MMT444 Malzemelerde Simülasyon Termodinamik ve Kinetik

Benzer belgeler
şeklinde, katı ( ) fazın ağırlık oranı ise; şeklinde hesaplanır.

Faz ( denge) diyagramları

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY.

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

MMM291 MALZEME BİLİMİ

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Orjinal Adı: PHASE DIAGRAMS. Dersin Kodu: MME 2006

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 11 Yüksek sıcaklığa dayanıklı çelikler. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 2004

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

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

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES) 3.1. METAL VE ALAŞIMLAR. Karbon çelikleri (carbon steels)

Chapter 9: Faz Diyagramları

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Sürünme, eğme ve burma deneyleri

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

Benzetim ve hesap araçlarının metalurji ve malzeme mühendisliği lisans eğitimine entegrasyonu

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

CALLİSTER FAZ DİYAGRAMLARI ve Demir-Karbon Diyagramı

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları

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

10 7,5 5 2,5 1,5 1 0,7 0,5 0,3 0,1 0,05 0, ,3 10 2,2 0,8 0,3

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

Fe-C Faz Diyagramı. Dökümhane Eğitim Projesi Dokumhane.net 2016

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 2003

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 2003

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 5 Metaller, Bakır ve Magnezyum. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

KİMYASAL BİLEŞİKLER İÇERİK

Fe-C ve Fe-Fe 3 C FAZ DİYAGRAMLARI

JOMINY DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

Demir Esaslı Malzemelerin İsimlendirilmesi

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 1 Çeliklerin ekonomik önemi. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ

MUKAVEMET ARTIRICI İŞLEMLER

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı 2 Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Mukavemet ve akma davranışı

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

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

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Demir-Karbon Denge Diyagramı

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Demir-Karbon Denge Diyagramı

SInIrsIz KatI Erİyebİlİrlİk Faz DİyagramlarI (İkİlİ İzomorfİk Sİstemler)

DEMİR KARBON FAZ DİYAGRAMI

Bölüm 4: Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar. Kusurlar

7. SİNTERLEME (PİŞİRME) İŞLEMİNDEKİ REAKSİYONLAR

ÇELİKLERİN VE DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPILARI

MMT310 Malzemelerin Mekanik Davranışı Mukavemet ve deformasyon özelliklerinin belirlenmesi - Çekme Testi

DENEYİN ADI: Kum ve Metal Kalıba Döküm Deneyi. AMACI: Döküm yoluyla şekillendirme işleminin öğrenilmesi.

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜH. BÖLÜMÜ KML I LAB. ÜÇLÜ NOKTA SAPTANMASI DENEY FÖYÜ

Fizikokimya (CEAC 203) Ders Detayları

BÖLÜM 4 KAYNAK METALURJİSİ

MOL KAVRAMI I. ÖRNEK 2

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 10 Yüksek mukavemetli yapı çelikleri. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

ELLINGHAM DİYAGRAMLARI

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 5 Çeliklerin standartları. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi MAL 201 Malzeme Bilimi Ders Notları. Difüzyon (Yayınım)

Çeliklerin Fiziksel Metalurjisi

MIT Açık Ders Malzemeleri Petroloji

ATOM HAREKETLERİ ve ATOMSAL YAYINIM

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

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ HOŞGELDİNİZ

MIG-MAG KAYNAK METODUNDA KULLANILAN KAYNAK ELEKTROTLARI VE ELEKTROT SEÇİMİ

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Demirin Kristal Yapıları

Prof. Dr. HÜSEYİN UZUN KAYNAK KABİLİYETİ

STOKİYOMETRİ. Kimyasal Tepkimelerde Kütle İlişkisi

İkincil Çelik Metalurjisi (MATE 482) Ders Detayları

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 1 Isıl İşlem Yöntemlerinin Sınıflandırılması ve Tanımlanması

Bölüm 5: Yayınma (Difüzyon)

MMT440 Çeliklerin Isıl İşlemi 2 Sertleştirme Isıl İşlemi ve Sertleşebilirlik

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

3.BÖLÜM: TERMODİNAMİĞİN I. YASASI

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir.

FİZİKSEL METALURJİ BÖLÜM 2

FAZ DİYAGRAMLARI VE DÖNÜŞÜMLERİ

Demir, atom numarası 26 olan kimyasal element. Simgesi Fe dir. Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir. Yerkürenin merkezindeki sıvı çekirdeğin

Entropi tünelinden çıkmanın tek yolu ekserji iksirini içmektir! (A. Midilli)

FAZ DİYAGRAMLARI. DERS NOTLARI Genel Kavramlar ve Tek Bileşenli Faz Diyagramları. İçerik

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MÜDÜRLÜĞÜ DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MME 5041

MMT209 Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler 2 Çelik üretimi. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 4 Metaller, Aluminyum ve Çinko. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

Geleneksel Malzemelerdeki Gelişmeler

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

PROSES TASARIMINA GİRİŞ [1-4]

BASMA DENEYİ MALZEME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ. 1. Basma Deneyinin Amacı

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 6 Nikel, Titanyum ve Kobalt alaşımları. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

1 mol = 6, tane tanecik. Maddelerde tanecik olarak atom, molekül ve iyonlar olduğunda dolayı mol ü aşağıdaki şekillerde tanımlamak mümkündür.

ELKTRİK AMAÇLI ALUMİNYUM KULLANIMI

KTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Difüzyon (Atomsal Yayınım)

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

Bölüm 3 - Kristal Yapılar

Transkript:

K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü MMT444 Malzemelerde Simülasyon Termodinamik ve Kinetik 4 Termodinamik modelleme: ThermoCalc Doç. Dr. Ersoy Erişir 2015-2016 Bahar Yarıyılı

Thermo-Calc faz oluşumlarını hesaplamaya yarayan bir ticari yazılımdır Termodinamik veritabanları Çelikler ve demir alaşımları Program hesaplamayı yapar Yazılım Termodinamik veritabanları hesaplama için gerekli formülleri içerir Nikel alaşımları Alüminyum/Titanyum/ Magnezyum alaşımları Gazlar, inorganik/organik maddeler ve alaşımlar Curuf, Ergiyik ve tuz ergiyikleri Seramik sistemler Her bir veritabanı deneysel sonuçları dayanarak oluşturulmuş matematiksel formüllere dayanır. Yarı iletkenler Metalurjik prosesler ve ekolojik süreçler Yazılım, Thermo-Calc 2

Katı ergiyik fazlarının faz diyagramları hesaplanırken bunlara ait serbest enerjilerin T ve p fonksiyonu olarak bilinmesi gerekir. Fazın serbest enerjisinin kullanılmasıyla iki faz arasında hangi fazın/fazların kararlı olacağı eğrilere teğet çizilerek bulanabilir. İki veya daha fazla bileşen olduğunda Gibbs faz kuralı kullanılır: P+F = C+2 Faz diyagramının hesaplanması 3

Bir katı ergiyiğin serbest enerjisi aşağıdaki gibi ifade edilir. G m G 0 G ideal excess m mix G mix Katı ergiyiğin serbest enerjisi Saunders, 1998 4

Alt kafes modeli iki tip kafesi göz önünde tutar, Biri yeralan atomlarının kafesi Diğeri arayer atomlarının kafesi FCC (YMK) Faz (bileşim; Fe, Cr, C, N) 2 alt-kafes (Fe,Cr) 1 (C,N,Va) 1 BCC (HMK) Faz (bileşim; Fe, Cr, C, N) 2 alt-kafes (Fe,Cr) 1 (C,N,Va) 3 Düşük alaşımlı ve paslanmaz çelik örneği Alt kafes modeli 5

Alt-kafes modeli katı ergiyik fazların serbest enerjilerini (G) hesaplamak için kullanılır. Mn,Va Mn,C BCC (HMK, örn. Fazı) kafes üyeleri (Fe,Mn)(Va) ve (Fe,Mn)(C,Va) 3 FCC (YMK, örn. Fazı) kafes üyeleri (Fe,Mn)(Va) ve (Fe,Mn)(C,Va) Fe,Va Fe,C Based on the published paper by W. Huang, Metallurgical Transactions A, 21A, 1990, 2115-2123. Alt-kafes modeli Huang W., 1990 6

Karışımın Fazın serbest İdeal Bileşenlerin etkileşimi serbest enerjisine saf Gibbs-Energie karışımın sonucu einer oluşan f -Phase enerjisi = bileşenlerin + katkısı + aşırı serbest enerji katkısı exzess ideal referenz Anteil Anteil Bir fazın Gibbs serbest enerjisinin matematiksel olarak formule edilmesi Model, Alt kafes modeli 7

G m f f y Fe y Va G Fe:Va f y Fe y C G Fe :C RT a y Fe ln y Fe y Mn ln y Mn E G m f mg G m f f y Mn y Va G Mn:Va f y Mn y C G Mn:C b y C ln y C y Va ln y Va E G m f y Fe y Mn (y C L Fe, Mn:C y Va L Fe,Mn:Va ) y C y Va (y Fe L Fe :C,Va y Mn L Mn:C,Va ) Thermo-Calc bunların tümünü otomatik olarak hesaplar!!! Fe-C-Mn sistemi -fazı için Gibbs serbest enerjisinin hesaplanması 8

ij 0 for i j; ij 1 for i j i PhaseA i PhaseB i PhaseB Dengede tüm fazlarda bulunan elementlerin kimyasal potansiyelleri birbirine eşit olmalı! Huang W., 1990 9

4. ThermoCalc yazılım paketi ve veritabanları ThermoCalc genel yapısı ThermoCalc yazılımının veritabanları ve modüllleri ThermoCalc yazılımının fonksiyonları ThermoCalc yazılımının malzeme ve endüstriyel uygulamaları ThermoCalc yazılımında temel termodinamik değişkenler ve fonskiyonlar POLY3 Modulü kullanımı; Veritabanından veri alınması, hesaplama koşullarının girilmesi, dengenin hesaplattırılması, sonuçların tablo olarak alınması Post Modülü kullanımı; Grafik oluşturma 10 Genel Bakış

1. Termodinamik verilerin alınması: Sistemimiz için uygun olan veritabanının seçimi Başka veritabanları da eklenebilir 2. Serbest enerjinin minimize edilmesiyle dengenin hesaplanması: Bu sırada faz kuralını da düşünmek gerekir (S=0) 3. Sıcaklığın fonksiyonu olarak (stepping) yada faz diyagramı olarak (mapping) hesaplama yapılması: 4. Sonuçların grafik olarak çizilmesi (post) ThermoCalc ile çalışırken biz ne yapıyoruz? 11

Literatur Veri Veritabanı Modul Grafik modulü Deneysel TCFE SSOL PBIN vs. POLY 3 TAB POST Thermo-Calc yazılımının genel yapısı 12

Simulasyon ve hesaplama yapabilmek için elimizde güvenilir termodinamik veriler olması gereklidir. Bu veriler, bilim adamlarının oluşturduğu kurullar tarafından veritabanları içerisinde bir araya getirilir. Her malzeme ve amaç doğrultusunda farklı veritabanları vardır. PBIN PTER PKP TCFE6 TCNI1 TTAL3 TTTi2 TC Public Binary Alloys Database TC Public Ternary Alloys Database Kaufmann Binary Alloys Database TCS Steels/Fe-Alloys Database TCS Ni-based Alloys Database TT Al-based Alloys Database TT Ti-based Alloys Database Veritabanı (Database) TCCQ User Guide, 2004 13

Veritabanlarını kullanabilmek için yani hesap yapabilmek için moduller gerekir. En önemli modul Poly-3 tür. Verdiğimiz girdilere göre (mesela bir çeliğin kimyasal bileşimi) ilgili veritabanını kullanır ve hesaplamaları yapar. Bunun yanında veritabanı ve modul bir arada olan moduller de bulunur. Bunlar genelde basit hesaplamaları yapar (PBIN gibi). Modul TCCQ User Guide, 2004 14

Thermo-Calc ile hesaplama yapıldıktan sonra POST modulüne geçilerek istediğimiz grafikleri çizebiliriz. Faz diyagramları POST modulü ile çizilir. Diyagramın hangi eksenlere göre çizileceği bu modulde ayarlanır. Grafik modulü TCCQ User Guide, 2004 15

Bu matematiksel formuller yardımıyla Stepping ve Mapping olmak üzere iki tipte diyagram oluşturulabilir. Stepping de tek bir değişken vardır. Bir dupleks çeliğin (yüksek Cr, Ni, Mo alaşımlı) stepping kullanılarak çizilmiş faz diyagramları Faz miktarıları (Mol.%) fazı içerisindeki Cr un hangi fazda ne kadar element miktarları bulunduğu (kütle-%) Stepping Basamaklama Saunders, 1998 16

Mapping ile ikili ve üçlü sistemlerin faz diyagramı oluşturulur. Bu diyagramlarda genellikle faz alanlarında serbestlik derecesi=2 dir. Mapping Haritalama Saunders, 1998 17

Örnek; Fe-C-Cr sisteminde ferrit alanının Cr miktarına bağlı olarak değişmesi Hetch ve diğerleri, 2004 18

Çok bileşenli bir alaşımda karbon miktarına bağlı olarak ferrit miktarının değişmesi Hetch ve diğerleri, 2004 19

Örnek; Bir çelik içerisinde oluşan faz miktarları ve M(C,N) fazı içerisindeki element miktarı değişimi 20

Ders notlarındaki Fe-X ikili sistemlerinin hesaplanması Likidus, Solidus, Ac1, Ac3 ve dönüşüm sıcaklıklarının hesaplanması Fe-C-Cr sistemi Quasi (Pseudo)-ikili faz diyagramının hesaplanması Fe-C-Cr çeliği M23C6 oluşumunu engellemek için hangi koşullardan kaçınmak gerekir? Eğer bir ikili sistem çizilirken üç veya daha fazla alaşım elementi alınmış ise (örn; % 8 Cr için Fe-C ikili sistemi) diyagram quasi (yarı, benzer)-ikili sistem olarak adlandırılır. Örnekler 21