Demir-Karbon Denge Diyagramı
Sıcaklık Demir-Karbon diyagramı Demir, pek çok mühendislik alaşımının temelini oluşturan metaldir. Külçe demir olarak bilinen ve hemen hemen saf durumdaki demir çatı, soba ve kokil kalıp gibi uygulamalarda kullanılır. Demir alotropik bir metaldir, yani sıcaklığa göre yapısı değişir. Karbon alotropik yapı gösteren demir içerisinde çözünerek farklı ara yer katı çözeltileri oluşturur. Katı çözelti dışında kalan tüm karbonun demirle bir ara yer bileşiği (Fe 3 C) oluşturmasına veya tamamen serbest grafit (C) halinde bulunmasına göre, ya demir-sementit ya da demir-grafit faz diyagramı söz konusudur. 1539 1400 Sıvı -Fe (HMK) 910 768 -Fe (YMK) -Fe -Fe (HMK) Cruie Noktası Zaman Malzeme Bilimi Slaytları 2/17
Demir-Karbon diyagramı KATILAŞMA ŞEKİLLERİ STABİL SİSTEM (Dengeli Sistem) META STABİL SİSTEM (Dengesiz Sistem) Fe-C (Demir-Grafit) Fe-Fe 3 C (Demir-Sementit) Sıvı haldeki Fe ve C alaşımına Silisyum ilave edilerek yavaş yavaş soğutulursa, alaşımdaki tüm C miktarı yapı içerisinde grafit halinde bulunur. Fe ise tek başına kristalleşir. Bu olaya stabil katılaşma denir. Örneğin kır dökme demir, kır ham demiri gibi. Sıvı haldeki Fe ve C alaşımına Mangan ilave edilerek hızlı bir şekilde soğutulursa alaşımın ihtiva ettiği bütün C miktarı Fe 3 C şeklinde bağlanır ve sementit şeklinde yapıda yer alır. Örneğin çelik, temper ham dökme demir, sert dökme demir gibi. Malzeme Bilimi Slaytları 3/17
Perlit Demir-sementit diyagramı 1539 δ 1400 1147 γ + δ δ+sıvı Peritektik nokta Sıvı + γ Sıvı Ötektik nokta Sıvı + Fe 3 C 910 γ (Ostenit) γ + Ledeburit Dönüşmüş ledeburit Ledeburit Ledeburit + 1. sementit 723 α (Ferrit) γ + α γ + 2. sementit Ötektoid nokta α + Fe 3 C Ferrit + perlit Perlit + 2. sementit Perlit + 2. sementit 0 0.8 2 4.3 6.67 %C Ötektoid altı Ötektoid üstü Ötektik altı Ötektik üstü Çelikler Beyaz dökme demir Malzeme Bilimi Slaytları 4/17
Ferrit-ostenit Ferrit 1. Hacim merkezli kübik yapıya sahiptir. 2. 723 C de %0.025 C, oda sıcaklığında ise %0.008 C çözer, 3. Çok yumuşak bir fazdır. 4. Hemen hemen saf demir, 5. İyi şekil değiştirilebilir, 6. Manyetik Ostenit 1. Yüzey merkezli kübik yapıya sahiptir. 2. 1130 C de %2 C çözündürür. 3. Tokluğu oldukça yüksektir. 4. Oda sıcaklığında karasız bir fazdır, 5. Çok iyi şekil değiştirilebilir, 6. Manyetik değil. Malzeme Bilimi Slaytları 5/17
Ledeburit LEDEBURİT Yapısı Sementit + Ostenittir (Bu yapıya ötektik yapıda denir), Ötektik sıcaklığında (1147 C de)sıvıdan dönüşüm ile oluşur. %4,3 C içeren alaşım %100 ledeburitten ibarettir (Şekle bak) Şekilde K noktası ötektik noktadır. Ostenit ( ) Bu durumda C miktarı %4,3 tür. Sementit (Fe 3 C) %100 Ledeburit DÖNÜŞMÜŞ LEDEBURİT Ötektoid sıcaklığın altındaki ledeburit yapısıdır (yani 723 C nin altında), Dolayısıyla bu noktanın altında ostenit olmayacağı için ostenit taneleri perlite dönüşür (ledeburitten tek farkı budur.) Sementit (Fe 3 C) Bu durumda C miktarı %4,3 tür. Perlit %100 Dönüşmüş Ledeburit Malzeme Bilimi Slaytları 6/17
Perlit PERLİT (Fe 3 C + ) Sementit ve ferrit, YMK demir kafesi, HMK demir kafesine ani olarak dönüşür, Bu arada yapıdaki C atomları da HMK kafesi içinden dışarı itilir, Difüzyon yolu ile kafesten ayrılır ve sementit plakaları halinde bir araya gelir. % 100 Perlit yapısı ancak C miktarının %0,8 olması durumunda elde edilebilir.(yani ötektoid noktada) Sementit (Fe 3 C) Ferrit %100 Perlit Malzeme Bilimi Slaytları 7/17
Sıcaklık, C Perlit Kompozisyon, %C Malzeme Bilimi Slaytları 8/17
Perlit Ostenit tane sınırları Fe 3 C Perlitin büyüme doğrultusu Karbon difüzyonu Malzeme Bilimi Slaytları 9/17
Perlit Malzeme Bilimi Slaytları 10/17
Sıcaklık, C Ötektik altı Bu bölgede, Çelik iç yapısı Ferrit + Perlit ten ibarettir, %C miktarı 0,8 den küçüktür (yani ötektoid noktadan küçüktür), Perlit Ferrit-α Ferrit-α Kompozisyon, %C Malzeme Bilimi Slaytları 11/17
Ötektik altı Malzeme Bilimi Slaytları 12/17
Sıcaklık, C Ötektik üstü Bu bölgede, Çelik iç yapısı Perlit + Sementit ibarettir, %C miktarı 0,8 den büyüktür (yani ötektoid noktadan büyüktür), Perlit Fe 3 C Fe 3 C Kompozisyon, %C Malzeme Bilimi Slaytları 13/17
Ötektik üstü Malzeme Bilimi Slaytları 14/17
Demir-grafit diyagramı Demir-karbon alaşımlarının sıvı durumdan yavaş soğutularak katılaştırılması durumunda, karbon atomların demir atomlarıyla sementit oluşturmaları önlenerek bunun yerine grafit taneleri oluşturulabilir. Çelikler genellikle grafitleşme göstermez, dolayısıyla bu özellik dökme demirler için önemlidir. 1539 δ 1400 γ + δ δ+sıvı Peritektik nokta Sıvı + γ Sıvı Ötektik nokta Sıvı + Grafit 910 γ (Ostenit) γ + Grafit 723 α (Ferrit) γ + α α + Grafit 0 0.8 2 4.3 6.67 %C Malzeme Bilimi Slaytları 15/17
Dökme demir Bölge Fe-Fe 3 C Fe-C I +Sıvı +Sıvı II +Fe 3 C +C III + Fe 3 C +C I II III Sıvıya ~0,5 Mg veya Ce Katılır Sıvı Durumdan Soğutma Hızı Artış Yönü Sıvı Durumdan Soğutma Hızı Artış Yönü Ferritik Kır D.D. Ferritik-Perlitik Kır D.D. Perlitik Kır D.D. Beyaz D.D. Ferritik Sfero D.D. Ferritik-Perlitik Sfero D.D. Perlitik Sfero D.D. Bayaz D.D. Bölge II de uzun süre ısıtılır. Nötr ortamda Oksitleyici Ortamda Isıtma İşlemi Sonunda Soğutma Hızı Artış Yönü Ferritik Siyah Temper D.D. Ferritik-Perlitik Siyah Temper D.D. Perlitik Siyah Temper D.D. Beyaz Temper D.D. Malzeme Bilimi Slaytları 16/17
DİAGRAMDA İÇERİK MİKTARLARI Örnek % 0 %20 FERRİT II.SEMENTİT I.SEMENTİT %50 PERLİT %70 LEDEBURİT % 100 Bu alaşım % 50 Ferrit + % 50 Perlit ten meydana gelmiştir. ÖRNEK için tıkla Bu alaşım % 100 Perlitten meydana gelmiştir. Başka bir ÖRNEK için tıkla Malzeme Bilimi Slaytları 17/17