaki etkileimi azaltmak iin daha az termal enerji vardr. 4) Tane BoyutuKlen tane boyutu ile Es artar. Tane snr ve tane snr-dislokasyon etkileimi artar. 14 TAVLAMA SIRASINDA DEPOLANMI ENERJNN SERBEST KALMASI Bir metal iinde depolanm enerjinin miktarn lmek iin birka farkl deneysel teknik vardr. Souk ekil deitirmi bir metal stldnda Es serbest kalr (scaklk geveme prosesi iin uygun ise). Aa kan enerji, bir souk ekil deitirmi bir de tavlanm numunenin tavlama davrann karlatrarak llebilir. Tekniklerden biri eit hzlarda her iki numunenin scakln artrmak iin gerekli g farkn (AP) ler ve ekil 1.4deki gibi eriler elde edilir. 15 ekil 1.4. tip enerji serbestleme erisi16 ekil 1.4.de ki erilerle ilikili nokta nemlidir: Her bir durumda yeniden kristallenmi taneler birincil olarak byk g piklerinin ilk knda grlr. Toparlanma srasnda verilen depolanm enerjinin bir ksm A tipi iin kk ve C tipi iin byktr. A tipi eriler genellikle saf metaller iin, B ve C tipi eriler ise katkl metaller iin elde edilir. Emprite atomlar yeniden kristallenmi tanelerin ekirdeklenmesini engeller, bu nedenle toparlanma srecinde daha fazla Es aa kar (B ve C erileri). 17 TAVLAMA SIRASINDA ZELLK DEMLER Tavlama srasnda fiziksel zellikler deiir (ekil 1.5). SertlikToparlanma srasnda deiim az. Sertlik azalan dislokasyon younluu ile azald iin rekristalizasyon srasnda der. Elektriksel diren Noktasal hatalar elektron akn azaltr ve elektriksel direci artrr. Toparlanma srasnda noktasal hatar azalr, diren der. YounlukBoyerlerin retimi ile kafes geniler, younluk der. Toparlanma srasnda noktasal hatalar azalr, younluk artmaya balar. Alt tane (hcre) Boyutu Alt taneler dislokasyon younluunun dk olduu blgelerdir. Rekristalizasyon ile boyutlar artar.18 ekil 1.5. Toparlanma ve yeniden kristalleme srasnda eitli fiziksel zeliklerin deiimi19 Tablo 1.1. Toparlanma Mekanizmalar ScaklkDevreye giren mekanizmalar DkNoktasal hatalarn sinklere (tane snrlar,dislokasyonlar vs) g Noktasal hatalarn kombinasyonuETKN MEKANZMA BOYER HAREKET OrtaDislokasyonlarn dmler iinde yeniden dzenlenmesi Dislokasyonlarn yok olmas Alt tane bymesiETKN MEKANZMA DSLOKASYON HAREKET (TIRMANMA HAR) YksekDislokasyon trmanmas Alt tanelerin birlemesi Poligonizasyon ETKN MEKANZMA DSLOKASYON HAREKET (TIRMANMALI) 20 TOPARLANMA MEKANZMALARI Alt tane Bymesi : Deformasyon sonras, dislokasyon dmlerinin olumas ile dk dislokasyon younluu olan blgeler izole olur (ekil 1.3). Bu hcreler birbirine gre birka derecelik oryantasyon sapmas gsterir ve 0.1-1 m aralndadr. Tavlama ile snrlar keskinleir, dislokasyon younluu hcre iinde azalr. Toparlanma sonlarna doru bu tanelerin boyutlar artmaya balar (ekil 1.5). 21 TOPARLANMA MEKANZMALARI (devam) Alt tane Btnlemesi : Baz durumlarda alt taneler arasndaki snrlar toparlanma srasnda yok olur (ekil 1.6). Ak olmayan bir proses ile iki komu tane arasndaki oryantasyon uyumsuzluu ortadan kalkar. Bu durum trmanma dahil arayzey dislokasyonlarnn hareketi ile baarlmaktadr.22 ekil 1.6. Alt tanenin dnmesi ile alt tane birleiminin ematik gsterimi 23 TOPARLANMA MEKANZMALARI (devam) Poligonizasyon : X-n analizi kullanlarak bir tek kristal biraz eildiinde ve sonra tavlandnda kk tek kristal blokcuklara ayrld bulunmutur (ekil 1.7). Bu poligonize olmu bir yapya iaret eder. Tek kristalin eilmesi ile birlikte ar pozitif kenar dislokasyonu retilmitir. Tavlama sonucu bu kenar dislokasyonlar kk al tilt (eim) snrlarnda st ste dizilir (bu hem kayma hem trmanma gerektirir) (ekil 1.8). 24 ekil 1.7.(a) Bir eilmi tekkristal ve Laue spot paterni ile bants (b) Poligonize olmu kristal ve Laue spot paterni ile bants 25 ekil 1.8.(a) Eme ile retilen ar kenar dislokasyonu (b) Poligonizasyon sonras kenar dislokasyonlarnn izgisel olarak sralanmas 26 Poliganizasyon Poligonizasyon ar miktarda kenar dislokasyonu gerektirir. Sadece daha yksek toparlanma scaklklarnda retilirler; nk olayda dislokasyon trmanmas vardr. Dislokasyonlarn dmlenerek hcresel younlamas ile retilen alt taneden kabaca on kat daha byk alttane retir. 27 TOPARLANMA KNET Toparlanma kinetiinin analizinden toparlanma mekanizmas ile ilikili bilgi edinmek mmkndr. Bir fiziksel zellii (diren gibi) ele alalm ; Po = zelliin deformasyon ncesi deeri Pd = Deformasyon sonras retilen hatalarsonucu oluan art P = Po + Pd = Po + sabit.Cd (1) Cd = Hacmsal hata konsantrasyonu Fiziksel zelliin zamana gre deiim hz (toparlanma srasnda) nemlidir. 28 TOPARLANMA KNET (devam) dtdCsabitdtPo P dd.) (=kT Q nde C KdtdCd/) ( =dt AePo PPo P dkT Qn/) () ( =Hatalarnazalma hz Problemi kimyasalreaksiyon hz teorisiolarak ele aldmzdabu eitlik yazlabilir (1), (2) ve (3) nolueitlikler birletirilir (2) (3) (4) (5) n=1 iin zm (1. dereceden bir kinetik iin azalma eksponansiyeldir) (4) ve (5) nolu eitlikler toparlanma srasnda fiziksel zelliklerindeiiminin zamana bamlln tanmlar. 29 TOPARLANMA KNET (devam) Zn tek kristalinin toparlanmas ile ilgili rnek ekil 1.9da verilmitir. Zn tek kristali saf kayma sonucu ekil deitirmitir. Bu durum akma mukavemetini to deerinden tmaxa artrr (ekil 1.9 a). Toparlanma akma mukavemetinin tekrar tmaxdan toa dmesine neden olur. Bu dn hz ekil 1.9 bde grld gibi zamann ve scakln fonksiyonudur. 30 ekil 1.9. a) Zn tekkristaller iin kayma gerilmesi-ekil deiimi bantsb) Toparlanma srasnda akma mukavemetinin zaman-scaklk deiimi kTQsabit t + = lnSabit bir t deeri iin geerli eitlik, buradan Q hesaplanabilir 31 Toparlanma zerine aadaki sonular verilebilir: Toparlanma genellikle zaman ile eksponansiyel olarak oluur. Kinetik datann doru analizi ile baz durumlarda Q belirlenebilir. Genellikle birden fazla toparlanma mekanizmas devreye girer; bylece Q sabit deildir. 32 REKRSTALZASYON N EKRDEKLENME MEKANZMALARI Rekristalizasyon iin ekirdeklenme mekanizmas klasik ekirdeklenme mekanizmasna uymaz. nk burada kabul edilen kritik boyutlu cluster yapap deneylerde belirlenenden ok daha byktr. Metalin cinsine ve deformasyon derecesine bal olarak rekristalizasyon iin 2 ekirdekleme mekanizmas gzlenmektedir.Deforme olmu metal deformasyon sonucu 2 tip arayzey ierir : 1) nceden var olan tane snrlar 2) Deformasyon sonucu oluan alt tane snrlar ekirdekleme bu iki snrda birinin ani bymesi ile oluur. 33 REKRSTALZASYON N EKRDEKLENME MEKANZMALARI (devam) 1) nceden var olan tane snrlarnn ani bymesi : Yksek dislokasyon younluklu orijinal tane ile dk dislokasyon younluklu orijinal tane arasndaki snr ekil 1.10 ada gsterildii gibi aniden da doru (yksek dislokasyon younluklu taneye doru) byr. Buradaki ekirdekleme olay aslnda bir byme olaydr. Modele gre bir arayzeyin bymesi iin Es > (2/a) olmaldr ve mobilitesi (B) yksek arayzeyler gereklidir (yksek al tane snrlar, akma snrlar vb.). 34 ekil 1.10. (a) Bir arayzeyin yksek dislokasyon younluklu tane iine ani bymesi (b) Bu ekirdekleme olayn aklayan model 35 REKRSTALZASYON N EKRDEKLENME MEKANZMALARI (devam) 2) Alt tane snrnn ani bymesi : Genelde 2 mekanizma bu tip bymeyi oluturur ; 1.Mekanizma lk olarak alt taneler byr (birleme ya da alt tane snr g ile). Sonu olarak Bsi yksek hareketli arayzey oluur (yksek al tane snr) ve bu arayzey Es > (2/a) olduu durumda byr. 2.Mekanizma Daha karktr. Yksek derecede deforme olmu metallerde gerekleir. Yksek al alt tane snrlar deformasyon sonucu oluur. Alt tane snrnda atomik konumda dzenleme oluur, varolan yksek hareketli snr modifiye olur ve byme gerekleir. 36 Genel Sonu Tanelerin ekirdeklenmesi yksek derecede hareketli snrlarn anibymesi ile oluur. Bu snrlar aada verilen snrlar olabilir: 1. Orijinal yksek al snrlar2. a)Yksek al alt tane snr (alttane genilemesi mekanizmas ile oluan) 2. b) Yksek al alt tane snr (bilinmeyen bir atomik dzenlenme yolu ile modifiye edilen) 1 ve 2a mekanizmalar hafif deforme edilmi metallerde, 2b ise yksek deforme edilmi metallerde geerlidir. Bu tarz bir ekirdeklenme olay bir byme fenomeni gibi gzkr ve bu nedenle bymeyi etkileyen deikenler ayn ekildeekirdeklemeyi de etkiler. Klasik ekirdeklemedeki gibi yeni tanenin ekirdeklemesi aniden olmuyorsa da rekristalizasyon dnmnn hala ekirdekleme ve byme basamaklarndan olutuunu kabul ederiz. 37 REKRSTALZASYON KNET Rekirstalizasyon ekil 1.1de gsterildii gibi yeni gerinmesiz tanelerin ekirdeklemesi ve bymesi ile souk ekil deitirmi matriksi bitirmesidir. Toplam hacmin yeni kristalize olmu tanelere dnmesi, yeni tanelerin ; N = ekirdekleme Hzna G = Byme Hzna baldr. Bir souk ekil deitirmi metalin izotermal olarak belirli bir scaklkta tavlanmas ekil 1.11de gsterilmitir. . 38 ekil 1.11. Yeni tane yarapnn zaman deikenliiYeni tane sabit bir hzda dier tanelere arpana kadar byr.Yarap (R) zamanla deiir. t = Yeni tanelerin ekirdeklenmeya balad zaman 39 REKRSTALZASYON KNET (devam) Lineer bymede bir ekirdein yarap : R= G(t-t) Bir ekirdek iin dnen hacm (ekirdek kre olarak kabul edildiinde) : Dnen hacm bulmak iin ekirdek saysna karar vermemiz gerekir : KA EKRDEK VAR ? ( )33t G34t t40 REKRSTALZASYON KNET (devam) ekirdek saysna karar vermek iin ekirdekleme hzn yle tanmlayabiliriz : N = Birim zamanda oluan ekirdek says Dnmemi hacm (Vu) dt zaman aralnda oluan ekirdek says = NVudtVu bir zaman fonksiyonu (belirlenmesi zor) Vu yerine toplam hacm (V) ele alrsak ; dt zaman aralnda toplam hacmda oluan ekirdek says = NVdt V = Dnen Hacm + Dnmemi Hacm (Vu) . . . 41 REKRSTALZASYON KNET (devam) Ancak zaten dnm hacmda ekirdek yok ! FANTOM EKRDEKLEME (ekil 1.12) ekil 1.12. Dnen matrikste hakiki ve fantom ekirdek 42 REKRSTALZASYON KNET (devam) ekirdeklerin tahmini (imajiner) says = nimaj Tm gerek ekirdek says = nreel Fantom (hayalet) ekirdek says = nfantom nimaj = nreel + nfantom Dnen tahmini (imajiner) hacm =

} HtVdt N t G03 3. ) (34thacm/ekirdeknimaj 43 REKRSTALZASYON KNET (devam) Dnen hacm oran = X (%) ile almak daha rahattr ;

imdi Ximaj ile hakiki dnen hacm oran Xreel ilikisini kumamz gerekir. hacim toplamhacim dnenimaj.=} Htdt N t G03 3) (34tXimaj = 44 REKRSTALZASYON KNET (devam) Herhangi bir dt zaman aralnda oluan hacm/ekirdek (reel ve fantom ekirdek iin ayn) = 4/3 tG3(t-t)3 Sonu olarak ; dXdXdV dVdn dnimajrimajrimajr= =45 REKRSTALZASYON KNET (devam) dQ = dt zamannda hacm bana oluan ekirdek says ise, dnreel = VudQ dnimaj = VdQ ekirdein matrikste geliigzel olutuunu varsayalm (dQ yreye bal deil) ; VV - V VVdn dndnennimajr= = = 1 - Xreel =dXdXimajreel 1 - Xreel 46 REKRSTALZASYON KNET (devam) Bu basit diferansiyel denklemin zm ; Aadaki kabuller yapldnda ; G sabit N sabit t ok kk Ximaj = (t/3)G3Nt4olur. Bu iki denklem birletirildiinde dnen hacm orann veren JOHNSON-MEHL bants elde edilir : imajXreele 1 x =. . 47 REKRSTALZASYON KNET (devam) JOHNSON-MEHL bants her faz dnmne uygulanabilir, ancak aadaki 4 kstlama vardr ; Geliigzel ekirdeklenme Sabit ekirdeklenme hz Sabit byme hz Kk ekirdeklenme zaman Ancak ou kat-kat dnmnde ekirdeklenme tane snrlarnda oluur (geliigzel deil). Bu gibi durumlar iin Johnson-Mehl bantsnda dzeltme yapmak gerekir. 48 ekil 1.14. Deiik G veN deerleri iin Johnson-Mehl bantsnn (Denklem 1.29) erileriBu erilerin tipine SGMODAL denir, ekirdekleme vebyme yolu ile oluan dnmler iin tipiktir.Dnen miktarn (Xreel) Ne kyasla Gnin daha kuvvetlibir fonksiyonu olduunu grrz. . 49 REKRSTALZASYON KNET (devam) Genelde kat hal faz dnmlerinde , G sabit N deiken olarak gzlenmitir (yani Johnson-Mehl bants tam doru deildir) AVRAMI ekirdeklenmenin zaman ile eksponansiyel azaldn gz nne almtr. Johnson-Mehl denkleminde, N deiken olarak alndnda Johnson-Mehl-Avrami denklemi kar ; . . k,n sabit 50 REKRSTALZASYON KNET (devam) G ve Nnin Deneysel Belirlenmesi (Metalografik alma): 1) Bir seri edeer numune ayn miktarda deforme edilip bunu takiben belirli bir scaklkta tavlanr. 2) Numunelere bundan sonra eitli zaman sonras ayr ayr su verilir. 3) Grnt analizi ile metalografik numunelerde en byk tane ap belirlenir. 4) En byk rekristalize olan tanenin ilk ekirdeklenen olduu varsaylr. Her rnekte (her t iin) R belirlenir (ekil 1.15) . 51 ekil 1.15. 350C stmada % 2.8 ve % 5.1 uzatlm Alda en byk tane boyutu-zaman ilikisi Eim, Gyi verir. Dorunun X eksenini kestii yer ti verir. Bu almadaG sabittir. 52 REKRSTALZASYON KNET (devam) G ve Nnin Deneysel Belirlenmesi (devam): 5) Su verilmi numunelerin metalografik incelemesinden yzeydeki yeni rekristalize olmu tane says bulunur (Ns) (ekil1.16 a). Bu erinin eimi yzey ekirdeklenme hzn verir (Ns) (ekil 1.16b). Bu almannhem Johnson-Mehl denklemine, (ekirdekleme hz sabit deildir) hem de Avrami denklemine uymad (ekirdekleme hz zaman ile artar) grlmektedir. . . 53 ekil 1.16. % 5 uzama sonras Alin 350Cde tavlanmas 54 REKRSTALZASYON KNET (devam) G ve Nnin Deneysel Belirlenmesi (devam): Metalografik incelemede iki boyutlu grnt elde eder ve yzey younluunu belirleriz (Ns). Buradan boyutlu grntye karar vermemiz, hacmsal younluu belirlememiz (Nv) gerekir. Bu amala iki kabul yapalm : 1) Btn taneler kreseldir 2) Btn taneler ayn boyuttadr Metalografik incelemeden tanelerin en byk aplarn belirleriz (rmax). ekil 1.17de verilen gsterim ile Nsden Nv bulunur. Genelde doru deil ! 55 ekil 1.17. Tane younluu analizi iin bir hacim gsterimiN hacm | 1.1. 2rmax| = N yzey | 1.1 |56 REKRSTALZASYON KNET (devam) Byme hzna etki eden faktrler : Souk deforme olmu matriks ile rekristalize olmu tane arasndaki snr iin byme hz : Farkl deikenlerin byme hzna etkisi bu eitlik kullanlarak anlalabilir. Byme hz artan depolanm enerji ile artar. A= . B Gs BEkTDG . =57 REKRSTALZASYON KNET (devam) Byme hzna etki eden faktrler (devam) : 1) n gerinme Gerinmenin artmas depolanm enerjiyi artraca iin byme hzn da artrr (rnek : Al , ekil 1.15, 1.18 a). ekil 1.15ekil 1.18 (a) 58 REKRSTALZASYON KNET (devam) Byme hzna etki eden faktrler (devam) : ekil 1.18(a) dan % 15lik uzamann zerinde Gnin pek fazla bymedii grlr, nk % 15lik uzamann zerinde Es de ok az artar. ekil 1.18(a)da ayrca kuluka zaman ekil deiiminin bir fonksiyonu olarak verilmitir. Kuluka sresi artan uzama ile keskin olarak der ve yaklak %15 lik ekil deiiminde ise sfr olur. Bu durum yksek uzamalarda ekirdeklenmenin daha kolay olduunu gsterir. 59 REKRSTALZASYON KNET (devam) Byme hzna etki eden faktrler (devam) : 2) Balang tane boyutu Tane boyutunun klmesi depolanm enerjiyi artraca iin byme hzn da artrr (rnek : Al , ekil 1.18b). ekil 1.18 (b) 60 REKRSTALZASYON KNET (devam) Byme hzna etki eden faktrler (devam) : 3) Saflk Empriteler tane snr hareketini engeller, mobilite der, sonu olarak byme hz azalr. Pbye yalnzca 60 ppm Sn ilavesinin arayzey byme hznn 5000 mertebesinde bir faktr kadar azaltt bilinmektedir. 4) Tavlama Scakl Byme hznn scaklk ilikisinin bir Arrhenius bantsna uyduu bulunmutur: Buna gre scakln artmas byme hzn artrr. 61 REKRSTALZASYON KNET (devam) ekirdeklenme hzna etki eden faktrler : 1) n gerinmeRekristalizasyonun ekirdeklenme oran , deformasyon ile artar. Bir almadan sonular ekil 1.19da gsterilmitir. Bu ekilde ayrca kritik bir ekil deitirme miktarnn rekristalizasyon iin gerekli olduunu gstermektedir. Bu sonular genel olarak metal sistemleri iin dorudur. 2) Balang tane boyutu Tane boyutunun ekirdeklenme hzna etkisi ok belirgindir. Anderson ve Mehlin almalarndan alnan veriler ekil 1.20de gsterilmitir. Kk tane boyutlarnda ok daha yksek ekirdekleme hzlarnn varl ve ekirdeklemenin daha abuk balad grlr. Kk taneler ok daha kompleks gerilme dalm dolaysyla yresel yksek deformasyon retir, bu da ekirdeklenme hzn artrr.62 ekil 1.19. n uzamann fonksiyonu olarak 350Cde Al rekristalizasyonunda G ve nin deiimi 63 ekil 1.20. Ayn miktarda (% 5) gerinen iki Al numunesinde deiik orijinal tane boyutunun rekristalizasyona etkisi 64 REKRSTALZASYON KNET (devam) ekirdeklenme hzna etki eden faktrler (devam) : 3) Saflk Safln ekirdeklenme hz zerine etkisi tam aratrlmamtr. Ancak emprite artyla depolanm enerjinin artar ve bylece ekirdekleme hznn artmas beklenir. 4) Tavlama Scakl ekirdekleme hznn scaklk bamllyine Arrhenius bants tipindedir ve scakln artmas ekirdeklenme hzn artrr. 65 REKRSTALZASYON SICAKLII (TRe) Rekristalizasyon scakl, belirli spesifik bir zaman iinde, sklkla bir saat iinde rekristalizasyonun olutuu scaklk olarak tanmlanr. JOHNSON-MEHL denkleminden hacmsal dnmn % 95ni ni gerekletirmek iin gerekli sre, t0.95 aada verilmitir: t0.95 = (2,85 / N G3)1/4 ekirdeklenme ve byme hzlar ile rekristalizasyon scakl arasnda ters bir iliki vardr (ekil 1.21).

. 66 ekil 1.21. Bir saatlik rekristalizasyon scaklnn tanmlanmas N ve G artrldnda TRe der . 67 REKRSTALZE TANE BOYUTU (dRe) Gene JOHNSON-MEHL ilikisinden rekristalize olan tanenin boyutu yle ifade edilir : dRe= sabit (G /N)1/4 Bu denklem, kk bir rekristalize tane boyutunun yksek bir ekirdeklenme hz ve dk bir byme hz ile salandn gsterir; yani taneler yksek bir younlukta ekirdeklenir ve yava bir hzla byr. . 68 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER

FaktrNG n gerinme Balang tane boyutu SaflkTavlama scakl . ArtmaAzalma 69 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 1) ngerinme Yksek gerinmelerde TRe der, nk yksek gerinme N ve Gyi artrr. Bu durum, ekil 1.22ada Al ve Fe iin bir saatlik rekristalizasyon scaklnda gsterilmitir. ekil 1.22 (a) . 70 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 1) ngerinme (devam) Yksek gerinmeler rekristalize olmu tane boyutunu drr, nk ekil 1.19 da gsterildii gibiN/G gerinme ile artar. Bu durum ekil 1.22bde ise o-pirinci iin gsterilmitir. . ekil 1.22(b) 71 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 2) Balang tane boyutu Artan depolanm enerjiye bal olarak hem N ve hem de G artt iin ince taneler ile TReder. dRe ince tane ile drlr (ekil 1.22b). Kk tane yresel daha yksek deformasyona neden olur, bu da NiGye gre daha hzl arttrr (ekil 1.19). . . 72 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 3) Saflk TRe, emprite katks ile ykselir. Bu etki Tablo 1.2de gsterilmitir. Bu tablo ayrca rekristalizasyon scaklnn ergime scaklnn yars derecesinde olduunu gstermektedir (TRe ~ 1/2 Tm ). Katk elementleri ile depolanan enerji artar. N / G oran depolanan enerji ile artt iin, empritelerin daha kk rekristalize olmu tane boyutu salamas beklenir.

. 73 Tablo 1.2. Bir saatlik rekristalizasyon scakl iinyaklak deerler MalzemeRekristalizasyon Scakl Bakr% 99.999 120 OFHC (oxygen free high conductivity)210 % 5 Zn 320 AluminyumZone inceltilmi10 % 99.999 85 % 99.0+ 240 Alamlar 320 Nikel% 99.99 370 % 99.4630 TungstenYksek saflkta1200 - 1300 Mikroboluklar ieren1600 -2300 Kalay-4 74 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 4) Tavlama Scakl Tavlama scaklnn rekristalizasyon scakl TRee etkisinden bahsetmek pek anlaml olmasa da daha yksek tavlama scaklklarnn daha hzl rekristalizasyon rettii (daha dk TRe) sylenebilir, nk N ve G scaklk ile artar. Tavlama scaklnn rekristalize olan tane boyutu dRe

zerine etkisi net olarak ortaya konmamtr. N ve G Arrhenius denklemine uyar ve her ikisi de yaklak ayn Qya sahiptir. Bylelikle N /G oran scaklkla yaklak sabit kalacaktr. . . . 75 REKRSTALZASYON SICAKLIINI (TRe) VE TANE BOYUTUNU (dRe) ETKLEYEN FAKTRLER 5) n Gerinme (Deformasyon) Scakl Yksek scaklkta deformasyon daha fazla toparlanma oluturur, bylece N ve G iin daha az depolanm enerji kalr. Artan deformasyon scakl ile TRe artar nk N ve G der. Artan deformasyon scakl gerinmeyi azaltr, N /G oran der vedRe artar.. . . 76 REKRSTALZASYON LE TANE BOYUTU KONTROL Rekristalizasyon metallerde tek kristal retmede kullanlabilir. Bu durumda birka santimetreye edeer bir maksimum dRe eldesi mmkndr. Max. dRe eldesi iin N/G minimize edilmeye allr; ekil 1.19dan ekirdekleme iin gerekli kritik gerinme miktarnda gerinme yaplr ( ~ 2-5 % ). Sonu olarak rekristalizasyon ile tane boyutu kontrolnn yapldn syleyebiliriz.. 77 LGL KONULAR : 1) SICAK EKLLENDRME Metal bir ubuun eilip bklmesi sonucu malzeme deiik mekanizmalarla dislokasyonlar retilip souk sertleir. Ayn ii yumuak lehim malzemeleri ile yaparsak souk sertlemediini grrz. Bunun nedeni lehimin rekristalizasyon scaklnn yeterli derecede dk olmasdr. Yani malzemenin rekristalizasyon scakl, eme ve bkme srasnda rekristalizasyonun gerekleebilecei kadar dktr. Yeni gerinmesiz taneler dk bir dislokasyon younluuna sahiptir, bylece pekleme gereklemez. Scak ekillendirme srasnda ayn anda rekristalizasyon ve deformasyon oluumlar ekil 1.23te gsterilmitir.78 ekil 1.23. Scak haddelemede rekristalizasyon 79 LGL KONULAR : 2) TEKSTR Bir metal ar souk ekillendirildiinde tm taneler dnerek deformasyon ynnde ncelikli bir kristalografik ynlenme retirler. Tanelerin bu ncelikli ynlenmelerine deformasyon teksturu denir. Deformasyon teksturu ieren bir metal rekristalizasyon retmek iin tavlandnda yeni tanelerin gelii gzel ynl olarak dalmas beklenir. Ancak sklkla byle olmaz, tavlama teksturu veya rekristalizasyon teksturu olarak adlandrlan konum oluur. Bu oluumun iki nedeni vardr: ekirdek ncelikli oryentasyonla oluur. Yalnz ncelikli oryantasyonu olan taneler byr; dier tanelerin mobilitesi ok dktr ve bymeleri dier taneler tarafndan bastrlr.Deney bulgular, tavlama teksturunun ncelikli byyen tanelerin primer tekstur taneleri ile koinsidans snrlar (yksek mobilite) oluturmasndan geldiini gsterir.80 LGL KONULAR :3) KNCL REKRSTALZASYON u ana kadarbahsedilen ve ekil 1.1de gsterilen olay birincil rekristalizasyon olarak adlandrlr. Baz durumlarda ekil 1.1 de gsterilen tane byme aamasnda birka byk tane, daha kk rekristalize tane yapsn tketerek tercihli olarak byr ve ok byk boyutlara ular. Buna ikincil rekristalizasyon denir. Bu oluum birincil rekristalizasyona ok benzerdir ve ekil 1.24 de gsterilmitir.81 ekil 1.24. kincil rekristalizasyonun ematik gsterimi 82 LGL KONULAR :3) KNCL REKRSTALZASYON (devam) kincil rekristalizasyonun relatif olarak kk stabil tane boyutlu metallerde olutuu bulunmutur. Bu durumun elde edilmesinde ana yol vardr: a) Metal bir deformasyon teksturu eldesi iin yeterli miktarda deforme edilir ve bundan sonraki birincil rekristalizasyon ile bir rekristalizasyon teksturu oluur. Rekristalize olmu taneler benzer bir oryentasyona sahip olduu iin yksek al tane snrlar yoktur. Bu nedenle tane snr mobilitesi dktr ve tane yaps relatif olarak kararldr. b) kincil faz ieren metallerde tane boyutu snrlanr (Malzeme I). c) nce bir metal sacda (ekil 1.25) tane snr yzey arakesitinin olduu yerlerde yzeyde girinti oluur ve bu girintiler snr hareketini yavalatr.83 ekil 1.25. Sac numunede dey tane snrnn sa tarafa hareketi84 LGL KONULAR : RNEK W filaman (lamba teli) bu blmde anlatlanlar iin iyi bir rnektir. Arayzeyler blmnde anlatld gibi ThO2 katks ile W tane bymesi nemli lde azaltr. Daha kk tane boyutu tane snrlarnn filament ap boyunca genilemesini nler; bu suretle Malzeme Bilimi I ders notu, arayzeyler konusundaki ekil 7.43 te gsterildii gibi tane snrnn da kaymasna bal olarak filament hasarlar azalr. Bu nedenle torya/toryumoksit (ThO2) disperse edilmi tungsten filamentin srnme direnci saf Wa gre ok daha iyidir (ekil 1.26).85 AC ile stlan saf W filamannda tane bymesi (MALZEME I, ekil 7.43) 86 ekil 1.26. ap 225 m olan W telin 2500Cde srnme deformasyonu 87 LGL KONULAR : RNEK (devam) Ancak bundan da iyi filamanlar K, Al, Si emprite katks ile retilmitir. Bu katklarn ilavesi sonucu rekristalize olan tane yaps ekil 1.27de grld gibi tel boyunca uzam byk taneler iermektedir. Taneler, Malzeme Bilimi I ders notu, arayzeyler konusundaki ekil 7.43 te gsterildii gibi da doru kayamaz, nk tel ekseni boyunca birbirine balanmlardr. Srnme ncelikle tane snr srnmesi olarak olutuu iin bu tarz byk taneli filamanlarn srnme direnci ok daha iyidir (ekil 1.26). 88 ekil 1.27. Dope edilmi W telinde uzam tane snr yaps 89 LGL KONULAR : RNEK (devam) Uzam birbirine bal tane yaps reten katklarn bu etkisinin yle olmas gerekir: Oksit halinde ilave edilen katklar sinterlemede %90n zerinde buharlar,ingot iinde buhar kp sralar retir. Bu buhar kpkleri W ingot haddelenirken uzar. 1600oC zerinde uzam olab buhar kpkleri paralanr ve tel ekseni boyunca dizilir. Bu buhar kpkleri (katk kabarcklar) ikincil faz tanesi etkisi yapar ve tane snr hareketini eksene dik olarak engeller, tel eksenine paralel tane bymesine izin verir. kincil rekristalizasyon sonucu kaba, uzam, birbirine bal taneler oluur.