Fe-C ve Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMLARI Malzeme Malzeme Bilgisi Bilgisi PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ 1
Fe-C ve Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMLARI İkili alaşım sistemlerinin en önemlilerinden birisi demir-karbon sistemidir. Çelikler ve dökme demirler, endüstride pek çok uygulama alanına sahip demir-karbon alaşımlarıdır. Bu bölümde Fe-C ve Fe-Fe 3 C faz diyagramı incelenecek: Yavaş soğuma şartlarında mikroyapısal değişiklikler Oluşan fazlar nelerdir? Faz dönüşümleri nasıl meydana gelir? NOT!!!!!!! Fe-Fe 3 C faz diyagramı tüm sınavlarda sorulur. Diyagramı tam çizen öğrencimizin değerlendirmesi 100 üzerinden, çizemeyen öğrencimizin değerlendirmesi ise 80 üzerinden yapılır. 2
Saf Demirin Soğuma Eğrisi Saf demirin ergime sıcaklığı 1538 C dir. Saf demir, 1538 C 1394 C sıcaklıkları arasında HMK kristal yapısına sahip -demirine dönüşür. Saf demir, 1394 C de atomların birbirine yakınlaşması nedeniyle, YMK yapıya sahip -demirine dönüşür. Saf demir, 912 C HMK yapıya sahip -demirine dönüşür.
Poliformik dönüşme veya Allotropi Saf demirin ergime sıcaklığı 1538 C dir. Saf demir, 1538 C 1394 C sıcaklıkları arasında HMK kristal yapısına sahip -demirine dönüşür. Saf demir, 1394 C de atomların birbirine yakınlaşması nedeniyle, YMK yapıya sahip - demirine dönüşür. Saf demir, 912 C HMK yapıya sahip -demirine dönüşür. Saf demirin farklı sıcaklıklarda, farklı kristal yapılarına sahip olmasına poliformik dönüşme veya allotropi adı verilir. Allotropi, demirin en önemli özelliğinden birisidir. Çünkü bu mekanizma sayesinde ısıl işlem sonucu malzemenin yapısı değiştirilebilmektedir.
Niçin YMK yapıda plastik şekil verme işlemi daha kolay olur? YMK kristal yapısında 4 demir atomu, HMK yapıda 2 demir atomu mevcuttur. YMK yapı, HMK yapıdan daha fazla demir atomu içerdiği için, plastik şekil verme işlemi YMK yapıda daha kolaydır.
Curie (küri) noktası Saf demirin soğuma eğrisinde 768 C meydana gelen duraklamada kristal yapı değişmez. 768 C 727 C Sadece saf demir, ısıtma ve soğutma esnasında kaybolan manyetik özelliklerine tekrar kavuşmuş olur. Bu duraklama noktasına Curie (küri) noktası adı verilir. Bu sıcaklığın altında demir, mıknatıslanma özelliğine sahiptir.
Demir-karbon sisteminde; tamamen karbonun serbest halde (grafit) bulunmasına durumunda Fe-C (Grafit) Faz Diyagramı adını alır. karbonun demirle metaller arası bileşik (Fe 3 C) oluşturduğu kısma Fe-Fe 3 C Faz Diyagramı adı verilir.
Fe-C (Grafit) Faz Diyagramı Bir demir-karbon alaşımı yavaş soğutularak katılaştırılırsa, karbon atomlarının demir atomları ile birleşerek sementit fazı oluşturmasının yerine grafit taneleri meydana gelir. Bu sisteme Fe-C faz diyagramı adı verilir ve kararlı denge durumunu yansıtır.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramı Bir demir-karbon alaşımı hızlı soğutulursa, karbon kristalleşecek zamanı bulamaz. Böylece sementit (Fe 3 C) adı verilen demir karbür oluşur. Sementit içeren bir alaşım, yüksek sıcaklıklarda yeterince bekletilirse, sementitin ayrışması sonucu grafitlenme görülür. Fe-Fe 3 C faz diyagramı kararsız denge (yarı kararlı-metastable) durumunu gösterir.
Fe-C ve Fe-Fe 3 C Faz Diyagramları arasındaki farklılık Bu iki faz diyagramı arasında sementitin yerini grafitin alması ve dönüşüm sıcaklık eğrilerinin birazcık ötelenmesinin dışında, temel reaksiyonlar açısından bir fark yoktur. Endüstriyel uygulamalarda en faydalı ve en kullanışlı olduğu için pratikte Fe- Fe 3 C faz diyagramı üzerinde durulur.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Sementitte ne kadar karbon bulunur? Demirin atom numarası 56 ve karbonun atom numarası 12 olduğuna göre Fe 3 C metaller arası bileşikte, ağırlık olarak; C Fe C 3 12 3 56 12 x100 %6.67 karbon bulunur
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Dönüşüm Sıcaklık Eğrilerinin Adlandırılması A 0 : Sementitin mıknatıslanma sıcaklığı (210 C) A 1 : A 2 : Demirin mıknatıslanma sıcaklığı (768 C) A 3 A 3 : A cm (A 4 ): A 2 A 1 A 0
Demir ve Demir-Karbon alaşımlarının Kristal yapıları (1) Ferrit ( -demir) (2) Östenit ( -demir) (3) Delta demir ( -ferrit) (4) Sementit veya demir karbür (Fe 3 C) (5) Perlit ( + Fe 3 C)
Ferrit ( -demir) Ferrit fazı, hacim merkezli kübik demir kristal kafesinde, karbonun arayer katı çözeltisidir. fazında karbon çok az miktarda çözünmektedir. 727 C de maksimum % 0.022 oranında karbon çözünür. Karbon nispeten düşük çözünürlüğe sahip olmasına rağmen, ferritin mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkiler. Ferrit yumuşak, 768 C nin altında mıknatıslanma özelliğine sahiptir. Ferrit ( -demir) 0 C de karbonun ferritteki çözünürlüğü, % 0.005 e düşmektedir.
Ferrit ( -demir) Ferrit kolay şekillendirilebilir. Çekme Mukavemeti 27 kg/mm 2, kopma uzaması %40 ve sertliği 150 BHN civarındadır. 778 C altında mıknatıslanır, bu derecenin üstünde mıknatıslanma özelliğini kaybeder. Büyütme:100X
Östenit ( -demir) Bu faz, YMK demir kafesinde karbonun arayer katı çözeltisidir. Karbonun katı çözünürlülüğü östenit fazında daha yüksektir. 1148 C de % 2.11 oranında karbon çözünürken, bu oran 727 C de % 0.77 ye düşmektedir. Östenit ( -demir) Östenit fazdan başlayarak meydana gelen faz dönüşümleri, çeliklerin ısıl işlemi için olukça önemlidir. Östenit fazı mıknatıslanma özelliği göstermez.
Östenit ( -demir) Büyütme: 500 X
Delta demir ( -ferrit) Bu faz, -ferrit gibi bir katı çökelti fazı olup, sadece oluştuğu sıcaklık aralığı farklıdır. -ferrit, 1401 C 1536 C sıcaklık aralığında kararlıdır. Delta demir ( -ferrit) -ferrit fazı, nispeten yüksek sıcaklıklarda kararlı olup, teknolojik bir öneme sahip değildir. HMK kristal kafesine sahip olan bu faz, karbonun en yüksek katı çözünürlülüğü 1495 C de, % 0.09 dur.
Sementit veya Demir karbür (Fe 3 C) Karbonun demirle oluşturduğu metaller arası bileşiğe sementit (Fe 3 C) adı verilir. Sementitin bileşimi % 6.67 karbon ve % 93.33 demirdir. Sementit sert, gevrek ve kırılgan bir yapıya sahiptir. Sementitin varlığı sayesinde bazı çeliklerin mukavemeti artar. Ortorombik kristal yapısına sahiptir.
Sementit veya Demir karbür (Fe 3 C) Fe 3 C, 210 C sıcakılığın altında mıknatıslanma özelliğine sahiptir. Sertliği BHN 700 daha fazladır. Çekme dayanımı 35 MPa olup oldukça düşüktür. Basma dayanımı ise oldukça yüksektir. Fe 3 C
Perlit ( + Fe 3 C) Perlit, bir faz değildir, + Fe 3 C fazlarından meydana gelmiş bir mikroyapı görünümüdür. % 0.77 C içeren çeliğin, ostenit bölgesinden yavaş soğutulması sırasında 727 C sıcaklığının hemen altında meydana gelen ötektoid dönüşüm sonucunda oluşan bir yapıdır. Çekme mukavemeti 800 MPa % uzama değeri ise % 20 civarındadır.
Perlit ( + Fe 3 C) Perlit, ferrit ve sementit lamellerinden oluşur. Yapıda, beyaz renkli kısım ferrit matrisi, koyu renkli lameller ise sementit fazını gösterir. Fe 3 C
Perlit ( + Fe 3 C) Mikroyapısı Büyütme: 2500X Büyütme: 17 000X
Perlitin ( + Fe 3 C) oluşum ve büyüme mekanizması Perlit oluşumu ve büyümesi mekanizması Hillert tarafından geliştirilmiştir. Perlit oluşumu, östenit tane sınırlarında veya östenit tanelerinin içerisindeki diğer düzensiz bölgelerde başlar. Perlit, ferrit ya da sementit üzerinde başlar. Fe 3 C ve ince lameller veya plakalar şeklinde büyümesiyle perlit yapısı meydana gelir. Östenitten ince sementit plakalarının kenarlarına karbon difüzyonu sebebiyle ferrit plakalarının kenarları karbonca fakirleşir.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Meydana Gelen Dönüşüm Olayları Ötektik dönüşüm Peritektik dönüşüm Ötektoid dönüşüm
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDA GIBBS FAZ KURALININ UYGULANIŞI Ötektoid çelik A noktası: Östenit faz bölgesi Bu noktadaki bileşik sayısı C = 2 (Fe ve karbon) Faz sayısı P = 1 (tek bir östenit fazı) F = C P + 1 F = 2 1 + 1 F = 2 bulunur. A noktasındaki serbestlik derecesi (F) 2 dir. Östenit sıcaklık bölgesinde sıcaklık ve kimyasal bileşim belirli sınırlar içerisinde birbirinden bağımsız olarak değiştirilebileceğini gösterir. Yani östenit faz bölgesi belirli bir sıcaklık ve kimyasal bileşim aralığında meydana gelir.
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDA GIBBS FAZ KURALININ UYGULANIŞI Ötektoid çelik Ötektoid noktası: Bu noktadaki bileşik sayısı C = 2 (Fe ve karbon) Faz sayısı P = 3 (östenit, ferrit ve Fe 3 C fazları) F = C P + 1 F = 2 3 + 1 F = 0 bulunur. A noktasındaki serbestlik derecesi (F) 0 dir. Ötektoid noktada basınçtan başka sıcaklık ve kimyasal bileşimde sabit olması gerektiğini gösterir. Faz diyagramında bunun sabit bir nokta olduğunu ve ancak belirli bir sıcaklık ve bileşim değeri için geçerli olduğu anlaşılır.
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDA GIBBS FAZ KURALININ UYGULANIŞI Ötektoid çelik B noktası: Bu noktadaki bileşik sayısı C = 2 (Fe ve karbon) Faz sayısı P = 2 (ferrit ve Fe 3 C fazları) F = C P + 1 F = 2 2 + 1 F = 1 bulunur. A noktasındaki serbestlik derecesi (F) 1 dir. Faz sayısı aynı kaldığı sürece sıcaklık ve kimyasal bileşimin birbirinden bağımsız olarak değişemeyeceğini gösterir. Yani bu bölgede sıcaklık ve kimyasal bileşimden birinin sabit kalıp, diğerinin değişebileceği anlamına gelir.
Ötektoid altı çelik Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Bölgelerin Adlandırılması ÇELİK BEYAZ DÖKME DEMİR Ötektoid üstü çelik Ötektik altı Ötektik üstü
DEMİR KARBON ALAŞIMLARI ÇELİK BEYAZ DÖKME DEMİR
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ÇELİKLER Oda sıcaklığında mikroyapı: PERLİT a noktası: % 0.8 C içeren ötektoid çelik, 800 C ye kadar ısıtıldığında, yapı tamamen östenit fazdır. Bu östenitik yapı, ötektoid dönüşüm sıcaklığı olan 727 C nin hemen üzerine kadar değişmeden aynen kalır. b noktası: Ötektoid çelik, 727 C yi geçer geçmez, östenit fazı + Fe 3 C (Perlit) levhalarından oluşan iki katı faza dönüşür.
ÖTEKTOİD ÇELİKLER (%0.8 C) Fe 3 C PERLİT
ÖTEKTOİD ÇELİKLERİN (%0.8 C) SOĞUMA EĞRİSİ
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ALTI ÇELİKLER ( %0.02 C C % 0.8 ) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ötektoid öncesi (proötektoid) + PERLİT c noktası: C 0 bileşimine sahip ötektoid altı alaşımsız karbonlu çelik, 875 C ye kadar ısıtıldığı zaman yapı tamamen östenit ( ) faz şeklindedir. d noktası: Çelik, bu sıcaklıktan itibaren yavaşça 760 C ye kadar soğutulduğunda, östenit tane sınırlarında ötektoid öncesi katı fazı çekirdeklenmeye başlar.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ALTI ÇELİKLER ( %0.02 C C % 0.8 ) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ötektoid öncesi (proötektoid) + PERLİT e noktası: Çelik, 727 C nin hemen üstündeki sıcaklığa kadar yavaşça soğutulduğu zaman, ötektoid öncesi fazı daha da büyür, östenit fazı ise küçülür.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ALTI ÇELİKLER ( %0.02 C C % 0.8 ) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ötektoid öncesi (proötektoid) + PERLİT f noktası: Çelik 727 C nin altına düşer düşmez, östenit fazı perlite (ötektoid + Fe 3 C) dönüşecektir. e noktasında oluşmuş olan ötektoid öncesi fazının miktarı, değişmeden kalacaktır. Sonuç olarak 727 C nin altında ötektoid altı alaşımsız herhangi bir karbonlu çeliğin mikroyapısında, ötektoid öncesi ve perlit (ötektoid + Fe 3 C) yapısı oluşmaktadır. Bu yapı oda sıcaklığına kadar değişmeden kalır.
%wt. 0.38 C içeren Ötektoid altı çeliğin oda sıcaklığındaki mikroyapısı Büyütme: 635X
ÖTEKTOİD ALTI ÇELİKLERİN SOĞUMA EĞRİSİ
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ÜSTÜ ÇELİKLER ( %0.8 C C % 2.11 ) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ötektoid öncesi (proötektoid) Fe 3 C + PERLİT g noktası: C 1 bileşimine sahip ötektoid üstü alaşımsız karbonlu çelik, 920 C ye kadar ısıtıldığında yapı % 100 östenit fazından oluşur. h noktası: Bu çelik, 920 C den itibaren yavaşça soğutulup 780 C ye gelince, östenit tane sınırlarında Fe 3 C bileşiği çekirdeklenmeye başlar. Tane sınırlarında oluşan bu faza ötektoid öncesi Fe 3 C adı verilir.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu ÖTEKTOİD ÜSTÜ ÇELİKLER ( %0.8 C C % 2.11 ) Oda sıcaklığında mikroyapı: Ötektoid öncesi (proötektoid) Fe 3 C + PERLİT Çelik 727 C nin hemen üstüne kadar yavaş soğutulduğunda, östenit tane sınırları boyunca Fe 3 C bileşiği daha da büyür. i noktası: Bu çelik 727 C nin altına düşer düşmez, östenitik fazı ( ) perlite dönüşür ve tane sınırları boyunca oluşmuş olan ötektoid öncesi Fe 3 C bileşiği aynen kalır. Böylece yapı, ötektoid öncesi Fe 3 C bileşiği ve perlit (ötektoid Fe 3 C+ ) şeklindedir. Bu yapı oda sıcaklığına kadar değişmeden kalır.
%wt. 1.4 C içeren Ötektoid altı çeliğin oda sıcaklığındaki mikroyapısı Büyütme: 1000X
ÖTEKTOİD ÜSTÜ ÇELİKLERİN SOĞUMA EĞRİSİ
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Ötektoid, Ötektoid Altı ve Ötektoid Üstü Çeliklerin Yavaş Soğuma Şartlarındaki Şematik Mikroyapı Oluşumları Ötektoid altı çelik Ötektoid çelik Ötektoid üstü çelik
TAMMAN DİYAGRAMI Faz yüzdelerinin diyagram şeklinde gösterilişine Tamman diyagramı adı verilir.
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR ( % 4.3 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar Fe 3 C Perlit (Fe 3 C+ ) Fe 3 C
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu Beyaz Dökme Demir - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR (% 4.3 C) a noktası: Ötektik beyaz dökme demir, sıvı haldeyken yavaş soğutulursa 1147 C de ötektik reaksiyon sonucu östenit ( ) ve Fe 3 C fazlarına ayrışır. Bu yapıya Ledebürit ( +Fe 3 C) adı verilir. b noktası: Sıcaklık 723 C nin altına düştüğü zaman, östenit fazı ( ) perlit yapısına (Fe 3 C+ ) ve Fe 3 C aynı kalır. a b Böylece yapı perlit + Fe 3 C olur. Bu yapıya, dönüşmüş ledebürit (perlit + Fe 3 C) adı verilir.
Ledeburit (ᵞ + Fe 3 C) Sementit (Fe 3 C) ve ostenit ( ) tanelerinden oluşan ve % 4.3 oranında karbon içeren ötektik karışımdır. Dönüşmüş Ledeburit (Perlit+Fe 3 C) Ötektoid sıcaklığın (723 C) altındaki ledeburit demektir. Bu durumda yapıdaki ostenit taneleri perlite dönüşmüş durumda bulunur.
BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR ( % 4.3 C) Şematik mikroyapı
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK ALTI DÖKME DEMİR (%2.1 C C % 4.3 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar c noktası: Sıvı haldeki ötektik altı beyaz dökme demir, yavaş soğuma esnasında sıcaklık likidüs çizgisinin altına düşer düşmez, dentritik östenit ( ) taneleri sıvı içerisinde çekirdeklenmeye başlar. Sıcaklık düştükçe dentritik östenit ( ) miktarı da artar. 2.Fe3 C c d f g e Ötektoid perlit Sıvı 2.Fe 3 C 2.Fe 3 C Perlit Ledebürit Dönüşmüş Ledebürit
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK ALTI DÖKME DEMİR (%2.1 C C % 4.3 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar d noktası: Beyaz dökme demir 1147 C nin altına düşer düşmez sıvı ergiyik ötektik reaksiyonla 2. Sementit + östenit fazlarına dönüşürken, ötektik öncesi östenit ( ) aynen kalır. Mikroyapı Östenit ( ) + Ledebürit (2. Fe 3 C+ ) 2.Fe3 C olur. c d f g e Ötektoid perlit Sıvı 2.Fe 3 C 2.Fe 3 C Perlit Ledebürit Dönüşmüş Ledebürit
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK ALTI DÖKME DEMİR (%2.1 C C % 4.3 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar e noktası: Ötektoid sıcaklıkdeğerine yaklaştıkça östenit fazın dentritik kolları kopmaya başlar ve birbirinden ayrılır. f ve g noktaları: Sıcaklık 723 C nin altına düşer düşmez, ötektoid östenit, ötektoid perlite dönüşür. Ledebürit yapısı da dönüşmüş ledebürite (perlit + Fe 3 C) dönüşür. 2.Fe3 C c d f g e Ötektoid perlit Sıvı 2.Fe 3 C 2.Fe 3 C Perlit Ledebürit Dönüşmüş Ledebürit
Ötektik altı dökme demirin mikroyapısı %3.35 C içeren ötektik altı dökme demirin mikroyapı fotoğrafı L: Ledebürit P: Perlit C: Sementit F: Ferrit Fe - %2.8 C - %1.8Si içeren ötektik altı dökme demirin mikroyapı fotoğrafı
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK ÜSTÜ DÖKME DEMİR (%4.3 C C % 6.67 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar h noktası: Sıvı dökme demir likidüs sıcaklığını geçince ilk olarak 1. sementit kristalleri ergiyikten ayrışır. i noktası: 1147 C sıcaklık geçilir geçilmez, 1. Fe 3 C fazı ötektik eğrinin hemen üstündeki gibi aynen kalırken, sıvı faz östenit ( ) ve sementit (Fe 3 C) katı fazlarına dönüşür. h i j 1.Fe 3 C 1.Fe 3 C Fe 3 C Sıvı Yapı: 1. sementit + Ledebürit (Fe 3 C+ ) olur. 1.Fe 3 C Fe 3 C Perlit
Fe-Fe 3 C Faz Diyagramında Mikroyapı Oluşumu BEYAZ DÖKME DEMİR - ÖTEKTİK ÜSTÜ DÖKME DEMİR (%4.3 C C % 6.67 C) Yavaş soğuma şartlarında elde edilen mikroyapılar j noktası: Sıcaklık 723 C yi geçer geçmez, Ötektoid öncesi 1. Fe 3 C fazı aynen kalırken, ledebürit fazları, dönüşmüş ledebürit fazlarına dönüşür. 1.Fe 3 C Sıvı h 1.Fe 3 C Yapı: 1. sementit + Dönüşmüş Ledebürit (Fe 3 C+ perlit) olur. i j Fe 3 C 1.Fe 3 C Fe 3 C Perlit
Ötektik üstü (Hiperötektik) dökme demirin mikroyapısı Dönüşmüş Ledebürit Fe 3 C Perlit 1.Fe 3 C 100X
Ötektik üstü dökme demirin mikroyapısı http://www.flickr.com/photos/core-materials/page42/ Fe - %4.4 C - %2.1 Si içeren ötektik üstü dökme demirin mikroyapı fotoğrafı
DÖKME DEMİRLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Dökme demirlerin titreşim söndürme kabiliyetleri çok iyidir. Dökme demirin mekanik özellikleri büyük ölçüde mikro yapısına bağlıdır. Titreşim söndürme kabiliyeti a) çelik b) gri dökme demir
DÖKME DEMİRLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Dökme demirlerde grafit oluşumu, bileşim ve soğuma hızına bağlıdır. %1 den fazla Si ve daha yavaş soğuma grafit oluşumunu hızlandırır. Çoğu dökme demirde karbon grafit olarak bulunur ve mikroyapı ile mekanik özellikler, bileşim ve ısıl işleme bağlı olarak gelişir. Dökme demir türleri: 1- GRİ DÖKME DEMİR (LAMEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİR) 2- BEYAZ DÖKME DEMİR 3- KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLER (SFERO VEYA NODULER DÖKME DEMİR) 4- TEMPER DÖKME DEMİR 5- ALACA DÖKME DEMİR 6- ALAŞIMLI ÖZEL DÖKME DEMİRLER
1- GRİ DÖKME DEMİR (LAMEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİR) Gri dökme demirin mikroyapısı incelendiğinde, karbonun % 65-100 ünün grafit (C) lamelcikleri şeklinde yapı içerisinde dağılmış halde bulunduğu görülür. Kırıldığı zaman dökme demirin yüzeyi gri-mat görünüşünde olduğu için gri (kır) dökme demir şeklinde tanımlanır. Gri dökme demirin yapısında grafitler lamel halindedir. Bu grafitler yapı içinde boş hacim meydana getirerek dayanımı düşürürler. Grafit lamelleri
2- BEYAZ DÖKME DEMİR Karbonun büyük bir kısmı sementit (Fe 3 C) halindedir. Sementit, çok sert ve kırılgandır. Taşlanarak şekillendirilebilinir. Kırıldığında beyaz bir yüzey görünümüne sahip olduğu için beyaz dökme demir olarak adlandırılmıştır. Kütlesel sementit (beyaz) içeren beyaz DD (100x) Kütlesel sementit (beyaz) içeren beyaz DD (400x) Kütlesel sementit (beyaz) içeren beyaz DD (400x)
3- KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLER (SFERO VEYA NODULER DÖKME DEMİR) Küresel grafitli dökme demirler, lamel grafitlerinin küreleştirilmesiyle elde edilir. Karbonun yaprağımsı lamelden küre şekline dönüşmesini sağlamak amacıyla ergimiş dökme demire az miktarda magnezyum (Mg) veya seryum (Ce) katılır. Böylece yapı içerisindeki karbonun büyük bir kısmı küçük kürecikler halinde içyapıda dağılmış olmasını sağlanır. Bu tarz iç yapıya sahip dökme demirlere küresel grafitli dökme demirler adı verilir. Bu dökme demirlere SFERO (NODULER) DÖKME DEMİR de denir. Küre şekilli grafitler dökme demire yumuşaklık (süneklik) kazandırır. Kırılmış yüzeyi parlak görünüşlüdür. 400X 100X
4- TEMPER DÖKME DEMİR Temper Dökme Demir, Beyaz dökme demirin 900-950 C ye ısıtılması ve yavaş soğutulması ile elde edilmiştir. İşlem esnasında sementit içerisinden karbon ayrışarak karbon topaklar halinde şekillenir. Böylece kır dökme demire göre daha iyi bir şekil değiştirme kabiliyeti meydana gelir. Çekme mukavemeti artar. BEYAZ TEMPER DÖKME DEMİRLER: Yıldız şekilli grafitler nedeniyle, gri dökme demire göre daha mukavemetli ve sünektirler. SİYAH TEMPER DÖKME DEMİRLER: Beyaz dökme demir parçalar nötr bir ortamda (ör. kuvars kumu) 900-950 o C a ısıtılması ve bu sıcaklıkta uzun süre (~20 saat) beklettikten sonra yavaş soğumayla elde edilirler. İşlem esnasında sementit ayrışarak, rozet şekilli temper grafitler oluşur. Soğuma hızına bağlı olarak ana yapı ferritik veya perlitik olabilir. Rozet şeklinde grafit
FARKLI DÖKME DEMİRLERİN MİKRO YAPILARININ KARŞILAŞTIRILMASI
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDAN YARARLANARAK FAZLARIN BİLEŞİMİNİ ve YÜZDE MİKTARLARININ BULUNMASI Ötektoid Çelikler (% 0.8 C) a noktası: 727 C sıcaklığın üzerinde yapı tamamen östenit ( ) dir. Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - %0.8 C Östenit ( ) katı fazın yüzde miktarı: % 100
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDAN YARARLANARAK FAZLARIN BİLEŞİMİNİ ve YÜZDE MİKTARLARININ BULUNMASI Ötektoid Çelikler (% 0.8 C) b noktası: 726 C de östenit fazı perlit yapısına ( + Fe 3 C) dönüşür. Oda sıcaklığında da yapı yine perlitikdir ( + Fe 3 C). Fazların bileşimi: : Fe - %0.02 C Fe 3 C : Fe - %6.67 C Fazların yüzde miktarı: : % 88.7 Fe 3 C : % 11.3
Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMINDAN YARARLANARAK FAZLARIN BİLEŞİMİNİ ve YÜZDE MİKTARLARININ BULUNMASI Ötektoid Çelikler (% 0.8 C) Oda sıcaklığı: Oda sıcaklığında yapı yine perlitikdir ( + Fe 3 C) Fazların bileşimi: : %99.995 Fe - %0.005 C Fe 3 C : Fe - %6.67 C Fazların yüzde miktarı: : % 88.5 Fe 3 C : % 11.5
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) c noktası: Alaşımsız ötektoid altı bir çeliğin (örneğin %0.3 C içeren çelik) 880 C de (A 3 eğrisinin üzerinde) yapı tamamen östenittir ( ). Fe - %0.3 C içeren çelik için: Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - %0.3 C Östenit ( ) katı fazın yüzde miktarı: % 100
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) d noktası: 770 C de + (ötektoid öncesi) ikili katı fazları östenit tane sınırlarında çekirdeklenip büyümeye başlar. Fe - %0.3 C içeren çelik için: Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - %0.4 C ötektoid öncesi katı fazın bileşimi: Fe - %0.01 C Kaldıraç kuralı ile bulunan Fazların yüzde miktarı: Ötektoid öncesi : % 25.7 : % 74.3
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) e noktası: 727 C nin hemen üstünde ötektoid öncesi fazı östenit tane sınırlarını kaplayacak şekilde büyür ve faz miktarı da azalır. Fe - %0.3 C içeren çelik için: Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - % 0.8 C ötektoid öncesi katı fazın bileşimi: Fe - % 0.02 C Kaldıraç kuralı ile bulunan Fazların yüzde miktarı: Ötektoid öncesi : % 62.6 : % 37.4
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) f noktası: 727 C nin hemen altında östenit tane sınırlarını kaplamış olan ötektoid öncesi fazı aynen kalır. Östenit ( ) fazı ise perlit yapısına dönüşür. Fe - %0.3 C içeren çelik için: Ötektoid öncesi ve Perlit içi katı fazın bileşimi: Fe - % 0.02 C Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - % 6.67 C
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) f noktası: 727 C nin hemen altında östenit tane sınırlarını kaplamış olan ötektoid öncesi fazı aynen kalır. Östenit ( ) fazı ise perlit yapısına dönüşür. Kaldıraç kuralı ile bulunan Fazların yüzde miktarı: Toplam fazı yüzde miktarı: % 95.8 Perlit içi = (Toplam miktarı) -(Ötektoid öncesi ) Perlit içi = 95.8-62.6 = % 33.2 Fe 3 C : % 4.2
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) Oda sıcaklığı: Oda sıcaklığında da östenit tane sınırlarını kaplamış olan ötektoid öncesi fazı ve perlit yapısı olarak aynen kalır. Fe - %0.3 C içeren çelik için: Ötektoid öncesi ve Perlit içi katı fazın bileşimi: % 99.995 Fe - % 0.005 C Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - % 6.67 C
Ötektoid Altı Çelikler (%0.02 C C % 0.8) Oda sıcaklığı: Oda sıcaklığında da östenit tane sınırlarını kaplamış olan ötektoid öncesi fazı ve perlit yapısı olarak aynen kalır. Kaldıraç kuralı ile bulunan Fazların yüzde miktarı: Toplam fazı yüzde miktarı: % 95.5 Perlit içi = (Toplam miktarı) -(Ötektoid öncesi ) Perlit içi = 95.5-62.6 = % 33.9 Fe 3 C : % 4.5
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) g noktası: Alaşımsız ötektoid üstü bir çeliğin (örneğin %1.2 C içeren çelik) 910 C de (A cm eğrisinin üzerinde) yapı tamamen östenittir ( ). Fe - %1.2 C içeren çelik için: Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - %1.2 C Östenit ( ) katı fazın yüzde miktarı: % 100
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) h noktası: Alaşımsız ötektoid üstü bir çeliğin sıcaklığı (örneğin %1.2 C içeren çelik) A cm eğrisinin hemen altına inince östenit ( ) fazının tane sınırlarında Fe 3 C katı fazı çekirdeklenmeye başlar. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Bağ kuralı yardımıyla) Östenit ( ) katı fazın bileşimi: Fe - %0.9 C Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - %6.67 C
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) h noktası: Alaşımsız ötektoid üstü bir çeliğin sıcaklığı (örneğin %1.2 C içeren çelik) A cm eğrisinin hemen altına inince östenit ( ) fazının tane sınırlarında Fe 3 C katı fazı çekirdeklenmeye başlar. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Kladıraç kuralı yardımıyla) Östenit ( ) katı fazın yüzde miktarı: % 94.8 Fe 3 C katı fazın yüzde miktarı: % 5.2
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) i noktası: Alaşımsız ötektoid üstü bir çeliğin sıcaklığı (örneğin %1.2 C içeren çelik) A 1 eğrisinin hemen altına inince östenit ( ) fazının tane sınırlarında büyümüş olan ötektoid öncesi Fe 3 C katı fazı aynen kalır ve östenit ( ) fazı perlit yapısına dönüşür. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Bağ kuralı yardımıyla) katı fazın bileşimi: Fe - %0.02 C Ötektoid öncesi ve ötektoid Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - %6.67 C
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) i noktası: Alaşımsız ötektoid üstü bir çeliğin sıcaklığı (örneğin %1.2 C içeren çelik) A 1 eğrisinin hemen altına inince östenit ( ) fazının tane sınırlarında büyümüş olan ötektoid öncesi Fe 3 C katı fazı aynen kalır ve östenit ( ) fazı perlit yapısına dönüşür. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Kaldıraç kuralı yardımıyla) katı fazın yüzde miktarı: % 82.3 Toplam Fe 3 C yüzde miktarı: %17.7 Ötektoid Fe 3 C (perlit içi)=toplam Fe 3 C - ötektoid öncesi Fe 3 C Ötektoid Fe 3 C (perlit içi) = 17.7 7.3 = %10.4
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) Oda sıcaklığı: Östenit ( ) fazının tane sınırlarında büyümüş olan ötektoid öncesi Fe 3 C katı fazı ve perlit yapısından meydana gelir. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Bağ kuralı yardımıyla) katı fazın bileşimi: %99.995 Fe - %0.005 C Ötektoid öncesi ve ötektoid Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - %6.67 C
Ötektoid Üstü Çelikler (%0.8 C C % 2.11 C) Oda sıcaklığı: Östenit ( ) fazının tane sınırlarında büyümüş olan ötektoid öncesi Fe 3 C katı fazı ve perlit yapısından meydana gelir. Fe - %1.2 C içeren çelik için: (Kaldıraç kuralı yardımıyla) katı fazın yüzde miktarı: % 82.1 Toplam Fe 3 C yüzde miktarı: %17.9 Ötektoid Fe 3 C (perlit içi)=toplam Fe 3 C - ötektoid öncesi Fe 3 C Ötektoid Fe 3 C (perlit içi) = 17.9 7.3 = %10.6
Beyaz Dökme Demir - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR (% 4.3 C) Fe - %4.3 C içeren dökme demir Sıcaklık 723 C nin hemen üstü: Yapı: Ledebürit ( +Fe 3 C) (Bağ kuralı yardımıyla) katı fazın bileşimi: Fe - %0.8 C Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe - %6.67 C
Beyaz Dökme Demir - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR (% 4.3 C) Fe - %4.3 C içeren dökme demir Sıcaklık 723 C nin hemen üstü: Yapı: Ledebürit ( +Fe 3 C) (Kaldıraç kuralı yardımıyla) katı fazın yüzde miktarı: %40 Fe 3 C katı fazın yüzde miktarı: % 60
Beyaz Dökme Demir - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR (% 4.3 C) Fe - %4.3 C içeren dökme demir Sıcaklık 723 C nin hemen altı: Yapı: Dönüşmüş Ledebürit (Perlit +Fe 3 C) (Bağ kuralı yardımıyla) katı fazın bileşimi: Fe- %0.02 C Fe 3 C katı fazın bileşimi: Fe- %6.67
Beyaz Dökme Demir - ÖTEKTİK DÖKME DEMİR (% 4.3 C) Fe - %4.3 C içeren dökme demir Sıcaklık 723 C nin hemen altı: Yapı: Dönüşmüş Ledebürit (Perlit +Fe 3 C) (Kaldıraç kuralı yardımıyla) katı fazın yüzde miktarı: % 35 Toplam Fe 3 C katı fazın yüzde miktarı: % 65 Perlit içi Fe 3 C = Toplam Fe 3 C - Ötektoid öncesi Fe 3 C Perlit içi Fe 3 C = 65 60 = % 5
ÖRNEK UYGULAMA Soru: %27 perlit ve %73 primer ferrit (ötektoid öncesi) içeren çeliğin oda sıcaklığındaki bileşimini bulunuz. ÇÖZÜM: Formül: (% miktarı). (%C miktarı) = (% perlit miktarı) [0.8 (%C miktarı)] (0.73). (%C miktarı) = (0.27) [0.8 - (%C miktarı) ] (0.73). (%C miktarı) = 0.216 [0.27. (%C miktarı)] [(0.73). (%C miktarı)] + [0.27. (%C miktarı)] = 0.216 (%C miktarı)] = 0.216 Çelik, oda sıcaklığında % 0.216 C içerir
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN FAZ DİYAGRAMININ YAPISININ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ Çelikler, alaşım elementi içerdiklerinden demir faz diyagramlarının yapısını da bu alaşım elementleri etkilemekte ve faz diyagramının yapısal şekil değişimine sebep olmaktadırlar. 1- Östenit faz bölgesinin genişlemesine sebep olan alaşım elementleri vardır. Östenit dengeleyici elementler olarak tanımlanır. 2- Östenit faz bölgesinin daralıp, ferrit bölgesinin genişlemesine sebep olan elementler vardır.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN FAZ DİYAGRAMININ YAPISININ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ 1- Açık östenit ( ) faz bölgesi: Mn, Ni, Co gibi alaşım elementleri, östenit faz bölgesinin genişlemesine sebep olan elementler kategorisine girer. Bu elementler + bölgesini oda sıcaklığına kadar düşürürken δ + bölgesini ergime sıcaklık aralığına kadar yükselmesine sebp olurlar. Böylece fazı geniş bir sıcaklık aralığında kararlı bir şekilde bulunmaktadır.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN FAZ DİYAGRAMININ YAPISININ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ 2- Genişlemiş östenit ( ) faz bölgesi: C, N, Cu, Zn, Au elementleri, östenit faz bölgesini daraltır. Özellikle C ve N elementlerinin varlığı, östenit faz bölgesini, östenit içerisinde ağırlık olarak çözünürlük sınırı olan %2 ve % 2.8 değerlerine kadar genişletmektedir.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN FAZ DİYAGRAMININ YAPISININ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ 3- Kapalı östenit ( ) faz bölgesi: Si, Al, Be ve karbür oluşturan Cr, Ti, V, Mo, W elementleri ferrit oluşumunu sağlayan elementler olup, östenit bölgesinin sıcaklık aralığını daraltarak östenit bölgesinin küçük bir alanla sınırlı kalmasına sebep olmaktadırlar.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN FAZ DİYAGRAMININ YAPISININ DEĞİŞİMİNE ETKİLERİ 4- Daralmış östenit ( ) faz bölgesi: Bor, Ta, Zr ve Nb elementleri ferrit ve östenit fazlarının belli sınırlar içinde kalmasını sağlarlar. Ferrit ve östenit katı eriği intermetalik bileşikler ile veya katı ergiyik ile denge içerisindedir.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÖTEKTOİD NOKTAYA ETKİSİ Çeliğe alaşım elementi ilavesiyle ötektoid sıcaklık değerini azaltma veya arttırmaya sebep olmaktadır. Ayrıca ilave alaşım elementleri, ötektoid noktasının % karbon içeriğinin de değişmesine neden olmaktadırlar. Karbon dışında çeliğe ilave edilen alaşım elementleri ve miktarlarının ötektoid bileşimin (%ağ. 0,76 C) üzerindeki etkisi Karbon dışında çeliğe ilave edilen alaşım elementleri ve miktarlarının ötektoid sıcaklık üzerindeki etkileri
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÖSTENİT FAZ BÖLGESİNE ETKİSİ Alaşım elementlerinin Fe-Ti-C ve Fe-Cr-C sistemlerindeki östenit faz bölgesine etkileri %1 Ti elementi ilavesi östenit halkasının kaldırılması için yeterlidir. % 20 Cr elementi ilavesi östenit halkasının kaldırılması için yeterlidir.
DEMİR ALAŞIMLARINDA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÖSTENİT FAZ BÖLGESİNE ETKİSİ Alaşım elementlerinin Fe-Mo-C ve Fe-Mn-C sistemlerindeki östenit faz bölgesine etkileri %7 Mo elementi ilavesi östenit halkasının kaldırılması için yeterlidir. Mangan ilavesi östenit halkasının sıcaklık bölgesini daha düşük seviyelere indirmektedir.
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM