İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Prof. Dr. Ramazan YILMAZ Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA
İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI ÖTEKTİK ALAŞIMLARIN ÖZELLİKLERİ 1- Ötektik reaksiyona sahip alaşımlardaki ötektik dönüşüm noktası, en düşük ergime sıcaklığına sahip noktadır. Bu nedenle lehimleme işleminde kullanılan ilave dolgu telleri, ötektik alaşım oranında katılaştırılarak piyasaya sürülürler. Al-Si ve Pb-Sn ötektik alaşımlar, lehim ilave dolgu teli olarak oldukça yaygın kullanılır. 2- Düşük ergime sıcaklıklarına sahip olmaları ve belirli bir katılaşma aralıklarının olmaması nedeniyle mükemmel dökülebilirlik özelliğine sahiptirler. 3- Ötektik reaksiyonlarda, her iki katı fazın aynı anda oluşması nedeniyle, ince taneli bir yapı elde edilir. 4- Uygun aşılayıcılar veya tane incelticiler kullanılarak tane 27.03.2015 boyutu değiştirilir. 3
İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI ÖTEKTİK ALAŞIMLARIN ÖZELLİKLERİ 5- Soğuk şekillendirme ile mukavemetleri arttırılabilir. 6- Döküm kalıbındaki boşlukları mükemmel şekilde doldurabilirler. 7- İki faz içeren ötektik alaşımlarının mekanik özellikleri, sahip oldukları fazların yapıdaki dağılımına ve biçimine bağlı olarak değişir. 8- Alaşımlandırma ile sertlik ve çekme dayanımı artarken, şekil değişimi ve elektrik iletkenliği düşmektedir. 27.03.2015 4
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Alaşım sistemlerinin çoğunda görülür. B elementi, A elementinin içerisinde sınırlı olarak çözünebilir. Oda sıcaklığında X1 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X2 kadar çözünebilir. Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar. 27.03.2015 5
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Aynı şekilde A elementi B elementi içerisinde sınırlı miktarda çözünebilir. Oda sıcaklığında X3 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X4 kadar çözünebilir. 27.03.2015 6
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Çözeltiye giremeyen yabancı atomlar, kendilerinin çoğunlukta olduğu yeni atom düzeni (faz) oluştururlar. A elementinin çoğunlukta olduğu katı çözelti α fazını oluşturur, B elementinin çoğunlukta olduğu katı çözelti ß fazını oluşturur. Fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı olan iki katı faz α ve ß aynı yapıda bir arada bulunabilir. 27.03.2015 7
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI 27.03.2015 8
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Cu-Ag faz diyagramında görüleceği gibi, diyagram üzerinde üç farklı tek faz bölgesi vardır:, ß ve sıvı katı fazı, bakırca zengin bir katı eriyiktir ve en fazla 779 C de % 8 gümüş çözebilir (A noktası). α fazı YMK kristal yapısına sahiptir. ß katı fazı, gümüşçe zengin bir katı eriyiktir ve en fazla 779 C de % 8.8 bakır çözebilir (C noktası) ß fazı da YMK kristal yapısına sahiptir 27.03.2015 9
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Cu-Ag faz diyagramının ABC çizgisi altındaki her hangi bir sıcaklık değerinde, gümüşün sınırlı bir miktarı bakır içerisinde ( fazı) ve bakırın sınırlı bir miktarı gümüş içerisinde (ß fazı) çözünebilmektedir. fazı için çözünebilirlik sınırı A noktasına kadar artmakta, daha sonra F noktasına doğru azalarak sıfıra (saf bakırın ergime sıcaklığını gösteren nokta, 1085 C) ulaşmaktadır. 779 C nin altında bulunan ve α ile α + ß faz bölgelerini birbirinden ayıran çözünebilirlik sınırına solvüs eğrisi (AG çizgisi) adı verilir. 27.03.2015 10
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Cu-Ag faz diyagramının ABC çizgisi altındaki her hangi bir sıcaklık değerinde, gümüşün sınırlı bir miktarı bakır içerisinde ( fazı) ve bakırın sınırlı bir miktarı gümüş içerisinde (ß fazı) çözünebilmektedir. fazı için çözünebilirlik sınırı A noktasına kadar artmakta, daha sonra F noktasına doğru azalarak sıfıra (saf bakırın ergime sıcaklığını gösteren nokta, 1085 C) ulaşmaktadır. 779 C nin altında bulunan ve α ile α + ß faz bölgelerini birbirinden ayıran çözünebilirlik sınırına solvüs eğrisi (AG çizgisi) adı verilir. 27.03.2015 11
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI ile sıvı + α bölgelerini ayıran çözünebilirlik çizgisine de solidüs (AF çizgisi) denir. Sıvı ile sıvı + α bölgelerini ayıran çözünebilirlik çizgisine de likidüs (FB çizgisi) denir. Cu-Ag faz diyagramı üzerinde ß fazı için çözünebilirlik sınırı, ECD sınır çizgisi ile gösterilmektedir. CE çözünebilirlik sınır çizgisine solvüs, CD çizgisine de solidüs adı verilir. 27.03.2015 12
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Cu-Ag faz diyagramı üzerinde üç farklı ikili faz bölgesi mevcuttur: (1) α + sıvı (2) ß + sıvı (3) α + ß + ß faz bölgesi içerisinde, sıcaklık ve bileşim ne olursa olsun ve ß fazları bir arada bulunurlar. 27.03.2015 13
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Gümüşe, bakır ilave edildiği zaman alaşımın tamamen sıvı olduğu sıcaklık değeri, likidüs çizgisi boyunca azalır (FB eğrisi). Demek ki bakırın ergime sıcaklığı, gümüşün ilavesi ile düşmektedir. Aynı olay bakıra gümüş ilave edildiği zaman da gerçekleşir. Yani gümüşün ergime sıcaklığı da, bakırın ilavesi ile azalmaktadır (DB çizgisi). 27.03.2015 14
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Likidüs sınır çizgileri, B noktasında birleşir. Dikkat edilirse ABC yatay çizgisi, B noktası üzerinden geçmektedir. Bu B noktası 779 C de % 71.9 Ag içeren Cu-Ag ötektik alaşımını göstermektedir. Sıvı bir fazdan, direk olarak α + ß ikili katı fazlarına dönüşümün gerçekleştiği bu noktaya ötektik nokta, bu nokta üzerindeki alaşıma da ötektik alaşım (% 71.9 Ag - % 28.1 Cu) adı verilir. ABC yatay solüdüs çizgisine de ötektik çizgi veya ötektik sıcaklık denir. 27.03.2015 15
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik bileşimdeki bir sıvı, yavaşça ötektik sıcaklığına (779 C) soğutulduğunda, tek sıvı faz aynı anda iki katı faza (α + ß) dönüşmektedir. Diğer bir ifade şekliyle; Ötektik bileşimdeki α + ß katı fazları, oda sıcaklığından yavaşça ötektik sıcaklığına ısıtıldığında, iki katı faz aynı anda tek bir sıvı faza dönüşecektir. 27.03.2015 16
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik bileşime sahip bir Cu-Ag alaşımı, 779 C deki ötektik noktasında α + ß olmak üzere meydana gelen iki katı eriğin bileşimleri, ötektik çizgisinin (ABC çizgisi) uç noktalarına (A ve C noktaları) bakılarak tayin edilebilir: 27.03.2015 17
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik Alaşımların Yavaş Soğuma Eğrileri Saf metaller (bu örnekte saf bakır ve saf gümüş) sabit bir sıcaklıkta katılaşırlar. Saf bakır, 1085 C deki sabit sıcaklıkta katılaşır. Bu katılaşma bölgesinin başlangıç noktasında katı tanecikleri çekirdeklenmeye başlar ve büyürler. Katılaşma bölgesinin sonunda çok az sıvı katı tanecikleri arasında kalır. Ne zaman ki sıcaklık 1085 C nin altına düşer, yapı tamamen katı faza dönüşür. 27.03.2015 18
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik Alaşımların Yavaş Soğuma Eğrileri % 40 Ag - % 60 Cu içeren alaşımın soğuma eğrisi gösterilmektedir. Bu alaşım sıvı fazdan itibaren yavaş soğutulursa, sıcaklık değeri likidüs çizgisini kesinceye kadar alaşım sıvı kalacaktır. Likidüs çizgisinin hemen altında ilk α katı tanecikleri (ötektik öncesi α) oluşmaya başlayacak ve 779 C ye kadar bu tanecikler büyüyecektir. 27.03.2015 19
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik Alaşımların Yavaş Soğuma Eğrileri % 40 Ag - % 60 Cu içeren alaşımın soğuma eğrisi: Ötektik sıcaklık olan 779 C de, sıvının tamamı ötektik reaksiyonla katılaşır ve bu esnada yatay bir sıcaklık duraksaması meydana gelir. Sıcaklık 779 C nin altına düştüğü anda da α ve ß katı fazları meydana gelecektir. Dikkat edilirse katılaşma sabit bir sıcaklıkta değil, belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelmektedir. 27.03.2015 20
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik Alaşımların Yavaş Soğuma Eğrileri Ötektik bileşime sahip alaşım (% 71.9 Ag - % 28.1 Cu), Sıvı fazdan itibaren yavaşça soğutulursa, 779 C ye kadar alaşım sıvı faz olarak kalacaktır. Saf metallerde olduğu gibi, ötektik katılaşma da sabit bir sıcaklıkta (ötektik sıcaklığı) meydana gelmekte ve soğuma eğrisi yatay bir katılaşma çizgisi şeklinde oluşur. 27.03.2015 21
ÖRNEK: Cu-Ag FAZ DİYAGRAMI Ötektik Alaşımların Yavaş Soğuma Eğrileri % 71.9 Ag içeren sıvı faz, bakırca zengin katı α fazına ve gümüşçe zengin katı ß fazına dönüşürken ötektik reaksiyon esnasında difüzyon meydana gelir. Ötektik katılaşma bölgesinde difüzyon sebebiyle iki farklı atom yerlerinin yeniden dağılımı söz konusu olduğu için, ötektik sıcaklıkta (779 C) yatay bir sıcaklık duraksaması oluşmaktadır. Ötektik reaksiyonun tamamlanmasından sonra alaşım, α ve ß katı eriyik fazlarına sahip olacaktır. 27.03.2015 22
MİKROYAPI OLUŞUMU İkili ötektik alaşım sistemlerinde, farklı sıcaklık aralıklarında ve farklı bileşimlerde değişik mikroyapılar meydana gelmektedir. Yavaş soğuma şartlarında meydana gelen mikroyapı değişikliklerini, kurşun-kalay ötektik alaşım sistemi örnek verilerek açıklanmaya çalışılacaktır. 27.03.2015 23
KATI ERİYİK ALAŞIMI MİKROYAPILARI Pb-Sn sisteminde iki katı eriyik alaşımı vardır. α katı eriği: Kalay, kurşun içerisinde en fazla % 18.3, en az % 2 oranında ergir. ß katı eriği: Kurşun, kalay içerisinde en fazla %2.2, en az % 0 (ihmal edilebilecek nitelikte çok düşük olduğu için) oranında ergir. 27.03.2015 24
KATI ERİYİK ALAŞIMI MİKROYAPILARI C1 bileşimine sahip bir Pb-Sn alaşımı düşünelim: Bu alaşımı, sıvı faz bölgesinden itibaren (yaklaşık 350 C den) yavaşça soğutmaya başlayalım. a noktasındaki mikroyapı: tamamen sıvı fazdır. Sıcaklık düşüşü, likidüs çizgisini kesinceye kadar alaşım sıvı faz olarak kalacaktır. 27.03.2015 25
KATI ERİYİK ALAŞIMI MİKROYAPILARI Ne zaman sıcaklık likidüs çizgisini keserse (yaklaşık 330 C), α katı fazı oluşmaya başlayacaktır. b noktasındaki mikroyapıya baktığımızda α ve sıvı faz olmak üzere iki farklı faz görülecektir. Sıcaklık solidüs çizgisini kestiği zaman, katılaşma tamamlanacak ve homojen bir α katı eriyiği meydana gelecektir. Oda sıcaklığına kadar değişmeyen bu mikroyapı, c noktasında şematik olarak gösterilmektedir. 27.03.2015 26
ERİYEBİLİRLİK SINIRINI AŞAN ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Bu alaşımlar oda sıcaklığındaki katı eriyik sınırı ile ötektik sıcaklığındaki maksimum katı eriyik sınırı arasında kalan alaşımlardır. Kurşun-kalay sisteminde % 2 Sn ile % 19.2 Sn arasında kalan alaşımlar ve % 97.5 Sn ile % 100 Sn arasında kalan alaşımlar, eriyebilirlik sınırını aşan alaşımlar olarak tarif edilir. 27.03.2015 27
ERİYEBİLİRLİK SINIRINI AŞAN ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI C2 bileşimine sahip bir Pb-Sn alaşımının, farklı sıcaklık bölgelerindeki mikroyapı değişikliklerini örnek olarak verelim: d noktasında alaşım tamamen sıvı faz halindedir. Sıcaklık likidüs eğrisini geçer geçmez, sıvı faz içerisinde α katı tanecikleri oluşmaya başlar. e noktasında α + sıvı faz bölgesindeki mikroyapı şematik olarak gösterilmektedir. 27.03.2015 28
ERİYEBİLİRLİK SINIRINI AŞAN ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Yavaş soğuma devam ederek solüdüs eğrisi geçilip f noktasına varıldığı zaman yapı tamamen α katı fazı şeklindedir. g noktasında Sıcaklık, kurşun içerisindeki kalayın eriyebilirlik sınırını gösteren solvüs eğrisini geçince, α katı fazı içerisinde küçük ß faz partikülleri oluşur. Sıcaklık düştükçe ß faz partikül miktarı artacaktır. 27.03.2015 29
ÖTEKTİK ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Kurşun kalay ötektik alaşımı, % 38.1 Pb-% 61.9 Sn bileşimine sahiptir. ÖTEKTİK NOKTA: Sıcaklık ötektik dönüşüm noktasına ulaştığında sıvı fazda, α ve ß fazları çekirdeklenmeye başlar. 27.03.2015 30
ÖTEKTİK ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Kurşun kalay ötektik alaşımı, % 38.1 Pb-% 61.9 Sn bileşimine sahiptir. i noktası : Sıcaklık ötektik dönüşüm noktasının altına düşer düşmez sıvı faz, α ve ß fazları olmak üzere bir anda iki katı faza dönüşür. 27.03.2015 31
ÖTEKTİK ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Ötektik yapı olarak adlandırılan mikroyapı, şematik olarak gösterilmektedir. Bu mikroyapıda da görüleceği gibi α ve ß fazları her bir tane içerisinde farklı yönlere doğru uzanan lamelli bir yapı şeklinde bulunmaktadır. Lamelli yapı, diğer ötektik alaşım sistemlerinde de tipik bir mikroyapı özelliğidir. 27.03.2015 32
İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Ötektik yapılar, tanelerin inceliği ve fazların karakteristik yönlenmeleri ile dikkati çeker. Taneler gelişi güzel yan yana değil de genel olarak lamelli veya spiral şeklinde bir dizilme gösterir. Bu görünüm nedeniyle bu yapıya "güzel şekilli" "iyi yapılı" anlamında ötektik adı verilmiştir. Bu alaşımlara da ötektik alaşım denilmiştir. Terim Yunanca eutektos (kolayca eriyen) den gelmektedir. 27.03.2015 33
İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Ötektik reaksiyon ile oluşan katı fazlar: Lamelli yapı (tabakalar şeklinde paketlenmiş) Noduler yapı (matris faz içerisinde küresel diğer fazın bulunması) Lamelli yapıda iki katı faz birbiri üzerine paketlenmiş tabakalar şeklindedir. Her bir paketli tabaka bir taneyi meydana getirir. 27.03.2015 34
Ötektik altı (Hipoötektik) alaşımların mikroyapıları ÖTEKTİK YAPININ OLUŞUM AŞAMALARI 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. 27.03.2015 35
ÖTEKTİK ALTI (HİPOÖTEKTİK) ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI j noktasında: tamamen sıvı faz halindedir. k noktasında: Sıcaklık, likidüs eğrisinin altına düştüğü, sıvı faz içerisinde α katı tanelerinin oluştuğu şematik olarak gösterilmektedir. 27.03.2015 36
ÖTEKTİK ALTI (HİPOÖTEKTİK) ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Sıcaklık ötektik çizginin altına düşer düşmez, l noktasında görülen sıvı faz, α + ß lamelli katı faza (ötektik yapı) dönüşür. Fakat ilk oluşan α katı fazında (ötektik öncesi primer katı faz) ise, önemli bir değişiklik olmaz. m noktasında: şematik olarak gösterilen mikroyapının, bir ötektik yapıdan (α + ß lamelli yapı) ve ötektik öncesi oluşan primer α katı fazından oluştuğu görülmektedir. 27.03.2015 37
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE HİÇ ÇÖZÜNMEYEN İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI 27.03.2015 38
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Pb-Sn ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI 27.03.2015 39
SIVI HALDE TAMAMEN KATI HALDE SINIRLI ÇÖZÜNÜRLÜK İKİLİ ÖTEKTİK FAZ DİYAGRAMLARI Pb-Sn ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI 27.03.2015 40
Pb-Sn ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI Hipo ötektik yapı Ötektik yapı Hiper ötektik yapı 27.03.2015 41
Pb-Sn ALAŞIMLARIN MİKROYAPILARI 27.03.2015 42
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi j NOKTASI: Faz Bileşimi: %40 wt. Sn - %60 wt. Pb Faz Miktarı: %100 Sıvı faz 27.03.2015 43
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi k NOKTASI: Faz Bileşimi: Fazı : %16 wt. Sn - %84 wt. Pb Sıvı Fazı : %46 wt. Sn - %54 wt. Pb 27.03.2015 44
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi k NOKTASI: % Faz Miktarları : α Fazı : %20 Sıvı Fazı : %80 % α Fazı = (y / x+y) 100 = (46-40) / (46-16) 100 % α Fazı = % 20 Sıvı Faz = (x /x+y) 100 = (40-16) / (46-16) 100 Sıvı Faz = % 80 27.03.2015 45
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi l NOKTASI: Faz Bileşimi: α Fazı : %19.2 wt. Sn - %80.8 wt. Pb Sıvı Fazı : %61.9 wt. Sn - %38.1 wt. Pb 80 27.03.2015 46
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi l NOKTASI: % Faz Miktarları : primer α Fazı : % 51.2 Sıvı Fazı : % 48.8 % α Fazı = (y / x+y) 100 = (61.9-40) / (61.9-19.2) 100 % α Fazı = % 51.2 Sıvı Faz = (x /x+y) 100 = (40-19.2) / (61.9-19.2) 100 Sıvı Faz = % 48.8 27.03.2015 47
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi m NOKTASI: Faz Bileşimi: α Fazı : %19.2 wt. Sn - %80.8 wt. Pb ß Fazı : %97.5 wt. Sn - %2.5 wt. Pb 27.03.2015 48
Ötektik Faz Diyagramlarında Faz Bileşimlerinin ve % Miktarlarının Belirlenmesi m NOKTASI: % Faz Miktarları : Primer α Fazı : %51.2 (l noktasından bulunmuştu) Ötektik α Fazı = Toplam α Fazı - primer α Fazı = 73.4 51.2 = 22.2 Ötektik yapı (% 26.6 ß Fazı) + (% 22.2 ötektik α Fazı) % α Fazı = (y / x+h) 100 = (97.5-40) / (97.5-19.2) 100 % α Fazı = % 73.4 % ß Faz = (x /x+h) 100 = (40-19.2) / (61.9-19.2) 100 % ß Faz = % 26.6 27.03.2015 49
ÖRNEK Kurşun-kalay (Pb-Sn) sisteminin yavaş soğuma şartlarında elde edilen faz diyagramı üzerindeki: (a) Ötektik bileşime ait alaşımın 182 C deki fazların bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. (b) % 35 Sn içeren alaşımın 240 C, 184 C ve 182 C lerdeki fazlarının bileşimlerini ve yüzde miktarlarını bulunuz. (c) % 35 Sn içeren alaşımın 330 C, 240 C, 184 C ve 182 C lerdeki mikroyapılarını şematik olarak çiziniz. (d) % 35 Sn içeren alaşımın ve ötektik bileşime sahip alaşımın yavaş soğuma eğrilerini çiziniz. 27.03.2015 50
ÇÖZÜM: (a) Ötektik bileşime sahip alaşım %61.9 Sn içerir. Bu alaşımın 182 C de (aşağıdaki Pb-Sn faz diyagramında k noktası), α ve ß olmak üzere iki katı fazı vardır. 27.03.2015 51
ÇÖZÜM: (b) % 35 Sn içeren Pb-Sn alaşımının 240 C de (p noktası) α + sıvı olmak üzere iki faz içerir. 27.03.2015 52
184 C de (r noktası) ötektik öncesi α + sıvı olmak üzere iki faz içerir. 27.03.2015 53
182 C de (s noktası) ise, ötektik öncesi, ötektik içi α ve ß fazları olmak üzere üç farklı faz içerir. 27.03.2015 54
(c) % 35 Sn içeren alaşımın 330 C, 240 C, 184 C ve 182 C lerdeki mikroyapılarını şematik olarak aşağıdaki Pb-Sn faz diyagramında çizilmiştir. 27.03.2015 55
(d) % 35 Sn içeren alaşımın ve ötektik bileşime sahip alaşımın yavaş soğuma eğrilerini aşağıdaki Pb-Sn faz diyagramının kenarlarında çizilmiştir. 27.03.2015 56
ÖRNEK Bakır-Gümüş (Cu-Ag) sisteminin faz dönüşümleri ile ilgili karakteristik değerler şu şekildedir: * Ötektik reaksiyon gösteren Cu-Ag sisteminin ötektik çizgisi 779 C üzerindedir. * Gümüş içerisinde bakır, 779 C de en fazla % 8.8 ve oda sıcaklığında da % 0 oranında çözünür. * Bakır içerisinde gümüş, 779 C de % 8 ve oda sıcaklığında da % 0 oranında çözünür. * Gümüşün ergime sıcaklığı : 960 C * Bakırın ergime sıcaklığı : 1085 C * Ötektik Sıcaklığı : 779 C * Ötektik Bileşim : % 28.1 Cu - % 71.9 Ag 27.03.2015 57
ÇÖZÜM: Bakır-Gümüş (Cu-Ag) sisteminin faz diyagramı 27.03.2015 58
(a) İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Cu-Ag sisteminin, faz diyagramını yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda çiziniz. %15Ag - %85Cu ve ötektik alaşımların soğuma eğrilerini çiziniz. ÇÖZÜM: İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Cu-Ag sisteminin faz diyagramının çizimi yapılarak %15Ag - %85Cu (1 nolu alaşım) ve ötektik (2 nolu alaşım) alaşımların soğuma eğrileri gösterilmiştir. 27.03.2015 59
27.03.2015 60
(a) İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Cu-Ag sisteminin, faz diyagramını yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda çiziniz. %15Ag - %85Cu ve ötektik alaşımların soğuma eğrilerini çiziniz. ÇÖZÜM: İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Cu-Ag sisteminin faz diyagramının çizimi yapılarak %15Ag - %85Cu (1 nolu alaşım) ve ötektik (2 nolu alaşım) alaşımların soğuma eğrileri gösterilmiştir. 27.03.2015 61
(b) %15Ag - %85Cu alaşımının 780 C (a noktası) ve 778 C (b noktası) sıcaklarındaki fazlarının bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. 27.03.2015 62
(c) %85Ag - %15Cu alaşımının 780 C (c noktası) ve 778 C (d noktası) sıcaklarındaki fazların bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. 27.03.2015 63
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Ötektik alaşımların bazıları; - sıvı durumdan çok hızlı bir şekilde soğutulursa - alaşım elementlerince zengin bir alaşımın yavaş soğutulması durumunda - Çok az miktarlardaki kalıntı elementlerin varlığı veya ilave edilmesi 1- Ötektik sıcaklık düşer 2- Ötektik noktanın bileşimi değişebilir 3- Ötektik yapının ebatlarında küçülme olabilir 4- Ötektik yapının morfolojik şekli değişir 27.03.2015 64
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Bir Al-Si alaşımına çok düşük oranlarda sodyum (Na), Ca veya P ilave edilirse, alaşımın mikroyapısı ilave edilmeyen alaşıma göre değişiklik gösterir. Örneğin, Al-Si sisteminde iki alaşımı ele alalım: 1- Al-%13 Si alaşımının mikroyapısı: Küçük ve ince parçacıklar şeklindeki Ötektik Si fazı içerisinde, dentritik α fazından meydana gelir. 27.03.2015 65
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Örneğin, Al-Si sisteminde iki alaşımı ele alalım: 2- Al-%13 Si- %0.01Na alaşımının mikroyapı: Lamel şeklindeki Ötektik Si fazı içerisinde, küçük yuvarlakımsı dentritik α fazı meydana gelir. 27.03.2015 66
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Örneğin, Al-Si sisteminde Ca ilavesini ele alalım: 1- Al - %12.58 Si + 457ppm Ca alaşımı (parts per million) Mikroyapı: Fiber şeklindeki Ötektik Si fazı içerisinde, dentritik α fazından meydana gelir. 2- Al-%12.58 Si + 17ppm Ca alaşımı Mikroyapı: Kaba lameller şeklindeki Ötektik Si fazı içerisinde, dentritik α fazından meydana gelir. Al - %12.58 Si + 457ppm Ca alaşımı Al-%12.58 Si + 17ppm Ca alaşımı 27.03.2015 67
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Al-Si sisteminde iki alaşımında az miktarda beraberce ilave edilen Ca ve P elementleri de mikroyapının değişmesine sebep olurlar. ZL109 Al-Si alaşımı mikroyapıları: (a)208 ppm Ca + 92ppm P (b) 100 ppm Ca + 72 ppm P (c) 49 ppm Ca + 57 ppm P (d) 12 ppm Ca + 41 ppm P 27.03.2015 68
ÖTEKTİK NOKTANIN DEĞİŞMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER Çok az miktarda ilave edilen Na elementi aynı zamanda ötektik noktanın, ötektik bileşimin ve ötektik sıcaklığın da değişmesine sebep olmaktadır. 27.03.2015 69
Ag-Cu sisteminde kimyasal bileşimin mekanik özelliklere etkisi gösterilmektedir. 27.03.2015 70
ÖDEV Soru 1- Alüminyum-silisyum alaşım sisteminin faz dönüşümleri ile ilgili karakteristik özellikler aşağıda verilmiştir. * Ötektik reaksiyon gösteren Al-Si sisteminin ötektik çizgisi 577 C üzerindedir. * Silisyum içerisinde alüminyum, 577 C de çözünmez. * Alüminyum içerisinde silisyum, 577 C de en fazla % 2 ve oda sıcaklığında da sıfır oranında çözünür. * Alüminyumun ergime sıcaklığı : 669 C * Silisyumun ergime sıcaklığı : 1410 C * Ötektik Sıcaklığı : 577 C * Ötektik Bileşim : % 12.6 Si - % 87.4 Al (a) İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Al-Si sisteminin, faz diyagramını yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda çiziniz. (b) % 10 Si - % 90 Al alaşımının ve % 12.6 Si - % 87.4 Al alaşımının soğuma eğrilerini çiziniz. (c) % 10 Si - % 90 Al alaşımının 680 C, 578 C, 576 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. (d) % 12.6 Si - % 87.4 Al alaşımının 650 C ve 576 C sıcaklığındaki fazların bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. (f) % 40 Si - % 60 Al alaşımının 1100 C, 660 C, 578 C ve 576 C lerdeki fazların 27.03.2015 71 bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz.
ÖDEV Soru 2- Kalay-Bizmut alaşım sisteminin faz dönüşümleri ile ilgili karakteristik özellikler aşağıda verilmiştir. * Ötektik reaksiyon gösteren Sn-Bi sisteminin ötektik çizgisi, 139 C üzerindedir. * Bizmut içerisinde kalay, 139 C de çözünmez. * Kalay içerisinde Bizmut, 139 C de en fazla %ağ. 21 ve oda sıcaklığında da sıfır oranında çözünür. * Bitmuttun ergime sıcaklığı : 271 C * Kalayın ergime sıcaklığı : 232 C * Ötektik Sıcaklığı : 139 C * Ötektik Bileşim : %ağ. 57 Bi - %ağ. 43 Sn (a) İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Sn-Bi sisteminin, faz diyagramını yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda çiziniz. (b) %ağ. 10 Bi - %ağ. 90 Sn alaşımının, %ağ. 25 Bi - %ağ. 75 Sn alaşımının ve %ağ. 57 Bi - %ağ. 43 Sn alaşımlarının soğuma eğrilerini çiziniz. (c) %ağ. 70 Bi - %ağ. 30 Sn alaşımının 240 C, 150 C, 140 C, 138 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimlerini, yüzde miktarlarını bulunuz ve şematik 27.03.2015 72 mikroyapılarını çiziniz.
Soru 2- Alüminyum-silisyum alaşım sisteminin faz dönüşümleri ile ilgili karakteristik özellikler aşağıda verilmiştir. Ötektik reaksiyon gösteren Al-Si sisteminin ötektik çizgisi 577 C üzerindedir. Silisyum içerisinde alüminyum, 577 C de çözünmez. Alüminyum içerisinde silisyum, 577 C de en fazla % 2 ve oda sıcaklığında da sıfır oranında çözünür. * Alüminyumun ergime sıcaklığı : 669 C Silisyumun ergime sıcaklığı : 1410 C Ötektik Sıcaklığı : 577 C Ötektik Bileşim : %ağ. 12.6 Si - %ağ. 87.4 Al a) İkili ötektik faz diyagramına sahip olan Al-Si sisteminin, faz diyagramını yukarıda verilen bilgiler doğrultusunda çiziniz. b) %ağ. 10 Si - %ağ. 90 Al alaşımının ve % 12.6 Si - % 87.4 Al alaşımının soğuma eğrilerini çiziniz. c) %ağ. 10 Si - %ağ. 90 Al alaşımının 680 C, 578 C, 576 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. Şematik mikroyapılarını çiziniz. d) % ağ.12.6 Si - %ağ. 87.4 Al alaşımının 650 C ve 576 C sıcaklığındaki fazların bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. Şematik mikroyapılarını çiziniz. e) %ağ. 40 Si - %ağ. 60 Al alaşımının 1100 C, 660 C, 578 C ve 576 C lerdeki 27.03.2015 73 fazların bileşimini ve yüzde miktarlarını bulunuz. Şematik mikroyapılarını çiziniz.
ÖDEV (d) %ağ. 30 Bi - %ağ. 70 Sn alaşımının 240 C, 150 C, 140 C, 138 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimlerini, yüzde miktarlarını bulunuz ve şematik mikroyapılarını çiziniz. (e) %ağ. 10 Bi - %ağ. 90 Sn alaşımının 240 C, 210 C, 140 C, 50 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimlerini, yüzde miktarlarını bulunuz ve şematik mikroyapılarını çiziniz. (f) %ağ. 57 Bi - %ağ. 43 Sn 150 C, 139 C, 135 C ve oda sıcaklığındaki fazlarının bileşimlerini, yüzde miktarlarını bulunuz ve şematik mikroyapılarını çiziniz. Soru 3: Demir sementit denge diyağramını çiziniz. Üzerinde fazları dönüşüm noktalarını yazınız? 27.03.2015 74
27.03.2015 75
KAYNAKLAR H. Uzun, Faz Diyağramları internet sunusu S.Gündüz Metalurjide Faz Diyağramları internet sunusu http://chemsoc.velp.info/alloys.php?elementno=83 Çeşitli internet web sayfaları 27.03.2015 76
Dinlediğiniz için Teşekkür ederim!.. 27.03.2015 77