MAL 201
Fazlar, Reaksiyonlar, Terazi Kuralı,
Demir-Sementit Diyagramı,
ZSD (TTT) Diyagramları, YayınmalıYayınmasız Dönüşümler,
Çeliklerde sertleşebilme kabiliyeti,
Çökelme sertleşmesi, yumuşatma tavı,
Yeniden Kristalleşme İşlemleri
2013-2014 Bahar
Katı çözelti (Katı Eriyik)
• Çözeltinin tanımı: İki farklı atomun veya molekülün atomsal
veya moleküler düzeyde karışımına ÇÖZELTİ adı verilir. Bu
karışım sıvı haldeyse sıvı çözelti, katı haldeyse katı çözelti
adını alır.
• Uygun yerler arayer veya yeralan (ikame) olabilir.
• Hume-rothery kuralı gerçekleşmişse tam ve sınırsız bir
çözünme (karışma) sağlanabilir.
• Bir elemente diğer bir element karıştırılacak olursa, daima
toplam iç enerji minimum olacak şekilde yeni atom düzenleri
meydana gelir.
(a)Sıvı Cu ve Ni, tam çözünür.
(b)Katı Cu ve Ni kristal yapıda rastgele yerlere yerleşmek suretiyle
tam katı çözelti oluşturur.
Katı
Çözelti
2.Faz
(c) Cu ve Zn alaşımları sınırlı
çözünmeden dolayı % 30 dan
fazla Zn çözemez, ikinci faz
bölgeleri oluşturur.
(a) Suyun 3 hali; gaz, sıvı, ve katı. Herbiri bir fazdır.
(b) Su ve alkol; tam çözünme.
(c) Tuz ve su; sınırlı çözünme.
(d) Su ve yağ; Hiç çözünmeme.
Faz kavramı
• Kristal yapılı malzemelerin iç yapılarında
homojen ve belirli özellikler gösteren
bölgelere faz (phase) adı verilir.
• Fazlar; bu atom düzenlerinden ve iç yapıda bu
fazların oluşturdukları taneler toplamından
meydana gelir.
Faz kavramı sadece fiziksel durum (maddenin sıvı, katı
veya gaz hali) ile ilişkili değildir. Örneğin metal
alaşımlarında aynı anda birden fazla katı faz yanyana
bulunur.
Bileşenin tanımı: Bir alaşımı oluşturan elementlere o
alaşımın bileşenleri adı verilir.
Bir faz içindeki elementlerin derişikliği genellikle ağırlık
yüzdesi olarak verilir.
Saf metaller tek fazlıdır, iç yapıları çok taneli olsa bile,
taneler farklı olmadığından ayrı faz değildir. Çeliklerde
karakteristik bir yapı olan perlit ise ferrit ve sementit
(çubuk yapı) adı verilen iki ayrı fazın lamelli (levhalı) bir
şekilde dizilmesiyle oluşur.
Saf molibden taneleri
Saf molibdenin çok kristalli(taneli)
yapısı.Tek fazlı yapı.Her tane
yönlenme farkı dışında birbiriyle
özdeştir.
Ferrit
Sementit
Demir-Karbon alaşımının(Çelik)
yapısı.İki fazlı yapı.Fazlar:Ferrit
(Beyaz alanlar) ve sementit
(Parmak izi görünümlü, gerçekte
levha şeklinde)
Faz diyagramları
• Kimyasal bileşim ve sıcaklığa bağlı olarak
belirli şartlarda hangi fazların stabil olduğu faz
diyagramları ile belirlenir.
Tek bileşenli sistemlerde faz diyagramı doğal olarak sıcaklık ve
basınç değişkenlerinin yer aldığı faz diyagramında çizilir.
Örneğin saf suda faz diyagramı aşağıdaki gibidir.Bu
diyagramda, sıcaklık ve basınca bağlı olarak faz değişimleri
görülmektedir.
Sıcaklık
Gaz
Buhar
Sıvı
Su
Katı
Buz
Basınç(Log skala)
Benzer şekilde saf demire ait faz diyagramı da aşağıda
verilmiştir.Burada α , g ve δ fazları katıdır ve bunların
kristal kafes yapıları sırasıyla HMK, YMK ve HMK dir.
Demir, bu haliyle ALLOTROPİK (Sıcaklığa bağlı olarak katı
halde iken kristal yapı değiştirmesi) bir metaldir.
Sıcaklık
Gaz
Sıvı
Sıvı
Katı
Basınç(Log skala)
Allotropi(Polimorfizm)
Bileşimi aynı kalan bir malzemenin kafes yapısının
sıcaklıkla değişmesine “Allotropi” adı verilir.Aşağıda saf
demirin allotropik halleri verilmiştir:
FAZ (DENGE) DİYAGRAMLARI
Fazların oluşumunda ve faz dönüşümünde ana etkenler:
- Alaşımın Sıcaklığı, T
-Alaşımın bileşimi, c
-Basınç, p
Faz (Denge) diyagramları yardımıyla belirli bir malzemede
sıcaklık ve bileşime bağlı olarak denge halinde oluşacak
fazların türleri, bileşimleri ve miktarları ve hatta iç
yapıları da belirlenebilir.
Faz diyagramının soğuma eğrilerinden elde edilişi (Cu-Ni sistemi)
Katı çözeltiler,
malzeme biliminde
α, β, g gibi Yunan
harfleriyle adlandırılır.
İki bileşenli diyagramlara ait örnekler (Sabit basınçta yani açık hava
basıncında P = 1 Atm hazırlanmış)
a)Katı durumda tam çözünürlük
Sıcaklık
Sıvı
(Çözelti)
A’ nın erime
noktası
Solidüs
Likidüs
Katı çözelti
Bileşim( Ağırlık %)
B’nin erime
noktası
Likidüs çizgisi
T, Sıcaklık
TA
TB
Sıvı
T
Sıvı
T1
S+
T2
S+
Solidüs
çizgisi
T3
 (katı)
 (katı)
Kimyasal bileşim: Kompozisyon
Xs X1 X
X1 kompozisyonuna sahip alaşım:
T1 de: S
T2 de: S+
T3 de: 
fazlarına sahiptir.
-A ve B sürekli olarak yani her oranda tek fazlı bir yapı
(SS: Solid Solution: katı çözelti) oluşturmaktadır.
-Bir başka deyişle, her iki malzemeye ait atomlar (A ve B)
ortak bir kafes içinde, birbiri içinde her oranda
çözünmektedir. Buna tam çözünürlük adı verilir.
Bunların dışında yüksek sıcaklıklarda sıvı çözeltinin tek
başına bulunduğu bir bölge ve sıvı+katı çözeltinin
birlikte bulunduğu iki fazlı bir bölge de mevcuttur.
Çözünme durumuna göre
• Tam çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde sınırsız çözünebilmesi.
• Hiç çözünmeme: Bir elementin diğeri içinde hiç çözünememesi.
• Sınırlı çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde kısıtlı çözünebilmesi.
a)
b)
c)
Tam Çözünme
Sıcaklık
Belirli bir bileşimdeki alaşımın(sistem) sıvı halden itibaren soğuması
sırasındaki içyapıları
S, Sıvı
TB
Sıvı
Tamamen sıvı faz
Sıvı
% 90 Sıvı + % 10 

S+
% 60 Sıvı + % 40 
TA
% 10 Sıvı + % 90 
, Katı

%B
X
Tamamen katı faz.
: % x oranında B elementi
içerir.
Verilmiş bir bileşimdeki alaşımn İki fazlı bölgesindeki her bir fazın
verilen sıcaklıktaki bileşimlerinin hesabı
DİKKAT:Tek fazlı bölgede fazın bileşimi alaşımın bileşimine eşittir. Ancak
gözönüne alınan bölgede faz sayısı birden fazla ise, her bir fazın bileşimi hem
birbirlerinden hem de alaşımın bileşiminden farklıdır.
L nin T1 deki
bileşimi
İnceleme
noktası
İki fazlı bölge
(Beyaz bölge)
Bağ çizgisi
Alaşımın
sıcaklığı
SS nin T1 deki
bileşimi
Alaşımın
bileşimi
Sınırlı
Çözünme
c) Sınırlı çözünürlük durumunda ötektik reaksiyon
• Alaşım sistemlerinin çoğunda görülür.
• B elementi A nın içerisinde sınırlı olarak çözünebilir. Oda
sıcaklığında X1 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X2 kadar
çözünebilir.
• Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar.
 fazı: Katı
Çözelti
• Çözeltiye giremeyen yabancı
atomlar kendilerinin
çoğunlukta olduğu yeni atom
düzeni (faz) oluştururlar.
• A nın çoğunlukta olduğu katı
çözelti  fazını oluşturur,
• B nin çoğunlukta olduğu katı
çözelti  fazını oluşturur.
• Fiziksel ve kimyasal
özellikleri farklı olan iki katı
faz  ve  aynı yapıda
birarada bulunabilir.
 fazı:
2.Faz ve
Katı çözelti
Faz diyagramları: Sınırlı Çözünme
I
I II
TA
Tö
III
3

4
•
•
X1 X2
IV
1
1
1
1
TB 2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
S
1•
2•
+S
3•
1•
S+

2•
+
4•
5•
III
IV
1•
1•
•
2
2•
3 •
II
4•
3•
X3
Xö
Ötektik
Ötektik
%B
Ötektik
öncesi 
5
 ( dan
ayrışan)
Ötektik
öncesi 
Gibbs Faz kuralı
• Bir sistemde bileşen ve faz sayısının belirli olması
durumunda serbest değişken olup olmadığını
belirlemede kullanılan bir kuraldır.
Basıncın değişken bir parametre olması durumu
F+S=B+2
Uygulamada genelde atmosfer basıncında çalışıldığından, ve bu nedenle
basınç sabit olduğundan durum büyüklüklerinden biri sabit olur (Basınç).
Bu durumda Gibbs kuralı
Basıncın sabit olması durumu (en çok kullanılan bağıntı)
F+S=B+1
Faz sayısı
Serbest değişken
sayısı
Bileşen sayısı
• Serbestlik derecesi tanımı:
• Fazların sayısı aynı kalmak koşuluyla,birbirinden bağımsız olarak
değiştirilebilecek durum büyüklüklerinin (Sıcaklık , basınç ve bileşim)
sayısıdır.
• Gibbs’in faz kuralı
• Dengede olan çok fazlı bir madde için faz kuralı aşağıdaki gibi verilir:
•
F+S = B+2 (sıcaklık ve Basınç da değişken ise)
• B=Bileşen sayısı
• S= Serbestlik derecesi
• F= Faz sayısı
Faz diyagramları yardımıyla bir maddeye ait faz
durumları, sıcaklık T, basınç p ve bileşim B ye bağlı
olarak belirlenebilir.
Malzeme biliminde en çok kullanılan faz diyagramları
sabit basınç için alaşımlara ait iki bileşenli faz
diyagramlarıdır ( B= 2 ; p=1 atm=St.)
F+S = B+1
İki bileşenli faz diyagramlarında yatay eksende bileşim
(derişiklik), düşey eksende ise sıcaklık bulunmaktadır.
Bu diyagramlar verilen her sıcaklık ve bileşim için
malzemede denge halinde bulunan fazların ne
olduğunu gösterir.
F + S = B + 2 (GİBBS Faz
Kuralı-Kanunu)
F:Faz Sayısı
S: Serbestlik Derecesi
B:Bileşen sayısı
2: Sıcaklık ve Basınç Değişken
Sıcaklık
Gaz
Sıvı
Katı
F + S = B + 1 (GİBBS Faz KuralıKanunu)
F:Faz Sayısı
S: Serbestlik Derecesi
B:Bileşen sayısı
1: Sıcaklık Değişken, Basınç = Sabit.
Buhar
Su
Buz
Basınç(Log skala)
Suyun Faz Diyagramı
Sabit basınçta (Atmosfer
Basıncı) hazırlanmış 2 Bileşenli
Denge Diyagramı: Al-Si
Erime noktasında Gibbs kuralı
• Diagramda saf element için erime noktasındaki (TA) durum:
• F = 2 (sıvı ve  olarak 2 faz)
• B = 1 (Tek bileşen A)
S =1-2+1=0
T
TA
• Basınç sabit, kimyasal
Sıvının soğuması
bileşimde değişmediği için
tek değişken olan sıcaklıktır.
Katılaşma aralığı
Ancak bu da erime/katılaşma
boyunca sıcaklık sabittirserbest değişken bulunmaz
t
 nın soğuması
-Tam
çözünürlük alaşımlarda yaygın olarak görülmez.
Buna örnek olarak Bakır-Nikel alaşımı verilebilir.
-Tam çözünürlük için ,bilindiği gibi Hume-Rothery
kurallarının geçerli olması gerekir.
Bu tür faz diyagramları soğuma eğrileri yoluyla elde
edilirler.
Buna ait bir örnek Cu-Ni sistemi için verilmiştir.
DİKKAT:
-Saf nikel veya saf bakır halinde B=1 olup,faz kuralı
F+S=B+1 = 1+1 =2 = F + S şeklini alır.
Faz sayısı iki iken (Yani katılaşma sırasında hem sıvı hem de katı faz
birlikte bulunur.) serbestlik derecesi S = 0 çıkar. Bir başka deyişle iki
faz tek bir sıcaklıkta (katılaşma sıcaklığı) denge halinde bir arada
bulunabilir. Faz sayısı aynı kalmak kaydıyla değiştirilebilecek bir
durum büyüklüğü yoktur.
-Bu
nedenle saf metallerin soğuma sırasındaki katılaşma
sahanlığı yatay bir doğrudur.
-Buna karşılık alaşımlarda, (B=2) faz kuralı
F+S= B+1 2+1 = 3 olur.
İki fazlı bölgede (katı çözelti +sıvı çözelti) F=2 olup
,serbestlik derecesi S= 1 çıkar. Yani alaşımın bileşimi ya da
alaşımın sıcaklığı durum büyüklüklerinden birini
serbestçe değiştirdiğimiz halde iki faz denge halinde
sistemde mevcut olabilir. Bu durumda verilmiş bir
bileşimdeki, alaşımda belirli aralıkta sıcaklık değişse bile
iki fazı denge halinde muhafaza etmek mümkündür.
-Soğuma eğrilerindeki katılaşma sahanlığı bu nedenle
eğiktir.
Arafazlar ve Metallerarası bileşikler
• Faz diyagramlarının birden fazla reaksiyon içermeleri
durumunda görülür.
• Arafazın tekbir kimyasal bileşik olması durumunda metaller
arası fazlar söz konusudur. Metaller arası fazlar çok sert ve
gevrek malzemelerdir.
Metallerarası
bileşikler
Arafazlar
Terazi (Kaldıraç) Kuralı
Faz diagramları:
• Hangi sıcaklık ve bileşimde hangi fazlar var?
• Bu fazların bileşimi nedir?
Faz diaygramında, fazların oranlarını ve
bileşimlerini bulmak için terazi kuralı (lever
rule) kullanılır.
S
b-x
x-a
x bileşiminin T sıcaklığında bileşim
oranları:
S+
T

bx
S% 
 100
ba
xa
% 
 100
ba
S %   %  100%
a
b
x
Fazların ağırlık oranlarının hesaplanması
Terazi Kuralı (Kaldıraç kuralı)
Verilmiş bir malzeme bileşimi ve sıcaklık için faz
diyagramlarından aşağıdaki bilgiler elde edilir:
1)Hangi fazlar mevcuttur?
2)Fazların bileşimi nedir?
3)Fazların ağırlık yüzdeleri nedir?
1) Sözkonusu noktada iki faz mevcuttur : α + β
Alaşım düşeyi
Alaşımın
Sıcaklığı
X
Y
X-Z :Bağ çizgisi
Mesnet
Z
2)Fazların bileşimi nedir?
Bağ çizgisinin iki ucundan inilen düşeyler
fazların bileşimlerini vermektedir :
α nın bileşimi : %20 B ;%80 A
β nın bileşimi : %70 B; %30 A
3)Fazların ağırlık yüzdeleri nedir?
Kaldıraç kuralı ile kolaylıkla hesaplanır:
Y noktasından desteklenmiş bir
kaldıracın dengede olabilmesi
için, x ve z noktalarına asılması
gereken ağırlıkların hesaplanması gibi
düşünülebilir:
%α =100.b/(a + b)=100.(70-40)/(70-20)
= %60
%β = 100.a/(a+b)= 100.(40-20)/(70-20)
= %40
TERAZİ (KALDIRAÇ) KURALI İLE
İLGİLİ DAHA GENİŞ AÇIKLAMA ve
UYGULAMA ÖRNEKLERİ
Örnek
Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda serbestlik
derecelerini bulunuz (a) 1300oC, (b) 1250oC, and (c) 1200oC.
Cu - Ni faz diyagramlarında
Basınç sabit olduğu için eşitlik:
(1 + B = S + F) olur.
(a) 1300oC,
F=1 (Sadece sıvı faz),
B=2 (Cu ve Ni)
Böylece;
1+B=S+F
1+2=S+1S=2
(b) 1250oC,
İki faz mevcut; P = 2, (Sıvı ve katı)
Cu ve Ni den dolayı; C = 2:
1+B=S+F
1+2=S+2S=1
(c) 1200oC,
F = 1, sadece katı faz;
B = 2, (Cu ve Ni).
1+B=S+F
1+2=S+1S=2
Örnek
Cu-40% Ni faz diyagramında aşağıdaki sıcaklıklarda kompozisyonları
bulunuz; (a) 1300oC, (b)1270oC, (c)1250oC, (d)1200oC.
40% Ni kompozisyonunda dikey çizgi
çizilir;
-1300oC: Sadece sıvı faz mevcut.
-1270oC: 2 Faz mevcut: Sıvı ve katı.
Sıvı (S) faz 37% Ni,
Katı () faz 50% Ni
konsantrasyonuna sahip.
-1250oC: İki faz mevcut.
Sıvıda (L) 32% Ni, katıda() 45% Ni mevcut
-1200oC: Sadece katı () mevcut; 40% Ni
konsantrasyonuna sahiptir.
100 gr ağırlığına sahip Cu-40% Ni alaşımı, 1250oC de
(a) hangi fazlara sahiptir
(b) bu fazlarda ağırlığı nedir ?
Sadece 2 faz mevcuttur: Sıvı faz (L) v katı faz ().
x ;  nın oranı olacak olursa;
xL= 1 - x. Sıvının oranı
x = (40-32)/(45-32) = 8/13 = 0.62 = % 62
xL = 1-x = 1-0.62 = 0.38= % 38
 fazının ağırlığı; 100 gr x 0.62 = 62 gr
Sıvının ağırlığı; 100 gr x 0.38 = 38 gr.
Örnek
Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda faz oranlarını
saptayınız (a) 1300oC, (b) 1270oC, (c) 1250oC, (d) 1200oC.
1300o C:
100%L
1270o C:
%L  50  40 100
50  37
 77%
%α  40  37 100
50  37
 23%
1250oC:
%L  45  40 100
45  32
 38%
%  40  32 100
45  32
 62%
1200oC:
100%
Örnek1
100 gr Pb-%10 Sn alaşımı için;
(a)100oC’de Sn nin Pb içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz,
(b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü bulunuz,
(c) 0oC de  ve  faz miktarlarını bulunuz,
(d) α ve β fazları içerisinde Sn miktarını ağırlık olarak bulunuz,
(e) α ve β fazları içerisinde Pb miktarını ağırlık olarak bulunuz.
(a) 100oC (Sn) nin (Pb) içerisinde çözünürlüğü % 5.
(b) Pb nin Sn içerisinde max çözünürlüğünü ötektik sıcaklık
olan 183oC de gerçekleşir: Bu değer % 97.5.
Tötektik:183oC
97.5% Sn
2.5% Pb
5%
(c) 0oC de, α + β bölgesinde terazi kuralını uygularsak:
2% Sn
a
2
b
10
100
a
%β 
x100  10 - 2 100
100 - 2
ab
 8.2% 
% α 100  8.2
 91.8%
2% Sn
(d) M (Sn) = 2% Sn  91.8 g (α) = 0.02  91.8 g = 1.836 g.
M (Sn) = (10 – 1.836) g = 8.164 g.
(e) M (Pb) = 98% Sn  91.8 g (α) = 0.98  91.8 g = 89.964 g
M (Pb) = 90 - 89.964 = 0.036 g.
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
Örnek2
Pb-Sn alaşımına ait faz diyagramı verilmektedir.
• Ötektik kompozisyonda faz miktarlarını hesap ediniz.
(b) Fazların ağırlık miktarlarını bulunuz.
(c) 200 gr ötektik alaşım için her fazda bulunan Pb ve Sn
miktarlarını bulunuz.
(a) Ötektik alaşım Pb - % 61.9 Sn kompozisyonunda olacaktır.
Bu kompozisyon için ötektik sıcaklıkta terazi kuralını
uygularsak:
a
19
b
61.9
97.5
97.5% Sn
2.5% Pb
a
19
b
61.9
97.5
:(Pb19% Sn)
%   b x100  97.5  61.9 100  45.35%
97.5 19.0
a b
:(Pb 97.5% Sn)
%   a x100  61.9 19.0 100  54.65%
97.5 19.0
ab
(b)
Ötektik sıcaklığın hemen altında:
M(α)= M(alaşım)  %  = 200 g  0.4535 = 90.7 g
M(β)= M(alaşım) – M() = 200.0 g - 90.7 g = 109.3 g
(c)
M (Sn)α= M()  % Sn(α) = 90.7g x 0.19 = 17.233 g
M (Pb) = M() – M(Sn) = 90.7 g - 17.233g = 73.467 g
M (Pb)β = M()  % Pb(β) = 109.3 g  (1 – 0.975) = 2.73 g
M (Sn)β = M() – M(Pb)= 109.3 g - 2.73 g = 106.57 g
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
FAZ REAKSİYONLARI
Ötektik
Peritektik
Monotektik
Ötektoid
Peritektoid
Ötektik Yapı
• Ötektik reaksiyon; sıvı fazın ani olarak iki ayrı
katı faza dönüşmesi reaksiyonudur.
Ötektik reaksiyon:
Sıvı
Soğuma
 (Katı) +  (Katı)
Ötektik nokta
Ötektik noktadan
uzaklaştıkça, ötektik
reaksiyon, dönüşüm
öncesi varolan sıvı
faz kadar gerçekleşir.
Ötektik

Sıcaklık
• Katılaşma sırasında
çekirdeklenme bir çok
noktadan başlar,
• Bu çekirdekler tabaka şeklinde
büürler
• Birbirlerine temas etmeleri ile
ince ve tabakalı yapı meydana
gelir,
• Çekirdeklenme ne kadar çok
noktadan meydana gelmişse
yapı o kadar ince tabakalı (veya
küçük taneli) olacaktır.
“A” kristal taneleri
(Açık renk)
“B” kristal taneleri
(Koyu renk)
Sö = B – F + 1 = 2 – 3 + 1 = 0
• Ötektik reaksiyon ile oluşan katı faz.
– Lamelli (tabakalar şeklinde paketlenmiş)
– Nodüler (matris faz içerisinde küresel diğer fazın
bulunması)
• Lamelli yapıda iki katı faz birbiri üzerine paketlenmiş tabakalar
şeklindedir. Her bir tabaka bir tanedir.
1
Lamelli
Yapı
2
Nodular
Yapı
Hiç Çözünmeme (Ötektik Yapıda)
S
TA
1•
•
2•
Ötektik
Sıcaklık
•1
A+S
3•
 4•
1
•3
•4
2•
5•
3•
X1

A+B
1
Sıvı
X2
Ötektik Bileşim
1
Sıvı
2
2
3
Sıvı
A
3
3
X3
B Kristalleri
(Koyu renk)
1
Sıvı
A
•5
A Kristalleri
(Açık renk)
3.Alaşım
Ötektik Üstü
2
4
%B
2.Alaşım
2
S+B
•
TB
1.Alaşım
(Ötektik Altı)
Proötektik A
5
Ötektik Yapı
Ötektik A
Ötektik B
Sıvı
Sıvı
B
4
5
Ötektik A
Ötektik B
Proötektik B
Ötektik A
Ötektik B
b)Tam Çözünmezlik durumunda ötektik reaksiyon
A ve B atomlarına ait kafeslerin birbirlerini kafeslerine almadığı
durum görülmektedir (Tam çözünmezlik).
Ötektik noktada:
F+S = B+1
F=3 B=2
S=0 çıkar.
Sıcaklık
Ötektik:Düşük sıcaklıkta eriyen anlamına gelir.
Ötektik nokta
Ötektik
sıcaklık
Ötektik reaksiyon
Sıvı(L)
A+B
Ötektik bileşimdeki sıvı, ötektik
sıcaklıkta iki katı faza dönüşür.
Ötektik
Bileşim
Bileşim
Her iki katı fazın
birarada oluşması
nedeniyle ötektik
İçyapılar sıkı
istiflenmiş
İçyapılardır.
Ya lamel şeklinde
ya da kürecik
şeklinde oluşurlar.
Mekanik özellikleri
İyidir.
Malzeme bileşimi ötektik bileşimden farklı ise,katılaşma(kristalleşme) sabit sıcaklıkta değil, belirli bir
sıcaklık aralığında olur.Ötektik sıcaklığa inildiğinde yapıda bir miktar sıvı mevcuttur.Artan bu sıvı ötektik
bileşime sahip olduğundan, ötektik sıcaklıkta iki ayrı katı faza ayrışarak ötektik yapıda katılaşır.
Sıcaklık
Sıvı :Ötektik
bileşimde Löt
L
A
L1 matrisi
İçinde A
kristalleri
L +B
L+A
L2 matrisi içinde
B kristalleri
B
Löt
A+B
Bileşim
Ötektik yapı:
İnce A ve B
lamellerinin
oluşturduğu
içyapı
Ötektik
Bileşim
Ötektik altı bileşim
(hypo)
Xö
Ötektik üstü bileşim
(hyper)
• Aynı şekilde A elementi B içerisinde sınırlı miktarda çözünebilir.
• Oda sıcaklığında X3 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X4
kadar çözünebilir.
• (Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar).
DİKKAT: alaşım düşeyi ötektik yatayını kesmiyorsa, ötektik reaksiyon
meydana gelmez, kesiyorsa gelir.
Ötektik
reaksiyon
oluşmaz
Birincil α
kristalleri
Ötektik
Reaksiyon
oluşur
Sıcaklık
Sıvı Löt
L1 matrisi
İçinde α3
kristalleri
Çok taneli α1
katı çözeltisi
Birincil β
kristalleri
Löt
L2 matrisi içinde
β1 kristalleri
L +α
L +β
α+β
Bileşim
α2 ve β2 kristallerinin oluşturduğu ince
lamelli Ötektik
yapı
Teknik bakımdan önemli ötektik diyagramlar
Kurşun-Kalay ötektik faz diyagramı
Kalay atomsal yüzdesi
Kalay ağırlık yüzdesi
Yumuşak lehim alaşımı
183o C da eriyen % 61,9 Sn-%38,1 Pb alaşımıdır.
Aluminyum -silisyum ötektik faz diyagramı
Basınçlı Al-Si
alaşımı dökümü
Erime sıcaklığı:
577oC
Ötektoid Reaksiyon
• Soğuma sırasında bir katı fazdan iki ayrı katı fazın oluşması
reaksiyonudur.
Ötektoid reaksiyon:
g (Katı)
Soğuma
 (Katı) +  (Katı)
TA
Tötektik
Tötektoid 
S
S+
g+S
g
1•
2•
Xötektoid
g+

+
%B
Xötektik
TB
c)Ötektoid reaksiyona ait faz diyagramı
Ötektoid reaksiyon: γ
α+β
Bir katı çözeltiden iki ayrı katı çözeltinin sabit sıcaklıkta oluşması
Diyagramın ötektoid
reaksiyon bölgesi
Ötektoid reaksiyonla faz dönüşümleri
Sıcaklık
Sıvı(L)
S
β+ γ
Çok taneli katı
Çözelti, γötek
β1 matrisi içinde ince taneli
γ2 küreciklerinden oluşan
ötektik içyapı
α1 ve β2 kristallerinin
oluşturduğu ince tabakalı
ötektoid içyapı
γ
α+ β
Alaşım düşeyi
Bileşim
Peritektik ve Peritektoid Reaksiyon
• Kısmi çözünürlük gösteren alaşım sistemlerinde elementlerin
ergime sıcaklıklarının çok farklı olması durumunda meydana
gelen faz reaksiyonlarıdır.
Peritektik reaksiyon:
Sıvı +  (Katı)
Soğuma
Peritektoid reaksiyon:
 (Katı) +  (Katı)
Soğuma
 (Katı)
 (Katı)
Peritektik reaksiyon:
Sıvı +  (Katı)
Soğuma
g (Katı)
Peritektoid reaksiyon:
 (Katı) +  (Katı)
Soğuma
 (Katı)
d)Peritektik reaksiyona ait faz diyagramı
Biri sıvı diğeri katı olan iki faz sabit sıcaklıkta reaksiyona
girerek yeni bir katı faz oluştururlar.
δ+S
γ
Sıvı çözelti
S+δ
δ
S +γ
δ+γ
γ
Fe-C faz diyagramında peritektik sistem
Xp
e)Peritektoid sistem(Katı-katı reaksiyonu)
İki ayrı katı çözelti sabit sıcaklıkta reaksiyona
girerek yeni bir katı çözelti oluşturur.
α+β
δ
Ötektik
Peritektik
Monotektik
Ötektoid
Peritektoid
ÖNEMLİ BAZI İKİLİ FAZ
DİYAGRAMLARI
Cu : YMK
Zn : SDH
Bakır-Çinko faz diyagramı(Pirinçler)
Ara fazlara(Tek fazlı bölgeler) örnek
Örnek
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a
trademark used herein under license.
Aşağıda verilen faz diyagramında bulunan 3 adet farklı faz reaksiyonlarını tespit
ediniz.
1150oC, 920oC, 750oC, 450oC ve 300oC
lerde yatay çizgiler vardır
1150oC: δ + L  γ, peritektik
920oC: L1  γ + L2 a monotektik
750oC: L  γ + β, a ötektik
450oC: γ  α + β, a ötektoid
300oC: α + β  μ or a peritektoid
DEMİR/KARBON veya DEMİR/SEMENTİT
DİYAGRAMI
Fe/C ve Fe/Fe3C Faz diyagramı
Demir-Karbon faz diyagramı
Diyagramın ötektik
reaksiyon bölgesi
Fe-Fe3C sistemi
Demir-Karbon alaşımları
mühendislikte yaygın olarak
kullanılan çelik ve dökme
demir malzemelrin esasını
teşkil eder.
%2 nin altında karbon içeren
malzemeler çelik, üstünde
ise dökme demir olarak
adlandırılır.
Çeliklerin içyapısındaki
karbon, teknikte geçerli olan
soğuma hızlarında ayrı bir
faz olarak değil,demir karbür
(sementit) içinde bulunur.
Bu nedenle yukardaki
diyagram Fe-Fe3C diyagramı
olarak verilmiştir.
A3
A1 sıcaklığı
Çelikler
Dökme demirler
Demir Sementit Faz diyagramı
• Sementit; demir karbon faz diyagramında metallerarası bir
bileşiktir.
• Pratikte Fe-C diagramında sementite kadar olan bölge önemlidir.
• Sementit; % 6.67 C konsantrasyonuna sahiptir. Atom ağrılıkları
dikkate alındığında; Fe:56, C:12.
C
12
% C(sementi
t) 

 6.67
3xFe  C 3x55  12
• Atom ağrılıkları dikkate alındığında; Fe:56, C:12.
C
12
%C (sementit) 

 6.67
3 x Fe  C 3 x 56  12
Demir Sementit Faz diyagramı
+S
g (ostenit)
g+S
S
Tötektik
Perlit
Ledeburit
1148oC
Dökme demir
Çelik
%C: ağırlık olarak
Sementit : Fe3C
Ferrit : 
Perlit :  + Fe3C
Ostenit: g
Delta demir: 
Ledeburit.
Tötektoid
1538
1495
1400
Çelik ve Dökme demir
• Çelik (steel): %2 ye kadar C içeren demir alaşımına
verilen isimdir.
• Dökme Demir (cast iron) : %2 oranından daha fazla C
içeren demir esaslı malzemelere verilen isimdir.
Pratikte C oranı en fazla % 4.3 kadar olur.
Çelik
• Çelik; %2 ye kadar C içeren demir alaşımına verilen
isimdir.
• Otektoit çelik; % 0.8 C içeren çeliğe ötektoit çelik adı
verilir.
• Bu kompozisyonun altındaki çeliklere ötektoit altı
çelikler (C oranı < % 0.8 %), bu bileşimden daha fazla
C içeren çeliklere ötektoid üstü çelikler (C oranı > %
0.8) adı verilir.
• C oranının %2 yi geçmesi durumunda malzeme artık
çelik olarak değil, dökme demir (cast iron) olarak
adlandırılır.
• C miktarı % 0.8  %100 perlitik yapı (ötektoit
çelik).
• C miktarı sıfıra doğru azaldıkça, perlit azalır,
ferrit (-Fe) artar.
• C miktarı % 0.8 in üzerinde arttıkça, perlit
miktarı azalır, sementit miktarı artar.
Çelik
• Perlit: Ötektoit reaksiyon sonrası -Fe ve Fe3C tarafından
oluşturulan özel yapıya verilen isimdir.
• Ötektoit yapı hakkında daha ayrıntılı
bilgi geçen derste verilmişti.
• C miktarı % 0.8 iken (ötektoit çelik)
%100 perlitik yapı elde edilir.
• C miktarı sıfıra doğru azaldıkça,
perlit azalır, ferrit (-Fe) artar.
• C miktarı %0.8 in üzerinde arttıkça,
perlit miktarı azalır, sementit miktarı
artar.
 (ferrit) taneleri
(Açık renk)
Sementit taneleri
(Koyu renk)
Çelik için önemli sıcaklıklar
• A1 sıcaklığı: Ötektoid reaksiyon sıcaklığı
• A2 sıcaklığı: Küri sıcaklığı (769oC). Bu sıcaklıkta
manyetiklik kaybolur.
• A3 sıcaklığı: Ötektoid altı çeliklerde tam
ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı
olarak değişir)
• Acm sıcaklığı: Ötektoid üstü çeliklerde tam
ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı
olarak değişir)
A3
+g
Acm
g
g+Fe3C
A1
+Fe3C
Ötektoid altı ve Ötektoid üstü Çeliklerde
Ötektoid reaksiyon
I
II
I
III
g
5
III
g
1
2
1
2
3
4
+Fe3C
3
5
Perlit

+g  12
3
4
II
g

Otektoit
Bileşim
Sementit

Perlit
Perlit
Ötektoid altı çeliğin içyapısı
g
+g
 + Perlit
%100 Perlit

γ +Fe3C
Perlit +Fe3C

Otektoid Bileşim
Ötektoid çeliğin içyapısı
Ötektoid üstü çeliğin içyapısı
İçinde %1,1 C bulunan çeliğin içyapısı nasıl saptanacak ?
Acm
A3
A1
Ötektoid üstü çeliğin içyapısı
Perlit
(Ferrit +2. sementit
lamelli yapı)
Sürekli sementit
ağı
Birinci(Primer) sementit
Sıcaklık (oC)
a) Aşağıda boş olarak verilen Fe-Fe3C diyagramındaki önemli sıcaklık, bileşim, faz alanlarının isimlerini
doldurunuz. Önemli reaksiyonları belirtiniz.
b) % 1 C’lu bir çeliğin çok yavaş soğutulması sonucu oda sıcaklığındaki mikro yapısını çizerek içerdikleri fazları
belirtiniz. Toplam ferrit, sementit, perlit ve ötektodit öncesi faz miktarlarını hesaplayınız.
c) c) %3,5 C’lu bir dökme demirin çok yavaş soğutulması sonucu oda sıcaklığındaki mikro yapısını çizerek
içerdikleri fazları belirtiniz.
Faz isimleri
Sıcaklık
Kompozisyon
%C
Fe-C diyagramında % 0.5 C içeren bir çelikte ostenit fazdan oda sıcaklığına soğuma
esnasında şekilde görülen noktalarda oluşan içyapıları şematik olarak çiziniz. Soğuma
Eğrisini Çizerek; Oda sıcaklığında, Ötektoid dışı oluşan fazın % sini ve Ötektoid içi
fazları belirtip bunların % lerini bulunuz.
Dökme demir
• C içeriği %2 den daha fazla olan Demir-karbon alaşımıdır.
• Artan karbon oranı yapıyı kırılgan hale getirir.
• Sıvı fazdan katılaşması sırasında soğuma hızlarına bağlı olarak
farklı iç yapılara sahip olabilir.
– Hızlı soğuma: Beyaz dökme demir.
– Yavaş soğuma: Kır dökme demir (ferritik, ferritik/perlitik,
perlitik).
– Temper dökme demir: BDDin tavlanması ile.
– Küresel dökme demir: Mg, Ce gibi grafiti küreselleştiren
alaşım elementleri katılması ile.
Beyaz DD
•Hızlı soğuma sonrası: Beyaz
dökme demir oluşur.
•BDD: sementitin baskın
olduğu sert ve gevrek bir yapıya
sahiptir.
Ötektik reaksiyonda:
Sıvı  ledeburit iç yapı (g+Fe3C)
S
 3g+Fe C
3
+Fe3C
4
S+Fe3C
Ledeburit
g
1
2
Dönüşmüş
Ledeburit
g+S
1
Sıvı
2
g
Ötektik öncesi g
3
Ötektik g
Ötektik Fe3C
4
Dökme demir
Ötektoit
Perlit
Ötektik Fe3C
Beyaz Dökme demirin yapısı
(Demir-Fe3C sistemi)
Kır dökme demir
• Sıvı fazdan çok yavaş soğuma ile karbon difüzyonla biraraya toplanarak
lamelli bir yapı oluşturur.
• Soğuma hızı çok yavaş ise Ferritik DD.
• Biraz daha hızlı olması durumunda Ferritik-perlitik DD.
• Daha hızlı olması durumunda Perlitik DD. oluşur.
• Perlit oranı arttıkça dayanım artar. Tüm durumlarda süneklik çok kötüdür.
• Lamelli yapıda keskin uçların oluşturduğu çentik etkisi nedeniyle mekanik
özellikler çok kötüdür.
Grafit Lameller

Perlitik DD
Ferritik DD
Ferritik-Perlitik DD
Artan Soğuma Hızı
Perlit
• Grafitin dayanımı Demirin yanında ihmal edilebilecek kadar
küçüktür.
• Dolayısıyla grafit bölgeler boşluk gibi davranır.
• Bir de keskin köşelerin oluşturduğu çentik etkisi ilave olunca
yapı çok gevrek-kırılgan davranır.
• Dolayısı ile kır DD ler genelde basıya karşı zorlanan
parçalarda kullanılır. Çekme zorlanmaları olan yerlerde
kullanılmaz.
Lameller
Kır Dökme demirin yapısı(Fe-Karbon sistemi)
Temper Dökme Demir (TDD)
•
•
Temper DD: Hızlı soğuma ile elde edilen Beyaz dökme demir yaklaşık 950oC
de uzun süre (48 saat) tavlanır ve sementit yapı içerisindeki kararsız karbon bir
araya toplanarak temper grafiti denilen topak halinde yapılar meydana getirir.
Bu yapıda süneklik %10 a kadar artabilir.
Soğuma hızına göre Ferritik TDD, Ferritik-perlitik TDD ve Perlitik TDD
şeklinde 3 farklı TDD elde edilebilir.
Temper grafiti

Perlitik TDD
Ferritik TDD
Perlit
Ferritik-Perlitik TDD
Artan Soğuma Hızı
Temper ve Küresel grafitli DD
• Lamellerin mekanik özelliklere olumsuz etkisini ortadan
kaldırmak amacıyla grafitlerdeki keskin kenarlar ortadan
kaldırmak amacıyla bazı işlemlere tabi tutulur.
Demirin dayanımı yanında grafitinki ihmal
edilebilecek kadar küçüktür.
Dolayısıyla grafit bölgeler daha çok iç boşluk
gibi davranır.
Birde lamellerin köşelerindeki keskin
kenarların oluşturduğu çentik etkisi ilave
olunca yapı çok gevrek-kırılgan davranır.
Dolayısı ile DD ler genelde basıya karşı
zorlanan parçalarda kullanılır. Çekme
zorlanmaları olan yerlerde kullanılmaz.
Ferritik TDD
Temper grafiti
Perlitik TDD

Perlit
Ferritik-Perlitik TDD
Artan Soğuma Hızı
Küresel Dökme Demir (KDD)
•
•
•
Eriyik DD içerisine Mg ve Sb gibi grafitleri küreselleştiren alaşım elementleri
katılır.
Bu şekilde oluşan grafitler küresel şekillidir ve süneklik %20 lere kadar artar.
Soğuma hızına göre Ferritik KDD, Ferritik-perlitik KDD ve Perlitik KDD
şeklinde 3 farklı KDD elde edilebilir.
Küresel grafit

Perlitik KDD
Ferritik KDD
Ferritik-Perlitik KDD
Artan Soğuma Hızı
Perlit
FAZ KİNETİĞİ VE ISIL İŞLEMLER
Isıl işlemler: Faz Dönüşümleri
• Şu ana kadar yavaş soğuma hızlarında elde edilebilecek iç
yapılar görüldü.
• Gerçek uygulamalarda soğuma hızlarının kontrolü ile farklı iç
yapılar elde etmek mümkündür.
• Bu sayede mikro yapı ve mekanik özellikler ayarlanabilir.
• Isıl İşlemler: Malzemelerin iç yapılarını ve bunlara bağlı
olarak özelliklerini ayarlamak amacıyla yapılan kontrollü
ısıtma ve soğutma işlemleridir.
• Şu ana kadar incelenen faz diyagramları yavaş soğumada
dengede olan fazlara göre hazırlanmıştır.
• Isıl İşlemler, malzemelerin zamana bağlı faz dönüşümlerinin
bilinmesi ile uygulanabilirlik kazanır.
Böylece kararlı yapılar elde
edilir.
Bunlara kararsız yapılar adı verilir.
yandaki
Sıcaklık
Bu eğrinin şeklinin neden böyle olduğu
daha sonra açıklanacak
sıcaklıklarda faz dönüşüm
süresi çok fazla iken, belirli
bir sıcaklık aralığında bu
dönüşüm daha kısa zamanda
oluşmaktadır.Bu nedenle
eğrinin ortasında bir burun
oluşmaktadır.Bu eğrinin
şekli neden böyledir?
Zaman-Sıcaklık Dönüşüm diagramları
Sınır: Dönüşümün
tamamlanması
• Birbiri içerisinde hiç çözünmeyen
elementler için faz diagramı.
• Faz diagramında TA nın altındaki
sıcaklıklarda A katısının oluşacağı
bilinebilir.
• Fakat dönüşüm süreleri bilinemez.
• Soğuma hızlarına bağlı olarak ne tür
katıların oluşacağı Zaman-Sıcaklık
Dönüşüm (ZSD) (TTT-Time
Temperature Transformation)
diagramları ile verilir
Faz dönüşümü hızı
1-Sıvı içinde önce katı çekirdekleri oluşur.
2-Daha sonra bu çekirdekler büyür ve tüm sıvının yerini alır(Katılaşma tamamlanır)
Sıvı
Katı
Kristal
çekirdeği
Katılaşmada çekirdeklenme ve büyüme aşamaları
Kristal
büyümesi
Çekirdeklenme/Büyüme
• Yüksek sıcaklıklarda ve düşük
sıcaklıklarda dönüşüm süreleri düşük.
• Hızlı dönüşümün gerçekleştiği bir
sıcaklık aralığı mevcut (Burun bölgesi)
• Belli sıcaklığın altında dönüşüm
gerçekleşmez.
Sıvı
•
Katı
– Çekirdeklenme (nucleation)
– Büyüme (Growth)
•
Çekirdeklenme
Katı oluşumu 2 aşamada olur.
Büyüme
Çekirdeklenmede: atomlar bir araya
gelerek çekirdekleri oluştururlar. Daha
sonra belli bir boyutun (kritik çap)
üzerinde olan çekirdekler büyürler.
Diğerleri çözünür yok olur.
Çekirdeklenme(Katılaşma ) olurken sistemin hacım enerjisi(ΔGh) azalır.
Katılaşma(düzen) enerji azalmasına neden olur.(Bu çekirdeğin büyümesini teşvik
eder).
Buna karşılık yeni sıvı-katı ara yüzeyi yaratıldığından sisteme yeni bir yüzey
enerjisi(γ) katılır.Bu enerji artışı ise ise çekirdeğin büyümesini engeller.
Kritik rc yarıçapına ulaşmış çekirdekler büyür,diğerleri dağılır yok olurlar.
Yarı çapı rc olan çekirdeklere kararlı çekirdek adı verilir.
4π.r2.γ
Net enerji değişimi
Yüzey enerjisi artması
Net enerji değişimi :
ΔGT = 4π.r2.γ + (4/3).π. r3.ΔGh
rc = -2γ/ΔGh
Hacım enerjisi azalması
(4/3).π. r3.ΔGh
Çekirdeklenme hızı
Sıcaklık, faz diyagramındaki likidüs sıcaklığının altına düştüğünde,atomlar katı faza ait kristali oluşturmak
isterler. Bu “istek” sıcaklık düştükçe artar ve bu nedenle sıvı fazda birim zamanda oluşan çekirdek sayısı
artar.Öte yandan düşük sıcaklıklarda çekirdeklerin oluşması için gerekli atom hareketliliği(yayınma) hızı
düşüktür.Yani çekirdek oluşması için gerekli yayınma katkısı yüksek sıcaklıklarda fazla, düşük sıcaklıklarda azdır.
Sıcaklık
Erime sıcaklığı
Yayınmanın katkısı(Atomların bir araya gelmesi)
r ≥ rc olan çekirdekler için
net çekirdeklenme hızı (iki eğrinin çarpımı)
Sıvı fazın dengesizliğinin katkısı
(Çekirdek sayısında artma eğilimi)
Birim zamanda oluşan
çekirdek sayısı
Çekirdeklenme hızı
(Kararlı çekirdekler için)
xBüyüme ve Dönüşüm hızı
• Büyüme: Tamamen yayınmanın etkisinde çekirdeklerin büyümesi
şeklinde olur.
• Dönüşüm hızı; çekirdeklenme ve büyüme hızlarının çarpımıdır.


G; Büyüme hızı
H; Toplam
dönüşüm
hızı

H

N; Çekirdeklenme
hızı
Hız
G  Ce

Q

RT

 H  NxG
Oluşan rc yarıçaplı çekirdeklerin büyümesi için de atomların yayınması gerekir ve
bu çekirdeklerin büyüme hızı yüksek sıcaklıklarda daha yüksek tir(G’ eğrisi).
Toplam faz dönüşüm hızı çekirdeklenme hızı ve çekirdeklerin büyüme hızı eğrilerinin
çarpımına eşittir. Dönüşümün tamamlanması için gereken süre, dönüşüm hızıyla ters orantılıdır.
Dolayısıyla sıcaklık-zaman eğrisi sıcaklık- hız eğrisine benzer karakterde fakat tam ters şekilde
olacaktır.
G’ = C.e-Q/RT
Sıcaklık
Toplam dönüşüm hızı= N’xG’
Hız
• Dönüşüm başlaması ve tamamlanması, belli bir zaman
aralığında gerçekleşecektir.
• Bu nedenle dönüşüm; dönüşüm başlangıcını ve sona ermesini
ifade eden iki çizgini arasında gerçekleşir
%50 Dönüşüm
Dönüşüm miktarları
Dönüşüm
başlangıcı
Hiç Dönüşüm
Olmamış bölge
%100 Dönüşüm
Zaman, t(sn)-logaritmik skala
Bir önceki eğrinin apsisi olarak hız yerine zaman(dönüşüm zamanı)
alınırsa aşağıdaki eğri ya da ilk verilen eğri elde edilir.
Zaman Sıcaklık Dönüşüm (ZSD) diyagramı
Time Temperature Transformation (TTT) Curve
Bu diyagrama izotermal dönüşüm (Sabit sıcaklıkta dönüşüm)diyagramı
adı da verilir.
Sıcaklık
Dönüşüm başlar
T1
Dönüşüm tamamlanır
t1
Tamamlanmış dönüşüm yüzdesi
İlk gösterilen eğri
Zaman, t(Logaritmik skala)
Ötektoid çelikte ZSD(TTT),İzotermal dönüşüm diyagramı
Kaba perlit: Lamel(levhalı) yapı; levhalar arası mesafe(Serbast ferrit yolu) büyük
İnce perlit : Lamelli (levhalı) yapı;levhalar arası mesafe(Serbest ferrit yolu) küçük
Beynit :Yapı levhalı değil ferrit ve sementitin ince bir karışımı
İnce perlit
Beynit
Sertlik artar
Kaba perlit
T
Ostenit
Dengesiz ostenit
Tm
Reaksiyon Başlamamış
Kaba perlit
İnce Perlit
Sertlik 
Üst Beynit
Alt Beynit
Sürüyor
t (logaritmik skala)
Tamamlanmış
Soğuma hızı
T
Soğuma hızı=
t (logaritmik skala)
ΔT
t
Soğuma hızı
Perlit: Ferrit ve sementitin
levhalı yapısı
Beynit : Ferrit ve sementitin
ince bir karışımı
Perlitin oluşumu
oda sıcaklığına hızla soğutulmuştur.
II. 800°C'ye ısıtılan parça ani olarak 300°C'ye soğutulmuş ve burada 2 saat bekletildikten sonra oda
sıcaklığına hızla soğutulmuştur.
Bu iki ısıl işlem sonunda parçada oluşması beklenen mikroyapıları şematik olarak ayrı ayrı
çiziniz, oluşması beklenen fazları ve iç yapıdaki oranlarını ve sertlik değerlerini (Rc)
belirtiniz.
Çeliklerin ısıl işlemleri
Faz dönüşümleri
Faz dönüşümlerini ikiye ayrılır:
1. Yayınmalı dönüşümler:
2. Yayınmasız dönüşümler:
Faz dönüşümleri
Faz dönüşümlerini ikiye ayrılır:
1. Yayınmalı dönüşümler: Atomlar en kararlı halin
(min.enerji) gerektirdiği fazları oluşturmada yeterli süreye
sahiptirler. Bu fazlar faz diyagramlarında yer alan fazlardır.
a)
b)
c)
d)
2.
Kaba perlit (coarse pearlite)
İnce perlit (fine pearlite)
Üst beynit (upper bainite)
Alt beynit (lower bainite)
Yayınmasız dönüşümler: Atomlar düşük enerjili kararlı
fazları oluşturacak yeterli sürelere sahip değillerdir. Bu
nedenle faz diyagramlarında rastlanmayan yarı kararlı veya
kararsız fazlar oluştururlar.
a)
Martenzit
1. Yayınmalı dönüşümler:
Ötektoit Çelik
T
+g
g+Fe3C
Kaba perlit
g+P
İnce Perlit
g+B
Üst Beynit
Alt Beynit
Reaksiyon
Başlamamış
Sürüyor
t (logaritmik skala)
Tamamlanmış
Perlit
Dengesiz ostenit
Ostenit
Yayınmalı dönüşüm 1: Perlit
Kaba Perlit (coarse pearlite):
– Tabakalar (lameller) halinde
dizilmiş iri  ve Fe3C fazlarından
oluşur.
– Nispeten yumuşaktır.
– Yüksek dönüşüm sıcaklıklarında
oluşmaktadır, dolayısıyla
çekirdeklenmesi yavaş büyümesi
ise hızlı olarak gerçekleşir.
 (Ferrit)
Fe3C
Yayınmalı dönüşüm 1: Perlit
İnce Perlit (fine pearlite):
– İnce  ve Fe3C tabakalarının
(lamellerin) istiflenmesi ile
oluşan yapıdır.
– Daha serttir.
– Düşük sıcaklıklarda dönüşüm
sonucu oluşur (çekirdeklenme
hızı yüksek). Kaba yapıta göre
daha serttir.
 (Ferrit)
Açık renk
Fe3C
Yayınmalı dönüşüm 2: Beynit
Üst Beynit (Upper bainite):
– Ferrit matris içinde dağılmış
sementit tanelerinden
ibarettir.
– Düşük dönüşüm
sıcaklıklarında oluştuğundan
tabakalı yapı oluşturulamaz.
– Perlitle aynı kimyasal
bileşime sahip fakat daha
serttir.
 (Ferrit)
Matris
Fe3C
Yayınmalı dönüşüm 2: Beynit
Alt Beynit (lower bainite):
–Dönüşüm sıcaklıkları daha
da düşüktür. Böylece
büyüme imkanı bulamamış
ve ferrit içine dağılmış çok
ince ve sık dağılımlı
sementit taneleri oluşur.
–Ancak elektron
mikroskopunda görülebilir.
Çok daha sert bir yapıdır.
 (Ferrit)
Açık renk
Fe3C
Koyu tanecikler
Ötektoit altı çelik
T
Ostenit
Dengesiz ostenit
+g
g
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt Beynit
Martenzit
t (logaritmik skala)
+Fe3C
g+Fe3C
Ötektoit Çelik
g
T
+g
Ostenit
g+Fe3C
Kaba perlit
Dengesiz ostenit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt Beynit
Ms
Mf
Martenzit
t (logaritmik skala)
+Fe3C
Ötektoit üstü çelik
T
Ostenit
+g
g
g+Fe3C
Dengesiz ostenit
Kaba perlit
İnce Perlit
Üst Beynit
Alt Beynit
Ms
Mf
Martenzit
t (logaritmik skala)
+Fe3C
2. Yayınmasız dönüşüm:
Yayınmasız dönüşüm: Martenzit
Kararlı fazların oluşması için gereken
yayınmanın olmaması durumlarında
dönüşüm kararsız olarak gerçekleşir.
Bu değişim yayınmasız olmasından
dolayı zamandan bağımsızdır ve iki
yatak çizgi şeklinde gösterilir.
Soğumanın kritik bir hızın üzerinde
olması durumunda ostenit faz
martenzit faza dönüşür.
İğnemsi yapı
(Optik mikroskopta
Kritk soğuma hızı
• Yayınmalı veya yayınması
dönüşüm olacağını
belirleyen parametre
soğuma hızıdır.
• Soğumanın kritik bir hızın
üzerinde olması durumunda
ostenit martenzite dönüşür.
• Daha yavaş soğuma
hızlarında yayınma
gerçekleşir ve soğuma hızına
bağla olarak yayınma perlit
veya beynit oluşabilir.
Kritik soğuma hızı
Martenzit
başlangıç
sıcaklığı
Martenzit
bitiş
sıcaklığı
Martenzit
• Fakat hızlı soğumada C, yayınma (difüzyon) için zaman bulamaz
ve ferrit içerisinde hapis olur.
• Yayınamayan C atomları hacim merkezli kübik yapıyı gererek
hacim merkezli tetragonal yapıya dönüşmesine sebep olur.
• Bu yapıya martenzit adı verilir.
• Çok serttir ve iğnemsi bir görünüşe sahiptir.
Yayınmasız dönüşümler-Martenzitik yapılar
HMK Ostenit (γ)
YMK ferrit(α) allotropik dönüşümü
yavaş soğumada karbon atomunun kafesten yayınması sonucu
kolaylıkla oluşur .Ancak hızlı soğumada C kafesten yayınamadan
kafes soğur ve C yayınamadan kafeste hapsolur ve HMK α kafesini zorlar ve
HM Tetrogonal hale getirir.Bu nedenle Kafeste iç gerilmeler de doğar.
Bu olay aniden olur yani
YMK Ostenit kafesi yayınmasızdır.
HMT kafes
Fe
Martenzitin kafesi
HM Tetrogonal
C
DİKKAT: Çelikte Karbon içeriği arttıça c/a artar, buna bağlı olarak sertlik artar
c/a = Tetrogonalite
Martenzitin iğneli iç yapısı (İçinde çözebileceği miktardan
daha fazla karbon bulunduran ,bu nedenle kararsız ve iç
gerilmeli olan ferrit yapısı) - α’ adı da verilir. Kararsız yapı
Su verme (Quenching)
•Amaç tamamen martenzitik bir yapı (very hard but brittle) elde
etmektir.
•Bu amaçla önce çelik ostenit bölgesinde en az 1 saat ısıtılır:
• Ötektoid altı çelikler için: A3 + 30-50oC
•Ötektoid üstü çelikler için: Acm + 30-50oC
•Daha sonra, Mf in altındaki sıcaklıklara, kritik soğuma hızlarının
üzerindeki değerlerde hızlı soğutma yapılırsa yapı tamamen
martenzite dönüşür (quenching).
Su verme – çeliğin ostenit bölgeden kritik soğuma sıcaklıklarının
üzerindeki hızlarda ani olarak soğutulması işlemidir. Eğer Mf in
altındaki sıcaklıklara ani soğutma söz konusu ise yapı tamamen
martenzite dönüşür. Aksi halde ani soğutma sırasında eğer ZDS
eğrileri kesilmiyorsa yapı dengesiz ostenit halinde bulunuz.
A3
+g
Acm
g
g+Fe3C
A1
+Fe3C
“Critical Cooling rate”.
ZSD diyagramaları üzerinde iki ayrı soğutma yöntemi ve
bunları temsil eden eğriler uygulanarak dönüşüm
gerçekleştirilebilir.
1. Sürekli soğuma ile dönüşüm (Continuous cooling
curve)
2. İzotermal soğuma ile dönüşüm (isothermal curve)
TTT Diagrams
Sürekli soğutma eğrisi
boyunca dönüşüm
İzotermal eğri
boyunca dönüşüm
Isothermal annealing for fully pearlitic structure.
Ferrite + Perlite for hypoeutectoid steels
or
Perlite + Cementite for hypereutectoid steels
İzotermal dönüşüm için
Sürekli soğuma için eğri
İzotermal dönüşüm için ZSD
eğrisi, özellikle yüksek
sıcaklıklarda bir miktar sola
doğru kayar. Bunun nedeni
sürekli soğumada ısıl
aktivasyon azalan sıcaklıkla
sürekli azalacak olmasıdır.
Bu durum atom hareketlerinin yavaşlaması ve dönüş için gereken
sürenin artmasıyla sonuçlanır.
Öte yandan yüksek sıcaklıklarda ki izotermal dönüşüm de
dönüşüm sırasında ısıl aktivasyon sürekli etkin kalacaktır.
Ötektoid çeliğin ZSD (İzotermal dönüşüm)
diyagramında Martenzit yapısı
Ötektoid çeliğin Sürekli soğuma dönüşüm(CCT) diyagramı
Ötektoid üstü çeliğin TTT(ZSD) İzotermal dönüşüm diyagramı
Ötektoid altı çeliğin ZSD(TTT) İzotermal dönüşüm diyagramı
Martemperleme:Yapı temperlenmiş martenzit
Sıcaklık
Yüzey
Merkez
Temperleme sıcaklığı
Ms
Dönüşüm
Martenzit
Zaman
Temperlenmiş
Martenzit
Temperlenmiş martenzit yapısı (α + Fe3C)
Ostemperleme : Yapı alt beynit
Ötektoid çelikte ısıl işlem safhaları: PROBLEM
1.Çelik γ sahasından aniden 500o C ye soğutuluyor.
2.Bu sıcaklıkta 5 saniye tutuluyor(x noktası).
3.Bundan sonra aniden 250oC ye soğutuluyor(Y noktası)
i –Çelik 250oC sıcaklıkta 1 gün tutulursa(z noktası) ve oda sıcaklığına soğutulursa yapı ne
olur?
ii- Eğer çelik x noktasından oda sıcaklığına aniden soğutulursa yapı ne olur ?
Yapılar:
-Y de γ+ince Ρ
-Z de B+ince P
-C de M+inceP
γ
(kararsız)
500oC
P
γ+Ρ
x
B
y
z
Ötektoid çeliğin ZSD (İzotermal dönüşüm)
diyagramında Martenzit yapısı
Kaba perlit
x
(a)
y
(C)
İnce P+ M
İnce perlit
Beynit
z
(b)
İnce P + B
Özet
Ostenit
Ostenit
Ostenit
Yavaş
Soğuma
Perlit (+Fe3C)
Yayınmalı
İzotermal
Dönüşüm
Beynit (+Fe3C)
Yayınmalı
Çok hızlı
Soğuma
Yayınmasız
Martenzit (tekfaz)
Çeliklerin mekanik
özellikleri iç yapılarıyla
doğrudan alakalıdır.
– Ferrit
– Kaba Perlit
– İnce Perlit
Sertlik 
– Üst beynit
– Alt beynit
– Martenzit
Kırmızı çizgi; çeliği ostenit sıcaklıktan 600oC ye hızla
soğutulduğunu, bu sıcaklıkta 102 s tutulduğunu ve daha sonra oda
sıcaklığına soğutulduğunu göstermektedir. Perlit başlangıç ve bitiş
çizgileri kesildiği için çelik %100 perlitik bir yapıya sahip olacaktır.
Figure 12.9 Producing complicated structures by interrupting the isothermal heat
treatment of a 1050 steel.
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Çeliğe ait ısıl işlemler
1. Sürekli soğuma ile uygulanan ısıl işlemler
–
–
–
–
Yumuşatma
Normalizasyon
Temperleme
Martemperleme
2. İzotermal dönüşüm ile uygulanan ısıl
işlemler
– Ostemperleme
– İzotermal tavlama
g
Kritik
soğuma hızı
Yumuşatma
Tavı
Normalizasyon
Ms
Su Verme
İnce perlit
Martenzit
Perlit +
Martenzit
Mf
Kaba perlit
TTT Diagrams
Sürekli soğutma eğrisi
boyunca dönüşüm
İzotermal eğri
boyunca dönüşüm
Isothermal annealing for fully pearlitic structure.
Ferrite + Perlite for hypoeutectoid steels
or
Perlite + Cementite for hypereutectoid steels
Yumuşatma (Annealing)
• Çelikte, en yumuşak durumu elde etmek
amacıyla uygulanan ısıl işlemdir.
• Bu işlemde amaç, tamamen kaba perlite
dönüştürmektir.
• Kaba taneli yapı ostenit bölgesinden fırın
içerisinde kontrollü olarak soğutma ile elde
edilebilir.
Normalizasyon (Normalization)
• İç yapıda ince taneli perlit oluşturarak dayanım
ve tokluk artışını birlikte sağlamak amacıyla
(çeliklere) uygulanır.
• İnce taneli yapı, ostenit bölgesinden havada
soğutma ile elde edilebilir.
Temperleme
• Temperleme sırasında, ısıl aktivasyon ile yarı kararlı martenzit
içerisinde sıkışmış bulunan C atomları kafesi terketmeye başlar
ve yapı ince dağılımlı ferrit-sementitten oluşan daha kararlı bir
yapıya dönüşür.
• Böylece, kafes çarpılması ve dislokasyon yoğunluğu azalır ve
yapı yumuşar.
• Yapıda tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak sertlikte
azalma yani yumuşama olur.
• Bu değişim parametrelerin kontrolü ile kontrol edilebilir.
Dolayısıyla çeliğin sertliği istenilen değerlere ayarlanabilir.
• Temperleme ile su vererek elde edilen gevrek ve yüksek
dayanımlı yapı, daha düşük dayanımlı ve yüksek toklukta
malzemeye dönüştürülebilir.
Martemperleme (Martempering)
T
yüzey
merkez
Temperleme sıcaklığı
• Martenzit oluşumu sırasında
çatlama ve kırılma risklerini
azaltmak amacıyla ostenit
bölgesinden martenzit
başlangıç sıcaklığının hemen
üzerinde ani olarak soğutulur.
• Bu sıcaklıkta iç ve yüzey
sıcaklıkları eşitlenecek ve
beynit oluşum sıcaklığına
girmeyecek şekilde bekletilir
ve sonra tekrar su verilir.
t (logaritmik skala)
Ostemperleme (Austempering)
T
yüzey
merkez
t (logaritmik skala)
• Yapının %100 alt beynite
dönüştürülmesi için yapılan
ısıl işlemdir.
• Ostenit sıcaklığına ısıtılan
malzeme martenzit oluşum
sıcaklığının üzerinde bir
sıcaklığa su verilir.
• Daha sonra yeterince uzun
süre bekletileren dengesiz
ostenit %100 beynite
dönüştürülür.
Not: Karbonlu çeliklerde beynit, sürekli
soğutma ile elde edilemez. Beynit elde
etmek için izotermal soğutma gereklidir.
İzotermal tavlama (Isothermal annealing)
T
• Çeliğin tamamen kaba perlitik
bir yapıya dönüştürülmesi için
yapılan izotermal işlemdir.
• Önce ostenit bölgesinden
İzotermal
dönüşüm sıcaklığına ani
tavlama
soğutma yapılır ve bu
sıcaklıkta eğriyi kesecek
şekilde beklenir.
• Dönüşüm sonrası oda
Ostemperleme
sıcaklığına soğutulur.
t (logaritmik skala)
(a) Üst beynit, (b) Alt beynit
Osforming
Bir tür termomekanik ısıl işlemdir. Malzeme A1 sıcaklığının
altında ostenit bölgesinde plastik deformasyon ile şekillendirilir.
Daha sonra beynit veya martenzit oluşacak şekilde soğutulur.
The bay area obtained by alloying
• İlk öncw gwniş dengesiz ostenit
alanına kadar ani olarak soğutulur,
• Daha sonra bu bölgede perlit
oluşumuna izin vermeyecek
sürede plastik deformasyona
maruz bırakılır.
En sonunda
• Oda sıcaklığına ani olarak
soğutulursa martenzit oluşur.
• Yavaş soğutulursa beynit
oluşur.
Islah Etme - Menevişleme (Temperleme)
T
merkez
yüzey
Temperleme sıcaklığı
t (logaritmik skala)
• Kırılgan Martenzit iç
yapının, daha tok ve hala
yüksek dayanımlı iç yapıya
dönüştürülmesi ısıl işlemidir.
• Ostenit sıcaklıktan su verilen
iç yapıda martenzitler oluşur.
• Daha sonra bu malzeme
temper sıcaklığına ısıtılarak
martenzit temper yapıya yani
ince taneli ferritik-perlitik
bir yapı dönüştürülür.
Su verme
• Yapıda başka bir faz oluşumuna imkan vermeden %100
martenzit oluşturmak amacıyla uygulanır.
• Ostenit bölgesinden ani olarak soğutma ile elde
edilebilir.
• Soğuma hızının kritik soğuma hızı olarak adlandırılan
kritik değerden daha büyük olması gerekir.
• Kullanımı için temperlenmesi gerekebilir.
Su verme – çeliğin ostenit bölgeden kritik soğuma sıcaklıklarının
üzerindeki hızlarda ani olarak soğutulması işlemidir. Eğer Mf in
altındaki sıcaklıklara ani soğutma söz konusu ise yapı tamamen
martenzite dönüşür. Aksi halde ani soğutma sırasında eğer ZDS
eğrileri kesilmiyorsa yapı dengesiz ostenit halinde bulunuz.
•Bu amaçla önce çelik ostenit bölgesinde en az 1 saat ısıtılır:
• Ötektoid altı çelikler için: A3 + 30-50oC
•Ötektoid üstü çelikler için: A1 + 30-50oC
•Daha sonra, Mf in altındaki sıcaklıklara, kritik soğuma hızlarının
üzerindeki değerlerde hızlı soğutma yapılırsa yapı tamamen
martenzite dönüşür (quenching).
Sertleşebilirlik (Sertleşme kabiliyeti)
(hardenability)
• Çeliklerde soğuma hızı (su verme-quenching) arttıkça,
sertlik artar.
• Parçalar kalınlık arttıkça, iç kısımlar martenzit oluşumu
için gereken kritik soğuma hızlarına ulaşılamayabilir.
• Sadece kritik soğuma hızından daha yüksek hızlarda
soğuyan bölgelerde martenzit oluşur.
• Bu nedenle iç ve dış kısımlarda önemli sertlik farkları
olabilir.
• “Sertleşme kabiliyeti”, malzemenin sertleştirme işlemi
esnasında ne kadar derine sertleşebildiğinin gösteren bir
kavramdır.
Sertleşebilirlik
• C oranı düştükçe burun sola kayar ve belli bir değerde
martenzit oluşumu için gereken hıza pratik olarak
ulaşmak mümkün olmaz.
• Pratikte %0.25 tan az olan çeliklere su verilmez.
• Çünkü, orta kısımları hale yumuşak kalma problemi
yaşanır.
• Büyük parçaların orta kısımlarının dahi sertleşebilmesi
için çeliğin kritik soğuma hızının düşürülmesi diğer bir
değişle eğrinin sağa doğru kaydırılması gerekir.
• Bu, çeliğin Cr, Mo, V vs, gibi alaşım elementleri ile
alaşımlandırılması sonucu sağlanabilir.
Sertleşebilirlik
• Mesafeye bağlı olarak sertlik değerinde azalma
görülür.
• Mesafenin artması ile yüksek sertlik değerleri gösteren
malzemelerin sertleşme kabiliyetleri daha iyidir.
• Soğuma hızı çok arttırıldığında ise çatlama riski doğar.
• Bu nedenle Cr, Mo, V, gibi bazı alaşım elementleri
katılarak sertleşebilme kabiliyetleri arttırılır.
• En iyi sertleşebilirliği 4340 göstermektedir.
Su vermede çatlak oluşumu
• Yapıda %100 martenzit oluşturmak ostenit bölgesinden
kritik soğuma hızı değerinden daha hızlı olarak
soğutulması.
• Yüzey ve iç bölgelerdeki yüksek sıcaklık farkı oluşur.
• Daha soğuk olan yüzey kendini çeker fakat halen sıcak
olan iç bölgeler daha hala yüksek hacme sahiptir.
• Bu nedenle yüzeyde çekme gerilmeleri oluşur.
• Çarpılma veya çatlama/kırılmalar meydana gelebilir.
• Eğer..............................ise çatlamalar ve kırılmalar olur.
Su verme çatlakları (Quench cracks)
Genleşme
Martenzit
Martenzit
Çekme
Gerilmesi
γ  Martenzit
Çekme
Gerilmesi
Çatlaklar
Jominy deneyi
• Sertleşme kabiliyeti Jominy deneyi ile ölçülür.
• Ostenit sıcaklığına kadar ısıtılan numune bir ucundan
soğuk su ile soğutulur.
• Ucundan itibaren soğuma hızı mesafeye bağlı olarak
azalır.
• Numune, uç kısmından itibaren sertlik değerleri
ölçülür.
Çeliklerin sertleşme kabiliyetlerini ölçmek için kullanılan deney
Çeliklerin Jominy –Uçtan suverme deneyi
Deney parçası
Vs
Su
püskürtme
VS
Uçtan uzaklığa bağlı olarak soğuma hızlarının değişimi
Rockwell sertliği
Jominy mesafesi
(Su verilen uçtan mesafe)
Rockwell sertliği
İdeal durum
Jominy mesafesi (1/16 inch)
Martenzit: Genel kültür
(a) Lath martensite in low-carbon steel ( 80). (b) Plate martensite in high-carbon steel ( 400).
Tempered martensite in steel ( 500).
İç yapılar: Genel kültür
(a) perlit, (b) beynit, (c) temperlenmiş martenzit
Soğuk şekil verme
• Sıcaklığın Tb<0.2 olduğu sıcaklıklarda plastik şekil
değişimi işlemidir.(haddeleme, ekstrüzyon, vs.)
• Soğuk ş.ds dislokasyon yoğunluğu önemli miktarda
artar. (metal en yumuşak halinde iken yapısında 1010
m/m3, soğuk şekil değiştirmiş haldeyken ise yapısında
1016m/m3)
• Taneler soğuk ş.d. yönünde uzama gösterirler.
% SŞD 
Ao  A f
Ao
x % 100
• Soğuk ş.d. Sırasında pekleşme ile dayanım ve
sertlik artar süneklik ve elektrik iletkenliği azalır,
iç gerilmeler artar.
• Belirli bir oranın üzerine çıkılması ile mikro çatlak
oluşumu ve hasar meydana gelebilir.
Tanımlar
1.Soğuk Şekil verme
Pekleşme nedeniyle sertlik artışı oluşur
Haddeleme
%S.Ş.V. = (A0-Af)/A0
A0
Eş eksenli taneler
Af
Uzamış taneler
A0
Af
Tel çekme veya boru çekme
• Malzemeyi hasara uğratmadan daha fazla
plastik şekil değişimi yapabilmek için
deformasyon öncesi düşük dislokasyon
yoğunluğuna sahip yumuşak yapıya dönülmek
isteniyorsa......
Yumuşatma tavlamaları (Process Annealing)
• Soğuk şekil değiştirme (Tb < 0.2) ile dayanımı ve
sertliği artmış, sünekliği ve elektrik iletkenliği
azalmış metalin soğuk şekil değişiminden önceki
yapısını tekrar kazandırmak için uygulanan ısıl
işleme “yumuşatma tavlamaları” adı verilir.
Yumuşatma Tavında
• Yumuşatma Tavı sırasında tav sıcaklıklarına
bağlı olarak farklı aşamalar görülebilir:
– Toparlanma
– Yeniden kristalleşme
– Tane irileşmesi
Yumuşatma tavlamaları (ProcessAnnealing)
Tane büyüklüğü
Tb
0.2
0.4
0.6
Dislokasyonlar düzenlenir yoğunluğu aynı kalır
Bu nedenle mukavemet azalmaz ama elektronlar
Kolay hareket edebildiğinden elektrik iletkenliği artar.
Dis yoğ. düşük olan yeni taneler oluşur
Dis. yoğ azaldığı için mukavemet azalır,süneklik artar.
-Toparlanma
-Yeniden kristalleşme
-Tane irileşmesi
Toparlanma
Yeniden kristalleştirme tavı
Yeniden kristalleşme
Tane irileşmesi
Toparlanma
• İç yapıda önemli ölçüde değişiklikler olmaz. (0.2 < Tb
< 0.4)
• Tane içlerinde noktasal kusurların azalması ve
dislokasyonların daha düşük iç enerji oluşturacak
şekilde yeniden dizilmesi (poliganizasyon) için termal
aktivasyon için yeterli sıcaklık vardır.
• Dislokasyonların dizilmesi ile alt taneler oluşur.
• Bu alt taneler YK sırasında oluşan gerçek taneler için
çekirdekler görevi görür.
• Mekanik özelliklerden önemli bir değişme olmaz.
Fakat elektrik iletkenliği önemli ölçüde artar.
Dislokasyonların düzenlenmesi
ile oluşan “Alt taneler”
Yeniden kristalleşme
• Sıcaklığın atomsal hareketler için gereken
aktivasyonu sağlayacak şekilde olması ile (0.4 < Tb
< 0.6) gerçekleşir.
• Artan sıcaklık ile atomlar daha düşük enerjili
bölgelere hareket etme imkanı bulur.
• Soğuk ŞD ile oluşan iç yapıda yeni eş eksenli ve iç
gerilmesiz küçük tanelerin çekirdeklenip büyümesi ile
bütün yapı küçük yeni taneler ile kaplanır.
Yeniden kristalleşme sıcaklığı: Malzemenin en az
yarısının 1 saat içinde Y.K.si için gereken
sıcaklıktır.
–Soğuk Ş.D. miktarı (%CW) arttıkça yeniden kristalleşme
ile oluşan tane boyutu küçülür.
–Soğuk Ş.D. miktarı (%CW) arttıkça yeniden kristalleşme
sıcaklığı azalır.
– Bunun sebebi; YK için gereken enerjinin bir bölümünün
depolanan mekanik enerji tarafından sağlanmasıdır.
Dolayısıyla ısıl enerji katkısı böylece azalır, YK daha
düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir.
– YK nın gerçekleşebilmesi için malzeme kesitinde
mutlaka soğuk şekil değiştirmenin bulunması gerekir
(%5-10).
Tane büyümesi
• Yeniden kristalleşme ile oluşan ve soğuk Ş.D. ye
nazaran daha kararlı (düşük enerjili) iç yapının,
yüksek sıcaklıkta tutulmaya devam etmesi tanelerde
zamanla büyümesine denir.
• Tane büyümesine sebep olan itici güç: yüksek enerji
bölgeleri olan tane sınırlarının azaltılıp iç enerjini
düşürülmesi eğilimidir. Malzeme sonuçta sadece bir
büyük tane şeklinde olup min enerjiye sahip olmak
eğilimi gösterir.
Yeniden kristalleşme sıcaklığı, artan soğuk şekil verme
miktarıyla giderek azalır(hafifçe)
Örnek: Genel kültür
Prinçte; (a) soğuk ş.d. Yapı, (b) yeni tanelerin görülmesi, (c) yeni tanelerin
oluşumu, (d) Y.K tamamlanması, (e) Tane büyümesi
Çökeltme sertleşmesi
• İç yapıda, dislokasyon hareketlerini engelleyerek
dayanımın artmasına sebep olan çok küçük ve sert
ikinci fazların çökeltilmesi işlemidir.
Çökeltme sertleşmesinde adımlar
1.
2.
3.

Çözündürme işlemi (solution treatment): Malzeme tek faz
bölgesine ısıtılarak çökelecek olan sert 2. faz, tek faz içerisinde
tamamen çözülür.
Ani soğutma (Quenching): Oda sıcaklığına ani soğutma ile 2.
fazın çökelmesi engellenir ve aşırı doymuş katı çözelti elde
edilir.
Yaşlandırma işleminde; aşırı doymuş katı çözelti, çözündürme
sıcaklığından daha düşük olan yaşlandırma sıcaklığına tekrar
ısıtılarak çok küçük bağdaşık (koherent) 2. faz tanecikleri
çökeltilir. (Bu çökeltiler dislokasyonlara engel teşkil ederek
malzemenin dayanımını arttırır).
Aşırı yaşlanma: çökelmelerin çok büyüyerek bağdaşıklığın
(koherentliğin ) kaybolması (bu durum istenmez).
• Tipik bir yapay yaşlandırma ısıl işleminin
şematik gösterimi.
T
Tek faz;  bölegesinde
tamamen çözme işlemi

Yapı içerisinde küçük
çökeltiler oluşturulur
tyaşlandırma
+
Zaman
Bileşim
• Yaşlandırma işleminde; yaşlandırma sıcaklığı oda
sıcaklığında gerçekleşiyorsa, buna doğal yaşlandırma
(natural aging), seçilen bir sıcaklıkta fırın içerisinde
gerçekleşiyorsa yapay yaşlandırma (artificial aging)
adı verilir.
İç yapı
• Çökeltmenin ilk aşamasında, çok küçük koherent–GP
bölgeler (Guinier preston zones) oluşur,
• GP bölgeleri genelde dislokasyon altındaki boşluklarda
çekirdeklenir (sistemin enerjisini düşürmek için) ve
dislokasyon hareketlerini engeller.
• Bu bölgeler, daha büyük bağdaşık (koherent)
çökeltilere dönüşür. Bağdaşık çökeltiler kafesi aşırı
gererek dayanım artışı oluştururlar.
• Daha sonra sıcaklığın veya zamanın gerekenden yüksek
tutulması halinde tane büyümesi gerçekleşir. Dayanım
düşmeye başlar.
Çökelme sertleşmesi(Yaşlandırma)
Yavaş soğuma halinde oda sıcaklığındaki yapı
yanda
Yavaş soğuma
Çökelme sertleşmesi(Yaşlandırma)
1.Çözeltiye alma
%100 K katı çözeltisi
(suverme nedeniyle
oda sıcaklığında da
mevcut kalır.
2.Suverme
Denge
yapısı
3.Yaşlandırma
K nın tane sınırlarında
kaba θ fazı
Zaman
tanelerin içinde
İnce dağılmış Θ fazı
Yaşlanma zamanına göre sertliğin değişimi
Aşırı yaşlanma(Overaging)
yaşlanma
Sertlik
Yaşlandırma Sıcaklığı ve Süresinin Sertliğe Etkisi
T2
T3
T1
T4
Aşırı
yaşlanma
T1 < T2 < T3 < T4
 Zaman
Aşırı yaşlanma


• Aşırı büyüme: Çökeltilerin çok
büyümesi ile oluşan gerilmeler
artık taşınamaz ve bağdaşıklık
sona erer.
• Çökeltinin sertleştirme etkisi
azaltır.
• Yeterince uzun süre
beklendiğinde ilk yapıya geri
dönülür.
Sertlik
Bağdaşık tane
oluşumu
GP Bölgesi
oluşumu
Bağdaşık çökelti

Aşırı
yaşlanma
Bağdaşıklığın
kaybolması

Zaman
Koheran faz = Guinier-Preston bölgesi
Dislokasyon hareketine en büyük engeli oluşturur.Sertlik eğrisinin
maksimumundaki yapı. Daha sonra koheran kafes yok olur ve çökelek
büyür(Overaging) ve sertlik azalır.
• Yaşlandırma ısıl işleminde sürenin iç
yapıya ve dolayısıyla malzeme
özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.
Sıcaklık
,
max
(1)
(1)
0.2
(2)
(2)

(3)
 %B
(3)
Zaman
 Zaman
DİĞER BAZI ISIL İŞLEMLER
Homojenleştirme
• Döküm sonrası tane içerisinde nispeten hızlı soğumanın
sebep olduğu kimyasal bileşim farklılıkları olabilir.
• Bu farklılıkların ortaya çıkardığı bölgelere segregasyonlar
denir.
• Bu durum malzemelerin mekanik özelliklerini olumsuz
olarak etkileyebilir.
• Bu durumu ortadan kaldırmak için malzemeyi erime
sıcaklığının altında uzun süre tavlamak ve böylece
yayınma mekanizması ile kimyasal bileşim homojen
hale getirme işlemi- homojenleştirme uygulanır.
• Fazlarla segregasyonlar ayrı şeylerdir. Fazlar etkilenmez
sadece faz içlerindeki segregasyonlar ortadan kalkar.
Gerilme giderme
• Kaynak, döküm, kısmi plastik şekil verme gibi bazı
üretim yöntemleri sonrası yapıda artık gerilmeler
oluşur.
• Bunlar mekanik özellikleri olumsuz etkileyebilir.
• Bunu azaltmak için Al da 400oC, ve çelikte 500oC
civarında ısıtılarak (sıcaklık arttıkça akma dayanımı
düşer) yapı içindeki elastik atrık gerilmelerin
oluşturduğu elastik şekil değişimi plastik şekil
değişimine dönüştürülür.
• Böylece artık gerilme seviyesi zararsız düzeylere
indirilebilir.
Zaman - Sıcaklık – Dönüşüm (TTT) Problemleri:
Download

MAL201Faz-DemirKarbon