Faz Dönüşümleri Bir fazın diğer bir faza dönüşümü zaman gerektirir. Fe C FCC g (Östenit) Ötektoid dönüşüm Fe 3 C (sementit) + a (ferrit) (BCC) Dönüşüm hızı zamana ve sıcaklığa nasıl bağlıdır? Dönüşümü yavaşlatmak mümkün müdür? Bu durumda denge dışı yapılar oluşur mu? Denge dışı yapıların mekanik özellikleri, dengeli yapılara göre daha çok tercih edilebilir mi? 1
Faz Dönüşümü Kinetiği Çekirdek oluşumu: Çekirdekler, kristalerin büyümeye başladığı noktalardır. Bu noktalar sadece birkaç yüz atomun biraraya geldiği noktalardır. Çekirdeğin oluşup büyümesi için, çekirdeğe katılan atomların, çekirdekten ayrılan atomlardan daha fazla olması gerekir. Çekirdeklenme oluştuğunda, denge sağlana kadar büyüme devam eder. Çekirdeklenme oluşumu. SIVI faz 2
Oluşan küçük taneler çevreden atomların ilave olması ile birlikte büyürler. Katılaşma tamamlanmaya yaklaştığında taneler birbirleri ile temas ederler. Kristolografik yönlenmeler taneden taneye farklılıklar gösterir. İki tanenin birleştiği bölgelerde kristolografik yönlenmelerdeki uyumsuzluktan dolayı Tane Sınırları oluşur. Taneler Tane sınırları 3
Çekirdeklenme Tipleri Homojen çekirdeklenme Yeni fazın çekirdeklenmesi, ana fazın içinde homojen dağılmış şekilde oluşur. Homojen olmayan çekirdeklenme Çekirdeklenme tercihen, kalıp yüzeyleri, çözünemeyen kalıntılar, tane sınırları ve dislokasyon bölgeleri gibi yapısal düzensizliklerin olduğu bölgelerde başlar. Bu bölgeler halihazırda mevcut olduğundan çekirdeklenme daha kolay başlayacaktır. 4
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Çekirdeklenme Teorisi ne dair tartışma, Serbest Enerji (G) (Gibbs free energy) olarak isimlendirilen termodinamik parametreyi içerir. Serbest enerji: Sistemin iç enerjisi Entalpi ve Atom veya moleküllerin düzensizliğinin bir ölçüsü olan Entropi nin bir fonksiyonudur. Faz dönüşümleri ile ilgili olan önemli bir termodinamik parametre, serbest enerjideki değişim dir (ΔG): ΔG negatif değere sahip olduğunda dönüşüm kendiliğinden (spontane) gerçekleşir ve sistem dengeye ulaşıncaya kadar devam eder. 5
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Çekirdeklenmenin saf bir malzeme içinde oluştuğunu kabul edelim: çekirdeklenme noktası sıvı faz içerisinde oluşsun ve dönüşeceği katı faza ait paketlenme düzenin oluşturmaya başlasın. Bu yaklaşımda her bir çekirdeklenmenin yarı çapı, r, olan kürelerden ibaret olduğunu düşünelim. Sıvı-katı dönüşümünde, toplam serbest enerji değişimine 2 parametre katkı sağlayacaktır: i. Katı ve sıvı fazlar arasındaki serbest enerji farkı, veya Hacim serbest enerjisi (ΔG v ) : Denge katılaşma sıcaklığının (T m ) altında, değeri negatiftir. ii. Katılaşma dönüşümü sırasında katı-sıvı faz ara sınırının oluşması: Bu sınırla ilgili olan enerji yüzey enerjisi (γ) dir ve değeri pozitiftir. 6
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Dolayısıyla serbest enerjideki toplam değişim, bu ikisinin toplamı kadar olacaktır: 7
Serbest enerji değişimi, ΔG Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Yüzey serbest Enerjisi: D G S 4 r 2 g g = yüzey enerjisi DG T = Toplam Serbest Enerji = DG S + DG V Çekirek küçülür Çekirek büyür Hacim Serbest Enerjisi: D DG 4 r 3 G V 3 DG hacim serbest enerjisi birim hacim r* = kritik çekirdeklenme: r < r* çekirdek küçülür; r >r* çekirdek büyür 8
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Hacim serbest enerjisi (ΔG v ) katılaşma dönüşümü için gerekli olan itici güçtür ve büyüklüğü sıcaklığın bir fonksiyonudur. Denge katılaşma sıcaklığında (T m ) değeri sıfırdır ve sıcaklığın azalması ile birlikte değeri negatif yönde artar: ΔH f : Katılaşma sırasında salıverilen ısı ( gizli füzyon ısısı) 9
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Bu denklemler, hem kritik yarıçap değerinin (r*) ve hem de aktivasyon serbest enerjisinin (ΔG*) sıcaklığın azalması ile birlikte azaldığını göstermektedir. T 1 >T 2 Bunun fiziksel anlamı, sıcaklığın T m nin altında düşürülmesi, çekirdeklenme oluşumunun kolaylaştırmaktadır. 10
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri İlave olarak, stabil hale geçebilen çekirdek sayısı (n*) (yarıçapı r* dan daha büyük olan) da sıcaklığın bir fonksiyonudur: Sıcaklığın azalması ile birlikte stabil hale geçebilen çekirdek sayısı artmaktadır. 11
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Çekirdeklenmeyi etkileyen, sıcaklığa bağlı bir diğer önemli adım da, çekirdek oluşumu sırasında atomların, kısa mesafeli difüzyon yolu ile kümelenmesidir. Bu durumda sıcaklığın difüzyon hızına bir etkisi olacaktır. Bu etki, sıvı faz içindeki atomların kendilerini çekireğe bağlama frekansı (ν d ) ile alakalıdır. Sıvı faz içindeki atomların kendilerini çekireğe bağlama frekansı (ν d ), sıcaklığın azalması ile birlikte azalmaktadır. 12
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri K 3, çekirdek yüzeyindeki atom sayısıdır. 13
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Yapılan bu yaklaşımlarda çekirdek için küresel bir şekil dikkate alınmış olması ile birlikte, şekli farklı olan ve benzer sonuca giden her durum için geçerlidir. Bu yaklaşım, sıvı-katı geçişlerinin (katılaşma) haricinde diğer durumlar için de kullanılabilir: katı-gaz, katı-katı gibi. Ancak farklı dönüşüm tiplerinde Hacim serbest enerjisi (ΔG v ) ve yüzey enerjisi (γ) ile birlikte difüzyon hızları farklılıklar gösterecektir ve dikkate alınması gerekir. Ayrıca özellikle katı-katı geçişlerinde meydana gelebilecek polimorfik değişimler sonucu yeni fazda hacim değişiklikleri oluşabilecektir. Bu durum mikroskobik deformasyonlar oluşturacaktır (ilave iç enerji). Dolayısıyla ΔG denkleminde dikkate alınmalıdır: r* ve G* değerlerine etki edecektir. 14
Homojen Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Bu durum Süpersoğuma (supercooling) (undercooling) olarak isimlendirilir. Homojen çekirdeklenme için süpersoğuma miktarı önem kazanabilir: Tablo: Bazı metallerde homojen çekirdeklenme durumu için süpersoğuma miktarları (ΔT) 15
Homojen Olmayan Çekirdeklenme & Enerji Etkileri Süpersoğuma miktarı homojen çekirdeklenmede önemli mertebelerde olmakla birlikte (birkaç yüz o C), pratikte sadece birkaç o C mertebelerindedir. Bunun nedeni, çekirdek arayüzeyler veya önceden var olan yüzeylerde oluşmaya başladığında, çekirdeklenme için gerekli olan aktivasyon enerjisi (ΔG*) oldukça azalmaktadır. Diğer bir değişle, çekirdeklenmenin oluşumu, yüzeyler (kalıp yüzeyi gibi) veya arayüzeylerde (tane sınırları gibi) daha kolay olmaktadır: Homojen Olmayan Çekirdeklenme ΔG* het <ΔG* hom 16
Çekirdeklenme hızı, tane büyüme hızı ve bu ikisine bağlı olarak gelişen dönüşüm hızlarını zamana bağlı olarak gösteren grafik. Oluşan faz parçacıklarının büyüklükleri sıcaklığa bağlı değişkenlik gösterecektir: Örneğin, T m sıcaklığı yakınlarında oluşan dönüşümlerde, düşük çekirdeklenme ve yüksek büyüme hızları söz konusudur: Az sayıda çekirdek hızlı şekilde büyüyecektir: SONUÇ: az sayıda büyük taneli yapı (iri taneli yapı) Düşük sıcaklıklarda oluşan dönüşümlerde, yüksek çekirdeklenme ve düşük büyüme hızları söz konusudur: Çok sayıda çekirdek yavaş şekilde büyüyecektir: SONUÇ: çok sayıda küçük taneli yapı (ince taneli yapı) 17
Faz Dönüşümü Hızı Dönüşüm Kinetiği faz dönüşümlerinin reaksiyon hızını ifade eder. Dönüşüm hızını belirlemek için dönüşüm miktarı zamanın fonksiyonu olarak ölçülür (sabit sıcaklıkta) Dönüşüm miktarı nasıl belirlenebilir? X-ışını difraksiyonu Elektirksel iletkenlik ölçümleri Ses dalgası yayılıma hızlarının ölçülmesi 18
Dönüşme oranı, y Faz Dönüşümü Hızı Sabit T Dönüşüm tamamlandı 0.5 Maksimum dönüşüm hızı dönüşmeyen miktar azalır ve dönüşüm hızı düşer. Çekirdeklenme Büyüme Yüzey alanı arttıkça ve çekirdek t büyüdükçe dönüşüm hızı artar. 0.5 log t Avrami denklemi=> y = 1- exp (-kt n ) Dönüşme oranı zaman k & n: zamandan bağımsız dönüşüm parametreleri Kural olarak: Dönüşüm Hızı = 1 / t 0.5 19
Dönüşüm Oranı Dönüşüm Hızına Sıcaklığın Etkisi 135 C 119 C 113 C 102 C 88 C 43 C 1 10 10 2 10 4 Zaman (dak.) (Logaritmik ölçek) Saf Cu nun faz dönüşümünde: Dönüşüm hızı= 1/t 0.5 dönüşüm hızı sıcaklığın artması ile birlikte artmaktadır. 20
0.022 0.76 Fe 3 C (sementit) Dönüşüm & Süpersoğuma Ötektoid dönüşümde (Fe-Fe 3 C sistemi): Dönüşümün oluşabilmesi için, alaşım sıcaklığı 727ºC altına inmelidir. %0.76 C g a + Fe 3 C %0.022 C %6.7 C a ferrit 1600 d 1400 1200 1000 800 600 T(ºC) g (Östenit) g+l Ötektoid: 1148ºC L g +Fe 3 C DT a +Fe 3 C T dönüşüm < 727 C L+Fe 3 C Denge soğuma: T dönüşüm. = 727ºC 727ºC Fe-C alaşımlarında, normal soğuma oranlarında ötektoid reaksiyon, denge dönüşüm sıcaklığı olan 727 o C nin yaklaşık 10 ila 20 o C altında (ΔT) meydana gelir. 400 0 1 2 3 4 5 6 6.7 (Fe) %C 21
y (% perlit) Dönüşmüş östenit yüzdesi Fe-Fe 3 C Ötektoid Dönüşümü Östenit in Perlit e dönüşümü: Östenit (g) tane sınırı a a aa a a Bu dönüşümde, dönüşüm hızı [T ötektoid T ] (DT) super soğuma g g Sementit (Fe 3 C) Ferrit (a) 100 Perlit büyüme yönü 600ºC (DT yüksek) miktarına göre değişir. 675ºC (DT düşük) 50 Kaba perlit yüksek sıcaklıklarda oluşur nispeten yumuşak İnce perlit düşük sıcaklıklarda oluşur nispeten sert 0 650ºC Zaman, sn. Dönüşüm sırasında C atom difüzyonu g a a a g Karbon difüzyonu 22
y, dönüşümüş % İzotermal Dönüşüm Diyagramlarının Oluşturulması C 0 = %0.76 C olan Fe-Fe 3 C sistemi dikkate alalım. Dönüşüm sıcaklığı: 675ºC olsun. 100 50 T(ºC) 700 600 500 T = 675ºC 0 1 10 2 10 4 Östenit (kararsız) Östenit (kararlı) Perlit 675ºC de izotermal dönüşüm zaman(sn) T E (727ºC) Zaman-Sıcaklık-Dönüşüm (T-T-T) ilişkilerini daha kullanışlı bir şekilde ifade etmek yandaki grafik ile mümkündür. Her bir karışım konfigürasyonu için eğriler farklı olacaktır. Bu eğriler ayrıca, reaksiyon süresi boyunca sıcaklığın sabit tutulduğu dönüşümler için geçerlidir. Bu yüzden izotermal dönüşüm diyagramları olarak isimlendirilirler. 400 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 zaman(sn) 23
İzotermal Dönüşüm Diyagramlarının Oluşturulması Ötektoid dönüşüm sıcaklığının hemen altında (süpersoğuma derecesi kadar) %50 dönüşüm için çok uzun süreye (10 5 sn.) ihtiyaç vardır. Dolayısıyla reaksiyon hızı çok yavaştır. Dönüşme hızı sıcaklığın düşmesi ile birllikte artmaktadır. Örneğin 540 o C civarında %50 dönüşüm yaklaşık 3 sn. de tamamlanmaktadır. 24
Östenit-Perlit İzotermal Dönüşümü Ötektoid bileşim, C 0 = %0.76 C 727ºC üzerinden 625ºC ye hızlıca soğusun. 625ºC de sıcaklık sabit tutulsun (izotermal işlem) T(ºC) 700 Östenit (kararsız) Östenit (kararlı) T E (727ºC) 600 g g Perlit g 500 g g g 400 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 zaman(sn.) 25
Östenit-Perlit İzotermal Dönüşümü Perlit içindeki ferrit ve sementit tabakalarının kalınlık oranları yaklaşık olarak 8:1 şeklindedir. Ancak mutlak tabaka kalınlığı, izotermal dönüşümün oluştuğu sıcaklığa bağlı olarak değişiklik gösterebilir: Ötektoid sıcaklığın hemen altındaki izotermal dönüşüm sıcaklıklarında, nispeten kalın ferrit ve sementit tabakaları oluşur: Bu yapıya kaba (coarse) perlitik yapı denir. Bu sıcaklıklarda difüzyon hızları oldukça yüksektir. Dönüşüm sırasında C atomları nispeten uzun mesafelere difüzyon olabilir. Bu durum kalın lamellerin oluşmasına neden olur. İzotermal dönüşüm sıcaklığının azalması ile birlikte, C atomlarının difüzyon hızı azalır ve daha ince lamellar oluşmaya başlar: Yaklaşık 540 o C civarlarında elde edilebilen bu yapıya ince (fine) perlitik yapıdır. 26
Östenit-Perlit İzotermal Dönüşümü Kaba (a) ve İnce (b) perlitik yapı 27
0.022 0.76 1.13 Fe 3 C (sementit) Ötektoid Dışı Bileşimlere ait Dönüşümler C 0 = %1.13 C 900 800 700 600 500 T(ºC) Ö + Ö S Ö + P Ö P T E (727ºC) a 1600 d 1400 1200 1000 800 600 T(ºC) g (östenit) DT g+l L g +Fe 3 C a+fe 3 C L+Fe 3 C 727ºC 1 10 10 2 10 3 10 4 zaman(s) 400 0 1 2 3 4 5 6 6.7 (Fe) %C Ötektoid Üstü bileşim ötektoid öncesi sementit 28
Beynit (Bainite): Diğer bir Fe-Fe 3 C Dönüşüm Ürünü Beynit: -- a-ferrite matrisi içinde yapraksı Fe 3 C parçaları -- difüzyon kontrollü İzotermal Dönüşüm Diyagramı, C 0 = %0.76 C (martenzit) 800 T(ºC) 600 540 400 Östenit (kararlı) Ö Ö P 100% perlit 100% beynit B T E Fe 3 C (sementit) a (ferrit) 210 200 10-1 10 10 3 10 5 zaman (sn) 5 mm 29
Beynit: Beynit, dönüşüm sıcaklığına bağlı olarak iğnemsi veya plakalar şeklinde form alabilir. Mikroyapı detayları çok küçük ve hassastır: Ancak elektron mikroskobu ile belirlenebilir. Bu faz martenzit adı verilen diğer bir faz ile çevrilmiştir. 540 ila 727 o C ler arasında perlit oluşurken, 215 ila 540 o C ler arassında beynit oluşumu gerçekleşir. Alaşımın bir kısmı perlit veya beynit e dönüştükten sonra, diğer yapıya dönüş, alaşımı östenit fazına dönünceye kadar ısıtmadıkça mümkün değildir. 30
Sferoid: Fe-Fe 3 C Sistemine ait diğer bir Mikroyapı Oluşumu Sferoid: -- a-ferrite matris içinde küresel şekilli Fe 3 C parçaları. -- Oluşumu difüzyon gerektirir. -- Beynit veya perlitik yapıyı ötektoid dönüşüm sıcaklığının hemen altında bir sıcaklıkta uzun süre ısıt (örn. 700 o C sıcaklıkta 18-24 saat). -- Bu dönüşüm, ilave C difüzyonu ile gerçekleşir. Bileşimde yada ferrit ve sementit in relatif miktarlarında bir değişim meydana gelmez. -- İtici güç a-ferrit/fe 3 C arayüzey alanının azalması: Daha kararlı bir yapıya geçebilme isteği. a (ferrit) Fe 3 C (sementit) 60 mm 31
Martenzit: Dengedışı Dönüşüm Ürünü Östenit fazındaki Fe-C alaşımının düşük sıcaklıklara (yaklaşık oda sıcaklığı) aniden soğutulması ile oluşan bir diğer mikrobileşen Martenzit dir. Martenzit, östenit in düfüzyon gerçekleşmeden dönüştüğü denge dışı tek fazlı bir yapıdır. Martenzitik dönüşüm, ancak dönüşüm hızının difüzyona imkan vermeyeceği kadar hızlı olması ile mümkündür. Soğuma sırasında difüzyon olayının gerçekleşmesi (yavaş soğuma durumunda) her zaman α-ferrit ve sementit oluşumu ile sonuçlanır. Bu dönüşüm anlaşılmamakla birlikte, C atomları, komşu atomlara göre az miktarda bir yerdeğiştirme yaparlar. Böylece, YMK östenit (γ) polimorfik değişime Fe uğrayarak Hacim Merkezli Tetragonal (HMT) martenzit yapısına dönüşür. Bu yapıda, tüm C atomları arayer atomu olarak kalırlar: C atomları ile süperdoygunluğa ulaşmış bir yapı oluşur. Bu yapı, difüzyonun başlayabileceği mertebelere kadar ısıtıldığında, başka farklı yapılara dönüşebilme eğilimindedir. C 32
Martenzit: Martenzitik yapı oda sıcaklığında pek çok çelikte korunabilir. Bu yapı sadece Fe-C alaşımlarında değil, diğer alaşım türlerinde de görülebilir ve benzer şekilde difüzyon dışı bir dönüşüm ürünüdür. Dönüşüm difüzyon dışı olduğundan, ani gerçekleşir. Martenzit taneleri östenit içinde çekirdeklenir, ses dalgası hızında büyür. Bu yüzden bu dönüşüm zamandan bağımsız kabul edilir. Görüntileri plakalar veya iğneler şeklindedir. 33
Martenzit: Denge dışı bir faz olduğundan, Fe-C alaşımı faz diyagramlarında görünmezler. Ancak, östenit (γ) Martenzit (M) dönüşümleri izotermal dönüşüm diyagramlarında yer alırlar. Difüzyon dışı ani bir dönüşüm olduğundan, perlitik veya beynitik reaksiyonlar gibi gösterilmezler. Reaksiyonun başlangıcı M(baş), M(%50) ve M(%90) diyagramda ilgili sıcaklıklardan çizilen yatay çizgiler ile temsil edilir. 34
Martenzit: Alaşım bileşimine bağlı olarak dönüşüm sıcaklıkları farklılıklar gösterebilir. Diyagramda martenzit dönüşüm doğruları yatay karakterde olması, dönüşümün zamandan bağımsız olduğunu ifade eder. Sadece alaşımın hızla soğutulduğu sıcaklığa bağlıdır. Bu yüzden bu dönüşüm atermal dönüşüm olarak isimlendirilir. Örn. Ötektoid bileşime sahip Fe-C alaşımı 727 o C sıcaklıktan aniden 165 o C sıcaklığa düşürülürse: Östenit yapının %50 si aniden martenzite dönüşür. Bu sıcaklıkta sabit tutulursa, başka bir dönüşüm olmayacaktır. 165 35
-Alaşımlandırma durumu Alaşıma başka elementlerin katılması dönüşüm sıcaklıklarını değiştirir: Cr, Ni, Mo, Si, Mn: g a + Fe 3 C reaksiyon başlangıcını ve aynı zamanda perlit ve beynit oluşum sürelerini öteler. (Ötektoid çelik) (Alaşımlandırılmış çelik) 36
60 mm Martenzit: özet Martenzit: -- g (YMK) dan Martenzite (HMT) dönüşüm Fe atom bölgeleri x x x x x x potansiyel C atom bölgeleri İzotermal Dönüşüm Grafiği 800 T(ºC) 600 Östenit (kararlı) A P T E Martenzit iğneleri Dönüşemeyen Östenit 400 200 10-1 A M + A M + A M + A B 0% 50% 90% 10 10 3 10 5 zaman(sn) g martenzit (M) dönüşümü. -- hızlı! (difüzyon dışı) -- Dönüşen miktar hızla soğutularak erişilen sıcaklığa bağlı. 37
Martenzit: özet g (YMK) Yavaş soğuma a (HMK) + Fe 3 C Hızlı soğuma M (HMT) temperleme Martenzit (M) tek faz hacim merkezli tetragonal kristal yapı Difüzyon dışı dönüşüm HMT: eğer C 0 > %0.15 C HMT az sayıda kayma düzlemi sert, gevrek 38
Sürekli Soğuma Dönüşüm Diyagramları Uygulanan ısıl işlemlerin çoğu, çeliğin oda sıcaklığına sürekli soğutulması şeklindedir. İzotermal dönüşüm diyagramları (İDD) sadece sabit sıcaklık durumu için geçerlidir ve sürekli soğuma durumu için modifiye edilmelidir. Bu durumda reaksiyonun başlama ve sona erme süreleri değişir. İzotermal eğriler daha uzun sürelere ve düşük sıcaklıklara doğru ötelenir. Bu yeni diyagramlar Sürekli soğuma diyagramları dır. Soğuma eğrisi (Ötektoid çelik) 39
Sürekli Soğuma Dönüşüm Diyagramları: Grafikte 2 farklı soğuma hızı tanımlanmıştır: İlgili reaksiyon zaman eğrisi ile reaksiyon başlangıç eğrisinin kesiştiği noktada başlar ve zaman eğrisinin reaksiyon tamamlanma eğrisi ile kesiştiği noktada sona erer. Soğma hızına göre 2 farklı perlitik yapı oluşur: (İnce perlit & Kaba perlit) (Ötektoid çelik) 40
Sürekli Soğuma Dönüşüm Diyagramları: Ötektik bileşimde sürekli soğuma sırasında normalde beynit oluşumu gerçekleşmez. Bunun nedeni, beynit oluşumu gerçekleşmeden tüm östenit perlit e dönüşür. Diyagramda A-B çizgisinin altı önem kazanmaz. Ancak, A-B arasından geçen herhangi bir soğuma hızında ise, zaman eğrisi A-B yi kestiğinde östenit-perlit dönüşümü durur ve geriye kalan östenit beynit e ve M(baş) çizgisini de geçtiğinde martenzit e dönüşür. M(başlangıç), M(%50) ve M(%90) hem izotermal hem de sürekli soğuma diyagramlarında aynı sıcaklık seviyelerinde yer alırlar. (Ötektoid çelik) 41
Sürekli Soğuma Dönüşüm Diyagramları: Kritik soğuma hızı: tam martenzitik yapı oluşumuna neden olan en düşük soğuma hızı Kritik soğuma grafiği, diyagramda perlit dönüşümünün başladığı burun bölgesinden geçen soğuma eğrisi ile ifade edilebilir. Buna göre: - soğuma hızı >140 o C/sn ise sadece matenzitik yapı oluşur. - 140 o C/sn> soğuma hızı >35 o C/sn ise matenzit + perlit, ve - soğuma hızı < 35 o C/sn ise perlit (Ötektoid çelik) 42
Sürekli Soğuma Dönüşüm Diyagramları: C ve diğer alaşım elementlerinin varlığı kritik soğuma hızını düşürür. Bu sayede perlit ve beynit burunları daha uzun sürelere doğru çekilir. Çelikleri alaşımlandırmanın bir nedeni de, martenzit oluşumunu kolaylaştırmaktır. Bu sayede nispeten kalın kesitlerde tam martenzitik yapı elde edilebilir. (Alaşımlandırılmış çelik) 43
0.76 0.76 Darbe Enerjisi Mekanik Özellikler: Karbon miktarının etkisi Perlit (orta) ferrit(yumuşak) C 0 < %0.76 C C 0 > %0.76 C Perlit(orta) Sementit (sert) Ötektoid altı Ötektoid üstü ÇD(MPa) 1100 AD(MPa) Alt Üst %Uz 100 Alt Üst 80 900 700 sertlik 50 40 500 0 300 0 0.5 1 %C 0 0 0.5 1 %C Artan C içeriği ile birlikte çekme (ÇD) ve akma (AD) dayanımları yükselmekte, süneklik (%Uz) azalmaktadır. 44
Brinell sertliği Süneklik (% kesit daralması) Mekanik Özellikler: İnce Perlit vs. Kaba Perlit vs. Sferoid 320 240 160 80 Sertlik: %KD: Alt Üst ince perlit kaba perlit sferoid 0 0.5 1 %C ince> kaba> sferoid ince< kaba< sferoid 90 60 Alt Üst sferoid 30 kaba perlit ince perlit 0 0 0.5 1 %C 45
Brinell sertliği Mekanik Özellikler: İnce Perlit vs. Martenzit Alt Üst 600 martenzit 400 200 Ince perlit 0 0 0.5 1 % C Sertlik: ince perlit << martenzit. 46
9 mm Temperlenmiş Martanzit Martenzite ısıl işlem uygulanmasıdır: Temperleme temperlenmiş martenzit, martenzit e göre daha sünektir temperleme, hızlı soğutma esanasında oluşan iç gerilmeleri azaltır. ÇD(MPa) AD(MPa) 1800 1600 1400 1200 1000 800 AD %KD ÇD 60 50 %KD 40 30 200 400 600 Temperleme sıcaklığı, ºC Temperleme işlemi α ile sarılmış çok küçük Fe 3 C parçaları oluşturur. Temperleme ÇD ve AD yi düşürür, fakat sünekliği artırır. α Fe 3 C 47
Suda soğutulmuş ötektoid bileşime sahip çeliğin temperlenme süresine bağlı olarak sertlik değişimi: 48
Dayanım Süneklik Özet: Olası Dönüşümler Östenit (g) yavaş soğuma ağır soğuma hızlı soğutma Perlit (a + Fe 3 C tabakaları +ötektoid öncesi yapı) martenzit temp. martenzit beynit ince perlit kaba perlit sferoid (Genel eğilimler) Beynit (a + yapraksı Fe 3 C) Martenzit (HMT kristal yapıda difüzyon dışı dönüşüm) Yeniden ısıtma Temperlenmiş Martenzit (a + çok ince Fe 3 C parçacıkları) 49
50