ÇELİKLERİN VE DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPILARI

Transkript

1 GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MEM-317 MALZEME KARAKTERİZASYONU ÇELİKLERİN VE DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPILARI Yrd. Doç. Dr. Volkan KILIÇLI ANKARA 2012

2 Fe- Fe 3 C Faz diyagramı 2

3 Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Ferrit (α): Karbonun α demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı eriyiğe ferrit adı verilir. Saf demir 910 C ye kadar HMK kristal kafes yapısına sahiptir. Ferrit en fazla 723 C'de (A1 sıcaklığı) % 0.02 karbon çözebilir. Sıcaklık derecesinin düşmesine bağlı olarak bu oranda azalır. Oda sıcaklığında ise bu oran % tir. Ferritin çözemediği karbon kristalin dışına atılır ve sementit oluşur. Saf Fe in mikroyapısı. Dağlama: % 2 Nital %0.02 C içeren çelikte ferritin mikroyapısı. Dağlama: Marshall çözeltisi, X500 3

4 Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Östenit (γ): Karbonun γ demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı eriyiğe östenit adı verilir. Saf demir C arasında kadar YMK kristal kafes yapısına sahiptir. Östenit en fazla 1148 C'de % 2 karbon çözebilir. Östenitin farklı hızlarda soğutulması sonucu çeliklerde farklı mikroyapılar elde edilir. Östenitin mikroyapısı. Dağlama: % 2 Nital AISI 316 östenitik paslanmaz çeliğin mikroyapısı. Dağlama: % 4 pikral + HCl çözeltisi, X500 4

5 Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Perlit: α demir ve Fe 3 C nin lamellar karışımıdır. Perlit faz değildir. İki fazın (α demir+fe 3 C) karışımıdır. Çeliklerde perlitik yapı, östenitin ötektoid reaksiyona uğraması sonucu oluşur. Ötektoid kompozisyona (%0.77 C - %0.8 C) sahip çelik yavaş soğutulduğunda %100 perlitik yapı elde edilir. Östenitten perlit oluşumunun şematik gösterimi 5

6 Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Perlit Tamamen perlitik yapıya sahip ray çeliğinin (%0.8C) optik mikroyapısı. Dağlama: % 4 Pikral. X1000 Tamamen perlitik yapıya sahip ray çeliğinin (%0.8C) SEM resmi. Dağlama: % 4 Pikral. X

7 Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları %0.38 C içeren çeliğinin mikroyapısı. Mikroyapı ötektoid öncesi ferrit ve perlitten oluşmaktadır. X635 7

8 Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları 8

9 Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları AISI 1010 çeliğinin mikroyapısı. Dağlama: Marshall den sonra %2 Nital. X200 AISI 1045 çeliğinin mikroyapısı. Dağlama: %4 Pikralden sonra sonra %2 Nital. X300 9

10 Ötektoid çeliğin (%C=0.77) mikroyapısı Ötektoid çeliğin mikroyapısı. Koyu renkli faz Fe 3 C, açık renkli faz α. X470 10

11 Ötektoid çeliğin mikroyapısı AISI 1080 çeliğinin optik mikroyapısı. Dağlama: %4 pikral. X500 Perlitin SEM mikroyapısı. X

12 Perlit (Pearlite) Ferrit (α) ve Fe 3 C nin lamellar karışımıdır. Perlit ötektoid reaksiyon ürünüdür. İzotermal dönüşüm diyagramında ötektoid çelik için kaba perlit ve ince perlit için soğuma eğrileri a) Kaba perlit (coarse pearlite), b) İnce perlit (fine pearlite) X

13 Kaba ve ince perlitin mikroyapıları AISI 1080 çeliği, kaba perlitik yapı. Dağlama: %4 pikral, X500. AISI 1080 çeliği, ince perlitik yapı. Dağlama: %4 pikral, X

14 Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları %1.4 C içeren ötektoid üstü çeliğin mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %2 Nital. X

15 Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları 15

16 Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları %1.4 C içeren ötektoid üstü çeliğin mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde ve perlitik matriste iğneler şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %4 Pikral. X500 %1 C içeren ötektoid üstü çeliğin SEM mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %4 Nital. 16

17 Ötektoidaltı ve Ötektoidüstü çeliklerde soğuma esnasında mikroyapı değişimi ve Fe Fe 3 C faz diyagramı ile ilişkisi 17

18 Beynit (Bainite) Çeliklerde östenitin izotermal dönüşüm ürünü olan beynit, ferrit (α) ve Fe 3 C in lamelar olmayan karışımıdır C izotermal beklemede alt beynit, C izotermal beklemede ise üst beynit oluşur. a) Üst beynit (gri tüylü levhalar), b) Alt beynit (siyah iğneler) 18

19 Alt Beynit ve Üst Beynit Üst beynit ve Alt beynit oluşumunun şematik gösterimi 19

20 Martensit (Martensite) Martensit; difüzyonsuz katı hal dönüşümünün bir sonucu olarak oluşan bir fazdır. %0.25 C den daha fazla karbon içeren çeliklerde YMK kristal kafesli östenit hızlı soğutma sonucu HMT (hacim merkezli tetragonal) kristal kafesli martensite dönüşür. Sade C lu çeliklerde karbon oranı ile M s sıcaklığı arasındaki ilişki ve karbon oranı ile martensit tipinin değişimi. 20

21 Martensit (Martensite) a) Düşük C lu çelikte çıta tip martensit X80, b) Yüksek C lu çelikte plaka tip martensit X

22 Martensit (Martensite) a b c a) Düşük C lu alaşımlı bir çelikte çıta tip martensit (%0.03 C, %2 Mn), Dağlama: %2 Nital, X100. b) %0.57 C içeren orta C lu çelikte çıta tip martensit ve plaka tip (mixed-karışık) martensit, Dağlama: %2 Nital, X1000. c) %1.2 C içeren yüksek C lu çelikte plaka tip martensit, beyaz bölgeler kalıntı östenit (retained austenite), Dağlama: %2 Nital, X

23 Çeliklerde gözlenen diğer mikroyapılar 23

24 Sıcak haddelenmiş ve Su verilmiş Mikroyapılar 24

25 Küreselleştirilmiş Mikroyapılar 25

26 Çeliklerde östenitleme sıcaklığı ve soğuma hızının mikroyapıya etkisi 26

27 Su verilmiş ve temperlenmiş mikroyapılar 27

28 Çeliklerde dekarbürize bölge mikroyapıları 28

29 Beynitik mikroyapılar 29

30 Beynitik mikroyapılar 30

31 Yüzey Galvanizlenmiş Çelik Mikroyapıları 31

32 Yüzey Kaplanmış (Al veya Cr) Çelik Mikroyapıları 32

33 Yüzey Karbürlenmiş Mikroyapılar 33

34 Yüzey Karbonitrürlenmiş Mikroyapılar 34

35 Yüzey Nitrürlenmiş mikroyapılar 35

36 Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 36

37 Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 37

38 Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 38

39 Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 39

40 Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 40

41 Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 41

42 Dökme Demirlerin Mikroyapıları Dökme demirlerin mikroyapılarının şematik gösterimi; a) Gri dökme demir (Gray Iron), b) Beyaz dökme demir (White Cast Iron), c) Temper dökme demir, d) Küresel grafitli dökme demir (Ductile Iron) ve e) Vermiküler dökme demir (Compacted Graphire Iron). 42

43 Dökme demirlerin tipik mikroyapıları; a) Beyaz dökme demir, b) Ferritik temper dökme demir (Malleable Iron), c) Su verilmiş ve temperlenmiş temper dökme demir, d) ferritik küresel grafitli dökme demir, e) ferritik+perlitik küresel grafitli dökme demir ve f) perlitik küresel grafitli dökme demir (Dağlama: %2 Nital) 43

44 Ticari olarak kullanılan dökme demirlerin Fe-C faz diyagramında şematik gösterimi ve Isıl işleme bağlı olarak değişen şematik mikroyapıları. Gf: Lamel grafit, Gn: Nodül grafit, Gr: Roset grafit, α: Ötektoid öncesi ferrit, P: Perlit. 44

45 Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 45

46 Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 46

47 Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 47

48 Yukarıda verilen mikroyapıları tanımlayınız? 48

49 Kaynaklar 1. Askeland D.R. and Phulé P. Pradeep, The Science and Engineering of Materials, (International Student Edition), Thomson, Callister W.D. Materials Science and Engineering : An Introduction, John Wiley and Sons Inc., ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Vol. 9, Metals Park, Ohio,