GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MEM-317 MALZEME KARAKTERİZASYONU ÇELİKLERİN VE DÖKME DEMİRLERİN MİKROYAPILARI Yrd. Doç. Dr. Volkan KILIÇLI ANKARA 2012
Fe- Fe 3 C Faz diyagramı 2
Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Ferrit (α): Karbonun α demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı eriyiğe ferrit adı verilir. Saf demir 910 C ye kadar HMK kristal kafes yapısına sahiptir. Ferrit en fazla 723 C'de (A1 sıcaklığı) % 0.02 karbon çözebilir. Sıcaklık derecesinin düşmesine bağlı olarak bu oranda azalır. Oda sıcaklığında ise bu oran % 0.008 tir. Ferritin çözemediği karbon kristalin dışına atılır ve sementit oluşur. Saf Fe in mikroyapısı. Dağlama: % 2 Nital %0.02 C içeren çelikte ferritin mikroyapısı. Dağlama: Marshall çözeltisi, X500 3
Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Östenit (γ): Karbonun γ demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı eriyiğe östenit adı verilir. Saf demir 910-1400 C arasında kadar YMK kristal kafes yapısına sahiptir. Östenit en fazla 1148 C'de % 2 karbon çözebilir. Östenitin farklı hızlarda soğutulması sonucu çeliklerde farklı mikroyapılar elde edilir. Östenitin mikroyapısı. Dağlama: % 2 Nital AISI 316 östenitik paslanmaz çeliğin mikroyapısı. Dağlama: % 4 pikral + HCl çözeltisi, X500 4
Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Perlit: α demir ve Fe 3 C nin lamellar karışımıdır. Perlit faz değildir. İki fazın (α demir+fe 3 C) karışımıdır. Çeliklerde perlitik yapı, östenitin ötektoid reaksiyona uğraması sonucu oluşur. Ötektoid kompozisyona (%0.77 C - %0.8 C) sahip çelik yavaş soğutulduğunda %100 perlitik yapı elde edilir. Östenitten perlit oluşumunun şematik gösterimi 5
Fe- Fe 3 C Faz diyagramında denge halindeki yapılar ve fazlar Perlit Tamamen perlitik yapıya sahip ray çeliğinin (%0.8C) optik mikroyapısı. Dağlama: % 4 Pikral. X1000 Tamamen perlitik yapıya sahip ray çeliğinin (%0.8C) SEM resmi. Dağlama: % 4 Pikral. X10000 6
Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları %0.38 C içeren çeliğinin mikroyapısı. Mikroyapı ötektoid öncesi ferrit ve perlitten oluşmaktadır. X635 7
Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları 8
Ötektoidaltı çeliklerin (%C<0.77) mikroyapıları AISI 1010 çeliğinin mikroyapısı. Dağlama: Marshall den sonra %2 Nital. X200 AISI 1045 çeliğinin mikroyapısı. Dağlama: %4 Pikralden sonra sonra %2 Nital. X300 9
Ötektoid çeliğin (%C=0.77) mikroyapısı Ötektoid çeliğin mikroyapısı. Koyu renkli faz Fe 3 C, açık renkli faz α. X470 10
Ötektoid çeliğin mikroyapısı AISI 1080 çeliğinin optik mikroyapısı. Dağlama: %4 pikral. X500 Perlitin SEM mikroyapısı. X5000 11
Perlit (Pearlite) Ferrit (α) ve Fe 3 C nin lamellar karışımıdır. Perlit ötektoid reaksiyon ürünüdür. İzotermal dönüşüm diyagramında ötektoid çelik için kaba perlit ve ince perlit için soğuma eğrileri a) Kaba perlit (coarse pearlite), b) İnce perlit (fine pearlite) X3000. 12
Kaba ve ince perlitin mikroyapıları AISI 1080 çeliği, kaba perlitik yapı. Dağlama: %4 pikral, X500. AISI 1080 çeliği, ince perlitik yapı. Dağlama: %4 pikral, X500. 13
Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları %1.4 C içeren ötektoid üstü çeliğin mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %2 Nital. X1000 14
Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları 15
Ötektoidüstü çeliklerin (%C>0.77) mikroyapıları %1.4 C içeren ötektoid üstü çeliğin mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde ve perlitik matriste iğneler şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %4 Pikral. X500 %1 C içeren ötektoid üstü çeliğin SEM mikroyapısı. Ötektoid öncesi Fe 3 C östenit tane sınırlarında ağ şeklinde yer almaktadır. Dağlama: %4 Nital. 16
Ötektoidaltı ve Ötektoidüstü çeliklerde soğuma esnasında mikroyapı değişimi ve Fe Fe 3 C faz diyagramı ile ilişkisi 17
Beynit (Bainite) Çeliklerde östenitin izotermal dönüşüm ürünü olan beynit, ferrit (α) ve Fe 3 C in lamelar olmayan karışımıdır. 250-350 C izotermal beklemede alt beynit, 350-550 C izotermal beklemede ise üst beynit oluşur. a) Üst beynit (gri tüylü levhalar), b) Alt beynit (siyah iğneler) 18
Alt Beynit ve Üst Beynit Üst beynit ve Alt beynit oluşumunun şematik gösterimi 19
Martensit (Martensite) Martensit; difüzyonsuz katı hal dönüşümünün bir sonucu olarak oluşan bir fazdır. %0.25 C den daha fazla karbon içeren çeliklerde YMK kristal kafesli östenit hızlı soğutma sonucu HMT (hacim merkezli tetragonal) kristal kafesli martensite dönüşür. Sade C lu çeliklerde karbon oranı ile M s sıcaklığı arasındaki ilişki ve karbon oranı ile martensit tipinin değişimi. 20
Martensit (Martensite) a) Düşük C lu çelikte çıta tip martensit X80, b) Yüksek C lu çelikte plaka tip martensit X400. 21
Martensit (Martensite) a b c a) Düşük C lu alaşımlı bir çelikte çıta tip martensit (%0.03 C, %2 Mn), Dağlama: %2 Nital, X100. b) %0.57 C içeren orta C lu çelikte çıta tip martensit ve plaka tip (mixed-karışık) martensit, Dağlama: %2 Nital, X1000. c) %1.2 C içeren yüksek C lu çelikte plaka tip martensit, beyaz bölgeler kalıntı östenit (retained austenite), Dağlama: %2 Nital, X1000. 22
Çeliklerde gözlenen diğer mikroyapılar 23
Sıcak haddelenmiş ve Su verilmiş Mikroyapılar 24
Küreselleştirilmiş Mikroyapılar 25
Çeliklerde östenitleme sıcaklığı ve soğuma hızının mikroyapıya etkisi 26
Su verilmiş ve temperlenmiş mikroyapılar 27
Çeliklerde dekarbürize bölge mikroyapıları 28
Beynitik mikroyapılar 29
Beynitik mikroyapılar 30
Yüzey Galvanizlenmiş Çelik Mikroyapıları 31
Yüzey Kaplanmış (Al veya Cr) Çelik Mikroyapıları 32
Yüzey Karbürlenmiş Mikroyapılar 33
Yüzey Karbonitrürlenmiş Mikroyapılar 34
Yüzey Nitrürlenmiş mikroyapılar 35
Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 36
Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 37
Takım Çeliklerinin Mikroyapıları 38
Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 39
Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 40
Paslanmaz Çeliklerinin Mikroyapıları 41
Dökme Demirlerin Mikroyapıları Dökme demirlerin mikroyapılarının şematik gösterimi; a) Gri dökme demir (Gray Iron), b) Beyaz dökme demir (White Cast Iron), c) Temper dökme demir, d) Küresel grafitli dökme demir (Ductile Iron) ve e) Vermiküler dökme demir (Compacted Graphire Iron). 42
Dökme demirlerin tipik mikroyapıları; a) Beyaz dökme demir, b) Ferritik temper dökme demir (Malleable Iron), c) Su verilmiş ve temperlenmiş temper dökme demir, d) ferritik küresel grafitli dökme demir, e) ferritik+perlitik küresel grafitli dökme demir ve f) perlitik küresel grafitli dökme demir (Dağlama: %2 Nital) 43
Ticari olarak kullanılan dökme demirlerin Fe-C faz diyagramında şematik gösterimi ve Isıl işleme bağlı olarak değişen şematik mikroyapıları. Gf: Lamel grafit, Gn: Nodül grafit, Gr: Roset grafit, α: Ötektoid öncesi ferrit, P: Perlit. 44
Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 45
Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 46
Dökme demirlerde gözlenen diğer mikroyapılar 47
Yukarıda verilen mikroyapıları tanımlayınız? 48
Kaynaklar 1. Askeland D.R. and Phulé P. Pradeep, The Science and Engineering of Materials, (International Student Edition), Thomson, 2006. 2. Callister W.D. Materials Science and Engineering : An Introduction, John Wiley and Sons Inc., 2005. 3. ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Vol. 9, Metals Park, Ohio, 2004. 49