| Sıra | DOSYA ADI | Format | Bağlantı |
|---|---|---|---|
| 01. | Faz Dönüşümleri | ppt | Sunumu İndir |
Transkript
Faz dönüşümleriFaz 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) Kaba perlit (coarse pearlite)b) İnce perlit (fine pearlite)c) Üst beynit (upper bainite)d) Alt beynit (lower bainite)2. 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
• 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)Çelik için önemli sıcaklıklar
+Fe3C++Fe3CA1A3AcmA1, A3 ve Acm sıcaklıklarıA2: Manyetikliğin kaybolduğu Curie sıcaklıdır: 769oC.
t (logaritmik skala)TKaba perlitİnce PerlitÜst BeynitAlt BeynitDengesiz ostenitOstenitMartenzitMsMfÖtektoit Çelik+ +Fe3C+Fe3C
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).
t (logaritmik skala)TyüzeymerkezTemperleme sıcaklığı• 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.Menevişleme (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.Temperleme
Bazı alaşım elementleri ikincil temper sertleşmesine sebep olabilirler. Sebebi belirli sıcaklıkta karbürlerin çökelmesidir.Sıcaklık (oC)SertlikHavadaYağdaSuda
Çeliğe ait ısıl işlemler1. Sürekli soğuma ile uygulanan ısıl işlemler– Yumuşatma– Normalizasyon– Temperleme– Martemperleme2. İzotermal dönüşüm ile uygulanan ısıl işlemler– Ostemperleme– İzotermal tavlama
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.
Yumuşatma TavıNormalizasyonSu VermeKaba perlitİnce perlitPerlit +MartenzitMartenzitMsMfKritik soğuma hızı5 oC/Sn40 oC/Sn140oC/Sn
• Ostenit sıcaklığında ne kadar uzunlukta tutmak gerekir?
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)Martenzitγ MartenzitÇatlaklarMartenzitGenleşmeÇekmeGerilmesiÇekmeGerilmesi
t (logaritmik skala)T yüzeymerkezTemperleme 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.Martemperleme (Martempering)
t (logaritmik skala)TyüzeymerkezOstemperleme (Austempering)• 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.
Martenzit: Genel kültür(a) Lath martensite in low-carbon steel ( 80). (b) Plate martensite in high-carbon steel ( 400). Tempered martensite in steel ( 500).
(a) perlit, (b) beynit, (c) temperlenmiş martenzitİç yapılar: Genel kültür
(a) Üst beynit, (b) Alt beynit
(a) White cast iron prior to heat treatment.(b) Ferritic malleable iron with graphite nodules and small MnS inclusions.(c) Pearlitic malleable iron drawn to produce a tempered martensite matrix. (d) Annealed ferritic ductile (nodular) iron. (e) As-cast ferritic-pearlitic ductile iron. (f) Normalized pearlitic ductile iron.Uygulama
TTT DiagramsIsothermal annealing for fully pearlitic structure.Ferrite + Perlite for hypoeutectoid steelsorPerlite + Cementite for hypereutectoid steelsİzotermal eğri boyunca dönüşümSürekli soğutma eğrisi boyunca dönüşüm
İzotermal tavlama (Isothermal annealing)t (logaritmik skala)Ostemperlemeİzotermal tavlamaT• Çeliğin tamamen kaba perlitik bir yapıya dönüştürülmesi için yapılan izotermal işlemdir. • Önce ostenit bölgesinden dönüşüm sıcaklığına ani soğutma yapılır ve bu sıcaklıkta eğriyi kesecek şekilde beklenir.• Dönüşüm sonrası oda sıcaklığına soğutulur.
Osforming• 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.The bay area obtained by alloyingBir tür termomekanik ısıl işlemdir. Malzeme A1 sıcaklığının altında ostenit bölgesinde plastik deformasyon ile şekillendirilir. Daha sonra beynit veya martenzit oluşacak şekilde soğutulur.
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.
• 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
• 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.Jominy deneyi
Jominy numunesiSu
Soğuma hızı0Soğuma hızı-mesafe değişimiJominy mesafesi(Su verilen uçtan mesafe)
Jominy mesafesi(Su verilen uçtan mesafe)Rockwell sertliği
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.
Jominy mesafesi (1/16 inch)Rockwell sertliğiİdeal durum
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.
%100 x AAAŞDS%ofo • 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.
• Malzemeyi hasara uğratmadan daha fazla plastik şekil değişimi yapabilmek için deformasyon öncesi düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip yumuşak yapıya dönülmek isteniyorsa......
Yumuşatma tavı (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 tavlaması” adı verilir.
Yumuşatma Tavında • Yumuşatma Tavı sırasında tav sıcaklıklarına bağlı olarak farklı aşamalar görülebilir:– Toparlanma– Yeniden kristalleşme– Tane irileşmesi
DayanımSüneklikSertlik.Tane büyüklüğüKalıntı gerilmelerElektrik iletkenliğiYeniden kristalleşmeToparlanmaTane büyümesiYumuşatma tavı (ProcessAnnealing)0.2 0.40.6Tb
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.
Prinçte; (a) soğuk ş.d. Yapı, (b) yeni tanelerin görülmesi, (c) yeni tanelerin oluşumu, (d) Y.K tamamlanması, (e) Tane büyümesiÖrnek: Genel kültür
Çökelme sertleşmesi• İç yapıda, dislokasyon hareketlerini engelleyerek dayanımın artmasına sebep olan çok küçük ve sert ikinci fazların çökeltilmesi işlemidir.
1. Çözündürme işlemi (solution treatment): Malzeme tek faz bölgesine ısıtılarak çökelecek olan sert 2. faz, tek faz içerisinde tamamen çözülür. 2. Ani soğutma (Quenching): Oda sıcaklığına ani soğutma ile 2. fazın çökelmesi engellenir ve aşırı doymuş katı çözelti elde edilir.3. 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).Çökeltme sertleşmesinde adımlar
Denge mikroyapısı İçerisinde taneleriTek faz; bölegesindetamamen çözme işlemiSu verme: ani soğutmatyaşlandırmaYapı su verme: ile korunduYapı içerisinde küçük çökeltiler oluşturulur+BileşimZamanT
• Yaşlandırma işleminde; yaşlandırma sıcaklığı oda sıcaklığında gerçekleşiyorsa, buna doğal yaşlandırma (natural aging), seçilen bir sıcaklıkta fırın içerisinde gerçekleşiyorsa yapay yaşlandırma (artificial aging) adı verilir.
• 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.İç yapı
+%100 (tek fazı)Denge mikroyapısı İçerisinde taneleriYavaş soğutmaZamanTBileşimYavaş soğutma
tyaşlandırmatyaşlandırma(saat)SıcaklıkSertlik
• Yaşlandırma ısıl işleminde sürenin iç yapıya ve dolayısıyla malzeme özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.
GP Bölgesi oluşumuBağdaşık tane oluşumuAşırıyaşlanmaBağdaşıklığınkaybolmasıSertlikZamanBağdaşık çökelti
• Yaşlandırma ısıl işleminde sıcaklığın malzeme özelliklerine etkisinin şematik gösterimi.
Aşırı yaşlanma ZamanSertlikT4T3T2T1T1 < T2 < T3 < T4
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.
• Tipik bir yapay yaşlandırma ısıl işleminin şematik gösterimi.
Sıcaklık %B Zaman,max0.2(1) (2)(3)(1) (2)(3) Zaman
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.
Faz Dönüşümleri
Yıl : 2009
Anahtar Kelimeler
Daha fazla görüntüle