Isıl işlemler. 13. hafta

Benzer belgeler
KRİSTAL MALZEMELERİN DAYANIMLARININ ARTIRILMASI. Turgut GÜLMEZ

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Yeniden Kristalleşme

MALZEMELERİN MUKAVEMETİNİ ARTIRICI İŞLEMLER

ELASTİK PLASTİK. İstanbul Üniversitesi

Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır.

KRİSTAL MALZEMELERİN DAYANIMLARININ ARTIRILMASI. Turgut GÜLMEZ

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

Isıl işlem, katı haldeki metal ve alaşımlarına belirli özellikler kazandırmak amacıyla bir veya daha çok sayıda, yerine göre birbiri peşine uygulanan

MALZEME BİLGİSİ DERS 11 DR. FATİH AY.

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

VİZE II ye HAZIRLIK Tüm Konuları Kapsamaz (Faz/TTT) (Aralık 2011)

BARTIN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ METALURJĠ VE MALZEME MÜHENDĠSLĠĞĠ MALZEME LABORATUARI I DERSĠ. YENĠDEN KRĠSTALLEġME VE ÇÖKELME SERTLEġMESĠ

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ HOŞGELDİNİZ

MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

Doç.Dr.Salim ŞAHİN SÜRÜNME

(A) Çekme. (B) Basınç. (C) Dengesiz İki eksenli çekme. (D) Dengeli İki eksenli çekme. (E) Hidrostatik Basınç. (F) Kayma Gerilmesi.

METALLERİN TEMEL MEKANİK ÖZELLİKLERİ Malzemelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi: İkizlenme mekanizması

MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar

Bölüm 7: Dislokasyonlar & Dayanım Arttırıcı Mekanizmalar

MALZEME BİLGİSİ DERS 9 DR. FATİH AY.

Gaz. Gaz. Yoğuşma. Gizli Buharlaşma Isısı. Potansiyel Enerji. Sıvı. Sıvı. Kristalleşme. Gizli Ergime Isısı. Katı. Katı. Sıcaklık. Atomlar Arası Mesafe

TOKLUK VE KIRILMA. Doç.Dr.Salim ŞAHĠN

2xx SERİSİ ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA Ag İLAVESİNİN MUKAVEMETE ETKİSİ

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Isıl işlemler. Malzeme Bilgisi - RÜ. Isıl İşlemler

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır.

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

Malzemelerin Deformasyonu

İmal Usulleri. Döküm Tekniği

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

ALUMİNYUM ALA IMLARI

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

ÇELİKLERDE SERTLESEBİLME KABİLİYETİ

İmal Usulleri. Fatih ALİBEYOĞLU -7-

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

ISININ TESİRİ ALTINDAKİ BÖLGE

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

AlSi7Mg DÖKÜM ALAŞIMINDA T6 ISIL İŞLEM DEĞERLERE ETKİSİNİN İNCELENMESİ. Onur GÜVEN, Doğan ALPDORUK, Şükrü IRMAK

Geleneksel Malzemelerdeki Gelişmeler

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

1.GİRİŞ Metal Şekillendirme İşlemlerindeki Değişkenler, Sınıflandırmalar ve Tanımlamalar

ÇELİĞİN ISIL İŞLEMLERİ

PLASTİK ŞEKİL VERME (PŞV) Plastik Şekil Vermenin Temelleri: Başlangıç iş parçasının şekline bağlı olarak PŞV iki gruba ayrılır.

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

ÇELİKLERİN ISIL İŞLEMLERİ. (Devamı)

Kayma Doğrultusu. Kayma Sistemi Sayısı YMK Cu, Al, Ni, Ag, Au (1 1 1) 12 Fe, W, Mo (1 1 0) HMK Fe, W (2 1 1) Fe, K (3 2 1)

Boya eklenmesi Kısmen karışma Homojenleşme

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

Bir cismin içinde mevcut olan veya sonradan oluşan bir çatlağın, cisme uygulanan gerilmelerin etkisi altında, ilerleyerek cismi iki veya daha çok

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 1 Deformasyon ve kırılma mekanizmalarına giriş

BÖLÜM 3 DİFÜZYON (YAYINIM)

Pratik olarak % 0.2 den az C içeren çeliklere su verilemez.

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları

TOZ METALURJİSİ Prof.Dr. Muzaffer ZEREN

ANİZOTROPİ. Schmid s Tek kristle uygulandığında:

BÖLÜM 2. Kristal Yapılar ve Kusurlar

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Kristalleşme ve kusurlar Kristal Yapılar

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

ÇELİĞİN SERTLEŞTİRME MEKANİZMALARI

MALZEME BİLGİSİ. Katılaşma, Kristal Kusurları

ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI

KRİSTALLERİN PLASTİK DEFORMASYONU

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

Tozların Şekillendirilmesi ve Sinterleme Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

7075 SERĠSĠ ALAġIMLARIN GENEL ÜRETĠM YÖNTEMLERĠ

KIRILMA MEKANİĞİ Prof.Dr. İrfan AY MALZEME KUSURLARI

YORULMA HASARLARI Y r o u r l u m a ne n dir i?

Çift Fazlı Paslanmaz Çeliklerde Yaşlandırma Koşullarının Mikroyapı Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

SÜRÜNME DENEYİ MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ DENEYLERİ ALİ AYDIN CAN

Alümiyum Şekillendirme Teknolojileri

Faz dönüşümünün gelişmesi, çekirdeklenme ve büyüme olarak adlandırılan iki farklı safhada meydana gelir.

Kristalleşme ve Kusurlar

CALLİSTER - SERAMİKLER

TEKNOLOJİSİ--ITEKNOLOJİSİ. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ

METALLERİN ISIL İŞLEMİ

Metallerde Özel Kırılganlıklar HASAR ANALİZİ

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

VĠZE II ye HAZIRLIK Tüm Konuları Kapsamaz (Aralık 2011)

DARBE DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Metalik Malzemelerin Darbe Deneyi

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

SÜPERALA IMLAR. Yüksek sıcaklık dayanımı

Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1

PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR

ATOMSAL YAPI TÜRLERİ Metalik malzemelerin çoğu küçük kristal kümeciklerinden oluştuğundan polikristal adını alırlar. Bu kristal kümeciklerinin

Paslanmaz Çeliklerin. kaynak edilmesi. Özlem Karaman Metalurji ve Malzeme Mühendisi Kaynak Mühendisi

Transkript:

Isıl işlemler 13. hafta

Yeniden Kristalleşme

Yeniden kristallenme safhaları Toparlanma, Yeniden kristalleşme ve Tane büyümesi

Soğuk şekil verme Sıcaklığın T b <0.2 olduğu sıcaklıklarda plastik şekil değişimi işlemidir.(haddeleme, ekstrüzyon, vs.) Soğuk ş.ds dislokasyon yoğunluğu önemli miktarda artar. (metal en yumuşak halinde iken yapısında 10 10 m/m 3, soğuk şekil değiştirmiş haldeyken ise yapısında 10 16 m/m 3 ) Taneler soğuk ş.d. yönünde uzama gösterirler.

%SŞD = A o A o A f x %100 Soğuk ş.d. Sırasında pekleşme ile dayanım ve sertlik artar süneklik ve elektrik iletkenliği azalır, iç gerilmeler artar. Belirli bir oranın üzerine çıkılması ile mikro çatlak oluşumu ve hasar meydana gelebilir.

Malzemeyi hasara uğratmadan daha fazla plastik şekil değişimi yapabilmek için deformasyon öncesi düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip yumuşak yapıya dönülmek isteniyorsa yeniden kristallenme tavlaması uyguanabilir.

Plastik deformasyon sıcaklık aralığı (0.3 0.5) T m Soğuk işlem noktasal kusur Soğuk işlem dislokasyon yoğunluğu Noktasal hatalar ve dislokasyonlar gerinme enerjisi ile ilişkilidir. Plastik deformasyonda harcanan enerjinin % (1-10) 'u gerilim enerjisi şeklinde depolanır. Tavlanmış malzeme Soğuk işlem Sertleşmiş malzeme Annealed dislocation ~ (10 material 6 10 9 ) Dislokasyon yoğunluğu Cold work Strongermaterial dislocation ~ (10 12 10 14 )

Mukavemet Soğuk işlem Sertlik Elektriksel direnç Süneklik

Soğuk işlem Tavlama Toparlanma-kendine gelme (Recovery) Yeniden kristalleşme (Recrystallization) Tane büyümesi (Grain growth)

Toparlanma, Yeniden kristalleşme ve Tane büyümesi Toparlanma sırasında 1. Nokta hataları dengeye gelir 2. Bir kayma düzlemi üzerinde bulunan zıt işaretli dislokasyonlar birbirlerini yok ederler (Bu durum dislokasyon yoğunluğunu çok azaltmaz)

POLYGONIZATION Eğilmiş kristal Düşük açılı tane sınırları

Yumuşatma tavı (Process Annealing) Soğuk şekil değiştirme ile dayanımı ve sertliği artmış, sünekliği ve elektrik iletkenliği azalmış metalin soğuk şekil değişiminden önceki yapısını tekrar kazandırmak için uygulanan ısıl işleme yumuşatma tavlaması adı verilir.

Yumuşatma Tavında Yumuşatma Tavı sırasında tav sıcaklıklarına bağlı olarak farklı aşamalar görülebilir: Toparlanma Yeniden kristalleşme Tane irileşmesi

Yumuşatma tavı (ProcessAnnealing) Tane büyüklüğü 0.2 0.4 0.6 T b

Toparlanma İç yapıda önemli ölçüde değişiklikler olmaz. (0.2 < Tb < 0.4) Tane içlerinde noktasal kusurların azalması ve dislokasyonların daha düşük iç enerji oluşturacak şekilde yeniden dizilmesi (poliganizasyon) için termal aktivasyon için yeterli sıcaklık vardır. Dislokasyonların dizilmesi ile alt taneler oluşur. Bu alt taneler YK sırasında oluşan gerçek taneler için çekirdekler görevi görür. Mekanik özelliklerden önemli bir değişme olmaz. Fakat elektrik iletkenliği önemli ölçüde artar.

Dislokasyonların düzenlenmesi ile oluşan Alt taneler

Yeniden kristalleşme Sıcaklığın atomsal hareketler için gereken aktivasyonu sağlayacak şekilde olması ile (0.4 < Tb < 0.6) gerçekleşir. Artan sıcaklık ile atomlar daha düşük enerjili bölgelere hareket etme imkanı bulur. Soğuk ŞD ile oluşan iç yapıda yeni eş eksenli ve iç gerilmesiz küçük tanelerin çekirdeklenip büyümesi ile bütün yapı küçük yeni taneler ile kaplanır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı: Malzemenin en az yarısının 1 saat içinde Y.K.si için gereken sıcaklıktır.

Soğuk Ş.D. miktarı (%S. İş.) arttıkça yeniden kristalleşme ile oluşan tane boyutu küçülür. Soğuk Ş.D. miktarı (%S. İş.) arttıkça yeniden kristalleşme sıcaklığı azalır. Bunun sebebi; YK için gereken enerjinin bir bölümünün depolanan mekanik enerji tarafından sağlanmasıdır. Dolayısıyla ısıl enerji katkısı böylece azalır, YK daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir. YK nın gerçekleşebilmesi için malzeme kesitinde mutlaka soğuk şekil değiştirmenin bulunması gerekir (%5-10).

Yeniden kristalleşme Zorlanmış-gerilmiş taneler-> Gerilimsiz taneler Proses için itici güç = Depolanmış dislokasyon şekil değiştirme enerjisi

Yeniden kristalleşme sıcaklığı: Bir saatte soğuk şekillendirilmiş malzemenin %50 sinin yeniden kristalleştiği sıcaklık Genel olarak 0.4 T m (K) civarı

Yeniden kristalleşme sıcaklığını etkileyen faktörler: 1. Soğuk işlem derecesi 2. Başlangıç tane boyutu 3. Soğuk işlem sıcaklığı 4. Metalin saflığı veya bileşimi Çözünen faz (Drag) etkisi İkinci faz partiküllerinin engelleme (pinning) etkisi

Tane büyümesi Yeniden kristalleşme ile oluşan ve soğuk Ş.D. ye nazaran daha kararlı (düşük enerjili) iç yapının, yüksek sıcaklıkta tutulmaya devam etmesi tanelerde zamanla büyümesine denir. Tane büyümesine sebep olan itici güç: yüksek enerji bölgeleri olan tane sınırlarının azaltılıp iç enerjini düşürülmesi eğilimidir. Malzeme sonuçta sadece bir büyük tane şeklinde olup min enerjiye sahip olmak eğilimi gösterir.

Prinçte; (a) soğuk ş.d. Yapı, (b) yeni tanelerin görülmesi, (c) yeni tanelerin oluşumu, (d) Y.K tamamlanması, (e) Tane büyümesi

Tane büyümesi Yeniden kristallenme sonrası ortalama tane boyutu büyür. İtici güç Empüriteler işlemi geciktirir. tane sınır enerjisinde azalma

Tane büyümesi Genel etki Tane sınır enerjisinde azalma Lokal etki bağ sayısı artışı (koordinasyon sayısı artışı)

4 atom bağlı 3 atom bağlı Tane sınır göçü doğrultusu zıplar Sınır, eğrilik merkezine doğru hareket eder

Soğuk işlem Sıcak işlem Sıcak ve soğuk işlem Sıcak işlem Plastik deformasyon T yen. kris. Soğuk işlem Plastik deformasyon T yen. kris. Y. Kristalenme sıc. (~ 0.4 T m )

Kalıntı gerilme Elektriksel iletkenlik Süneklik Çekme dayanımı Soğuk işlem Toparlanma Y. Kristallenme Tane büyümesi %So. İş. Tavlama sıcaklığı

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ

Çökelme sertleşmesi İç yapıda, dislokasyon hareketlerini engelleyerek dayanımın artmasına sebep olan çok küçük ve sert ikinci fazların çökeltilmesi işlemidir.

Çökeltme sertleşmesinde adımlar 1. Çözeltiye alma işlemi (solution treatment): Malzeme tek faz bölgesine ısıtılarak çökelecek olan sert 2. faz, tek faz içerisinde tamamen çözülür. 2. Ani soğutma (Su verme, Quenching): Oda sıcaklığına ani soğutma ile 2. fazın çökelmesi engellenir ve aşırı doymuş katı çözelti elde edilir. 3. Yaşlandırma işleminde; aşırı doymuş katı çözelti, çözündürme sıcaklığından daha düşük olan yaşlandırma sıcaklığına tekrar ısıtılarak çok küçük bağdaşık veya uyumlu (koherent) 2. faz tanecikleri çökeltilir. (Bu çökeltiler dislokasyonlara engel teşkil ederek malzemenin dayanımını arttırır). Aşırı yaşlanma: çökelmelerin çok büyüyerek bağdaşıklığın (koherentliğin ) kaybolması (bu durum istenmez).

T Tek faz; bölegesinde tamamen çözme işlemi Yapı içerisinde küçük çökeltiler oluşturulur t yaşlandırma + Bileşim Zaman

a) Al içinde Cu nun max Çözünürlüğü b) % 0.4 Cu-Al alaşımının yaşlandırma işlemi ve oluşan yapılar

Yaşlandırma işleminde; yaşlandırma sıcaklığı oda sıcaklığında gerçekleşiyorsa, buna doğal yaşlandırma (natural aging), seçilen bir sıcaklıkta fırın içerisinde gerçekleşiyorsa yapay yaşlandırma (artificial aging) adı verilir.

Preston zone Teta phase Teta phase q phase (equilibrium)

Sertliğin zamanın fonksiyonu olarak artması: Yaşlanma sertleşmesi Özellik = f (mikroyapı) Yaşlanmış alaşımın mikroyapısı incelendiğinde, Sonuç: Mikroyapıda değişim yok!!

Sertlik Max. sertlik Su verme sertliği süer Sertlik ilk olarak artmaya başlar: yaşlandırma sertleşmesi Maximuma ulaşır Azalmaya başlar: Aşırı yaşlanma

: YMK Al de Cu nun katı çözeltisi : intermetalik bileşik CuAl 2 4 T solvus + aşırı doymuş doymuş + YMK YMK Tetragonal da nın çökelmesi 4 wt%cu 0.5 wt%cu 54 wt%cu

Kararlı içinde çökeltisinin TTT diyagramı T solvüs karasız + Su verilmiş Yaşlanma İnce çökeltilerinin matrixinde dağılması sertleşmeye sebep olmaktadır. Çökelmenin tamamlanmasıyla sertlik max. ulaşır.

sertlik 180ºC Yaşlanma sıcaklığı 100ºC 20ºC 0.1 1 10 100 Yaşlanma süresi, gün Yüksek sıcaklıktaki sertlik artışı daha az.

T U T solvus Kararlı kararsız + 180 ºC Su verilmiş yaşlanma 100 ºC I sertlik 180ºC 100ºC 20ºC 1

İç yapı Çökeltmenin ilk aşamasında, çok küçük koherent (uyumlu) GP bölgeler (Guinier preston zones) oluşur, GP bölgeleri genelde dislokasyon altındaki boşluklarda çekirdeklenir (sistemin enerjisini düşürmek için) ve dislokasyon hareketlerini engeller. Bu bölgeler, daha büyük uyumlu (koherent) çökeltilere dönüşür. Bağdaşık çökeltiler kafesi aşırı gererek dayanım artışı oluştururlar. Daha sonra sıcaklığın veya zamanın gerekenden yüksek tutulması halinde tane büyümesi gerçekleşir. Dayanım düşmeye başlar.

Yavaş soğutma T %100 (tek fazı) Yavaş soğutma + Denge mikroyapısı İçerisinde taneleri Bileşim Zaman

Sertlik Sıcaklık t yaşlandırma t yaşlandırma (saat)

GP zones

GP zone structure

Su verilmiş Yaşlanmış Pik yaşlanma -taneleri -taneleri + İnce nın yoğun dağılımı Kabalaşma için itici güç / arayüzey enerjisi Kaba nın seyrek dağılımı Aşırı yaşl.

Yaşlandırma ısıl işleminde sürenin iç yapıya ve dolayısıyla malzeme özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.

Sertlik GP Bölgesi oluşumu Bağdaşık tane oluşumu Bağdaşık çökelti Aşırı yaşlanma Bağdaşıklığın kaybolması Zaman

Preston zone Teta phase Teta phase q phase (equilibrium)

Sertlik T 2 T 1 T 4 T 3 Aşırı yaşlanma T 1 < T 2 < T 3 < T 4 Zaman

Aşırı yaşlanma Aşırı büyüme: Çökeltilerin çok büyümesi ile oluşan gerilmeler artık taşınamaz ve bağdaşıklık sona erer. Çökeltinin sertleştirme etkisi azaltır. Yeterince uzun süre beklendiğinde ilk yapıya geri dönülür.

Tipik bir yapay yaşlandırma ısıl işleminin şematik gösterimi.

Sıcaklık, (1) (1) max 0.2 (2) (2) (3) (3) %B Zaman Zaman

KAYNAKLAR 1. Prof. Dr. Sakin Zeytin, Isıl işlemler ders notları, Sakarya Üniversitesi. 2. Prof. Dr. Hatem Akbulut, Faz Dönüşümleri ders notları, Sakarya Üniversitesi.