ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ Prof. Dr. Ramazan YILMAZ Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA
ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ (Yaşlandırma İşlemi) Bazı metal alaşımlarının sertlik ve mukavemeti, soğuk deformasyon veya uygun ısıl işlem teknikleri ile arttırılabilir. Isıl işlem yöntemlerinin önemlilerinden birisi de çökelme sertleştirmesi veya yaşlandırma işlemi ya da sertleşmesidir Çökelme sertleştirmesi, matris fazı içerisinde küçük ikinci faz parçacıklarının (çökelti fazı) homojen bir şekilde dağılmasının sağlandığı bir ısıl işlem tekniğidir. 10.04.2015 2
ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ Alaşımların sertlik ve mukavemeti soğuk deformasyon veya uygun ısıl işlem ile arttırılabilir. Demir içermeyen alaşımların sertlik ve mukavemetini artırmak için uygulanan yöntemlerin başında yaşlandırma ve çökelme sertleştirme işlemi gelir.söz konusu ısıl işlem kısmi katı çözünürlük gösteren yani solvüs eğrisi içeren ve katı çözünürlüğü artan veya azalan sıcaklıkla azalan alaşım sistemlerine uygulanır. Bu sistem sıvı durumda birbiri içerisinde her oranda katı durumda ise kısmen çözünen metallerin oluşturduğu alaşım sistemlerine uygulanır. Çeliklerin çoğu yaşlandırma işlemi sırasında meydana gelen karbür çökelmesi sayesinde gerçekleşir. 10.04.2015 3
Çökelme Sertleşmesi Görülen Al Alaşımları: 1)Al-Mn 3)Al-Cu 5)Al-Mg-Si 7)Al-Zn-Mg-Cu 2)Al-Mg 4)Al-Cu-Mg 6)Al-Zn-Mg Çökelme Sertleşmesi Görülen Cu Alaşımları: 1)Cu-Be 2)Cu-Co Çökelme Sertleşmesi Görülen Fe Alaşımları: 1)Fe-C 2)Fe-N Çökelme Sertleşmesi Görülen Ni Alaşımları: 1)Ni-Cr-Ti-Al Çökelme Sertleşmesi Görülen Paslanmaz çelikler: Çökelme ile sertleştirilebilen yarı-östenitik paslanmaz çelikler Çökelme ile sertleştirilebilen martenzitik paslanmaz çelikler Çökelme ile sertleştirilebilen östenitik paslanmaz çelikler 10.04.2015 4
Çökelme sertleşmesinin bir alaşım sistemine uygulanabilmesi için iki önemli şart vardır. 1- Belirli bir sıcaklıkta bir elementin diğer element içerisinde çözündüğü tek bir katı eriyik fazına sahip olması gerekir (örneğin Al-Cu faz diyagramında solvüs eğrisinin üzerindeki α fazı bu özelliği sağlar) 2- Bu katı eriyik fazı, oda sıcaklığına yavaş soğutulduğunda iki farklı katı faza dönüşebilmesi gerekir (örneğin Al-Cu faz diyagramında solvüs eğrisinin altında yapı α + θ katı fazlarına dönüşür) 10.04.2015 5
İŞLEM AŞAMALARI 1- Çözeltiye alma ısıl işlemi (solüsyona alma işlemi) 2- Hızlı soğutma 3- Çökelme (yaşlandırma) ısıl işlemi 10.04.2015 6
Yaşlandırma sertleşmesi için uygun bileşimde bir alaşım tek fazlı bir yapı elde etmek amacıyla (α) T1 sıcaklığına kadar ısıtılır ve alaşımdaki bütün fazların tek faz içerisinde çözünmesine kadar bekletilir. Bu işleme çözündürme veya çözeltiye alma işlemi denir. Çözündürme işleminden sonra alaşım hızla soğutularak (su verme) aşırı doymuş α katı çözeltisi elde edilir. Ancak aşırı doymuşluık kararsız bir yapıdır, kararlı hale getirebilmek için yaşlandırma işlemi uygulanır. Yaşlandırma işlemi oda sıcaklığında veya oda sıcaklığı ile solvüs çizgisi arasındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Oda sıcaklığında yapılana doğal yaşlanma, diğerine ise yapay yaşlanma denir. 10.04.2015 7
Yaşlandırma işlemi hazırlık devresi, yaşlandırma devresi ve aşırı yaşlandırma devresi olmak üzere üç aşamayı içerir. Kuluçka devresi de denilen hazırlık devresinde, fazlalık atomlar bir araya gelip kümelenerek ilk embriyoyu meydana getirirler. Yaşlandırma esnasında ise çekirdeklenme mekanizması daha etkin hale gelir, yani fazlalık atomlar β fazının çekirdeklerini oluşturur. Yaşlandırma esnasında oluşan ara kristal yapısı veya geçiş kafesi matrisin kafes yapısı ile bağdaşıktır. Bu dönemde çökelen faz (β), matristen farklı bir kafes parametresine sahiptir. Bu fazın matris yapısına bağdaşık olması nedeniyle matrisin kafes yapısında çarpılma meydana gelir. Kafes yapısında meydana gelen çarpılmanın dislokasyon hareketini engellemesi nedeniyle sertlik ve mukavemet hızlı bir şekilde artar. 10.04.2015 8
10.04.2015 9
SOLÜSYONA ALMA İŞLEMİ: Al-%4Cu alaşımını örnek olarak vererek bu aşamayı açıklayalım Alaşım tek fazlı (α)bir yapı elde etmek için solvüs eğrisinin üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır ve alaşımdaki bütün fazların tek faz (α ) içerisinde çözünmeleri sağlanıncaya kadar bu sıcaklıkta bekletilir. Pratikte mümkün olan en yüksek sıcaklık en hızlı difüzyonu elde etmek için kullanılır. Örneğin, Al-%4Cu alaşımında 548 C ötektik sıcaklığına sahiptir ve çözündürme ısıl işlemi normal olarak 490-540oC arasında gerçekleşir. 10.04.2015 10
İŞLEM AŞAMALARI 1- HIZLI SOĞUTMA: Al-%4Cu alaşımını örnek olarak vererek bu aşamayı açıklayalım Çözeltiye alma ısıl işleminden sonra alaşım düşük sıcaklığa (genelde oda sıcaklığına) kadar hızlı olarak soğutulur (suda soğutma yeterlidir). Soğutma ortamı oda sıcaklığında genelde sudur. Suda hızlı soğutulan alaşımın yapısı, aşırı doymuş kararsız katı çözeltisi şeklindedir. Aşırı doymuş kararsız α katı çözelti yapısına sahip alaşım, yumuşak ve düşük dayanım özelliklerine sahiptir. 10.04.2015 11
İŞLEM AŞAMALARI 2- ÇÖKELME (YAŞLANDIRMA) ISIL İŞLEMİ Al-% 4Cu alaşımını örnek olarak vererek bu aşamayı açıklayalım Aşırı doymuş kararsız α katı çözelti halindeki alaşımın içerisinde, β çökelti fazının ince parçacıklar halinde oluşmaya başlamasını sağlama işlemidir. Yaşlandırma işlemi, ya oda sıcaklığında veya oda sıcaklığı ile solvüs sıcaklık eğrisi arasındaki bir sıcaklık değerinde gerçekleştirilir. Oda sıcaklığında yapılan yaşlandırmaya tabii yaşlandırma denir. Oda sıcaklıklarının üzerindeki sıcaklıklarda yapılan yaşlandırma işlemine de suni yaşlandırma denir. Endüstriyel ekonomiklik açısından çok uzun süre beklenerek tabii yaşlandırma pratik olmadığı için suni yaşlandırma tercih edilir. 10.04.2015 12
10.04.2015 13
Hızlı soğutma sonucu oluşan aşırı doymuş α fazı Yaşlandırma işlemi sonucu oluşan aşırı doymuş α fazı içerisinde meydana gelen β faz çökeltileri. 10.04.2015 14
10.04.2015 15
10.04.2015 16
10.04.2015 17
10.04.2015 18
ÖDEV Soru 1- Fe-Fe 3 C faz diyagramı üzerinde meydana gelen ötektik, ötektoid ve peritektik reaksiyonları göstererek tanımlayınız ve bu reaksiyonların önemini açıklayınız. Soru 2- Pb-Sn faz diyagramına bakarak, %10 Sn- %90 Pb alaşımının çökelme sertleştirme işlemlerini şematik mikroyapı fotoğrafları çizerek izah ediniz. a) Niçin malzemelere çökelme sertleştirmesi uygularız? b) Suni yaşlandırma ile tabii yaşlandırma arasında ne fark vardır? 10.04.2015 19
KAYNAKLAR H. Uzun, Faz Diyağramları internet sunusu 2014 A.Alsaran çökelme sertleşmesi internet sunusu 2014 10.04.2015 20
Dinlediğiniz için Teşekkür ederim!.. 10.04.2015 21