FAZLAR ve DEMİR-SEMENTİT DİYAGRAMI
TTT DİYAGRAMLARIÇELİK ISIL İŞLEMLERİ
KASIM 2011
Faz kavramı
• Kristal yapılı malzemelerin iç yapılarında homojen ve belirli özellikler gösteren bölgelere faz (phase) adı verilir.
• Fazlar; bu atom düzenlerinden ve toplam iç
yapıda bu fazların oluşturdukları tanelerden
meydana gelir.
Katı çözelti• Sıvı çözeltide olduğu gibi, katı durumda da bir elementin
atomları diğer bir elementin kafes yapısı içerisinde uygun bir yer bulup yerleşmesi ile katı çözelti meydana gelir.
• Uygun yerler arayer veya yeralan (ikame) olabilir.
• Hume-rothery kuralı gerçekleşmişse tam ve sınırsız bir çözünme (karışma) sağlanabilir.
• Çözeltinin tanımı: İki farklı atomun veya molekülün atomsal veya moleküler düzeyde karışımına ÇÖZELTİ adı verilir. Bu karışım sıvı haldeyse sıvı çözelti,
• katı haldeyse katı çözelti adını alır.
• Bir elemente diğer bir element karıştırılacak olursa, daima
toplam iç enerji mimimum olacak şekilde yeni atom
düzenleri meydana gelir.
(a) Suyun 3 hali; gaz, sıvı, ve katı. Herbiri bir fazdır.
(b) Su ve alkol; tam çözünme.
(c) Tuz ve su; sınırlı çözünme.
(d) Su ve yağ; Hiç çözünmeme.
(c)Cu ve Zn alaşımları sınırlı
çözünmeden dolayı % 30 dan
fazla Zn çözemez, ikinci faz
bölgeleri oluşturur.2.Faz
Katı
Çözelti
(a)Sıvı Cu ve Ni, tam çözünür.
(b)Katı Cu ve Ni kristal yapıda rastgele yerlere yerleşmek suretiyle
tam katı çözelti oluşturur.
Faz kavramı sadece fiziksel durum (maddenin sıvı, katı veya gaz hali) ile ilişkili değildir.Örneğin metal alaşımlarında aynı anda birden fazla katı faz yanyana bulunur.Bileşenin tanımı: Bir alaşımı oluşturan kimyasal elementlere o alaşımın bileşenleri adı verilir.Bir faz içindeki elementleri derişikliği genellikle ağırlık yüzdesi olarak verilir.Saf metaller tek fazlıdır, iç yapıları çok taneli olsa bile, taneler farklı olmadığından ayrı faz sayılmaz.Çeliklerde karakteristik bir yapı olan perlitise ferrit ve sementit adı verilen iki ayrı fazın lamelli (levhalı) bir şekilde dizilmesiyle oluşur.
Saf molibdenin çok kristalli(taneli)yapısı.Tek fazlı yapı.Her tane yönlenme farkı dışında birbiriyleözdeştir.
Demir-Karbon alaşımının(Çelik) yapısı.İki fazlı yapı.Fazlar:Ferrit(Beyaz alanlar) ve sementit (Parmak izi görünümlü, gerçektelevha şeklinde)
Saf molibden taneleriFerrit Sementit
Faz diyagramları
• Kimyasal bileşim ve sıcaklığa bağlı olarak
belirli şartlarda hangi fazların stabil olduğu faz
diyagramları ile belirlenir.
Tek bileşenli sistemlerde faz diyagramı doğal olarak sıcaklık ve basınç değişkenlerinin yer aldığı faz diyagramında çizilir. Örneğin saf suda faz diyagramı aşağıdaki gibidir.Bu diyagramda, sıcaklık ve basınca bağlı olarak faz değişimleri görülmektedir.
Sıcaklık
Basınç(Log skala)
Buhar
Su
Buz
Gaz
Sıvı
Katı
Benzer şekilde saf demire ait faz diyagramı da aşağıda verilmiştir.Burada α , γ ve δ fazları katıdır ve bunların kristal kafes yapıları sırasıyla HMK, YMK ve HMK dir.
Gaz Sıvı
Sıcaklık
Sıvı
Basınç(Log skala)
Katı
Allotropi(Polimorfizm)Bileşimi aynı kalan bir malzemenin kafes yapısının sıcaklıkla değişmesine “Allotropi” adı verilir.Aşağıda saf demirin allotropik halleri verilmiştir:
Faz(Denge) diyagramlarıFazların oluşumunda ve faz dönüşümünde ana etken maddenin enerji içeriğidir.Bu içeriği değiştiren üç ana etken şunlardır:- Alaşımın Sıcaklığı, T-Alaşımın bileşimi, c-Basınç, p Faz(Denge) diyagramları yardımıyla belirli bir malzemede sıcaklık ve bileşime bağlı olarak denge halinde oluşacak fazların türleri, bileşimleri ve miktarları ve hatta iç yapıları da belirlenebilir.
Faz diyagramının soğuma eğrilerinden elde edilişi (Cu-Ni sistemi)
Katı çözeltiler,malzeme biliminde α, β, γ gibi Yunan harfleriyle adlandırılır.
Gibbs Faz kuralı• Bir sistemde bileşen ve faz sayısının belirli olması
durumunda serbest değişken olup olmadığını belirlemede kullanılan bir kuraldır.
F + S = B + 2Basıncın değişken bir parametre olması durumu
Basıncın sabit olması durumu (en çok kullanılan bağıntı)
F + S = B + 1
Serbest değişken
sayısı
Faz sayısı
Bileşen sayısı
Uygulamada genelde atmosfer basıncında çalışıldığından , ve bu nedenle basınç sabit olduğundan durum büyüklüklerinden biri sabit olur (Basınç). Bu durumda Gibbs kuralı
• Serbestlik derecesi tanımı:
• Fazların sayısı aynı kalmak koşuluyla,birbirinden bağımsız olarak değiştirilebilecek durum büyüklüklerinin (Sıcaklık ,basınç ve bileşim) sayısıdır.
• Gibbs’in faz kuralı
• Dengede olan çok fazlı bir madde için faz kuralı aşağıdaki gibi verilir:
• F+S =B+2
• B=Bileşen sayısı
• S= Serbestlik derecesi
• F= Faz sayısı
Faz diyagramları yardımıyla bir maddeye ait faz durumları, sıcaklık T, basınç p ve bileşim B ye bağlı olarak belirlenebilir. Malzeme biliminde en çok kullanılan faz diyagramları sabit basınç için alaşımlara ait iki bileşenli faz diyagramlarıdır( B= 2 ; p=1 atm=St.)İki bileşenli faz diyagramlarında yatay eksende bileşim(derişiklik) ,düşey eksende ise sıcaklık bulunmaktadır.Bu diyagramlar verilen her sıcaklık ve bileşim için malzemede denge halinde bulunan fazların ne olduğunu gösterir.
Sıcaklık
Basınç(Log skala)
Buhar
Su
Buz
Gaz
Sıvı
Katı
F + S = B + 2 (GİBBS Faz Kuralı-Kanunu)
F:Faz Sayısı
S: Serbestlik Derecesi
B:Bileşen sayısı
2: Sıcaklık ve Basınç Değişken
SUyun Faz Diyagramı
Erime noktasında Gibbs kuralı
Sıvının soğuması
nın soğuması
Katılaşma aralığı
TA
T
t
• Diagramda saf element için erime noktasındaki (TA) durum:
• F = 2 (sıvı ve olarak 2 faz)
• B = 1 (Tek bileşen A)
S =1-2+1=0
• Basınç sabit, kimyasal
bileşimde değişmediği için
tek değişken olan sıcaklıktır.
Ancak bu da erime/katılaşma
boyunca sıcaklık sabittir-
serbest değişken bulunmaz
Çözünme durumuna göre
• Tam çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde sınırsız çözünebilmesi.
• Hiç çözünmeme: Bir elementin diğeri içinde hiç çözünememesi.
• Sınırlı çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde kısıtlı çözünebilmesi.
a) b) c)
İki bileşenli diyagramlara ait örneklera)Katı durumda tam çözünürlük
Sıvı(Çözelti)
Likidüs
Solidüs Katı çözelti
Bileşim( Ağırlık %)
A’ nın erimenoktası
B’nin erime noktası
Sıca
klık
Sıvı
(katı)
S +
Likidüs çizgisi
Solidüs
çizgisi
T, S
ıcak
lık
Kimyasal bileşim: Kompozisyon
TB
TA
S +
Sıvı
(katı)
T
T2
X1 XXs
X1 kompozisyonuna sahip alaşım:
T1 de: S
T2 de: S+
T3 de:
fazlarına sahiptir.
T1
T3
-A ve B sürekli olarak, yani her oranda tek fazlı bir yapı(SS: Solid Solution: katı çözelti) oluşturmaktadır.-Bir başka deyişle, her iki malzemeye ait atomlar( A ve B) ortak bir kafes içinde, birbiri içinde her oranda çözünmektedir.Buna tam çözünürlük adı verilir. Bunların dışında yüksek sıcaklıklarda sıvı çözeltinin tek başına bulunduğu bir bölge ve sıvı+ katı çözeltinin birlikte bulunduğu iki fazlı bir bölge de mevcuttur.
-Tam çözünürlük alaşımlarda yaygın olarak görülmez. Buna örnek olarak Bakır-Nikel alaşımı verilebilir.-Tam çözünürlük için ,bilindiği gibi Hume-Rothery kurallarının geçerli olması gerekir.Bu tür faz diyagramları soğuma eğrileri yoluyla elde edilirler.Buna ait bir örnek Cu-Ni sistemi için verilmiştir.DİKKAT:-Saf nikel veya saf bakır halinde B=1 olup,faz kuralı
F+S=B+1= 1+1 =2 şeklini alır.Faz sayısı iki iken(Yani katılaşma sırasında hem sıvı hem de katı faz birlikte bulunur.) serbestlik derecesi S = 0 çıkar.Bir başka deyişle iki faz tek bir sıcaklıkta (katılaşma sıcaklığı) denge halinde bir arada bulunabilir. Faz sayısı aynı kalmak kaydıyla değiştirilebilecek bir durum büyüklüğü yoktur.
-Bu nedenle saf metallerin soğuma sırasındaki katılaşma sahanlığı yatay bir doğrudur.
-Buna karşılık alaşımlarda,(B=2) faz kuralıF+S= B+1 2+1 = 3 olur.
İki fazlı bölgede (katı çözelti +sıvı çözelti) F=2 olup ,serbestlik derecesi S= 1 çıkar.Yani alaşımın bileşimi ya da alaşımın sıcaklığı durum büyüklüklerinden birini serbestçe değiştirdiğimiz halde iki faz denge halinde sistemde mevcut olabilir.Bu durumda verilmiş bir bileşimdeki, alaşımda belirli aralıkta sıcaklık değişse bile iki fazı denge halinde muhafaza etmek mümkündür.-Soğuma eğrilerindeki katılaşma sahanlığı bu nedenle eğiktir.
Arafazlar ve Metallerarası bileşikler• Faz diyagramlarının birden fazla reaksiyon içermeleri
durumunda görülür.
• Arafazın tekbir kimyasal bileşik olması durumunda metaller arası fazlar söz konusudur. Metaller arası fazlar çok sert ve gevrek malzemelerdir.
Arafazlar
Metallerarası
bileşikler
Verilmiş bir bileşimdeki alaşımn İki fazlı bölgesindeki her bir fazın verilen sıcaklıktaki bileşimlerinin hesabı
DİKKAT:Tek fazlı bölgede fazın bileşimi alaşımın bileşimine eşittir.Ancak gözönüne alınan bölgede faz sayısı birden fazla ise,her bir fazın bileşimi hem birbirlerinden hem de alaşımın bileşiminden farklıdır.
Alaşımın bileşimi
Alaşımınsıcaklığı
Halnoktası
L nin T1 dekibileşimi
SS nin T1 dekibileşimi
İki fazlı bölge(Beyaz bölge)
Bağ çizgisi
Sıc
ak
lık
S, Sıvı
, Katı
S+
%B
Sıvı
Sıvı
TA
TB
Tamamen sıvı faz
Tamamen katı faz.
: %x oranında B elementi
içerir.X
% 90 Sıvı + % 10
% 60 Sıvı + % 40
% 10 Sıvı + % 90
Tam ÇözünmeBelirli bir bileşimdeki alaşımın(sistem) sıvı halden itibaren soğuması
sırasındaki içyapıları
Peritektik
Peritektoid
Ötektik
Ötektoid
Monotektik
REAKSİYONLAR
Ötektik Yapı• Ötektik reaksiyon; sıvı fazın ani olarak iki ayrı
katı faza dönüşmesi reaksiyonudur.
Ötektik noktadan
uzaklaştıkça, ötektik
reaksiyon, dönüşüm
öncesi varolan sıvı
faz kadar gerçekleşir.
Sıvı (Katı) + (Katı)Soğuma
Ötektik reaksiyon:
Ötektik nokta
Ötektik
Sıcaklık
Sö = B – F + 1 = 2 – 3 + 1 = 0
• Katılaşma sırasında çekirdeklenme bir çok noktadan başlar,
• Bu çekirdekler tabaka şeklinde büürler
• Birbirlerine temas etmeleri ile ince ve tabakalı yapı meydana gelir,
• Çekirdeklenme ne kadar çok noktadan meydana gelmişse yapı o kadar ince tabakalı (veya küçük taneli) olacaktır.
“A” kristal taneleri
(Açık renk)
“B” kristal taneleri
(Koyu renk)
• Ötektik reaksiyon ile oluşan katı faz.
– Lamelli (tabakalar şeklinde paketlenmiş)
– Nodüler (matris faz içerisinde küresel diğer fazın
bulunması)
• Lamelli yapıda iki katı faz birbiri üzerine paketlenmiş tabakalar
şeklindedir. Her bir tabaka bir tanedir.
21
Nodular
Yapı
Lamelli
Yapı
Hiç Çözünmeme
TA
TB
Ötektik
Sıcaklık
%B
S
A+B
A+SS+B
•
•
••
•
•
•
•
•
•
••
•
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
X2
Ötektik Bileşim
X1 X3
1.Alaşım
(Ötektik Altı)
2.Alaşım 3.Alaşım
Ötektik Üstü
2
1
3
4
5
2
1
3
4
5
2
1
3
Sıvı Sıvı Sıvı
A
A
Proötektik A
Sıvı
Sıvı
Ötektik A
Ötektik B
Ötektik Yapı
Ötektik A
Ötektik B
Proötektik B Ötektik A
Ötektik B
B
Sıvı
A Kristalleri
(Açık renk)
B Kristalleri
(Koyu renk)
b)Tam Çözünmezlik durumunda ötektik reaksiyonA ve B atomlarına ait kafeslerin birbirlerini kafeslerine almadığı durum görülmektedir (Tam çözünmezlik).
Ötektiksıcaklık
ÖtektikBileşim
Bileşim
Sıca
klık
Ötektik reaksiyon
Sıvı(L) A + B
Ötektik bileşimdeki sıvı, ötektiksıcaklıkta iki katı faza dönüşür.
Her iki katı fazınbirarada oluşması nedeniyle ötektikİçyapılar sıkı istiflenmişİçyapılardır.Ya lamel şeklinde ya da kürecikşeklinde oluşurlar.Mekanik özellikleriİyidir.
Ötektik nokta
Ötektik noktada:F+S = B+1F=3 B=2S=0 çıkar.
Ötektik:Düşük sıcaklıkta eriyen anlamına gelir.
Sıvı :Ötektik bileşimde Löt
Sıcaklık
Bileşim
Löt
L2 matrisi içindeB kristalleri
Ötektik yapı:İnce A ve B lamellerininoluşturduğu içyapı
L1 matrisiİçinde Akristalleri
L +BL+A
A+B
L
A
B
Malzeme bileşimi ötektik bileşimden farklı ise,katılaşma(kristalleşme) sabit sıcaklıkta değil, belirli bir sıcaklık aralığında olur.Ötektik sıcaklığa inildiğinde yapıda bir miktar sıvı mevcuttur.Artan bu sıvı ötektik bileşime sahip olduğundan, ötektik sıcaklıkta iki ayrı katı faza ayrışarak ötektik yapıda katılaşır.
Sınırlı Çözünme
• Alaşım sistemlerinin çoğunda görülür.
• B elementi A nın içerisinde sınırlı olarak çözünebilir. Oda
sıcaklığında X1 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X2 kadar
çözünebilir.
• Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar.
c) Sınırlı çözünürlük durumunda ötektik reaksiyon
• Çözeltiye giremeyen yabancı
atomlar kendilerinin
çoğunlukta olduğu yeni atom
düzeni (faz) oluştururlar.
• A nın çoğunlukta olduğu katı
çözelti fazını oluşturur,
• B nin çoğunlukta olduğu katı
çözelti fazını oluşturur.
• Fiziksel ve kimyasal
özellikleri farklı olan iki katı
faz ve aynı yapıda birarada bulunabilir.
fazı:
2.Faz ve
Katı çözelti
fazı: Katı
Çözelti
•
•
•
•
X1
1
3
4
2•
•
•
•
X2
1
3
4
2
•5
•
•
•
X3
1
3
2
•4
•
•
Xö
1
2
•3
TA
TB
%B
S
+S S+
+
I II III IV
Tö
2
1
3
2
1
3
4
2
1
3
4
5
2
1
3
4
Faz diyagramları: Sınırlı Çözünme
Ötektik
Ötektik
öncesi
Ötektik
Ötektik
öncesi
( dan
ayrışan)
I II III IV
Ötektik
Bileşim
XöÖtektik altı bileşim
(hypo)
Ötektik üstü bileşim
(hyper)
• Aynı şekilde A elementi B içerisinde sınırlı miktarda çözünebilir.
• Oda sıcaklığında X3 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X4
kadar çözünebilir.
• (Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar).
DİKKAT: alaşım düşeyi ötektik yatayını kesmiyorsa, ötektik reaksiyonmeydana gelmez, kesiyorsa gelir.
Ötektik reaksiyonoluşmaz
Ötektik Reaksiyonoluşur
Löt
Sıvı Löt
L2 matrisi içindeβ1 kristalleri
α2 ve β2 kristal-lerinin oluştur-duğu ince lamelli Ötektik yapı
L1 matrisiİçinde α3
kristalleri
Çok taneli α1
katı çözeltisi
Sıcaklık
Bileşim
L +α L +β
α+β
Birincil αkristalleri
Birincil βkristalleri
Teknik bakımdan önemli ötektik diyagramlar
Kalay ağırlık yüzdesi
Kalay atomsal yüzdesi
Kurşun-Kalay ötektik faz diyagramı
Yumuşak lehim alaşımı
183o C da eriyen % 61,9 Sn-%38,1 Pb alaşımıdır.
Aluminyum -silisyum ötektik faz diyagramı
Basınçlı Al-Sialaşımı dökümüErime sıcaklığı:
577oC
Ötektik faz diyagramında mukavemet değişimi
Ötektoid Reaksiyon• Soğuma sırasında bir katı fazdan iki ayrı katı fazın oluşması
reaksiyonudur.
(Katı)
(Katı) + (Katı)
Soğuma
Ötektoid reaksiyon:
S
+S
S+
+
+
TA
TB
%B
Tötektoid
Tötektik
XötektikXötektoid
1
2
•
•
c)Ötektoid reaksiyona ait faz diyagramıÖtektoid reaksiyon: γ α+βBir katı çözeltiden iki ayrı katı çözeltinin sabit sıcaklıkta oluşması
Diyagramın ötektoidreaksiyon bölgesi
Ötektoid reaksiyonla faz dönüşümleri
Alaşım düşeyi
Sıcaklık
Bileşim
Çok taneli katıÇözelti, γötek
α1 ve β2 kristallerininoluşturduğu ince tabakalıötektoid içyapı
β1 matrisi içinde ince taneli γ2 küreciklerinden oluşan ötektik içyapı
Sıvı(L)S β + γ
γ α + β
• Kısmi çözünürlük gösteren alaşım sistemlerinde elementlerin ergime sıcaklıklarının çok farklı olması durumunda meydana gelen faz reaksiyonlarıdır.
Peritektik ve Peritektoid Reaksiyon
Sıvı + (Katı) (Katı)Soğuma
Peritektik reaksiyon:
(Katı) + (Katı) (Katı)Soğuma
Peritektoid reaksiyon:
Sıvı + (Katı) (Katı)Soğuma
Peritektik reaksiyon:
(Katı) + (Katı) (Katı)Soğuma
Peritektoid reaksiyon:
d)Peritektik reaksiyona ait faz diyagramıBiri sıvı diğeri katı olan iki faz sabit sıcaklıkta reaksiyona girerek yeni bir katı faz oluştururlar.
Xp
Fe-C faz diyagramında peritektik sistem
Sıvı çözelti
γ
S +γ
δ
S+δ
δ + S γ
δ+γ
e)Peritektoid sistem(Katı-katı reaksiyonu)İki ayrı katı çözelti sabit sıcaklıkta reaksiyona girerek yeni bir katı çözelti oluşturur.α + β δ
Peritektik
Peritektoid
Ötektik
Ötektoid
Monotektik
ÖNEMLİ BAZI İKİLİ FAZ DİYAGRAMLARI
Kurşun-Kalay ötektik faz diyagramında içyapılar
Bakır-Çinko faz diyagramı(Pirinçler)Cu : YMKZn : SDH
Ara fazlara(Tek fazlı bölgeler) örnek
(c)2
003 B
roo
ks/
Co
le, a
div
isio
n o
f T
ho
mso
n L
earn
ing,
Inc.
T
ho
mso
n L
earn
ing
™is
a
trad
emar
k u
sed h
erei
n u
nder
lic
ense
.
Aşağıda verilen faz diyagramında bulunan 3 adet farklı faz reaksiyonlarını tespit
ediniz.
Örnek
1150oC, 920oC, 750oC, 450oC ve 300oC
lerde yatay çizgiler vardır
1150oC: δ + L γ, peritektik
920oC: L1 γ + L2 a monotektik
750oC: L γ + β, a ötektik
450oC: γ α + β, a ötektoid
300oC: α + β μ or a peritektoid
Terazi (Kaldıraç) Kuralı
Faz diagramında, fazların oranlarını ve
bileşimlerini bulmak için terazi kuralı (lever
rule) kullanılır.
Faz diagramları:
• Hangi sıcaklık ve bileşimde hangi fazlar var?
• Bu fazların bileşimi nedir?
T
x
ba
x bileşiminin T sıcaklığında bileşim
oranları:
b-x
x-a
100%ab
ax
100%ab
xbS
%100%%S
S+
S
Fazların ağırlık oranlarının hesaplanmasıTerazi Kuralı (Kaldıraç kuralı)
Verilmiş bir malzeme bileşimi ve sıcaklık için faz diyagramlarından aşağıdaki bilgiler elde edilir:1)Hangi fazlar mevcuttur?2)Fazların bileşimi nedir?3)Fazların ağırlık yüzdeleri nedir?
Mesnet
Alaşım düşeyi
AlaşımınSıcaklığı
X Z
X-Z :Bağ çizgisi
1) Sözkonusu noktada iki faz mevcuttur : α + β
Y
2)Fazların bileşimi nedir?Bağ çizgisinin iki ucundan inilen düşeylerfazların bileşimlerini vermektedir :α nın bileşimi : %20 B ;%80 A β nın bileşimi : %70 B; %30 A3)Fazların ağırlık yüzdeleri nedir?
Kaldıraç kuralı ile kolaylıkla hesaplanır:Y noktasından desteklenmiş bir kaldıracın dengede olabilmesiiçin, x ve z noktalarına asılması gereken ağırlıkların hesaplanması gibi düşünülebilir:%α =100.b/(a + b)=100.(70-40)/(70-20)
= %60%β = 100.a/(a+b)= 100.(40-20)/(70-20)
= %40
TERAZİ (KALDIRAÇ) KURALI İLE İLGİLİ DAHA GENİŞ AÇIKLAMA ve
UYGULAMA ÖRNEKLERİ
Örnek
Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda serbestlik derecelerini bulunuz (a) 1300oC, (b) 1250oC, and (c) 1200oC.
Cu - Ni faz diyagramlarında
Basınç sabit olduğu için eşitlik:
(1 + B = S + F) olur.
(a) 1300oC,
F=1 (Sadece sıvı faz),
B=2 (Cu ve Ni)
Böylece;
1 + B = S + F
1 + 2 = S + 1 S = 2
(b) 1250oC,
İki faz mevcut; P = 2, (Sıvı ve katı)
Cu ve Ni den dolayı; C = 2:
1 + B = S + F
1 + 2 = S + 2 S = 1
(c) 1200oC,
F = 1, sadece katı faz;
B = 2, (Cu ve Ni).
1 + B = S + F
1 + 2 = S + 1 S = 2
Cu-40% Ni faz diyagramında aşağıdaki sıcaklıklarda kompozisyonları bulunuz; (a) 1300oC, (b)1270oC, (c)1250oC, (d)1200oC.
Örnek
40% Ni kompozisyonunda dikey çizgi çizilir;
-1300oC: Sadece sıvı faz mevcut.
-1270oC: 2 Faz mevcut: Sıvı ve katı.
Sıvı (S) faz 37% Ni,
Katı ( ) faz 50% Ni
konsantrasyonuna sahip.
-1250oC: İki faz mevcut.
Sıvıda (L) 32% Ni, katıda( ) 45% Ni mevcut
-1200oC: Sadece katı ( ) mevcut; 40% Nikonsantrasyonuna sahiptir.
100 gr ağırlığına sahip Cu-40% Ni alaşımı, 1250oC de
(a) hangi fazlara sahiptir
(b) bu fazlarda ağırlığı nedir ?
Sadece 2 faz mevcuttur: Sıvı faz (L) v katı faz ( ).
x ; nın oranı olacak olursa;
xL= 1 - x . Sıvının oranı
x = (40-32)/(45-32) = 8/13 = 0.62 = % 62
xL = 1-x = 1-0.62 = 0.38= % 38
fazının ağırlığı; 100 gr x 0.62 = 62 gr
Sıvının ağırlığı; 100 gr x 0.38 = 38 gr.
Örnek
23%
10037503740 %α
77%
10037504050 %L
:C o1270
100%L
:C o1300
Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda faz oranlarını
saptayınız (a) 1300oC, (b) 1270oC, (c) 1250oC, (d) 1200oC.
%100
:Co1200
%62
10032453240%
%38
10032454045L%
:Co1250
100 gr Pb-%10 Sn alaşımı için;
(a)100oC’de Sn nin Pb içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz,
(b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz,
(c) 0oC de ve faz miktarlarını bulunuz,
(d) α ve β fazları içerisinde Sn miktarını ağırlık olarak bulunuz,
(e) α ve β fazları içerisinde Pb miktarını ağırlık olarak bulunuz.
Örnek1
(a) 100oC (Sn) nin (Pb) içerisinde çözünürlüğü % 5.
(b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü ötektik sıcaklık
olan 183oC de gerçekleşir: Bu değer % 97.5.
5%
97.5% Sn
2.5% Pb
Tötektik:183oC
(c) 0oC de, α + β bölgesinde terazi kuralını uygularsak:
2% Sn
2 10 100
a b
91.8%
8.2100α %
8.2%
1002 - 100
2 - 10 x100ba
a β %
2% Sn
(d) M (Sn) = 2% Sn 91.8 g (α) = 0.02 91.8 g = 1.836 g.
M (Sn) = (10 – 1.836) g = 8.164 g.
(e) M (Pb) = 98% Sn 91.8 g (α) = 0.98 91.8 g = 89.964 g
M (Pb) = 90 - 89.964 = 0.036 g.
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
Örnek2Pb-Sn alaşımına ait faz diyagramı verilmektedir.
• Ötektik kompozisyonda faz miktarlarını hesap ediniz.
(b) Fazların ağırlık miktarlarını bulunuz.
(c) 200 gr ötektik alaşım için her fazda bulunan Pb ve Snmiktarlarını bulunuz.
(a) Ötektik alaşım Pb - % 61.9 Sn kompozisyonunda olacaktır.
Bu kompozisyon için ötektik sıcaklıkta terazi kuralını
uygularsak:
19 61.9 97.5
a b
97.5% Sn
2.5% Pb
%65.541000.195.970.199.61100x
ba
a %
)Sn %5.97Pb(:
%35.451000.195.979.615.97100x
ba
b %
)Sn %19Pb(:
19 61.9 97.5
a b
(b)
Ötektik sıcaklığın hemen altında:
M(α)= M(alaşım) % = 200 g 0.4535 = 90.7 g
M(β)= M(alaşım) – M( ) = 200.0 g - 90.7 g = 109.3 g
(c)
M (Sn)α= M( ) % Sn(α) = 90.7g x 0.19 = 17.233 g
M (Pb) = M( ) – M(Sn) = 90.7 g - 17.233g = 73.467 g
M (Pb)β = M( ) % Pb(β) = 109.3 g (1 – 0.975) = 2.73 g
M (Sn)β = M( ) – M(Pb) = 109.3 g - 2.73 g = 106.57 g
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
DEMİR/KARBON veya DEMİR/SEMENTİT
DİYAGRAMI
Fe/C ve Fe/Fe3C Faz diyagramı
Demir-Karbon faz diyagramı
Diyagramın ötektikreaksiyon bölgesi
Fe-Fe3C sistemi
Demir-Karbon alaşımlarımühendislikte yaygın olarak kullanılan çelik ve dökme demir malzemelrin esasını teşkil eder.%2 nin altında karbon içeren malzemeler çelik, üstünde ise dökme demir olarak adlandırılır.Çeliklerin içyapısındaki karbon, teknikte geçerli olan soğuma hızlarında ayrı bir faz olarak değil,demir karbür (sementit) içinde bulunur.Bu nedenle yukardaki diyagram Fe-Fe3C diyagramı olarak verilmiştir.
A1 sıcaklığı
A3
Çelikler Dökme demirler
Demir Sementit Faz diyagramı• Sementit; demir karbon faz diyagramında metallerarası bir
bileşiktir.
• Pratikte Fe-C diagramında sementite kadar olan bölge önemlidir.
• Sementit; % 6.67 C konsantrasyonuna sahiptir. Atom ağrılıkları dikkate alındığında; Fe:56, C:12.
6.67123x55
12
C3xFe
Ct)% C(sementi
• A1 sıcaklığı: Ötektoid reaksiyon sıcaklığı
• A2 sıcaklığı: Küri sıcaklığı (769oC). Bu sıcaklıkta manyetiklik kaybolur.
• A3 sıcaklığı: Ötektoid altı çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir)
• Acm sıcaklığı: Ötektoid üstü çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir)
Çelik için önemli sıcaklıklar
+Fe3C+
+Fe3C
A1
A3
Acm
%C: ağırlık olarak
Dökme demirÇelik
Tötektoid
Tötektik
Sementit : Fe3CFerrit : Perlit : + Fe3COstenit: Delta demir: Ledeburit.
(ostenit)+S S
+S
Led
ebu
rit
Perl
it
Demir Sementit Faz diyagramı
1148oC
1538
1495
1400
• Çelik (steel): %2 ye kadar C içeren demir alaşımınaverilen isimdir.
• Dökme Demir (cast iron) : %2 oranından daha fazla C içeren demir esaslı malzemelere verilen isimdir. Pratikte C oranı en fazla % 4.3 kadar olur.
Çelik ve Dökme demir
Çelik• Çelik; %2 ye kadar C içeren demir alaşımına verilen
isimdir.
• Otektoit çelik; % 0.8 C içeren çeliğe ötektoit çelik adı verilir.
• Bu kompozisyonun altındaki çeliklere ötektoit altı çelikler (C oranı < % 0.8 %), bu bileşimden daha fazla C içeren çeliklere ötektoid üstü çelikler (C oranı > % 0.8) adı verilir.
• C oranının %2 yi geçmesi durumunda malzeme artık çelik olarak değil, dökme demir (cast iron) olarak adlandırılır.
• C miktarı % 0.8 %100 perlitik yapı (ötektoit çelik).
• C miktarı sıfıra doğru azaldıkça, perlit azalır, ferrit ( -Fe) artar.
• C miktarı % 0.8 in üzerinde arttıkça, perlit miktarı azalır, sementit miktarı artar.
Çelik
• Perlit: Ötektoit reaksiyon sonrası -Fe ve Fe3C tarafından oluşturulan özel yapıya verilen isimdir.
• Ötektoit yapı hakkında daha ayrıntılı bilgi geçen derste verilmişti.
• C miktarı % 0.8 iken (ötektoit çelik) %100 perlitik yapı elde edilir.
• C miktarı sıfıra doğru azaldıkça, perlit azalır, ferrit ( -Fe) artar.
• C miktarı %0.8 in üzerinde arttıkça, perlit miktarı azalır, sementit miktarıartar.
(ferrit) taneleri
(Açık renk)
Sementit taneleri
(Koyu renk)
Ötektoid altı ve Ötektoid üstü Çeliklerde Ötektoid reaksiyon
+
+Fe3C
Pe
rlit
I II III
1
23
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
I II III
Perlit
OtektoitBileşim
Perlit
Sementit
Ötektoid altı çeliğin içyapısı
+
Perlit +Fe3C
Otektoit Bileşim
+ Perlit
γ +Fe3C
%1
00
Pe
rlit
Ötektoid çeliğin içyapısı
Ötektoid üstü çeliğin içyapısı
İçinde %1,1 C bulunan çeliğin içyapısı nasıl saptanacak ?
A3
Acm
A1
Sürekli sementitağı
Birinci(Primer) sementit
Perlit(Ferrit +2. sementit
lamelli yapı)
Ötektoid üstü çeliğin içyapısı
Dökme demir
• C içeriği %2 den daha fazla olan Demir-karbon alaşımıdır.
• Artan karbon oranı yapıyı kırılgan hale getirir.
• Sıvı fazdan katılaşması sırasında soğuma hızlarına bağlı olarak farklı iç yapılara sahip olabilir.
– Hızlı soğuma: Beyaz dökme demir.
– Yavaş soğuma: Kır dökme demir (ferritik, ferritik/perlitik, perlitik).
– Temper dökme demir: BDDin tavlanması ile.
– Küresel dökme demir: Mg, Ce gibi grafiti küreselleştiren alaşım elementleri katılması ile.
+Fe3C
+Fe3C
+S
S
S+Fe3C
Led
eburi
tD
ön
üşm
üş
Led
ebu
rit
1
2
3
4
Dökme demir
•Hızlı soğuma sonrası: Beyaz
dökme demir oluşur.
•BDD: sementitin baskın
olduğu sert ve gevrek bir yapıya
sahiptir.
Ötektik reaksiyonda:
Sıvı ledeburit iç yapı ( +Fe3C)
Beyaz DD
1
2
3
4
Sıvı
Ötektik Fe3C
Ötektik öncesi
Ötektik
Ötektik Fe3CÖtektoit
Perlit
Beyaz Dökme demirin yapısı(Demir-Fe3C sistemi)
Kır dökme demir• Sıvı fazdan çok yavaş soğuma ile karbon difüzyonla biraraya toplanarak
lamelli bir yapı oluşturur.• Soğuma hızı çok yavaş ise Ferritik DD.• Biraz daha hızlı olması durumunda Ferritik-perlitik DD.• Daha hızlı olması durumunda Perlitik DD. oluşur.• Perlit oranı arttıkça dayanım artar. Tüm durumlarda süneklik çok kötüdür.• Lamelli yapıda keskin uçların oluşturduğu çentik etkisi nedeniyle mekanik
özellikler çok kötüdür.
Ferritik DD
Perlitik DD
Ferritik-Perlitik DD
Artan Soğuma Hızı
Grafit Lameller
Perlit
Lameller
• Grafitin dayanımı Demirin yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür.
• Dolayısıyla grafit bölgeler boşluk gibi davranır.• Bir de keskin köşelerin oluşturduğu çentik etkisi ilave olunca
yapı çok gevrek-kırılgan davranır. • Dolayısı ile kır DD ler genelde basıya karşı zorlanan
parçalarda kullanılır. Çekme zorlanmaları olan yerlerde kullanılmaz.
Kır Dökme demirin yapısı(Fe-Karbon sistemi)
• Temper DD: Hızlı soğuma ile elde edilen Beyaz dökme demir yaklaşık 950oC
de uzun süre (48 saat) tavlanır ve sementit yapı içerisindeki kararsız karbon bir
araya toplanarak temper grafiti denilen topak halinde yapılar meydana getirir.
Bu yapıda süneklik %10 a kadar artabilir.
• Soğuma hızına göre Ferritik TDD, Ferritik-perlitik TDD ve Perlitik TDD
şeklinde 3 farklı TDD elde edilebilir.
Temper Dökme Demir (TDD)
Ferritik TDD
Ferritik-Perlitik TDD
Artan Soğuma Hızı
Perlitik TDD
Temper grafiti
Perlit
Temper ve Küresel grafitli DD
• Lamellerin mekanik özelliklere olumsuz etkisini ortadan kaldırmak amacıyla grafitlerdeki keskin kenarlar ortadan kaldırmak amacıyla bazı işlemlere tabi tutulur.
Demirin dayanımı yanında grafitinki ihmal
edilebilecek kadar küçüktür.
Dolayısıyla grafit bölgeler daha çok iç boşluk
gibi davranır.
Birde lamellerin köşelerindeki keskin
kenarların oluşturduğu çentik etkisi ilave
olunca yapı çok gevrek-kırılgan davranır.
Dolayısı ile DD ler genelde basıya karşı
zorlanan parçalarda kullanılır. Çekme
zorlanmaları olan yerlerde kullanılmaz.
Ferritik TDD
Ferritik-Perlitik TDD
Artan Soğuma Hızı
Perlitik TDD
Temper grafiti
Perlit
• Eriyik DD içerisine Mg ve Sb gibi grafitleri küreselleştiren alaşım elementleri
katılır.
• Bu şekilde oluşan grafitler küresel şekillidir ve süneklik %20 lere kadar artar.
• Soğuma hızına göre Ferritik KDD, Ferritik-perlitik KDD ve Perlitik KDD
şeklinde 3 farklı KDD elde edilebilir.
Küresel Dökme Demir (KDD)
Ferritik-Perlitik KDD
Artan Soğuma Hızı
Ferritik KDD
Perlitik KDD
Küresel grafit
Perlit
(a) White cast iron prior to heat treatment.
(b) Ferritic malleable iron with graphite nodules and small MnS inclusions.
(c) Pearlitic malleable iron drawn to produce a tempered martensite matrix.
(d) Annealed ferritic ductile (nodular) iron.
(e) As-cast ferritic-pearlitic ductile iron.
(f) Normalized pearlitic ductile iron.
Uygulama
FAZ KİNETİĞİ VE ISIL İŞLEMLER
Isıl işlemler: Faz Dönüşümleri• Şu ana kadar yavaş soğuma hızlarında elde edilebilecek iç
yapılar görüldü.
• Gerçek uygulamalarda soğuma hızlarının kontrolü ile farklı iç yapılar elde etmek mümkündür.
• Bu sayede mikro yapı ve mekanik özellikler ayarlanabilir.
• Isıl İşlemler: Malzemelerin iç yapılarını ve bunlara bağlı
olarak özelliklerini ayarlamak amacıyla yapılan kontrollü
ısıtma ve soğutma işlemleridir.
• Şu ana kadar incelenen faz diyagramları yavaş soğumada
dengede olan fazlara göre hazırlanmıştır.
• Isıl İşlemler, malzemelerin zamana bağlı faz dönüşümlerinin
bilinmesi ile uygulanabilirlik kazanır.
Böylece kararlı yapılar elde edilir.
Bunlara kararsız yapılar adı verilir.
Sıca
klık
yandaki
sıcaklıklarda faz dönüşüm
süresi çok fazla iken, belirli
bir sıcaklık aralığında bu
dönüşüm daha kısa zamanda
oluşmaktadır.Bu nedenle
eğrinin ortasında bir burun
oluşmaktadır.Bu eğrinin
şekli neden böyledir?
Bu eğrinin şeklinin neden böyle olduğudaha sonra açıklanacak
• Birbiri içerisinde hiç çözünmeyen
elementler için faz diagramı.
• Faz diagramında TA nın altındaki
sıcaklıklarda A katısının oluşacağı
bilinebilir.
• Fakat dönüşüm süreleri bilinemez.
• Soğuma hızlarına bağlı olarak ne tür
katıların oluşacağı Zaman-Sıcaklık
Dönüşüm (ZSD) (TTT-Time
Temperature Transformation)
diagramları ile verilir
Zaman-Sıcaklık Dönüşüm diagramları
Sınır: Dönüşümün
tamamlanması
Faz dönüşümü hızı
Sıvı
Katı
Kristalçekirdeği
Kristalbüyümesi
Katılaşmada çekirdeklenme ve büyüme aşamaları
1-Sıvı içinde önce katı çekirdekleri oluşur.2-Daha sonra bu çekirdekler büyür ve tüm sıvının yerini alır(Katılaşma tamamlanır)
• Yüksek sıcaklıklarda ve düşük
sıcaklıklarda dönüşüm süreleri düşük.
• Hızlı dönüşümün gerçekleştiği bir
sıcaklık aralığı mevcut (Burun bölgesi)
• Belli sıcaklığın altında dönüşüm
gerçekleşmez.
Sıvı
Katı
Çekirdeklenme Büyüme
• Katı oluşumu 2 aşamada olur.
– Çekirdeklenme (nucleation)
– Büyüme (Growth)
• Çekirdeklenmede: atomlar bir araya
gelerek çekirdekleri oluştururlar. Daha
sonra belli bir boyutun (kritik çap)
üzerinde olan çekirdekler büyürler.
Diğerleri çözünür yok olur.
Çekirdeklenme/Büyüme
Çekirdeklenme(Katılaşma ) olurken sistemin hacım enerjisi(ΔGh) azalır.Katılaşma(düzen) enerji azalmasına neden olur.(Bu çekirdeğin büyümesini teşvik eder).Buna karşılık yeni sıvı-katı ara yüzeyi yaratıldığından sisteme yeni bir yüzey enerjisi(γ) katılır.Bu enerji artışı ise ise çekirdeğin büyümesini engeller.
Hacım enerjisi azalması (4/3).π. r3.ΔGh
Yüzey enerjisi artması 4π.r2.γ
Net enerji değişimi :
ΔGT = 4π.r2.γ + (4/3).π. r3.ΔGh
Net
en
erj
i de
ğişi
mi
Kritik rc yarıçapına ulaşmış çekirdekler büyür,diğerleri dağılır yok olurlar.Yarı çapı rc olan çekirdeklere kararlı çekirdek adı verilir.
rc = -2γ/ΔGh
Çekirdeklenme hızı
Çekirdeklenme hızı
Sıcaklık
Yayınmanın katkısı(Atomların bir araya gelmesi)
Sıvı fazın dengesizliğinin katkısı
net çekirdeklenme hızı (iki eğrinin çarpımı)
Sıcaklık, faz diyagramındaki likidüs sıcaklığının altına düştüğünde,atomlar katı faza ait kristali oluşturmak isterler. Bu “istek” sıcaklık düştükçe artar ve bu nedenle sıvı fazda birim zamanda oluşan çekirdek sayısı artar.Öte yandan düşük sıcaklıklarda çekirdeklerin oluşması için gerekli atom hareketliliği(yayınma) hızı düşüktür.Yani çekirdek oluşması için gerekli yayınma katkısı yüksek sıcaklıklarda fazla, düşük sıcaklıklarda azdır.
(Kararlı çekirdekler için)
r ≥ rc olan çekirdekler için
Erime sıcaklığı
Birim zamanda oluşançekirdek sayısı
(Çekirdek sayısında artma eğilimi)
Büyüme ve Dönüşüm hızı• Büyüme: Tamamen yayınmanın etkisinde çekirdeklerin büyümesi şeklinde olur.
• Dönüşüm hızı; çekirdeklenme ve büyüme hızlarının çarpımıdır.
• Oluşan rc yarıçaplı çekirdeklerin büyümesi için de atomların yayınması gerekir ve bu çekirdeklerin büyüme hızı yüksek sıcaklıklarda daha yüksek tir(G’ eğrisi).
• Toplam faz dönüşüm hızı çekirdeklenme hızı ve çekirdeklerin büyüme hızı eğrilerinin çarpımına eşittir. Dönüşümün tamamlanması için gereken süre, dönüşüm hızıyla ters orantılıdır. Dolayısıyla sıcaklık-zaman eğrisi sıcaklık- hız eğrisine benzer karakterde fakat tam ters şekilde olacaktır.
GxNH
eCG RTQ
Hız
G; Büyüme hızı
N; Çekirdeklenmehızı
H; Toplam dönüşüm
hızı
H
Zaman, t(Logaritmik skala)
Sıcaklık
Bir önceki eğrinin apsisi olarak hız yerine zaman(dönüşüm zamanı)
alınırsa aşağıdaki eğri ya da ilk verilen eğri elde edilir.
Dönüşüm başlaması ve tamamlanması, belli bir zaman aralığında gerçekleşecektir.
• Bu nedenle dönüşüm; dönüşüm başlangıcını ve sona ermesini ifade eden iki çizgini
arasında gerçekleşir
Tamamlanmış dönüşüm yüzdesi
İlk gösterilen eğri
Zaman Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) diyagramıTime Temperature Transformation (TTT) Curve
Bu diyagrama izotermal dönüşüm (Sabit sıcaklıkta dönüşüm)diyagramı adı da verilir.
T1 t1
Dönüşüm başlar
Dönüşüm tamamlanır
Ötektoid çelikte ZSD(TTT),İzotermal dönüşüm diyagramı
Kaba perlit
İnce perlit
Beynit
Kaba perlit: Lamel(levhalı) yapı; levhalar arası mesafe(Serbast ferrit yolu) büyükİnce perlit : Lamelli (levhalı) yapı;levhalar arası mesafe(Serbest ferrit yolu) küçükBeynit :Yapı levhalı değil ferrit ve sementitin ince bir karışımı
Sert
lik a
rtar
t (logaritmik skala)
T
Tm
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt BeynitDen
gesi
z o
sten
it
Ostenit
Reaksiyon Başlamamış Sürüyor Tamamlanmış
Sertlik
Soğuma hızı=
t
ΔT
t (logaritmik skala)
T
Soğuma hızı
Soğuma hızı
Perlitin oluşumu
Beynit : Ferrit ve sementitin ince bir karışımı
Perlit: Ferrit ve sementitinlevhalı yapısı
Faz dönüşümleri
Faz dönüşümlerini ikiye ayrılır:
1. Yayınmalı dönüşümler:
2. Yayınmasız dönüşümler:
Faz dönüşümleri
1. Yayınmalı dönüşümler: Atomlar, en kararlı halin (min.enerji) gerektirdiği fazları oluşturmada yeterli süreye sahiptirler. Bu fazlar, faz diyagramlarında yer alan fazlardır.
a) Kaba perlit (coarse pearlite)
b) İnce perlit (fine pearlite)
c) Üst beynit (upper bainite)
d) Alt beynit (lower bainite)
2. Yayınmasız dönüşümler: Atomlar düşük enerjili kararlı fazları oluşturacak yeterli sürelere sahip değillerdir. Bu nedenle faz diyagramlarında rastlanmayan yarı kararlı veya kararsız fazlaroluştururlar.
* Martenzit
1. Yayınmalı dönüşümler:
Yayınmalı dönüşüm 1a: Perlit
(Ferrit)
Fe3C
Kaba Perlit (coarse pearlite):
– Tabakalar (lameller) halinde dizilmiş iri ve Fe3C fazlarından oluşur.
– Nispeten yumuşaktır.
– Yüksek dönüşüm sıcaklıklarında oluşmaktadır, dolayısıyla çekirdeklenmesi yavaş büyümesi ise hızlı olarak gerçekleşir.
Yayınmalı dönüşüm 1b: Perlit
İnce Perlit (fine pearlite):
– İnce ve Fe3C tabakalarının(lamellerin) istiflenmesi ile oluşan yapıdır.
– Daha serttir.
– Düşük sıcaklıklarda dönüşüm sonucu oluşur (çekirdeklenme hızı yüksek). Kaba yapıta göre daha serttir.
(Ferrit)Açık renk
Fe3C
Yayınmalı dönüşüm 2a: Beynit
Üst Beynit (Upper bainite):
– Ferrit matris içinde dağılmış sementit tanelerinden ibarettir.
– Düşük dönüşüm sıcaklıklarında oluştuğundan tabakalı yapı oluşturulamaz.
– Perlitle aynı kimyasal bileşime sahip fakat daha serttir.
(Ferrit)Matris
Fe3C
Yayınmalı dönüşüm 2b: Beynit
Alt Beynit (lower bainite):
–Dönüşüm sıcaklıkları daha da düşüktür. Böylece büyüme imkanı bulamamış ve ferrit içine dağılmış çok ince ve sık dağılımlı sementit taneleri oluşur.
–Ancak elektron mikroskopunda görülebilir. Çok daha sert bir yapıdır.
(Ferrit)Açık renk
Fe3CKoyu tanecikler
t (logaritmik skala)
T
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt BeynitDen
gesi
z o
sten
itOstenit
Martenzit
Ms
Mf
Ötektoit Çelik
+ +Fe3C
+Fe3C
Ötektoit altı çelikT
t (logaritmik skala)
+ +Fe3C
+Fe3C
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt BeynitDen
gesi
z o
sten
itOstenit
Martenzit
Ötektoit üstü çelikT
t (logaritmik skala)
+ +Fe3C
+Fe3C
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt BeynitDen
gesi
z o
sten
itOstenit
Martenzit
Ms
Mf
2. Yayınmasız dönüşüm:
Kritik soğuma hızı•Yayınmalı veya yayınması
dönüşüm olacağınıbelirleyen parametresoğuma hızıdır.
•Soğumanın kritik bir hızın üzerinde olması durumunda ostenit martenzite dönüşür.
•Daha yavaş soğuma hızlarında yayınma gerçekleşir ve soğuma hızına bağla olarak yayınma perlit veya beynit oluşabilir.
Kritik soğuma hızı
Yayınmasız dönüşüm: MartenzitKararlı fazların oluşması için gereken yayınmanın olmaması durumlarında dönüşüm kararsız olarak gerçekleşir. Bu değişim yayınmasız olmasından dolayı zamandan bağımsızdır ve iki yatay çizgi şeklinde gösterilir.Soğumanın kritik bir hızın üzerindeolması durumunda ostenit faz martenzit faza dönüşür.
İğnemsi yapı(Optik mikroskopta
Martenzitbaşlangıçsıcaklığı
Martenzitbitiş
sıcaklığı
• Fakat hızlı soğumada C, yayınma (difüzyon) için zaman bulamaz ve ferrit içerisinde hapis olur.
• Yayınamayan C atomları hacim merkezli kübik yapıyı gererek hacim merkezli tetragonal yapıya dönüşmesine sebep olur.
• Bu yapıya martenzit adı verilir.
• Çok serttir ve iğnemsi bir görünüşe sahiptir.
Martenzit
Yayınmasız dönüşümler-Martenzitik yapılarHMK Ostenit ( ) YMK ferrit(α) allotropik dönüşümüyavaş soğumada karbon atomunun kafesten yayınması sonucukolaylıkla oluşur .Ancak hızlı soğumada C kafesten yayınamadan kafes soğur ve C yayınamadan kafeste hapsolur ve HMK α kafesini zorlar ve
HM Tetrogonal hale getirir.Bu nedenle Kafeste iç gerilmeler de doğar.
Bu olay aniden olur yani
yayınmasızdır.YMK Ostenit kafesi
Fe
C
HMT kafes
Martenzitin kafesiHM Tetrogonal
c/a = Tetrogonalite
DİKKAT: Çelikte Karbon içeriği arttıça c/a artar, buna bağlı olarak sertlik artar
Martenzitin iğneli iç yapısı (İçinde çözebileceği miktardan daha fazla karbon bulunduran ,bu nedenle kararsız ve iç gerilmeli olan ferrit yapısı) - α’ adı da verilir. Kararsız yapı
TTT Diagrams
Isothermal annealing for fully pearlitic structure.
Ferrite + Perlite for hypoeutectoid steels or
Perlite + Cementite for hypereutectoid steels
İzotermal eğri
boyunca dönüşüm
Sürekli soğutma eğrisi
boyunca dönüşüm
ZSD diyagramları üzerinde iki ayrı soğutma yöntemi ve bunları temsil eden eğriler uygulanarak dönüşüm gerçekleştirilebilir.
1. Sürekli soğuma ile dönüşüm (Continuous cooling curve)
2. İzotermal soğuma ile dönüşüm (isothermal curve)
İzotermal dönüşüm için ZSD eğrisi, özellikle yüksek sıcaklıklarda bir miktar sola doğru kayar. Bunun nedeni sürekli soğumada ısıl aktivasyon azalan sıcaklıkla sürekli azalacak olmasıdır.
İzotermal dönüşüm için Sürekli soğuma için eğri
Bu durum atom hareketlerinin yavaşlaması ve dönüş için gereken sürenin artmasıyla sonuçlanır.Öte yandan yüksek sıcaklıklarda ki izotermal dönüşüm de dönüşüm sırasında ısıl aktivasyon sürekli etkin kalacaktır.
•Amaç tamamen martenzitik bir yapı (%100) (very hard but brittle) elde etmektir.
•Bu amaçla önce çelik ostenit bölgesinde en az 1 saat ısıtılır:
• Ötektoid altı çelikler için: A3 + 30-50oC
•Ötektoid üstü çelikler için: Acm + 30-50oC
•Daha sonra, Mf in altındaki sıcaklıklara, kritik soğuma hızlarınınüzerindeki değerlerde hızlı soğutma yapılırsa yapı tamamen martenzite dönüşür (quenching).
Su verme (Quenching)
Su verme – çeliğin ostenit bölgeden kritik soğuma sıcaklıklarının üzerindeki hızlarda ani olarak soğutulması işlemidir. Eğer Mf in altındaki sıcaklıklara ani soğutma söz konusu ise yapı tamamen martenzite dönüşür. Aksi halde ani soğutma sırasında eğer ZDS eğrileri kesilmiyorsa yapı dengesiz ostenit halinde bulunuz.
+Fe3C
+
+Fe3C
A1
A3
Acm
“Critical Cooling rate”.
Çeliğe ait ısıl işlemler
1. Sürekli soğuma ile uygulanan ısıl işlemler
– Tavlama (Yumuşak Hale Getirme)
– Normalizasyon
– Temperleme
– Martemperleme
2. İzotermal dönüşüm ile uygulanan ısıl işlemler
– Ostemperleme
– İzotermal tavlama
Tavlama(Annealing)
Yapıyı en yumuşak hale getirme
• Çelikte, en yumuşak durumu elde etmek
amacıyla uygulanan ısıl işlemdir.
• Bu işlemde amaç, tamamen kaba perlite
dönüştürmektir.
• Kaba taneli yapı ostenit bölgesinden fırın
içerisinde kontrollü olarak soğutma ile elde
edilebilir.
Normalizasyon (Normalization)
• İç yapıda ince taneli perlit oluşturarak dayanım ve tokluk artışını birlikte sağlamak amacıyla (çeliklere) uygulanır.
• İnce taneli yapı, ostenit bölgesinden havada soğutma ile elde edilebilir.
Yumuşatma
Tavı
Normalizasyon
Su Verme
Kaba perlit
İnce perlit
Perlit +
MartenzitMartenzit
Ms
Mf
Kritik
soğuma hızı
ISIL İŞLEMLER
Alaşımsız çeliklere (bazı metal ve metal alaşımlarına da) tatbik edilebilen ısıl işlemler:
Katı haldeki metal ve alaşımlara belirli özellikler (istenilen) kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda,
yerine göre birbiri peşine uygulanan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleridir.
Sertleşebilirlik (Sertleşme kabiliyeti)
(hardenability)
• Çeliklerde soğuma hızı (su verme-quenching) arttıkça,
sertlik artar.
• Parçalar kalınlık arttıkça, iç kısımlar martenzit oluşumu
için gereken kritik soğuma hızlarına ulaşılamayabilir.
• Sadece kritik soğuma hızından daha yüksek hızlarda
soğuyan bölgelerde martenzit oluşur.
• Bu nedenle iç ve dış kısımlarda önemli sertlik farkları
olabilir.
• “Sertleşme kabiliyeti”, malzemenin sertleştirme işlemi
esnasında ne kadar derine sertleşebildiğinin gösteren bir
kavramdır.
• C oranı düştükçe burun sola kayar ve belli bir değerde
martenzit oluşumu için gereken hıza pratik olarak
ulaşmak mümkün olmaz.
• Pratikte %0.25 tan az olan çeliklere su verilmez.
• Çünkü, orta kısımları hale yumuşak kalma problemi
yaşanır.
• Büyük parçaların orta kısımlarının dahi sertleşebilmesi
için çeliğin kritik soğuma hızının düşürülmesi diğer bir
değişle eğrinin sağa doğru kaydırılması gerekir.
• Bu, çeliğin Cr, Mo, V vs, gibi alaşım elementleri ile
alaşımlandırılması sonucu sağlanabilir.
• Sertleşme kabiliyeti Jominy deneyi ile ölçülür.
• Ostenit sıcaklığına kadar ısıtılan numune bir ucundan
soğuk su ile soğutulur.
• Ucundan itibaren soğuma hızı mesafeye bağlı olarak
azalır.
• Numune, uç kısmından itibaren sertlik değerleri ölçülür.
Jominy deneyi
Jominy numunesi
Su
So
ğu
ma
hız
ı
0
Soğuma hızı-mesafe değişimi
Jominy mesafesi
(Su verilen uçtan mesafe)
Jominy mesafesi
(Su verilen uçtan mesafe)
Ro
ckw
ell
se
rtliğ
i
Sertleşebilirlik
• Mesafeye bağlı olarak sertlik değerinde azalma görülür.
• Mesafenin artması ile yüksek sertlik değerleri gösteren malzemelerin sertleşme kabiliyetleri daha iyidir.
• Soğuma hızı çok arttırıldığında ise çatlama riski doğar.
• Bu nedenle Cr, Mo, V, gibi bazı alaşım elementleri katılarak sertleşebilme kabiliyetleri arttırılır.
• En iyi sertleşebilirliği 4340 göstermektedir.
İdeal durum
Jominy mesafesi (1/16 inch)
Ro
ckw
ell
se
rtliğ
i
Su vermede çatlak oluşumu
• Yapıda %100 martenzit oluşturmak ostenit bölgesinden
kritik soğuma hızı değerinden daha hızlı olarak
soğutulması.
• Yüzey ve iç bölgelerdeki yüksek sıcaklık farkı oluşur.
• Daha soğuk olan yüzey kendini çeker fakat halen sıcak
olan iç bölgeler daha hala yüksek hacme sahiptir.
• Bu nedenle yüzeyde çekme gerilmeleri oluşur.
• Çarpılma veya çatlama/kırılmalar meydana gelebilir.
• Eğer..............................ise çatlamalar ve kırılmalar olur.
Su verme çatlakları (Quench cracks)
Martenzit
γ
Ma
rten
zit
Çatlaklar
Martenzit
Genleşme
Çek
me
Ger
ilm
esi
Çek
me
Ger
ilm
esi
t (logaritmik skala)
T yüzeymerkez
Temperleme sıcaklığı(Beynit oluşum sıc. girilmeden)
• Martenzit oluşumu sırasında
çatlama ve kırılma risklerini
azaltmak amacıyla ostenit
bölgesinden martenzit
başlangıç sıcaklığının hemen
üzerinde ani olarak soğutulur.
• Bu sıcaklıkta iç ve yüzey
sıcaklıkları eşitlenecek ve
beynit oluşum sıcaklığına
girmeyecek şekilde bekletilir
ve sonra tekrar su verilir.
Martemperleme (Martempering)
Martenzit: Genel kültür
(a) Lath martensite in low-carbon steel ( 80). (b) Plate martensite in high-carbon steel ( 400).
Tempered martensite in steel ( 500).
• Temperleme sırasında, ısıl aktivasyon ile yarı kararlı martenzit
içerisinde sıkışmış bulunan C atomları kafesi terketmeye başlar
ve yapı ince dağılımlı ferrit-sementitten oluşan daha kararlı bir
yapıya dönüşür.
• Böylece, kafes çarpılması ve dislokasyon yoğunluğu azalır ve
yapı yumuşar.
• Yapıda tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak sertlikte
azalma yani yumuşama olur.
• Bu değişim parametrelerin kontrolü ile kontrol edilebilir.
Dolayısıyla çeliğin sertliği istenilen değerlere ayarlanabilir.
• Temperleme ile su vererek elde edilen gevrek ve yüksek
dayanımlı yapı, daha düşük dayanımlı ve yüksek toklukta
malzemeye dönüştürülebilir.
Temperleme
Bazı alaşım elementleri ikincil temper sertleşmesine
sebep olabilirler. Sebebi belirli sıcaklıkta karbürlerin
çökelmesidir.
Sıcaklık (oC)
Ser
tlik
Havada
Yağda
Suda
t (logaritmik skala)
T
yüzey
merkez
Temperleme sıcaklığı
• Kırılgan Martenzit iç
yapının, daha tok ve hala
yüksek dayanımlı iç yapıya
dönüştürülmesi ısıl işlemidir.
• Ostenit sıcaklıktan su verilen
iç yapıda martenzitler oluşur.
• Daha sonra bu malzeme
temper sıcaklığına ısıtılarak
martenzit temper yapıya yani
ince taneli ferritik-perlitik
bir yapı dönüştürülür.
Menevişleme (Temperleme)
MARTEMPERLEME ile MENEVİŞLEME arasında Isıl İşlem birbirine
benzemekle beraber iç yapı ve buna bağlı olarak Mekanik Özellikler
farklıdır.
MARTEMPERLEME: % 100 Martenzit Yapılır ve Beynitik sıcaklık
derecesine çıkmadan ısıtılır. İç yapı da % 100 Martenzit kalır ama
Martenzit iğneleri formunu yumuşatır Sertlik biraz düşer.
MENEVİŞLEME (ISLAH ETME): Beynitik sıcaklığa çıkılı biraz
beklenir. Martenzit yapının bir kısmı Beynitik yapıya dönüşür. Yapıda
Martenziy ve Beynit bulunur. Yapı sertl,ikten kaybeder ancak tokluk
kazanır.
t (logaritmik skala)
Tyüzey
merkez
Ostemperleme (Austempering) Yapıyı % 100 Beynitik hale getirme
• Yapının %100 alt beynite
dönüştürülmesi için yapılan
ısıl işlemdir.
• Ostenit sıcaklığına ısıtılan
malzeme martenzit oluşum
sıcaklığının üzerinde bir
sıcaklığa su verilir.
• Daha sonra yeterince uzun
süre bekletileren dengesiz
ostenit %100 beynite
dönüştürülür.
Not: Karbonlu çeliklerde beynit, süreklisoğutma ile elde edilemez. Beynit eldeetmek için izotermal soğutma gereklidir.
(a) Üst beynit, (b) Alt beynit
(a) perlit, (b) beynit, (c) temperlenmiş martenzit
İç yapılar: Genel kültür
İzotermal tavlama (Isothermal annealing)
t (logaritmik skala)
Ostemperleme
İzotermal
tavlama
T• Çeliğin tamamen kaba perlitik
bir yapıya dönüştürülmesi için yapılan izotermal işlemdir.
• Önce ostenit bölgesinden dönüşüm sıcaklığına ani soğutma yapılır ve bu sıcaklıkta eğriyi kesecek şekilde beklenir.
• Dönüşüm sonrası oda sıcaklığına soğutulur.
Osforming
• İlk öncw gwniş dengesiz ostenit
alanına kadar ani olarak soğutulur,
• Daha sonra bu bölgede perlit
oluşumuna izin vermeyecek
sürede plastik deformasyona
maruz bırakılır.
En sonunda
• Oda sıcaklığına ani olarak
soğutulursa martenzit oluşur.
• Yavaş soğutulursa beynit
oluşur.
The bay area obtained by alloying
Bir tür termomekanik ısıl işlemdir. Malzeme A1 sıcaklığının
altında ostenit bölgesinde plastik deformasyon ile şekillendirilir.
Daha sonra beynit veya martenzit oluşacak şekilde soğutulur.
Soğuk şekil verme
• Sıcaklığın Tb<0.2 olduğu sıcaklıklarda plastik şekil
değişimi işlemidir.(haddeleme, ekstrüzyon, vs.)
• Soğuk ş.ds dislokasyon yoğunluğu önemli miktarda
artar. (metal en yumuşak halinde iken yapısında 1010
m/m3, soğuk şekil değiştirmiş haldeyken ise yapısında
1016m/m3)
• Taneler soğuk ş.d. yönünde uzama gösterirler.
%100 x A
AAŞDS%
o
fo
• Soğuk ş.d. Sırasında pekleşme ile dayanım ve
sertlik artar süneklik ve elektrik iletkenliği azalır,
iç gerilmeler artar.
• Belirli bir oranın üzerine çıkılması ile mikro çatlak
oluşumu ve hasar meydana gelebilir.
Yumuşatma tavı (Process Annealing)
• Soğuk şekil değiştirme (Tb < 0.2) ile dayanımı ve sertliği artmış, sünekliği ve elektrik iletkenliği azalmış metalin soğuk şekil değişiminden önceki yapısını tekrar kazandırmak için uygulanan ısıl işleme “yumuşatma tavlaması” adı verilir.
Yumuşatma Tavında
• Yumuşatma Tavı sırasında tav sıcaklıklarına bağlı olarak farklı aşamalar görülebilir:
– Toparlanma
– Yeniden kristalleşme
– Tane irileşmesi
Tane büyüklüğü
Yumuşatma tavı (ProcessAnnealing)
0.2 0.40.6
Tb
Benzeş Sıcaklık Oranı
I. Aşama (0.2 < Tb < 0.4) Toparlanma
• İç yapıda önemli ölçüde değişiklikler olmaz. (0.2 < Tb < 0.4)
• Tane içlerinde noktasal kusurların azalması ve dislokasyonların
daha düşük iç enerji oluşturacak şekilde yeniden dizilmesi
(poliganizasyon) için termal aktivasyon için yeterli sıcaklık
vardır.
• Dislokasyonların dizilmesi ile alt taneler oluşur.
• Bu alt taneler YK sırasında oluşan gerçek taneler için
çekirdekler görevi görür.
• Mekanik özelliklerden önemli bir değişme olmaz. Fakat elektrik
iletkenliği önemli ölçüde artar.
Dislokasyonların düzenlenmesi
ile oluşan “Alt taneler”
II. Aşama (0.4 < Tb < 0.6) Yeniden kristalleşme
• Sıcaklığın atomsal hareketler için gereken aktivasyonu
sağlayacak şekilde olması ile (0.4 < Tb < 0.6) gerçekleşir.
• Artan sıcaklık ile atomlar daha düşük enerjili bölgelere hareket
etme imkanı bulur.
• Soğuk ŞD ile oluşan iç yapıda yeni eş eksenli ve iç gerilmesiz
küçük tanelerin çekirdeklenip büyümesi ile bütün yapı küçük
yeni taneler ile kaplanır.
Yeniden kristalleşme sıcaklığı: Malzemenin en az
yarısının 1 saat içinde Y.K.si için gereken sıcaklıktır.
–Soğuk Ş.D. miktarı (%CW) arttıkça yeniden kristalleşme
ile oluşan tane boyutu küçülür.
–Soğuk Ş.D. miktarı (%CW) arttıkça yeniden kristalleşme
sıcaklığı azalır.
– Bunun sebebi; YK için gereken enerjinin bir bölümünün
depolanan mekanik enerji tarafından sağlanmasıdır.
Dolayısıyla ısıl enerji katkısı böylece azalır, YK daha
düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir.
– YK nın gerçekleşebilmesi için malzeme kesitinde
mutlaka soğuk şekil değiştirmenin bulunması gerekir
(%5-10).
III. Aşama (Tb < 0.6) Tane büyümesi
• Yeniden kristalleşme ile oluşan ve soğuk Ş.D. ye nazaran daha kararlı (düşük enerjili) iç yapının, yüksek sıcaklıkta tutulmaya devam etmesi tanelerde zamanla büyümesine denir.
• Tane büyümesine sebep olan itici güç: yüksek enerji bölgeleri olan tane sınırlarının azaltılıp iç enerjini düşürülmesi eğilimidir. Malzeme sonuçta sadece bir büyük tane şeklinde olup min enerjiye sahip olmak eğilimi gösterir.
Prinçte; (a) soğuk ş.d. Yapı, (b) yeni tanelerin görülmesi, (c) yeni tanelerin
oluşumu, (d) Y.K tamamlanması, (e) Tane büyümesi
Örnek: Genel kültür
Çökelme sertleşmesi
• İç yapıda, dislokasyon hareketlerini engelleyerek
dayanımın artmasına sebep olan çok küçük ve sert
ikinci fazların çökeltilmesi işlemidir.
1. Çözündürme işlemi (solution treatment): Malzeme tek faz
bölgesine ısıtılarak çökelecek olan sert 2. faz, tek faz içerisinde
tamamen çözülür.
2. Ani soğutma (Quenching): Oda sıcaklığına ani soğutma ile 2.
fazın çökelmesi engellenir ve aşırı doymuş katı çözelti elde
edilir.
3. Yaşlandırma işleminde; aşırı doymuş katı çözelti, çözündürme
sıcaklığından daha düşük olan yaşlandırma sıcaklığına tekrar
ısıtılarak çok küçük bağdaşık (koherent) 2. faz tanecikleri
çökeltilir. (Bu çökeltiler dislokasyonlara engel teşkil ederek
malzemenin dayanımını arttırır).
Aşırı yaşlanma: çökelmelerin çok büyüyerek bağdaşıklığın
(koherentliğin ) kaybolması (bu durum istenmez).
Çökeltme sertleşmesinde adımlar
Tek faz; bölegesinde
tamamen çözme işlemi
tyaşlandırma
Yapı içerisinde küçük
çökeltiler oluşturulur
+
Bileşim
Zaman
T
Sıc
aklık
%B Zaman
,
max
0.2
(1)
(2)
(3)
(1)
(2)
(3)
Zaman
Tipik bir yapay yaşlandırma ısıl işleminin şematik gösterimi.
• Yaşlandırma işleminde; yaşlandırma sıcaklığı oda
sıcaklığında gerçekleşiyorsa, buna doğal yaşlandırma
(natural aging), seçilen bir sıcaklıkta fırın içerisinde
gerçekleşiyorsa yapay yaşlandırma (artificial aging)
adı verilir.
• Çökeltmenin ilk aşamasında, çok küçük koherent–GP
bölgeler (Guinier preston zones) oluşur,
• GP bölgeleri genelde dislokasyon altındaki boşluklarda
çekirdeklenir (sistemin enerjisini düşürmek için) ve
dislokasyon hareketlerini engeller.
• Bu bölgeler, daha büyük bağdaşık (koherent)
çökeltilere dönüşür. Bağdaşık çökeltiler kafesi aşırı
gererek dayanım artışı oluştururlar.
• Daha sonra sıcaklığın veya zamanın gerekenden yüksek
tutulması halinde tane büyümesi gerçekleşir. Dayanım
düşmeye başlar.
İç yapı
+
%100
(tek fazı)
Denge mikroyapısı
İçerisinde taneleri
Yavaş soğutma
Zaman
T
Bileşim
Yavaş soğutma
tyaşlandırma
tyaşlandırma(saat)
Sıc
aklı
kS
ertl
ik
GP Bölgesi
oluşumu
Bağdaşık tane
oluşumu
Aşırı
yaşlanma
Bağdaşıklığın
kaybolması
Ser
tlik
Zaman
Bağdaşık çökelti
Yaşlandırma ısıl işleminde sürenin iç yapıya ve dolayısıyla
malzeme özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.
Aşırı yaşlanma
Zaman
Ser
tlik
T4
T3
T2T1
T1 < T2 < T3 < T4
• Yaşlandırma ısıl işleminde sıcaklığın malzeme
özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.
Aşırı yaşlanma
• Aşırı büyüme: Çökeltilerin çok büyümesi ile oluşan gerilmeler artık taşınamaz ve bağdaşıklık sona erer.
• Çökeltinin sertleştirme etkisi azaltır.
• Yeterince uzun sürebeklendiğinde ilk yapıya geri dönülür.
Diğer Isıl İşlemlerden
Bazıları
Homojenleştirme• Döküm sonrası tane içerisinde nispeten hızlı soğumanın
sebep olduğu kimyasal bileşim farklılıkları olabilir.
• Bu farklılıkların ortaya çıkardığı bölgelere segregasyonlar denir.
• Bu durum malzemelerin mekanik özelliklerini olumsuz olarak etkileyebilir.
• Bu durumu ortadan kaldırmak için malzemeyi erime sıcaklığının altında uzun süre tavlamak ve böylece yayınma mekanizması ile kimyasal bileşim homojen hale getirme işlemi- homojenleştirme uygulanır.
• Fazlarla segregasyonlar ayrı şeylerdir. Fazlar etkilenmez sadece faz içlerindeki segregasyonlar ortadan kalkar.
Gerilme giderme• Kaynak, döküm, kısmi plastik şekil verme gibi bazı
üretim yöntemleri sonrası yapıda artık gerilmeleroluşur.
• Bunlar mekanik özellikleri olumsuz etkileyebilir.
• Bunu azaltmak için Al da 400oC, ve çelikte 500oC civarında ısıtılarak (sıcaklık arttıkça akma dayanımı düşer) yapı içindeki elastik atrık gerilmelerin oluşturduğu elastik şekil değişimi plastik şekil değişimine dönüştürülür.
• Böylece artık gerilme seviyesi zararsız düzeylere indirilebilir.
• Aşağıdaki hayali faz diyagramında yer alan beş farklı
alaşımdan hangisine veya hangilerine çökelme sertleşmesi
uygulayabileceğinizi nedeni ile birlikte açıklayınız.
3 ve 5 Oda sıcaklığında 2 fazlı böylece tek faza ısıtıp ani soğutulabilir ve
Çökelme Sertleştirme Isıl İşlemi tatbik edilebilir.
Ötektoid çelikte ısıl işlem safhaları: PROBLEM1.Çelik γ sahasından aniden 500o C ye soğutuluyor.2.Bu sıcaklıkta 5 saniye tutuluyor(x noktası).3.Bundan sonra aniden 250oC ye soğutuluyor(Y noktası)i –Çelik 250oC sıcaklıkta 1 gün tutulursa(z noktası) ve oda sıcaklığına soğutulursa yapı ne olur?ii- Eğer çelik x noktasından oda sıcaklığına aniden soğutulursa yapı ne olur ?
500oC
x
y z
γ
(kararsız)
γ+Ρ
P
B
Yapılar:-Y de γ+ince Ρ-Z de B+ince P-C de M+inceP
©20
03 B
roo
ks/C
ole
, a
div
isio
n o
f Th
om
son
Lea
rnin
g, I
nc.
Th
om
son
Lea
rnin
g™
is a
tra
dem
ark
use
d h
erei
n u
nd
er li
cen
se.
Figure 12.9 Producing complicated structures by interrupting the isothermal heat treatment of a 1050 steel.