MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

Transkript

1 MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

2 Malzemenin Mukavemeti; a) Kimyasal Bileşim b) Metalurjik Yapı değiştirilerek arttırılabilir Malzemelerin Mukavemet Arttırıcı İşlemleri: 1. Martenzitik Dönüşüm 2. Alaşım Sertleştirmesi 3. Çökelme Sertleştirmesi 4. Dispersiyon Sertleştirmesi 5. Soğuk İşlem 6. Tane Boyutunu Küçültme 7. Deformasyon Yaşlanması 8. Radyasyonla Sertleştirme

3 1. Martensitik Dönüşüm (Su Verme Sertleştirmesi) Östenitleme işleminden sonra, çelikler yavaş ya da orta seviyedeki bir hızla soğutulduklarında, ostenit içerisinde çözünmüş durumda bulunan karbon atomları difüzyon ile ostenit yapıdan ayrılırlar. Soğuma hızı arttırıldığında, karbon atomları difüzyon ile katı çözeltiden ayrılmak için yeterli zaman bulamazlar. Demir atomları bir miktar hareket etseler bile, karbon atomlarının çözelti içerisinde hapsedilmeleri nedeniyle farklı bir yapı oluşur. Hızlı soğuma sonucunda oluşan bu yapıya martenzit adı verilir. Martenzit karbonla aşırı doymuş hacim merkezli tetragonal (HMT) yapıya sahip bir katı çözeltidir. Martenzitik dönüşüm sırasında ostenitin YMK yapılı birim hücrelerinden martenzitin HMT yapılı birim hücresinin oluşumu

4 1. Martensitik Dönüşüm (Su Verme Sertleştirmesi) Su verme işleminden sonra oluşan martenzit mikroskop altında iğne veya diken biçiminde gözükür ve bazen saman demetini andıran bir görünüm sergiler. Çeliklerin çoğunda martenzitik yapı belirsiz ve soluktur, bu nedenle kolayca ayırt edilemez. Yüksek karbonlu çeliklerde ise kalıntı ostenit arka fonu oluşturduğundan, martenzitin iğne veya diken biçimindeki yapısı daha belirgin bir görünüm kazanır. Çeliklerde oluşan tipik bir martenzitik yapının görünümü. İğne biçimindeki taneler martenzit fazını, beyaz bölgeler ise kalıntı osteniti göstermektedir. Martenzitik dönüşüm yalnız hızlı soğuma sırasında meydana gelir. Bu nedenle, söz konusu dönüşüm zamandan bağımsız olup, yalnız sıcaklığın azalmasına yani soğumaya bağlıdır. Martenzitin en önemli özelliği, çok sert bir faz olmasıdır. Çeliklerde, sementitten sonra gelen en sert faz martenzittir. Yüksek sertlik değerleri, ancak yeterli oranda karbon içeren çeliklerde elde edilir.

5 1. Martensitik Dönüşüm (Su Verme Sertleştirmesi) Martenzit yüksek sertliğe sahiptir. Martenzitin sertliğinin yüksek olmasının en büyük nedeni kafes yapısının aşırı ölçüde distorsiyona uğraması, yani çarpıtılmış olmasıdır. Martenzitin atomsal dolgu faktörünün ostenitin atomsal dolgu faktöründen daha düşük olması nedeniyle, martenzitik dönüşüm sırasında çelikte bir miktar hacimsel büyüme meydana gelir. Söz konusu hacimsel büyüme matris yapısını plastik deformasyona uğratabilecek büyüklükte yerel gerilmeler oluşturur. Bir başka deyişle, martenzitin oluşumu sırasında meydana gelen hacimsel büyüme çok yüksek düzeyde yerel gerilmeler oluşturarak çeliklerin matris yapısının aşırı ölçüde çarpılmasına veya plastik şekil değişimine uğramasına neden olur. Kafes yapısının çarpılması da dislokasyon hareketini zorlaştırarak veya engelleyerek su verilen çeliklerin sertlik ve mukavemetini arttırır.

6 2. Alaşım Sertleştirmesi

7 2.1.Katı Eriyik Sertleştirmesi Herhangi bir saf metale, matris yapısı içinde eriyen atomların ilavesiyle elde edilen katı eriyikler iki çeşittir. Bunlar; A) Yeralan Katı Eriyiği B) Arayer Katı Eriyiğidir.

8 2.1.Katı Eriyik Sertleştirmesi Bir katı çözelti oluşmuşsa, kristal içindeki yabancı atomlar hem dislokasyon çizgisi boyunca konumlanarak akma dayanımını arttırıyorlar, hem de kristaldeki toplam elastik gerinim miktarını arttırarak kayan dislokasyonların sürtünme direncini de arttırıyorlar. Yani sadece akma dayanımı değil plastik akma boyunca uygulanması gereken bütün gerilim değerlerinin topyekün arttığını, gerilim-gerinim eğrisinin yukarı kaydığını gözlemliyoruz. Katı eriyikler saf metallere göre daha yüksek mukavemete sahiptirler. Katı eriyik sertleşmesi sonucunda malzemenin akma mukavemeti artar. Katı eriyik yapan alaşım elementleri genellikle süreksiz akma olayına da sebep olurlar.

9 2.2. İkinci Faz Sertleştirmesi İkinci faz sertleşmesi, genellikle katı eriyik sertleşmesine eklenebilir. İki fazlı alaşımlarda, ikinci faz matris fazı içinde bölgesel iç gerilmeler oluşturması nedeniyle alaşım mekanik özelliklerini etkilemektedir. Örnek; a+b pirinci (Cu-Zn%30-47)

10 3. Çökelme Sertleşmesi Çökelme sertleşmesi, ikinci fazın küçük tanecikler halinde matris fazı içinde çökelmesinin sağlandığı alaşım sistemlerinde mukavemet artırmada kullanılan en önemli sertleştirme yöntemlerinden biridir.

11 3. Çökelme Sertleşmesi Çökelme Sertleşmesi Üç Kademede Yapılır; 1)Solüsyona Alma 2) Su Verme 3) Yaşlandırma

12 3. Çökelme Sertleşmesi

13

14

15

16

17 3. Çökelme Sertleşmesi

18 3. Çökelme Sertleşmesi

19 3. Çökelme Sertleşmesi

20 4. Dispersiyon Sertleşmesi Bu sertleştirme işlemi prensip olarak çökelme sertleştirmesinin aynıdır. Çökelme sertleştirmesinin dispersiyon sertleştirmesinden farkı, çökelme sertleştirmesinde ikinci fazın katı eriyikten çökerek tabii olarak oluşması, dispersiyon sertleşmesinde ise ikinci fazın ince tanecikler halinde matris fazı oluşturan malzeme içinde fiziksel olarak dağıtılmasıdır. Matris içerisinde çok küçük taneler halinde ikinci fazın bulunması durumunda malzemenin mukavemetinin artmasının nedenleri, deformasyon sırasında ikinci faz tanelerinin dislokasyonların hareketini engellemeleri ve de malzemede dislokasyon yoğunluğunun artmasına sebep olmalarından kaynaklanmaktadır.

21

22 5.Soğuk İşlem Soğuk işlem malzemeye plastik sekil verme yöntemleriyle uygulanır. Plastik şekillendirme hem dislokasyonların hareketini sağlar, hem de yeni dislokasyonların oluşumuna sebep olur. Soğuk işlem sonunda mukavemetin artması deformasyon sertleşmesi nedeniyledir. Deformasyon sertleşmesi, dislokasyonların birbirleri ve dislokasyonların hareketini zorlaştıran çeşitli engeller ile etkileşimi sonucunda olur.

23 5.Soğuk İşlem Plastik deformasyon sırasında, dislokasyonlar kayma düzlemlerinde kayarak hareket ederler. Fakat bu sırada yeni dislokasyonlar meydana gelir ve yoğunlukları artar. Sayılarının artması ile birbirlerinin hareketini engellemeye veya başka engellere (boşluk, yer alan, ara yer, tane sınırı, faz sınırı, çökelti, vs.) takılmaya başlarlar. Böylece hareketleri için daha yüksek gerilmeler gerekir. Bu durum deformasyon sertleşmesi veya PEKLEŞME (strain hardeningwork hardening) olarak adlandırılır.

24 5.Soğuk İşlem Pekleşmenin gerçekleşmesi için metallerin, malzemelerin soğuk şekillendirilmesi gerekir.

25 5.Soğuk İşlem

26 5.Soğuk İşlem

27 5.Soğuk İşlem Metalik malzemelerde soğuk işlem miktarı sınırlıdır, çünkü belirli bir soğuk işlem miktarında malzemenin sünekliği sıfıra iner. Soğuk işlem sırasında malzeme kusurlarının soğuk işlem miktarı arttıkça artması malzemede çatlaklara sebep olur. Çatlak oluşumunu önlemek, hem de soğuk işlemle azalan sünekliği arttırmak için malzeme soğuk işlem sırasında zaman zaman tavlanır. HANGİ TAVLAMA???

28 6.Tane Boyutunu Küçültme Tane boyutunu küçülterek bir malzemenin mukavemeti arttırılabilir. Tane boyutunu hızlı soğutma veya çeşitli termomekanik işlemlerle küçültmek mümkündür. Tane boyutu küçültme ile malzemenin mukavemetinin artması şu sebeple olur: Dislokasyonlar tane sınırları ile engellendiğinde tane sınırları önünde yığılırlar ve dislokasyonların hareketi zorlanır. Bunun sonucunda mukavemet artışı meydana gelir.

29 6.Tane Boyutunu Küçültme Kristal yapıya sahip malzeme tek bir kusursuz kristalden meydana gelmiyor. Bu tanelerin her biri resimde görüldüğü gibi farklı yönelime sahip olduklarından bu tanelerin kusursuz bir şekilde bir araya gelmeleri mümkün olmuyor. Taneler arasında uyuşmazlıktan meydana gelen düzensiz bölge gözlemliyoruz. Bu bölgeye tane sınırı adını veriyoruz.

30 6.Tane Boyutunu Küçültme

31 7.Deformasyon Yaşlanması Metalik malzemelerin soğuk deformasyondan sonra genellikle düşük sıcaklıklarda tavlanması veya oda sıcaklığında uzun süre bekletilmesi sonucunda akma ve çekme mukavemetlerinin artması, sünekliğinin azalması olayı deformasyon yaşlanması olarak adlandırılır. Soğuk deformasyon sonucu giderilmiş olan belirgin (süreksiz) akma olayı, yaşlanma sonunda tekrar görülür. (a) Test durduktan hemen sonra tekrar yükselme yapılıp teste devam ediliyor. (b)test durduktan hemen sonra o de ısıtılıp soğutulduktan sonra teste devam ediliyor.

32 Gerinim Yaşlanması için şöyle düşünelim: Bir çekme testi yaptık, belli bir miktar deforme ettikten sonra akma noktası ortaya çıktı, ardından bütün dislokasyonlar kendilerini durduran bu atomlardan kurtuldular ve hareket etmeye başladılar ve homojen pşd başladı. Bu noktada testi durdurup numune üzerindeki yükü sıfırlayalım.

33 Bu süreçte numunede belirli bir plastik gerinim oluşmuştur. Bu numuneye örneğin 400 C de fırında birkaç saat bekletelim. Bu işleme aslında yaşlandırma diyoruz.

34 Böyle bir ısıl işlem yaptığımız zaman malzemenin yaşlandığını görebiliyoruz. Çünkü dislokasyonlar bu yabancı atomlardan kurtulmuş olmalarına rağmen biz testi durdurduğumuzda dislokasyonlar tekrar durgun hale geliyorlar ve yabancı atomlar kristal içinde başka bölgedeler. Ve sıcaklığı arttırdığımızda difüzyonla tekrar yabancı atomların dislokasyonları yakalayarak içlerine yerleşmesi mümkün.

35 1 Elimizde düşük karbonlu çelik olsun. Ve karbon atomları dislokasyon etrafında toplanmış durumdalar. Malzeme içinde nitrojen atomları varsa onlar da benzer şekilde davranabilirler. 2 Bir miktar pşd den sonra (dislokasyonlar bu atomlardan kurtulduktan sonra) 400 C gibi bir sıcaklıkta yaşlandırma işlemi yapalım, bu yabancı atomlar tekrar dislokasyonları yakalayıp içine yerleşebilirler.

36 Biz aynı numuneyi tekrar yüklemeye başladığımız zaman yine bir elastik kısım ile karşılaşıyoruz ve tam akma noktasının hizasına geldiğimizde burayı da aşarak hatta pşd bölgesinde bıraktığımız gerilim değerini de aşarak ondan sonraki bir akma noktası verdiğini gözlemliyoruz ve buradan sonra homojen pşd başlıyor.

37 Yine bir plastik deformasyon ile başladığımız için bir akma noktası görüyoruz fakat bu kez daha yüksek bir değer oluyor. Bunun nedeni malzeme deformasyona uğradıkça malzemedeki dislokasyon sayısının artıyor olması. Ve duran dislokasyonları aktive etmek için daha fazla miktarda gerilim uygulamamız gerekmektedir. Dislokasyon sayısındaki artışa bağlı olarak malzemedeki bu güçlenmeye gerinim sertleşmesi diyoruz. Ancak burada gözlemlediğimiz duruma gerinim yaşlanması diyoruz. İkisi farklı mekanizmalardır.

38 Gerinim Yaşlanması Temel olarak malzeme bir miktar gerinime uğradıktan sonra (dislokasyonlar yabancı atomlardan kurtulduktan sonra) yüksek sıcaklıkta kısa bir süre geçiyor ve bir miktar yaşlandırıyoruz. Daha sonra tekrar teste tabi tuttuğumuzda ya da tekrar pşd ne tabi tuttuğumuzda malzemenin güçlendiğini görüyoruz. Bu gerinim yaşlanmasıdır. Gerinim sertleşmesi ise dislokasyon sayısındaki artış ile ilgilidir. Gerinim yaşlanması ise bu atomların tekrar bu dislokasyonların içine yerleşmesi ile ilgili bir durum.

39 7.Deformasyon Yaşlanması Deformasyon yaşlanmasının uygulanmasının uygulamada önemi çok büyüktür. Özellikle yumuşatma tavı yapılmış az karbonlu çelik saçlarda derin çekme işlemleri sırasında, süreksiz akma olayı sebebi ile malzeme yüzeyinde pürüzler oluştuğundan deformasyon yaşlanması, istenmeyen bir olaydır. Çelikte deformasyon yaşlanması veya süreksiz akma olayını gidermek veya geciktirmek için yapılan işlemler; Ferrit fazında çözünmüş C ve N miktarını azaltmak amacı ile, kuvvetli karbür ve nitrür yapıcı elementleri çelik üretimi sırasında ilave etmek. Yumuşatma tavından sonra küçük deformasyon oranlarında (%0,5-%1,5) soğuk haddelemek ve hemen kullanmak. Özel ısıl işlem yapmak

40 7.Deformasyon Yaşlanması Portevin-Le Chatelier Etkisi Deformasyon yaşlanması, çekme grafiğinde, deformasyon süresince, devamlı olarak süreksiz akma olayındaki gibi zikzagların oluşması ile ilgilidir. Bu dinamik deformasyon yaşlanması olayı Portevin-Le Chatelier etkisi olarak isimlendirilir.

41 8.Radyasyonla Sertleştirme Radyasyonla sertleştirme, esasında radyasyon etkisi ile malzemenin kristal yapısında nokta hataları oluşumunun sonucudur.