Faz kavramı. Kristal yapılı malzemelerin iç yapılarında homojen ve belirli özellikler gösteren bölgelere faz (phase) adı verilir.

Transkript

1 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.

2 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.

3 (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.

4 (a)sıvı Cu ve Ni, tam çözünür. (b)katı Cu ve Ni kristal yapıda rastgele yerlere yerleşmek suretiyle tam katı çözelti oluşturur. Katı Çözelti 2.Faz (c)cu ve Zn alaşımları sınırlı çözünmeden dolayı % 30 dan fazla Zn çözemez, ikinci faz bölgeleri oluşturur.

5 Mikroyapıda fazlar

6 Mikroyapıda Fazlar niçin oluşur? Neden atomlar her noktada homojen karışım oluşturamazlar?

7 Bir elemente diğer bir element karıştırılacak olursa, daima toplam iç enerji mimimum olacak şekilde yeni atom düzenleri meydana gelir.

8 Sistemde enerji Fazlar: İç enerjinin min olmasını sağlayacak şekilde oluşurlar. Bir sistemde enerji durumu: sıcaklık, kimyasal bileşim, basınç gibi değişkenler ile belirlenir. Eğer basınç sabit ise (atmosferik basınç) sistemin enerjisi kimyasal bileşim ve sıcaklık tarafından belirlenir.

9 Faz diagramları Kimyasal bileşim ve sıcaklığa bağlı olarak belirli şartlarda hangi fazların stabil olduğu faz diagramları ile belirlenir.

10 Tek Bileşenli Faz Diyagramları

11

12

13 Hava basıncı artarsa, ağzı açık kaptaki sıvının kaynaması zorlaşır. Hava basıncının azalması ise kaynamayı kolaylaştırır. Dolayısıyla sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar. Deniz düzeyinde 100 C de kaynayan saf su, Ankara da 96 C de, Erzurum da ise 94 C de kaynar.

14

15

16

17 İki Bileşenli Faz Diyagramları

18 Likidüs çizgisi Sıvı T B T, Sıcaklık T A S + Solidüs çizgisi (katı) Kimyasal bileşim: Kompozisyon

19 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)

20 Tam Çözünme

21 Tam Çözünme Sıcaklık S, Sıvı T B Sıvı Tamamen sıvı faz Sıvı % 90 Sıvı + % 10 T A S+, Katı % 60 Sıvı + % 40 % 10 Sıvı + % 90 %B X Tamamen katı faz. : %x oranında B elementi içerir.

22 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar Alaşım sistemlerinin çoğunda görülür. B elementi A nın içerisinde sınırlı olarak çözünebilir. Oda sıcaklığında X 1 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X 2 kadar çözünebilir. Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar.

23 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar Aynı şekilde A elementi B içerisinde sınırlı miktarda çözünebilir. Oda sıcaklığında X 3 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X 4 kadar çözünebilir. (Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar).

24 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar fazı: Katı Çözelti 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

25 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar Ötektik Bileşim Ötektik altı bileşim (hypo) X ö Ötektik üstü bileşim (hyper)

26 Ötektik Yapı Ötektik reaksiyon; sıvı fazın ani olarak iki ayrı katı faza dönüşmesi reaksiyonudur. Ötektik reaksiyon: Sıvı Soğuma (Katı) + (Katı) Ötektik nokta Ötektik noktadan uzaklaştıkça, ötektik reaksiyon, dönüşüm öncesi varolan sıvı faz kadar gerçekleşir. Ötektik Sıcaklık

27 Ötektik Yapı Katılaşma sırasında çekirdeklenme bir çok noktadan başlar, Bu çekirdekler tabaka şeklinde büyürler 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)

28 Ötektik Yapı 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. 1 Lamelli Yapı 2 Nodular Yapı

29 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar I II III IV T A T ö I II III IV S S S+ TB X 1 X 2 4 X X ö %B Ötektik Ötektik öncesi Ötektik ( dan ayrışan) Ötektik öncesi

30 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar

31 Sınırlı Çözünme ve Ötektik Yapılar

32 Hiç Çözünmeme 1.Alaşım 2.Alaşım 3.Alaşım Ötektik Sıcaklık T A 1 2 A+S S A+B S+B %B X 1 X 3 X 2 Ötektik Bileşim T B Sıvı Sıvı Sıvı Sıvı A Sıvı A Proötektik A 2 3 Ötektik Yapı Ötektik A Ötektik B Sıvı B A Kristalleri (Açık renk) B Kristalleri (Koyu renk) Ötektik A Ötektik B Proötektik B Ötektik A Ötektik B

33 Ötektoid Reaksiyon Soğuma sırasında bir katı fazdan iki ayrı katı fazın oluşması reaksiyonudur. Ötektoid reaksiyon: (Katı) Soğuma (Katı) + (Katı)

34 Peritektik ve Peritektoid Reaksiyon Kısmi çözünürlük gösteren alaşım sistemlerinde elementlerin ergime sıcaklıklarının çok farklı olması durumunda meydana gelen faz reaksiyonlarıdır. Peritektik reaksiyon: Sıvı + (Katı) Soğuma (Katı) Cu-Zn faz diyagramı Peritektoid reaksiyon: (Katı) + (Katı) Soğuma (Katı)

35 Peritektik ve Peritektoid Reaksiyon Peritektik reaksiyon: Sıvı + (Katı) Soğuma (Katı) Peritektoid reaksiyon: (Katı) + (Katı) Soğuma (Katı)

36 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

37 Örnek Aşağıda verilen faz diyagramında bulunan 3 adet farklı faz reaksiyonlarını tespit ediniz. (c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license o C, 920 o C, 750 o C, 450 o C ve 300 o C lerde yatay çizgiler vardır 1150 o C: δ + L γ, peritektik 920 o C: L 1 γ + L 2 a monotektik 750 o C: L γ + β, a ötektik 450 o C: γ α + β, a ötektoid 300 o C: α + β μ or a peritektoid

38 Çelik üretiminde tandişe döküldükten sonra 8 nozuldan çıkarak kütük üretim prosesi sırasında tandişteki sıvı çeliğin yarısı dökülmeden nozullar tıkanmakta ve dökümü zorlaştırmaktadır. Firma bu zorluğu aşmak için metalik Ca kullanmıştır. Nedenini faz diyagramına bakarak yorumlayınız.

39 Katıiçerisinde difüzyon için zamanın yetersiz olması segregasyonlu bir yapı oluşturur. Dengesiz solidüs çizgisinin gerçek yeri ve son dengesiz solidüs sıcaklığı soğuma hızına bağlıdır. Yüksek soğutma hızı, dengede daha büyük sapmalara neden olur. Dengesiz soğuma

40 Dengesiz soğuma

41 Dengesiz soğuma