CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ
• Faz dönüşümlerinin çoğu ani olarak
gerçekleşmediğinden, reaksiyon gelişiminin
zamana bağlı, yani dönüşüm hızına bağlı
olarak gelişen yapısal özelliklerini dikkate
almak gerekir.
• Malzemelerin, özellikle metal ve alaşımların
işlenebilmesi için mikroyapıyı değiştirmeye
yönelik olarak uygulanan çeşitli faz
dönüşümleri pratikte önemli bir yer
tutmaktadır.
• Faz dönüşümünün gelişmesi, çekirdeklenme ve
büyüme olarak adlandırılan iki farklı safhada meydana
gelir.
• Çekirdeklenme safhasında yaklaşık olarak birkaç yüz
atomdan oluşan ve büyüyebilme yeteneği bulunan
yeni faza ait çekirdekler veya parçacıklar meydana
gelir.
• Büyüme safhasında, bu çekirdeklenen yeni faz
parçacıkları büyüyerek önceki fazın bir kısmı veya
tamamının zamanla yok olmasına neden olurlar.
• Homojen ve heterojen olmak üzere iki tür
çekirdeklenme mevcuttur. Bu farklılık, çekirdeklenme
faaliyetlerinin oluştuğu yerin farklı olmasından
kaynaklanır.
• Homojen çekirdeklenme, yeni faz dönüşümünden
önceki, ilk fazın içinde ve uniform olarak dağılmış bir
şekilde gerçekleşir, heterojen çekirdeklenme ise
tercihan yüzey, kafeste çözünmeyen katışkılar, tane
sınırları ve dislokasyonlar gibi mikroyapıda
heterojenliklerin bulunduğu yerlerde kendini gösterir.
• Çekirdeklenme teorisi serbest enerji veya Gibbs
serbest enerjisi olarak tanımlanan ve G harfiyle
gösterilen bir termodinamik parametreye dayanır.
Kısaca serbest enerji, sistemin iç enerjisi olan H,
entalpi ile yapıdaki atom/moleküllerin düzensizliği
veya rastgele bulunmalarının bir ölçüsü olarak
ifade edilen S, entropi termodinamik
parametrelerinin bir fonksiyonudur.
• Denklem 10.16’daki ’de olduğu gibi hızı sıcaklığa
bağlı olan olay veya süreçler, ısıl aktivasyona bağlı
olay veya süreçler olarak isimlendirilirler.
Sıcaklığın üstel olarak etkilediği Arrhenius hız
denklemi buna bir örnektir.
• Dönüşümün zamana bağlı olarak değişimi, genelde
dönüşümün kinetiği olarak isimlendirilir.
• Dengeli soğuma dışındaki durumlarda dönüşüm
sıcaklığı faz, diyagramında belirtilen dönüşüm
sıcaklıklarından daha düşük değerler almakta, bu
durum ısıtma halinde ise denge halindeki
dönüşüm sıcaklığı daha yüksek değerlere
çıkmaktadır. Bu durum soğutma koşullarında
süper soğuma, ısıtma koşullarında da süper
ısınma olarak adlandırılır ve bunların dereceleri
ısıtma veya soğutma işlemlerindeki hıza bağlı
olarak değişmektedir.
• Sabit sıcaklığı sağlayan koşullar izotermal
olarak tanımlandığından, Şekil 10.13’te yer
alan diyagramlara izotermal dönüşüm
diyagramı veya zamansıcaklık- dönüşüm (ZSD)
diyagramı adı verilmiştir.
• Ötektoid sıcaklığın hemen altındaki
sıcaklıkdaki dönüşümlerde, hem α-ferrit hem
de sementit (Fe3C) fazları için kalın tabakalar
elde edilir ve bu görünüme sahip faza kaba
perlit adı verilmiştir.
• Bu yapının oluştuğu bölge Şekil 10.14’teki
dönüşüm tamamlanma çizgisinin sağ üst
tarafında yer alır.
• Dönüşüm veya reaksiyon sıcaklığının
düşürülmesiyle birlikte, karbonun yayınma hızı
da düşer ve elde edilen faz tabakaları giderek
daha ince hale gelir. Bu şekilde oluşan ince
ferrit ve sementit tabakalı yapıya ince perlit
adı verilmiştir.
• Ostenit fazının dönüşmesiyle perlite ilave
olarak başka mikroyapı bileşenleri de
oluşabilir. Bu tür mikroyapı bileşenlerinden
birisi de beynit adını almaktadır. Beynitin
mikroyapısı ferrit ve sementit fazlarından
oluşur ve perlitin oluşumunda olduğu gibi,
burada da yayınma kontrollü olaylar ve
süreçler önemli rol oynar.
• Buruna yakın bölgelerde, yani nispeten daha yüksek
sıcaklıklarda oluşan beynitte, sementit parçacıkları
biraz daha kalın ve büyük olup bu sıcaklık aralığında
oluşan yapıya üst beynit adı verilir.
• Diğer taraftan düşük dönüşüm sıcaklıklarında
beklenerek elde edilen beynit yapıdaki sementit
parçacıkları alt beynit bu sıcaklıklarda çok düşük olan
yayınma hızı nedeniyle çok küçük boyutta kalmakta
ve iğnemsi şekilde ferrit matris içinde sık bir şekilde
yayılmaktadır. Bu şekilde elde edilen yapı ise alt
beynit olarak adlandırılır.
• Beynitik veya perlitik yapıya sahip bir çelik
ötektoid dönüşüm sıcaklığının hemen altındaki
bir sıcaklığa ısıtılıp, yeteri kadar uzun süreyle
bu sıcaklıkta tutulursa (örneğin 700oC’de 1824 saat gibi) küresel sementit (bazı
kaynaklarda sferodit olarak da anılmaktadır)
adı verilen ve Şekil 10.19’daki mikroyapı
fotoğrafında görünüşü verilen bir diğer
mikroyapı oluşur.
• Ostenit bölgesine girene kadar ısıtılarak
ostenitlenen demir-karbon alaşımları çok hızlı bir
şekilde düşük sıcaklıklara soğutulursa (su verme)
martenzit adı verilen bir başka mikroyapı bileşeni
meydana gelir.
• Martenzit, ostenit fazından yayınmasız dönüşüm
sonucunda meydana gelen, tek fazlı ve denge dışı
koşullarda oluşmuş bir yapı özelliğine sahiptir.
• Martenzitik dönüşümü tanımlayan çizgilerin
yatay ve doğrusal karakterde olması
martenzitik dönüşümün zamandan bağımsız
olduğunu ve sadece alaşımın ani olarak
soğutulduğu sıcaklığın bir fonksiyonu
olduğunu işaret etmektedir. Bu türde
gerçekleşen reaksiyonlara atermal dönüşüm
(ısıl olmayan anlamında) adı verilmektedir.
• Bileşiminde karbonun ana alaşım elementi
olarak yer aldığı çelik grubuna basit karbonlu
çelikler adı verilir. Yeterli seviyede olmak
kaydıyla karbonun dışında kalan elementleri
bileşimlerinde bulunduran çeliklere ise
alaşımlı çelikler denilir.
• Reaksiyonun başlama ve bitişini gösteren düzeltilmiş
eğriler sürekli soğumada dönüşüm (SSD) diyagramı
olarak isimlendirilmektedir.
• Martenzitin dışındakiler, sementit ve ferrit
fazlarının her ikisini birlikte içeren çift fazlı
yapılar olup değişik mikroyapı-mekanik özellik
ilişkilerinin elde edilmesine olanak
sağlamaktadır.
• Küresel sementitte birim hacim başına
sementit-ferrit faz sınırı daha az
bulunduğundan, buna bağlı olarak plastik
deformasyon da daha az kısıtlanır, sonuç
olarak bu yapının daha yumuşak ve zayıf
malzeme özellikleri sergilemesi beklenmelidir.
Hatta çelikler söz konusu olduğunda ferrit ve
sementitin birlikte bulunduğu en yumuşak ve
düşük dayanımlı yapının küresel sementit
olduğunu söylemek mümkündür.
• Temperleme işlemi sırasında uygulanan tavlama,
yayınma mekanizmalarını çalıştırarak martenzit
yapının aşağıdaki reaksiyona göre temperlenmiş
martenzite dönüşmesini sağlar:
• Temperleme işlemi bazı çeliklerin, 8.6’da
açıklanmış olan darbe deneyleri vasıtasıyla
ölçülen, tokluk değerlerinde düşüşe neden
olabilmektedir. Bu olay temper gevrekliği olarak
adlandırılır.
• Temper gevrekliği, bazı çeliklerin temperleme ısıl
işlemi sonrasında tokluk değerlerinde beklenenin
aksine, düşüş ve gevrekleşme eğilimi olarak
tanımlanır.
Download

MAL201 Callister Faz Dönüşümlari (TTT)