MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 4 Dönüşüm Diyagramları ZSA ve ZSD Diyagramları

Transkript

1 MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 4 Dönüşüm Diyagramları ZSA ve ZSD Diyagramları Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Bahar Yarıyılı

2 4. Dönüşüm Diyagramları ZSÖ ve ZSD Diyagramları 4.1. Giriş 4.2. Zaman-Sıcaklık-Östenitleme (ZSÖ) Diyagramları İzotermal ısıtma ile östenitleme Sürekli ısıtma ile östenitleme Östenitlemenin mikroyapıya etkisi 4.3. Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm (ZSD) Diyagramları İzotermal dönüşüm Sürekli soğuma ile dönüşüm Dönüşümlerde diğer gösterim türleri Dönüşümlerin mikroyapıya etkisi 2 Genel Bakış

3 Giriş 3

4 Karbona aşırı doymuş plaka Östenit içinde karbon difüzyonu ve Fe 3 C-çökelmesi ~0,2µm Alt birim ~10µm Östenitin dışında karbür çökelmesi Demet Üst beynit 4 Üst Beynit

5 Karbona aşırı doymuş plaka Östenit içinde karbon difüzyonu ve Fe 3 C-çökelmesi Östenit içinde karbon difüzyonu ve ferritte Fe 3 C-çökelmesi Östenitin dışında karbür çökelmesi Üst beynit Alt beynit 5 Alt Beynit

6 Perlit 720 ºC Beynit 290ºC, izotermal dönüşüm Beynit 180ºC, izotermal dönüşüm Martenzit Ötektoid çelik mikroyapıları Kaynak: Bhadeshia,

7 relative Längenänderung Uzunluk değişimi 0,99 İzoterm isotherm kontinuierlich Sürekli 0,1 t s Zeit Süre t e Temperatur Sıcaklık T e İzotermal ve sürekli dönüşümlerin uzunluk değişimine etkisi SEP

8 relative Längenänderung Uzunluk değişimi 600 C F+P 720 C F;A Ö P Ö A F Ö A 750 C AÖ F;A Ö B Ö A F 570 C 670 C F;B;A Ö M 360 C Temperatur Sıcaklık Sürekli soğuma deneylerinin değerlendirilmesi SEP

9 1 Isıtma ile östenit dönüşümü sıcaklığı (3 faz denge sıcaklığı, + + karbür). Alaşımsız ve alaşımlı çeliklerde 1b Isıtma ile östenit dönüşümünün başladığı sıcaklık (3 faz alanına giriş sıcaklığı, + + karbür). 1e Isıtma ile östenit dönüşümünün bittiği sıcaklık (2 faz alanına giriş sıcaklığı, + ya da +karbür). 3 Ferritin östenite dönüşümünün bittiği sıcaklık cm Sementitin östenitte çözünmesinin bittiği sıcaklık c Alaşım elementleri karbürlerinin östenitte çözünmesinin bittiği sıcaklık M s M f Soğuma sırasında östenitten martenzit dönüşümünün başladığı sıcaklık (Martensit-Start) Soğuma sırasında östenitten martenzit dönüşümünün yaklaşık olarak bittiği sıcaklık (Martensit-Finish) Belirlenen sıcaklıkların kısaltmaları 9

11 Sıcaklık, ºC Temperatur in C cm M C 3 1e 700 M C 3 1b 600 M C ,2 0,4 0,6 0,9 1,0 1,2 1,4 Massengehalt Karbon miktarı, an Kohlenstoff kütle-% in % Düşük miktarda M alaşım elementi için Fe-C faz diyagramı kesiti 11

12 8 Sıcaklık, ºC Temperatur in C e 1b C/s 680 0, M 3 C +M C 3 Zeit in s Süre, sn 1,0 0,8 0,6 % C 0,4 0,2 M 3 C +M C ZSÖ diyagramının sonsuz yavaş sürekli ısıtma için denge diyagramına bağlanışı 12

13 Erwärmung Sürekli İzoterm Isıtma Soğuma Abkühlung T T 1 T kontinuierlich isotherm T T T T T T T T 1 t T t T T 1 T 2 T 3 T T 2 t t T T T log t T 1 T 2 T 3 log t ZSÖ ve ZSD diyagramları için izoterm ve sürekli ısıtma/soğuma çevrimi 13

15 Sıcaklık, ºC HV 760HV inhomogen homogen homojen 800 1e 1b M 3 C M C , Zeit in ssüre, sn C45 çeliği için izoterm ısıtma ZSÖ diyagramı, A = 130 C/s 15

16 Temperatur in C Sıcaklık, ºC e 1b ASTM inhomogen inhomojen 3 homogen homojen L( m) M 3C 700 0, Zeit in s Süre, sn 2 5 C45 çeliği için izoterm ısıtma ZSÖ diyagramı ve östenit tane boyutu, A = 130 C/s 16

17 Abschreckhärte in HV1 Sıcaklık, ºC Temperatur in C Su verme sertliği, HV İnhomojen inhomogener Austenit östenit 750 Homojen homogener Austenit östenit östenit+karbür Austenit+Karbide e b Ferrit+Austenit+Karbide ferrit+östenit+karbür Ferrit+Karbide (Weichglühgefüge) ferrit+karbür (yumuşak tavlama yapısı) Aufheizgeschwindigkeit 700 Östenitleme sıcaklığına bis Haltetemperatur: ısıtma hızı: 130 C/s 130ºC/sn 0,01 0, Süre, Zeit in ssn 2 3 Rulman çeliğine (100Cr6) ait izotermal ZSÖ diyagramı Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 17

19 Sıcaklık, ºC Temperatur in C 1300 Isıtma hızı, ºC/sn Aufheizgeschwindigkeit in C/s ,22 0, homogener Austenit Homojen östenit östenit+karbür İnhomojen Austenit östenit inhomogener 800 1b 2 1e Ferrit+Austenit+Karbide ferrit+östenit+karbür ferrit+perlit +östenit Ferrit+Perlit+ Austenit Ferrit+Perlit ferrit+perlit 700 0, Zeit in s Süre, sn G15CrNi6 çeliğine ait sürekli ısıtma ZSÖ diyagramı Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 19

20 Abschreckhärte in HV1 Su verme sertliği, HV1 Sıcaklık, ºC Temperatur in C 1300 Isıtma hızı, ºC/sn Aufheizgeschwindigkeit in C/s ,22 0,05 c 1200 Homojen östenit homogener Austenit İnhomojen östenit inhomogener Austenit e 800 Austenit+Karbide östenit+karbür b Ferrit+ ferrit+ östenit+karbür Austenit+Karbide ferrit+karbür (yumuşak Ferrit+Karbide tavlama (Weichglühgefüge) yapısı) 700 0, Zeit in s Süre, sn Cr6 çeliğine ait sürekli ısıtma ZSÖ diyagramı Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 20

22 Sıcaklık, ºC Temperatur in C konstante Erwärmungsgeschwindigkeit sabit ısıtma hızı, ºC/sn in C/s ,22 0, inhomogener Austenit (homogener Austenit) homogener Homojen östenit Austenit östenit Ferrit+Perlit+Austenit (inhomogener Austenit) inhomogener Austenit ferrit+perlit Ferrit+Perlit (Martensit) (martenzit) Zeit Süre, in s sn Başlangıç Ausgangszustand durumu ferrit+perlit Ferrit + ya Perlit da ferrit+karbür bzw. Ferrit + Karbid Başlangıç Ausgangszustand durumu martenzit Martensit (mikroyapıları (Gefügeangaben parantez in içinde Klammern) verilmiştir) C35 çeliğinde sürekli ısıtmada başlangıç durumunun östenit oluşumuna etkisi 22

25 Sıcaklık Temperatur Temperatur Sıcaklık Gleichgewichts-Umwandlungstemperatur Denge dönüşüm sıcaklığı Gleichgewichts-Umwandlungstemperatur Denge dönüşüm sıcaklığı Wachstums- Büyüme geschwindigkeit hızı Umwandlungsgeschwindigkeit Dönüşüm hızı Keimbildungsgeschwindigkeit Çekirdeklenme hızı Geschwindigkeit Hız % 50 Zeit dönüşüm für eine için 50%ige Umwandlung süre Süre Zeit Çekirdeklenme hızı ve dönüşüm hızının büyümeye etkisi C şeklinde eğri oluşumu Dönüşüm kinetiği 25

26 Sıcaklık A = Başlangıç fazı, U = Dönüşüm ürünü, T G = Dönüşüm denge sıcaklığı A = Ausgangsphase U = Umwandlungsprodukt T = Gleichgewichtstemperatur der Umwandlung İzotermal bir deney sırasında dönüşüm 26

27 W 0,99 I II III Wendepunkt Sapma noktası 0,01 log t JMAK-denkleminin W(t) = 1 - exp (-bt n ) gösterimi 27

28 Temperatur Sıcaklık A A+V A+P B V+P A+V B+P Tg Tg Tg V P B A: Östenit, V: Önötektoid çökeltiler P: Perlit, B: Beynit, M: Martenzit, M S : Martenzit başlangıç sıcaklığı, T g : denge sıcaklığı M s %M Tg M log t % 0.45 C lu bir çeliğin izotermal dönüşüm diyagramı, dönüşüm sırasındaki etkileşimlere ihmal edilmiş 28

29 Temperatur Sıcaklık A A+V A+V Tg V P A+P V+P Tg B B+P A+B B M S %M Tg M log t % 0.45 C lu bir çeliğin izotermal dönüşüm diyagramı, dönüşüm sırasındaki etkileşimler verilmiş 29

30 Sıcaklık, ºC Kimyasal bileşim Östenitleme sıcaklığı 850 ºC (Bekleme süresi 5 dk) ısıtma süresi 2 dk. 3 1 Östenit alanı Ferrit oluşum alanı Perlit oluşum alanı Beynit oluşum alanı Martenzit oluşum alanı HRC ya da HV olarak sertlik değeri 80 Faz miktarları Saniye Dakika Süre Saat 34Cr4 çeliğinin izotermal ZSD diyagramı 30

31 Sıcaklık, ºC Temperatur in C Sıcaklık, ºC Temperatur in C Chemische Zusammen- Kimy asal setzung bileşim in % C 1,04 Si Mn P S Cr Cu Mo Ni V 0,26 0,33 0,023 0,006 1,53 0,20 <0,01 0,31 <0,01 Austenitisierungstemperatur 860 C Östenitleme sıcaklığı 850 ºC Haltedauer 15 min, aufgeheizt in 3 min (Bekleme süresi 15 dk) ısıtma süresi 3 dk. 1e A+K P b Ms B M Östenitleme sıcaklığı 1050 ºC (Bekleme süresi 15 dk) ısıtma süresi 3 dk. 1e A K P b B Ms M Sekunden Saniy e Süre Zeit Minuten Dakika A Bereich des Austenits P Bereich der Perlitbildung A+K Bereich des Austenits und Karbids K Bereich der Karbidbildung Härtewerte in HV B Bereich der Bainitbildung 50,90...Gefügeanteile in Prozent Bestimmungsverfahren: Dilatometrisch und metallographisch an Proben von 4 mm Dmr. und 30 mm Länge Metallographisch an Plättchen von 3 mm Dicke 100Cr6 çeliğinin izotermal ZSD diyagramı Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 31

33 Sıcaklık, ºC Temperatur in C Kimyasal Chemische Zusammensetzung bileşim A M S M C Si 0,35 0,23 X 4 F B Mn 0, P P 0,026 S 0,013 Cr 1,11 Cu 0,18 Mo 0,05 A A Ni 0,23 V <0,01 Austenitisierungstemperatur Östenitleme sıcaklığı C ºC (Bekleme (Haltedauer süresi 8 min) 8 dk) aufgeheizt ısıtma süresi in 3 min 3 dk A Bereich des Austenits 30 F Bereich der Ferritbildung Östenit alanı P Bereich der Perlitbildung B Bereich der Bainitbildung 15 Ferrit oluşum alanı Perlit oluşum M Bereich alanı der Martensitbildung alanı Beynit oluşum Martenzit oluşum Härtewerte alanı in HRC/HV 23 HRC ya da HV Gefügeanteile olarak sertlik in değeri % Faz miktarları c3 c Sekunden Saniye Dakika Minuten Süre Zeit Stunden Saat Bestimmungsverfahren: Dilatometrisch und metallographisch an Proben von 4,5 mm Durchmesser und 15mm Länge. Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 33 34Cr4 çeliğinin sürekli ZSD diyagramı

34 Sıcaklık, ºC Temperatur in C Sıcaklık, ºC Temperatur in C Kimy asal bileşim Chemische Zusammensetzung C Si Mo P S Cr Cu Mo Ni V 1,04 0,26 0,33 0,023 0,006 1,53 0,20 <0,01 0,31 <0,01 Östenitleme Austenitisierungstemperatur sıcaklığı C ºC (Bekleme Haltedauer süresi dk) min, ısıtma aufgeheizt süresi in 3 3 min dk. 1e A+K P b 500 X B Ms M RA=4 RA=3 RA= Östenitleme sıcaklığı 1050 ºC (Bekleme süresi 15 dk) ısıtma süresi 3 dk. 1e 700 A 1b 600 X K P Ms RA= M RA= Sekunden Saniy e Süre Zeit Minuten Dakika A Bereich des Austenits B Bereich der Bainitbildung A+K Bereich des Austenits und Karbids M Bereich der Martensitbildung K Bereich der Karbidbildung RA Restaustenit P Bereich der Perlitbildung Härtewerte in HV ~3;~4... Gefügeanteile in Prozent Bestimmungsverfahren: Dilatometrisch und metallographisch an Proben von 4,5 mm Dmr. und 15 mm Länge Thermische Analyse (Gasabschreckung) an Plättchen von 4 mm Dmr. und 0,5 bzw. 1,0 mm Dicke 106Cr6 çeliğinin sürekli ZSD diyagramı Kaynak: Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle 34

35 Sıcaklık, ºC Faz miktarı, hacimsel-% Temperatur in C Gefügemenge in Vol.-% a) Härte in HV 10 Sertlik, HV A X F P B Başlangıç mikroyapısı hacim-% 25 Ferrit + hacim-% 75 Perlit, östenitleme: 840 C 15 dk. Faz miktarları ve sertlik A c3 sıcaklığından 500 C ye soğuma hızına bağlı olarak (K m = 7,5 sn; K f = 43 sn, K p` = 80 sn; K p = 280 sn). b) HV M s M Zeit in s Süre, sn Km KI f K`p Kp Abkühlungsdauer von bis 500 C in s 41Cr4 çeliğinin sürekli ZSD diyagramı, sertlik değerleri ve mikroyapıda faz miktarları HV M B ºC arasındaki soğuma süresi, sn P F

37 Sıcaklık, ºC Temperatur in C e 1b F P B M t t 8/5Zeit in s 8/5 süresi, sn S355 çeliğinin SSD (Soğuma süresi-sıcaklık-dönüşüm) diyagramı 37

39 Temperatur Sıcaklık, ºC Ferrit ferrit beynit Bainit martenzit Martensit F B M Östenitleme Umwandlungsbeginn sonrası dönüşüm nach üblicher başlangıcı Austenitisierung Kaba MX Beschleunigung çökeltilerinin durch çekirdeklenmeyi große MeX-Teilchen (Keime) kolaylaştırması Verzögerung Östenitleme durch sıcaklığı T ile gecikme: Kornwachstum, östenit Me tane gelöst, büyümesi, feine MeX- M Teilchen çözeltide, ince MX çökeltileri Beschleunigung Deformasyon ile durch Verformung dönüşümün hızlanması Zeit Süre Başlangıç yapısının dönüşüme etkisi 39

40 T A F P 3 1 M s B Ötektoid altı untereutektoider çelik Stahl lg t T = 3 1 A P M s B Ötektoid çelik eutektoider Stahl lg t T cm 1 K M s A P B Ötektoid übereutektoider üstü çelik Stahl Östenitleme sıcaklığı ve kimyasal bileşimin etkisi lg t 40

41 Temperatur Sıcaklık Si Cr Mo V Mn Ni Mn Ni Perlit- Bereich alanı Bainit- Beynit Bereich alanı Çekirdek Geringe sayısının Keimzahl azalması (Erschmelzung), (Ergime), östenit tane grobes kabalaşması, Austenitkorn, uzun langes süreli tutma, Halten, yüksek hohe Härtetemperatur, sertleştirme sıcaklığı, C bis %C<0,9 % Mn, Ni, Mo, Cr, V Yüksek Hohe Keimzahl çekirdek sayısı, (Erschmelzung) ince östenit taneleri, feines düşük Austenitkorn, sertleştirme sıcaklığı, niedrige %C>0,9 Härtetemperatur, C über 0,9 Massen -% hohe Yüksek Härtetemperatur sertleştirme sıcaklığı,, Ferrit-Vorausscheidung, çökelmesi, C, Cr, C, Mn, Cr, Ni, Mn, VNi, V ferrit ön Düşük niedrige sertleştirme Härtetemperatur sıcaklığı (Karbürler), (Carbide) beynit Halten oberhalb alanının des üzerinde Bainit-Bereichs tutma M S Martensit-Bereich Martenzit alanı Co, Al niedrige Düşük sertleştirme Härtetemperatur sıcaklığı, Halten Ms oberhalb üzerinde Mtutma S Süre Zeit C, Mn, Cr, Ni Mo, V, Si Vorausscheidung Beynit alanında im Bainit-Bereich ön çökelme Alaşım elementleri ve ısıl işlem koşullarının etkisi, M450 41

42 Faz miktarı, hacimsel-% Gefügeanteil in % Sıcaklık, ºC Temperatur in C ºC Kühlzeit arasındaki (A bis soğuma 500 C) süresi, in s sn Östenitleme sıcaklığının etkisi 3 42

43 Austenitkorngröße, G(ASTM) Östenit tane boyutu, G(ASTM) 8 Deformasyon Umformgrad derecesi 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1, S V, mm Höhenabnahme Daralma (gerinme), in % % Soğuk deformasyonun etkisi, rekristalizasyon sıcaklığı altında 43

44 Çekirdeklenme başlangıcı Tane sınırlarında çekirdeklenmenin hızlanması Deformasyon bantlarında çekirdeklenme Deforme östenit tanelerinde çekirdeklenme 44

45 Deformasyon değişkeni Fiziksel metalurjik mekanizma M S e etkisi yüksek deformasyon sıcaklığı Martenzit için uygun çekirdeklenme yörelerinde karbür oluşumu Artan M S düşük deformasyon sıcaklığı, düşük deformasyon miktarı Dislokasyon yapılanması, yöresel alaşım elementi fakirleşmesi Artan M S düşük deformasyon sıcaklığı, yüksek deformasyon miktarı Beynit oluşumu, difüzyonu zor olan atımların engellenmesi Düşen M S Deformasyon parametrelerinin Ms sıcaklığına etkisi 45