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.
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.
(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.
(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.
Mikroyapıda fazlar
Mikroyapıda Fazlar niçin oluşur? Neden atomlar her noktada homojen karışım oluşturamazlar?
Bir elemente diğer bir element karıştırılacak olursa, daima toplam iç enerji mimimum olacak şekilde yeni atom düzenleri meydana gelir.
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.
Faz diagramları Kimyasal bileşim ve sıcaklığa bağlı olarak belirli şartlarda hangi fazların stabil olduğu faz diagramları ile belirlenir.
Tek Bileşenli Faz Diyagramları
Mg Ergime Sıcaklığı=651 C Kaynama Sıcaklığı= 1090 C
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.
İki Bileşenli Faz Diyagramları
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)
Sıcaklık Tam Çözünme 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.
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
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) F ö = C P + 1 = 2 3 + 1 = 0
Hiç Çözünmeme 1.Alaşım 2.Alaşım 3.Alaşım Ötektik Sıcaklık T A 1 2 A+S 3 4 5 S 1 2 3 A+B S+B %B 1 2 3 4 5 X 1 X X 3 2 Ötektik Bileşim T B 1 2 3 4 5 1 Sıvı Sıvı Sıvı Sıvı A Sıvı A Proötektik A 2 3 Ötektik Yapı Ötektik A Ötektik B 1 2 3 4 5 Sıvı B A Kristalleri (Açık renk) B Kristalleri (Koyu renk) Ötektik A Ötektik B Proötektik B Ötektik A Ötektik B
Kısmi /Sınırlı Çözünme
Sınırlı Çözünme 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.
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).
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
Ötektik Bileşim Ötektik altı bileşim (hypo) X ö Ötektik üstü bileşim (hyper)
Lehim: Genel olarak lehim, % 30-40 Pb, % 60-70 Sn içerir. Plastik derece istenen lehimlerde kalay % 40ın altında, kurşun % 60ın üzerindedir. Erime noktası 183oCdır. Milyatağı alaşımları: Makinenin hareketli ve sabit bölümleri arasında bağlantı sağlayan ve hareketli bölüme destek olarak kullanılan bu malzemeler kurşun, kalay ve bakır esaslı alaşımlardır. Ör. PbSn10.
Çökelmeyle sertleşebilir alaşımlarından olan Al-Cu-Mg alaşımları ( % 2,8-4,8 Cu ve %0,4-1,8 Mg), yüksek dayanımları nedeniyle taşıt ve uçak yapımında kullanılırlar.
Al-Mg alaşımları. Esas alaşım elementi magnezyumdur. Magnezyum oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar fakat süneklik azalır.
Ötektoid Reaksiyon Soğuma sırasında bir katı fazdan iki ayrı katı fazın oluşması reaksiyonudur. Ötektoid reaksiyon: (Katı) Soğuma (Katı) + (Katı)
Recently, Ti-Pt binary alloys have been developed, and these alloys were expected to become promising candidates for dental applications due to alloying with non-toxic elements, better grindability, and better mechanical compatibility with bone tissue than cp-ti and Ti-6Al-4V alloys.
Cu Ti alloys are now receiving a great deal of attention as ultra-high strength conductive materials for applications such as conductive springs, interconnections etc. essentially displacing the conventional Cu Be alloy series
Peritektik Reaksiyon
Peritektik reaksiyon: Sıvı + (Katı) Soğuma (Katı) Peritektoid reaksiyon: (Katı) + (Katı) Soğuma (Katı)
Ötektik Peritektik Monotektik Ötektoid Peritektoid
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license. Örnek Aşağıda verilen faz diyagramında bulunan 3 adet farklı faz reaksiyonlarını tespit ediniz. 1150 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
Örnek1 100 gr Pb-%10 Sn alaşımı için; (a)100 o C de Sn nin Pb içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz, (b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz,
(a) 100 o C (Sn) nin (Pb) içerisinde çözünürlüğü % 5. (b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü ötektik sıcaklık olan 183 o C de gerçekleşir: Bu değer % 97.5. T ötektik :183 o C 97.5% Sn 2.5% Pb 5%
Sıcaklık ( o C) Demir Karbon Faz diyagramı T ötektik T ötektoid Fe 3 C: Sementit : Ferrit : Ostenit %C: ağırlık olarak
Sementit; demir karbon faz diyagramında metallerarası bir bileşiktir. Pratikte Fe-C diagramında sementite kadar olan bölge önemlidir. Sementit; % 6.67 C konsantrasyonuna sahiptir.
Fe/C ve Fe/Fe 3 C Faz diyagramı
Daha önceki alaşım diyagramlarından farklı olarak katı fazda, yatay eksen karbon oranı % 0-100 e kadar değil de, % 0-6,67 kadar olan aralığı gösterilir. Bu diyagram, katılaşma aralığı, sıvı ve sıvı - katı ve ötektik ve ötektoit gibi bölgeleri göstermektedir. % 6,67 C bulunduğu durumda yapı, % 100 sementitdir( Fe3C veya demir-karbür). Karbon oranının % 4,5 daha alan demirkarbon alaşımının teknolojik önemi yoktur. Demir-karbon denge diyagramından görüldüğü gibi sıcaklığa bağlı olarak yapıların değiştiği görülmektedir. % 0-2 veya 1,7 ye kadar karbon ihtiva eden demir-karbon alaşımına çelik, % 2 den daha fazla karbon ihtiva eden demir karbon alaşımına ise dökme demir denir.
a) Stabil Sistem (Fe-C Diyagramı): Alaşımdaki tüm karbon miktarı yapı içerisinde grafit şeklindedir. Bu iç yapı yavaş soğutma ile elde edilir. Silisyum miktarı iç yapının ferrit+grafi şeklinde olmasını kolaylaştırır. Bu tip yapı stabil sistem yada stabil katılaşma olarak adlandırılır.
b)metastabil sistem (Fe-Fe3C diyagramı): Alaşımın ihtiva ettiği bütün karbon miktarı, kimyasal olarak demir karbür şeklinde bağlanmıştır ve sementit şeklinde yapıda yer alır. Bu iç yapı hızlı soğutma ile oluşur ve manganez oranı ile oluşumu kolaylaşır. Sementit kristali yüksek sıcaklıkta parçalanmış ferrit ve grafit taneciklerine (temper grafiti) dönüşebileceği için bu tip katılaşmaya metastasbil (kararsız dengeli) sistem denir. Demir karbon alaşımları bu sebepten ötürü birbirinden farklı eğrilere sahip iki ayrı denge diyagramından oluşur. Aralarındaki fark çok düşük olduğundan, genellikle her ikisi de aynı diyagram üzerinde gösterilir.
Perlit Ledeburit Demir Sementit Faz diyagramı +S (ostenit) +S 1148 o C S Sementit : Fe 3 C Ferrit : Perlit : + Fe 3 C Ostenit: Delta demir: Ledeburit. T ötektik T ötektoid Çelik %C: ağırlık olarak Dökme demir
Sementit; demir karbon faz diyagramında metallerarası bir bileşiktir. Pratikte Fe-C diagramında sementite kadar olan bölge önemlidir. Sementit; % 6.67 C konsantrasyonuna sahiptir. Atom ağrılıkları dikkate alındığında; Fe:56, C:12.
Çelik için önemli sıcaklıklar A1 sıcaklığı: Ötektoid reaksiyon sıcaklığı A2 sıcaklığı: Küri sıcaklığı (769 o C). Bu sıcaklıkta manyetiklik kaybolur. A3 sıcaklığı: Ötektoid altı çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir) Acm sıcaklığı: Ötektoid üstü çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir)
A 3 A cm + A 1 +Fe 3 C +Fe 3 C
Çelik Çelik; %2 ye kadar C içeren demir alaşımına verilen isimdir. Otektoit çelik; % 0.8 C içeren çeliğe ötektoit çelik adı verilir. Bu kompozisyonun altındaki çeliklere ötektoit altı çelikler (C oranı < % 0.8 %), bu bileşimden daha fazla C içeren çeliklere ötektoid üstü çelikler (C oranı > % 0.8) adı verilir. C oranının %2 yi geçmesi durumunda malzeme artık çelik olarak değil, dökme demir (cast iron) olarak adlandırılır.
Çelik Perlit: Ötektoit reaksiyon sonrası -Fe ve Fe 3 C tarafından oluşturulan özel yapıya verilen isimdir. Ötektoit yapı hakkında daha ayrıntılı bilgi geçen derste verilmişti. C miktarı % 0.8 iken (ötektoit çelik) %100 perlitik yapı elde edilir. C miktarı sıfıra doğru azaldıkça, perlit azalır, ferrit ( -Fe) artar. C miktarı %0.8 in üzerinde arttıkça, perlit miktarı azalır, sementit miktarı artar. (ferrit) taneleri (Açık renk) Sementit taneleri (Koyu renk)
Perlit I II III I II III + 1 2 3 4 1 2 1 2 3 4 +Fe 3 C Sementit 5 3 5 Otektoit Bileşim Perlit Perlit
Dökme demir C içeriği %2 den daha fazla olan Demir-karbon alaşımıdır. Artan karbon oranı yapıyı kırılgan hale getirir. Sıvı fazdan katılaşması sırasında soğuma hızlarına bağlı olarak farklı iç yapılara sahip olabilir. Hızlı soğuma: Beyaz dökme demir. Yavaş soğuma: Kır dökme demir (ferritik, ferritik/perlitik, perlitik). Temper dökme demir: BDDin tavlanması ile. Küresel dökme demir: Mg, Ce gibi grafiti küreselleştiren alaşım elementleri katılması ile.
Beyaz DD Katılaşma (Sıvı fazdan katıya dönüşme) sırasında soğuma hızı yüksek tutulursa Beyaz DD elde edilir. Bu yapıda sementit baskındır dolayısıyla sert ve gevrektir.
Dönüşmüş Ledeburit Ledeburit Beyaz DD Ötektik reaksiyonda: Sıvı ledeburit iç yapı ( +Fe 3 C) 1 Sıvı +S 1 2 S 3 +Fe 3 C S+Fe 3 C 2 3 Ötektik öncesi Ötektik +Fe 3 C 4 4 Ötektik Fe 3 C Ötektoit Perlit Dökme demir Ötektik Fe 3 C
Kır dökme demir Sıvı fazdan çok yavaş soğuma ile karbon difüzyonla biraraya toplanarak lamelli bir yapı oluşturur. Soğuma hızı çok yavaş ise Ferritik DD. Biraz daha hızlı olması durumunda Ferritik-perlitik DD. Daha hızlı olması durumunda Perlitik DD. oluşur. Perlit oranı arttıkça dayanım artar. Tüm durumlarda süneklik çok kötüdür. Lamelli yapıda keskin uçların oluşturduğu çentik etkisi nedeniyle mekanik özellikler çok kötüdür. Grafit Lameller Perlitik DD Ferritik DD Ferritik-Perlitik DD Perlit Artan Soğuma Hızı
Grafitin dayanımı Demirin yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Dolayısıyla grafit bölgeler boşluk gibi davranır. Bir de keskin köşelerin oluşturduğu çentik etkisi ilave olunca yapı çok gevrek-kırılgan davranır. Dolayısı ile kır DD ler genelde basıya karşı zorlanan parçalarda kullanılır. Çekme zorlanmaları olan yerlerde kullanılmaz. Lameller
Temper ve Küresel grafitli DD Lamellerin mekanik özelliklere olumsuz etkisini ortadan kaldırmak amacıyla grafitlerdeki keskin kenarlar ortadan kaldırmak amacıyla bazı işlemlere tabi tutulur.
Temper Dökme Demir (TDD) Temper DD: Hızlı soğuma ile elde edilen Beyaz dökme demir yaklaşık 950 o C de uzun süre (48 saat) tavlanır ve sementit yapı içerisindeki kararsız karbon bir araya toplanarak temper grafiti denilen topak halinde yapılar meydana getirir. Bu yapıda süneklik %10 a kadar artabilir. Soğuma hızına göre Ferritik TDD, Ferritik-perlitik TDD ve Perlitik TDD şeklinde 3 farklı TDD elde edilebilir. Ferritik TDD Temper grafiti Perlitik TDD Ferritik-Perlitik TDD Artan Soğuma Hızı Perlit
Küresel Dökme Demir (KDD) Eriyik DD içerisine Mg ve Sb gibi grafitleri küreselleştiren alaşım elementleri katılır. Bu şekilde oluşan grafitler küresel şekillidir ve süneklik %20 lere kadar artar. Soğuma hızına göre Ferritik KDD, Ferritik-perlitik KDD ve Perlitik KDD şeklinde 3 farklı KDD elde edilebilir. Küresel grafit Perlitik KDD Ferritik KDD Ferritik-Perlitik KDD Perlit Artan Soğuma Hızı
Çeliklerde ısıl işlemler
Isıl işlemler: Faz Dönüşümleri Şu ana kadar yavaş soğuma hızlarında elde edilebilecek iç yapılar görüldü. Gerçek uygulamalarda soğuma hızlarının kontrolü ile farklı iç yapılar elde etmek mümkündür. Bu sayede mikro yapı ve mekanik özellikler ayarlanabilir. Isıl İşlemler: Malzemelerin iç yapılarını ve bunlara bağlı olarak özelliklerini ayarlamak amacıyla yapılan kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleridir. Şu ana kadar incelenen faz diyagramları yavaş soğumada dengede olan fazlara göre hazırlanmıştır. Isıl İşlemler, malzemelerin zamana bağlı faz dönüşümlerinin bilinmesi ile uygulanabilirlik kazanır.
Zaman-Sıcaklık Dönüşüm diagramları Sınır: Dönüşümün tamamlanması Birbiri içerisinde hiç çözünmeyen elementler için faz diagramı. Faz diagramında TA nın altındaki sıcaklıklarda A katısının oluşacağı bilinebilir. Fakat dönüşüm süreleri bilinemez. Soğuma hızlarına bağlı olarak ne tür katıların oluşacağı Zaman-Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) (TTT-Time Temperature Transformation) diagramları ile verilir
Çekirdeklenme/Büyüme Yüksek sıcaklıklarda ve düşük sıcaklıklarda dönüşüm süreleri düşük. Hızlı dönüşümün gerçekleştiği bir sıcaklık aralığı mevcut (Burun bölgesi) Belli sıcaklığın altında dönüşüm gerçekleşmez. Sıvı Katı Çekirdeklenme Büyüme Katı oluşumu 2 aşamada olur. Çekirdeklenme (nucleation) Büyüme (Growth) Çekirdeklenmede: atomlar bir araya gelerek çekirdekleri oluştururlar. Daha sonra belli bir boyutun (kritik çap) üzerinde olan çekirdekler büyürler. Diğerleri çözünür yok olur.
Çekirdeklenme Faz dönüşümü çekirdeklenme ile başlar. Çekirdeklenme; yerel olarak atomların bir araya gelmesi ile oluşur. Sıcaklığın azalması ile iki olay etkin hale gelir. Sıvı faz kararsız hale gelerek katıya dönüşme eyilimi gösterir. Sıcaklık azaldıkça çekirdeklerin büyümesi olayına difüzyonun katkısı azalır. Yayınmanın etkisi Net çekirdeklenme hızı Sıvı kararsızlığının etkisi
Büyüme Büyüme: Tamamen yayınmanın etkisinde çekirdeklerin büyümesi şeklinde olur. Q G C e RT Toplam transformasyon hızı Hız
Katı oluşumu 2 aşamada olur. Çekirdeklenme (nucleation) Büyüme (Growth) Çekirdeklenmede: Atomlar bir araya gelerek çekirdekleri (yaklaşık 100 atom) oluştururlar. Daha sonra belli bir boyutun (kritik çap) üzerinde olan çekirdekler büyürler. Diğerleri çözünür yok olur. Sıvı Katı Çekirdeklenme Büyüme
Büyüme ve Dönüşüm hızı Büyüme: Tamamen yayınmanın etkisinde çekirdeklerin büyümesi şeklinde olur. Dönüşüm hızı; çekirdeklenme ve büyüme hızlarının çarpımıdır. G; Büyüme hızı H; Toplam dönüşüm hızı H G C e Q RT N; Çekirdeklenme hızı H N x G Hız
Dönüşüm hızı belirli bir sıcaklık aralığında (burun bölgesinde) en yüksek değerler alır. Dönüşümün tamamlanması için gereken süre, dönüşüm hızıyla ters orantılıdır. Dolayısıyla sıcaklık-zaman eğrisi sıcaklık- hız eğreisine benzer karakterde fakat tam ters şekilde olacaktır. Büyüme hızı Toplam dönüşüm hızı Çekirdeklenme hızı Hız Zaman Dönüşüm hızı eğrisinin zamana göre düzenlenmiş hali
Dönüşüm başlaması ve tamamlanması, belli bir zaman aralığında gerçekleşecektir. Bu nedenle dönüşüm; dönüşüm başlangıcını ve sona ermesini ifade eden iki çizgini arasında gerçekleşir Dönüşüm başlangıcı %50 Dönüşüm Dönüşüm miktarları Hiç Dönüşüm Olmamış bölge %100 Dönüşüm Zaman, t(sn)-logaritmik skala
Dengesiz ostenit T T m Ostenit Kaba perlit İnce Perlit Üst Beynit Sertlik t (logaritmik skala) Alt Beynit Reaksiyon Başlamamış Sürüyor Tamamlanmış
Soğuma hızı T Soğuma hızı= ΔT t t (logaritmik skala)
Soğuma hızı
Faz dönüşümleri Faz dönüşümlerini ikiye ayrılır: 1.Yayınmalı dönüşümler: 2.Yayınmasız dönüşümler:
Faz dönüşümleri 1. Yayınmalı dönüşümler: Atomlar, en kararlı halin (min.enerji) gerektirdiği fazları oluşturmada yeterli süreye sahiptirler. Bu fazlar, faz diyagramlarında yer alan fazlardır. a) Kaba perlit (coarse pearlite) b) İnce perlit (fine pearlite) c) Üst beynit (upper bainite) d) Alt beynit (lower bainite)
2. Yayınmasız dönüşümler: Atomlar düşük enerjili kararlı fazları oluşturacak yeterli sürelere sahip değillerdir. Bu nedenle faz diyagramlarında rastlanmayan yarı kararlı veya kararsız fazlar oluştururlar. * Martenzit
1. Yayınmalı dönüşümler:
Dengesiz ostenit Perlit Ötektoit Çelik T Ostenit + +Fe 3 C +P İnce Perlit Kaba perlit +B Üst Beynit Alt Beynit Reaksiyon Başlamamış Sürüyor Tamamlanmış t (logaritmik skala)
Yayınmalı dönüşüm 1: Perlit Kaba Perlit (coarse pearlite): Tabakalar (lameller) halinde dizilmiş iri ve Fe 3 C fazlarından oluşur. Nispeten yumuşaktır. Yüksek dönüşüm sıcaklıklarında oluşmaktadır, dolayısıyla çekirdeklenmesi yavaş büyümesi ise hızlı olarak gerçekleşir. (Ferrit) Fe 3 C
Yayınmalı dönüşüm 1: Perlit İnce Perlit (fine pearlite): İnce ve Fe 3 C tabakalarının (lamellerin) istiflenmesi ile oluşan yapıdır. Daha serttir. Düşük sıcaklıklarda dönüşüm sonucu oluşur (çekirdeklenme hızı yüksek). Kaba yapıta göre daha serttir. (Ferrit) Açık renk Fe 3 C
Yayınmalı dönüşüm 2: Beynit Üst Beynit (Upper bainite): Ferrit matris içinde dağılmış sementit tanelerinden ibarettir. Düşük dönüşüm sıcaklıklarında oluştuğundan tabakalı yapı oluşturulamaz. Perlitle aynı kimyasal bileşime sahip fakat daha serttir. (Ferrit) Matris Fe 3 C
Yayınmalı dönüşüm 2: Beynit Alt Beynit (lower bainite): Dönüşüm sıcaklıkları daha da düşüktür. Böylece büyüme imkanı bulamamış ve ferrit içine dağılmış çok ince ve sık dağılımlı sementit taneleri oluşur. Ancak elektron mikroskopunda görülebilir. Çok daha sert bir yapıdır. (Ferrit) Açık renk Fe 3 C Koyu tanecikler
2. Yayınmasız dönüşüm:
Yayınmasız dönüşüm: Martenzit Kararlı fazların oluşması için gereken yayınmanın olmaması durumlarında dönüşüm kararsız olarak gerçekleşir. Bu değişim yayınmasız olmasından dolayı zamandan bağımsızdır ve iki yatay çizgi şeklinde gösterilir. Soğumanın kritik bir hızın üzerinde olması durumunda ostenit faz martenzit faza dönüşür. İğnemsi yapı (Optik mikroskopta
Kritik soğuma hızı Yayınmalı veya yayınması dönüşüm olacağını belirleyen parametre soğuma hızıdır. Soğumanın kritik bir hızın üzerinde olması durumunda ostenit martenzite dönüşür. Daha yavaş soğuma hızlarında yayınma gerçekleşir ve soğuma hızına bağla olarak yayınma perlit veya beynit oluşabilir. Kritik soğuma hızı
Martenzit Demir allotropik bir metaldir ve farklı sıcaklıklarda farklı yapılar gösterir.
Ostenitik yapıda arayer büyüklüğü 0.41xR Fe iken ferritik yapıda, 0.29xR Fe dir. Dolayısıyla, ostenit ferritten çok daha fazla C u çözebilir. Yavaş soğutma sırasında ostenit ferrite dönüşürken, C difüzyon ile sementit (Fe 3 C) fazını oluşturur.
Fakat hızlı soğumada C, yayınma (difüzyon) için zaman bulamaz ve ferrit içerisinde hapis olur. Yayınamayan C atomları hacim merkezli kübik yapıyı gererek hacim merkezli tetragonal yapıya dönüşmesine sebep olur. Bu yapıya martenzit adı verilir. Çok serttir ve iğnemsi bir görünüşe sahiptir.
Martenzit başlangıç sıcaklığı Martenzit bitiş sıcaklığı
Su verme (Quenching) Amaç tamamen martenzitik bir yapı (very hard but brittle) elde etmektir. Bu amaçla önce çelik ostenit bölgesinde en az 1 saat ısıtılır: Ötektoid altı çelikler için: A3 + 30-50 o C Ötektoid üstü çelikler için: Acm + 30-50 o C Daha sonra, Mf in altındaki sıcaklıklara, kritik soğuma hızlarının üzerindeki değerlerde hızlı soğutma yapılırsa yapı tamamen martenzite dönüşür (quenching). Su verme çeliğin ostenit bölgeden kritik soğuma sıcaklıklarının üzerindeki hızlarda ani olarak soğutulması işlemidir. Eğer Mf in altındaki sıcaklıklara ani soğutma söz konusu ise yapı tamamen martenzite dönüşür. Aksi halde ani soğutma sırasında eğer ZDS eğrileri kesilmiyorsa yapı dengesiz ostenit halinde bulunuz.
A cm A 3 + +Fe 3 C +Fe 3 C A 1 Critical Cooling rate. Kritik Soğuma Hızı
Özet Yavaş Soğuma Ostenit Pertlit ( +Fe 3 C) Yayınmalı Ostenit Beynit ( +Fe 3 C) Ostenit İzotermal Dönüşüm Yayınmalı Çok hızlı Soğuma Yayınmasız Martenzit (tekfaz) Çeliklerin mekanik özellikleri iç yapılarıyla doğrudan alakalıdır. Ferrit Kaba Perlit İnce Perlit Üst beynit Alt beynit Martenzit Sertlik
Dengesiz ostenit T Ötektoit Çelik Ostenit + +Fe 3 C Kaba perlit İnce Perlit Üst Beynit +Fe 3 C Alt Beynit M s M f Martenzit t (logaritmik skala)
Dengesiz ostenit Ötektoit altı çelik T Ostenit + +Fe 3 C İnce Perlit Kaba perlit Üst Beynit Alt Beynit +Fe 3 C Martenzit t (logaritmik skala)
Dengesiz ostenit T Ötektoit üstü çelik Ostenit + +Fe 3 C Kaba perlit İnce Perlit Üst Beynit +Fe 3 C Alt Beynit M s M f Martenzit t (logaritmik skala)
ZSD diyagramaları üzerinde iki ayrı soğutma yöntemi ve bunları temsil eden eğriler uygulanarak dönüşüm gerçekleştirilebilir. 1. Sürekli soğuma ile dönüşüm (Continuous cooling curve) 2. İzotermal soğuma ile dönüşüm (isothermal curve)
TTT Diagrams Sürekli soğutma eğrisi boyunca dönüşüm İzotermal eğri boyunca dönüşüm Isothermal annealing for fully pearlitic structure. Ferrit + Perlit Ötektoid Altı Çelikler için veya Perlit + Sement Ötektoid Üstü Çelikler için
İzotermal dönüşüm için Sürekli soğuma için eğri İzotermal dönüşüm için ZSD eğrisi, özellikle yüksek sıcaklıklarda bir miktar sola doğru kayar. Bunun nedeni sürekli soğumada ısıl aktivasyon azalan sıcaklıkla sürekli azalacak olmasıdır. Bu durum atom hareketlerinin yavaşlaması ve dönüş için gereken sürenin artmasıyla sonuçlanır. Öte yandan yüksek sıcaklıklarda ki izotermal dönüşüm de dönüşüm sırasında ısıl aktivasyon sürekli etkin kalacaktır.
Soru: Yapılar nedir T t (logaritmik skala)
T Ostenit T Ostenit Kaba perlit Kaba perlit t (logaritmik skala) t (logaritmik skala)
Kırmızı çizgi; çeliği ostenit sıcaklıktan 600 o C ye hızla soğutulduğunu, bu sıcaklıkta 10 2 s tutulduğunu ve daha sonra oda sıcaklığına soğutulduğunu göstermektedir. Perlit başlangıç ve bitiş çizgileri kesildiği için çelik %100 perlitik bir yapıya sahip olacaktır.
2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license. Figure 12.9 Producing complicated structures by interrupting the isothermal heat treatment of a 1050 steel.