MÜHEND ĐSL ĐK METAL ve ALA ŞIMLARI -I Doç. Dr. Halit YAZICIkisi.deu.edu.tr/halit.yazici/YapiMALI/MALZEME-I-D10-ME... · 2010-09-03 · DENGE D İYAGRAMLARI a) Kimyasal komposizyonuna,

MMÜÜHENDHENDĐĐSLSLĐĐK METAL ve K METAL ve

ALAALAŞŞIMLARIIMLARI--II

Doç. Dr. Halit YAZICI

http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/

YAPI MALZEMESYAPI MALZEMESĐĐ I DERSI DERSĐĐ

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

MMÜÜHENDHENDĐĐSLSLĐĐK METAL ve K METAL ve ALAALAŞŞIMLARIIMLARI

�� MMüühendislik uygulamalarhendislik uygulamalarıında nda ççok ok öönemli bir yer nemli bir yer tutan metaller ve alatutan metaller ve alaşışımlar polikristal yapmlar polikristal yapııllıı, , inorganik cisimlerdir. inorganik cisimlerdir.

GGİİRRİ�İ�

�� Metaller homojen yapMetaller homojen yapııllıı, kat, katıı veya sveya sııvvıı halde halde öözelliklerini dezelliklerini değğiişştirmeyen; demir, baktirmeyen; demir, bakıır, r, alalüüminyum gibi yapminyum gibi yapıı malzemeleridir.malzemeleridir.

�� Metaller doMetaller doğğada ada ççooğğunlukla oksit, kunlukla oksit, küükküürt ve rt ve karbonatlkarbonatlıı cevherler halinde bulunur.cevherler halinde bulunur.

LimonitLimonit


�� Genellikle mGenellikle müühendislik malzemesi olarak kullanhendislik malzemesi olarak kullanıılan metalik lan metalik malzemeler ana metale bamalzemeler ana metale başşka bir element veya elementler ka bir element veya elementler eklenmesi ile elde edilen metalik alaeklenmesi ile elde edilen metalik alaşışımlardmlardıır. r.

GGİİRRİ�İ�

�� ÖÖzelliklerin iyilezelliklerin iyileşştirilmesi veya istenen tirilmesi veya istenen öözelliklerde malzeme elde zelliklerde malzeme elde etme amacetme amacııyla alayla alaşışımlar gelimlar gelişştirilmitirilmişştir. tir.

�� AlaAlaşışımlar saf metallerden daha iyi mekanik mlar saf metallerden daha iyi mekanik öözelliklere sahiptirler.zelliklere sahiptirler.

�� Uygulamada Uygulamada ççooğğunlukla mekanik unlukla mekanik öözelliklerinin dzelliklerinin düüşşüüklklüüğğüünedeniyle saf metaller kullannedeniyle saf metaller kullanıılmaz. lmaz.

�� Saf metallerin korozyona karSaf metallerin korozyona karşışı bbüüyyüük bir dayank bir dayanııklklııllığıığı vardvardıır. r.

�� AlaAlaşışımmıı elde etmek ielde etmek iççin bu metale karin bu metale karışışttıırrıılanlara da lanlara da alaalaşışım m elemanlarelemanlarıı denir. denir.


AlaAlaşışım;m;bir metale belirli bir metale belirli öözellik sazellik sağğlamak ilamak iççin en az bir bain en az bir başşka elementin ka elementin (metal veya ametal) kas(metal veya ametal) kasııtltlıı olarak eklenmesi ile elde edilen metal olarak eklenmesi ile elde edilen metal karakterli bir malzemedir. karakterli bir malzemedir.

ALAALA��IMIM

�� ÖÖrnerneğğin, in, ççelik (demir ve karbon) metal olmayan bir elemanelik (demir ve karbon) metal olmayan bir elemanıı iiççeren eren bir alabir alaşışımdmdıır. r.

�� İİlave edilen element, kristal ilave edilen element, kristal iççinde ya katinde ya katıı çöçözelti veya ara bilezelti veya ara bileşşikler ikler halinde bulunur. halinde bulunur.

�� AlaAlaşışımda fazla miktarda olan metale mda fazla miktarda olan metale asasııl metall metal adadıı verilir. verilir.

�� Benzer Benzer şşekilde metal eriyiklerinde de ekilde metal eriyiklerinde de çöçözzüülebilirlik slebilirlik sıınnıırlarrlarıı vardvardıır.r.


�� Uygun sUygun sııcaklcaklııklarda, gaz ve sklarda, gaz ve sııvvıı çöçözeltilerinde olduzeltilerinde olduğğu gibi, katu gibi, katııcisimler de homojen bir eriyik olan cisimler de homojen bir eriyik olan çöçözelti haline dzelti haline döönnüüşşebilirler. ebilirler. KatKatıı eriyikler seriyikler sııcaklcaklıık ve ik ve iççeriklerine geriklerine gööre dere değğiişşik fazlarda ik fazlarda bulunabilirler. bulunabilirler.

KATI ERKATI ERİİYYİİKLER: KLER:

�� Faz,Faz, üüniform fiziksel ve kimyasal niform fiziksel ve kimyasal öözellikler gzellikler göösteren bir sistemin steren bir sistemin homojen bir parhomojen bir parççasasııddıır.r. AynAynıı ortamda deortamda değğiişşik fazlar bulunabilir. ik fazlar bulunabilir.

�� İİlave edilen element, kristal ilave edilen element, kristal iççinde ya katinde ya katıı çöçözelti veya ara bilezelti veya ara bileşşikler ikler halinde bulunur. halinde bulunur.

�� Genellikle Genellikle çöçözzüüccüü bir cismin ibir cismin iççinde ancak sinde ancak sıınnıırlrlıı bir miktar bir miktar çöçözzüünen madde nen madde çöçözzüünebilir. nebilir. ÖÖrnerneğğin, bir bardak suda ancak belirli in, bir bardak suda ancak belirli bir miktar bir miktar şşeker eker çöçözzüülebilir. lebilir.

�� 11-- ÇöÇökelmikelmişş şşeker fazeker fazıı�� 22-- ��ekerli su fazekerli su fazıı ((şşerbet)erbet)


�� ÖÖrnek olarak surnek olarak su--şşeker kareker karışıışımmıınnıı dikkate aldikkate alıınnıırsa; sabit bir rsa; sabit bir ssııcaklcaklııkta kta şşekerin su iekerin su iççinde inde çöçözzüünebilecenebileceğği maksimum miktar i maksimum miktar vardvardıır. r. Buna Buna “çö“çözzüünnüürlrlüük sk sıınnıırrıı”” denir.denir.


�� SSııcaklcaklıık artk artııkkçça bu sa bu sıınnıır artar. r artar.

�� Bu sBu sıınnıırdan daha fazla rdan daha fazla şşeker konursa, fazla eker konursa, fazla şşeker su ieker su iççinde inde çöçözzüünmez ve karnmez ve karışıışımmıın dibinde katn dibinde katıı parparççacacııklar klar çöçökelir. kelir.

�� Bu durumda ortamda iki faz vardBu durumda ortamda iki faz vardıır:r:

�� 1.1. AraAra--yer Katyer Katıı EriyiEriyiğğii�� 2.2. Yeralan KatYeralan Katıı EriyiEriyiğği (Asal Yer Kati (Asal Yer Katıı EriyiEriyiğği)i)


�� Metallerin bMetallerin büüyyüük k ççooğğunluunluğğu kafes yapu kafes yapııssıı iiççinde belirli sayinde belirli sayııda da yabancyabancıı atom baratom barıındndıırabilirler. rabilirler.


�� YabancYabancıı atomlaratomlarıın asn asııl metalin kafes sistemindeki yerlel metalin kafes sistemindeki yerleşşimlerine imlerine ggööre, metalik katre, metalik katıı eriyiklerin iki teriyiklerin iki tüürrüü vardvardıır:r:



�� YabancYabancıı atom esas metalin atomu yerine yerleatom esas metalin atomu yerine yerleşşiyor ise iyor ise Yeralan KatYeralan Katıı ÇöÇözeltisizeltisi‚‚ kafes aralarkafes aralarıındaki bondaki boşşluklara yerleluklara yerleşşiyor ise iyor ise Arayer KatArayer Katıı ÇöÇözeltisizeltisi meydana gelir meydana gelir


YERALAN KATI YERALAN KATI ÇÖÇÖZELTZELTİİSSİİ

�� Bu Bu ttüürde atomik yarrde atomik yarıı ççapapıı 1010--88 cm' den kcm' den küçüüçük olan H, C ve N gibi k olan H, C ve N gibi çöçözzüünen metalin atomlarnen metalin atomlarıı, , çöçözzüüccüü metalin atomlarmetalin atomlarıınnıın arasn arasıındaki ndaki boboşşluklara daluklara dağığılmlmışışlardlardıır. r.

ARAYER KATI ARAYER KATI ÇÖÇÖZELTZELTİİSSİİ

�� Bu tBu tüürde rde çöçözzüünen metalin atomlarnen metalin atomlarıı çöçözzüüccüü metalin kristal metalin kristal atomlaratomlarıınnıın bazn bazıılarlarıınnıın yerini almn yerini almışışttıır.r.

�� DDüüzensiz katzensiz katıı eriyikleri ise tok ve deriyikleri ise tok ve düüktil olduklarktil olduklarıından ndan uygulamada daha uygulamada daha ççok tercih edilirler. ok tercih edilirler.


�� Belli bir kritik sBelli bir kritik sııcaklcaklığıığın altn altıında, eriyen atomlar tnda, eriyen atomlar tüüm birim m birim kafeslerde aynkafeslerde aynıı pozisyonlara yerlepozisyonlara yerleşşerek derek düüzenli katzenli katıı eriyik eriyik oluoluşştururlar. Bu ttururlar. Bu tüür kafeslere r kafeslere ““ssüüper kafesper kafes”” adadıı verilir. verilir.

�� Ancak dAncak düüzenli katzenli katıı eriyikleri, sert ve keriyikleri, sert ve kıırrıılgan bir yaplgan bir yapııya sahip ya sahip olduklarolduklarıından dolayndan dolayıı mmüühendislik malzemesi olarak uygun hendislik malzemesi olarak uygun olmayan olmayan öözelliklere sahiptir.zelliklere sahiptir.

�� Eriyen elementin (yabancEriyen elementin (yabancıı elementin) atomlarelementin) atomlarıınnıın kafesteki n kafesteki dadağığıllıımmıı ddüüzenli ya da dzenli ya da düüzensiz olabilir. zensiz olabilir.


�� Yer alan katYer alan katıı eriyieriyiğğinin oluinin oluşşabilmesi iabilmesi iççin bazin bazıı şşartlarartlarıın n sasağğlanmaslanmasıı gerekmektedir. gerekmektedir.

HumeHume--RotheryRothery KurallarKurallarıı

a)a) Atom boyut faktAtom boyut faktöörrüüb)b) Kimyasal FaktKimyasal Faktöörrc)c) RRöölatif latif ValansValans FaktFaktöörrüü


�� AlaAlaşışıma giren atomlarma giren atomlarıın n ççaplaraplarıı birbirine ne kadar yakbirbirine ne kadar yakıın ise bu n ise bu elementlerin birbirini elementlerin birbirini çöçözme olaszme olasııllığıığı o kadar yo kadar yüüksektir. ksektir.

ATOM BOYUT FAKTATOM BOYUT FAKTÖÖRRÜÜ

�� Bu tip eriyiklerde atomlarBu tip eriyiklerde atomlarıın n ççaplaraplarıı arasarasıındaki fark birbirindenndaki fark birbirinden % 14% 14--15' 15' den fazla ise iki elementin birbiri iden fazla ise iki elementin birbiri iççinde inde çöçözzüülmesi lmesi ççok sok sıınnıırlrlıı kalkalıır. r.

�� ÖÖrnerneğğin kurin kurşşun ve alun ve alüüminyumun atom minyumun atom ççaplaraplarıı arasarasıındaki bandaki bağığıl fark % 16 l fark % 16 olduolduğğundan, ergitilmiundan, ergitilmişş bu iki metal karbu iki metal karışışttıırrııllııp sop soğğumaya terkedilince, umaya terkedilince, sonunda birbirleriyle birlesonunda birbirleriyle birleşşmemimemişş ve karve karışışmammamışış kurkurşşun ve alun ve alüüminyum minyum katkatıı metalleri elde edilir. metalleri elde edilir.

�� Buna karBuna karşışın atom n atom ççaplaraplarıı arasarasıındaki fark % 7'yi gendaki fark % 7'yi geççmiyor ise bunlarmiyor ise bunlarıın her n her oranda birbiri ioranda birbiri iççinde inde çöçözzüünmesi olanaklnmesi olanaklııddıır. r.

�� ÖÖrnerneğğin, nikelin atom in, nikelin atom ççapapıı 1.245 A1.245 A°°°°°°°°, bak, bakıırrıın ise 1.278 An ise 1.278 A°°°°°°°° olduolduğğundan, bu undan, bu iki metal her oranda birleiki metal her oranda birleşşip farklip farklıı karakterde alakarakterde alaşışımlar olumlar oluşşturabilirler.turabilirler.


�� Eriyen ve eriten atomlarEriyen ve eriten atomlarıın birbirine olan kimyasal ilgisi ne kadar az n birbirine olan kimyasal ilgisi ne kadar az ise katise katıı eriyik olueriyik oluşşturma eturma eğğilimleri o kadar fazladilimleri o kadar fazladıır, aksi takdirde r, aksi takdirde kimyasal bilekimyasal bileşşik oluik oluşştururlar.tururlar.

KKİİMYASAL FAKTMYASAL FAKTÖÖR R

�� Bir atoma dBir atoma düüşşen valans (deen valans (değğerlik) elektronu sayerlik) elektronu sayııssıı demektir. demektir.

RRÖÖLATLATİİF VALANS FAKTF VALANS FAKTÖÖRRÜÜ

�� Bu sayBu sayıınnıın artmasn artmasıı katkatıı eriyik beriyik böölgesinin genilgesinin genişşlemesine yol alemesine yol aççar, ar, yani dyani düüşşüük valanslk valanslıı bir metal, ibir metal, iççerisinde yerisinde yüüksek valanslksek valanslıı metalleri metalleri daha fazla eritir. daha fazla eritir.

�� ÖÖrnerneğğin bakin bakıır birr birççok metali en az % 5 oranok metali en az % 5 oranıında eriterek katnda eriterek katıı eriyik eriyik oluoluşşturur (Al, Au, Cd, Mg, Pt, Sn, Zn vb.). Gturur (Al, Au, Cd, Mg, Pt, Sn, Zn vb.). Güümmüüşş de aynde aynıı öözelliklere zelliklere sahiptir.sahiptir.


�� İİki metal ki metal üçüç şşartartıı da sada sağğllııyor ise her bileyor ise her bileşşim oranim oranıında katnda katıı eriyik eriyik oluoluşştururlar. tururlar.


�� AyrAyrııca bu ca bu şşartlar elementlerin kristal yapartlar elementlerin kristal yapıılarlarıınnıın aynn aynıı olmasolmasııdurumunda gedurumunda geççerlidir. erlidir.

�� HumeHume--Rothery tarafRothery tarafıından belirlenen bu kurallara gndan belirlenen bu kurallara gööre bakre bakıır grubu, r grubu, gerek atom boyutu gerekse kimyasal bakgerek atom boyutu gerekse kimyasal bakıımdan metallerin mdan metallerin ortasortasıında yer aldnda yer aldığıığından en iyi eritici olarak bilinir. ndan en iyi eritici olarak bilinir.


�� GeGeççiişş elementlerinden olan demir de birelementlerinden olan demir de birççok metali geniok metali genişş oranda oranda eritebilir (Al, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pt, Sn, V, W, vb.).eritebilir (Al, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pt, Sn, V, W, vb.).


�� PPeriyodik tablonun ayneriyodik tablonun aynıı ssıırasrasıında bulunan ve atom nda bulunan ve atom ççaplaraplarııbirbirine uyan gebirbirine uyan geççiişş elementleri birbirini genielementleri birbirini genişş oranlarda eritirler.oranlarda eritirler.

�� ÇÇok deok değğerlikli, geerlikli, geççiişş metalleri grubundan olmayan metallerin ise, metalleri grubundan olmayan metallerin ise, gerek atom boyutlargerek atom boyutlarıınnıın ve gerekse kimyasal duyarln ve gerekse kimyasal duyarlııllııklarklarıınnıın n artmasartmasıı dolaydolayııssııyla eritebilirlik syla eritebilirlik sıınnıırlarrlarıı daraldaralıır. r.

�� Bunlara Bunlara öörnek olarak; Mg, Al, Sn metalleri verilebilir. rnek olarak; Mg, Al, Sn metalleri verilebilir.


�� AlaAlaşışımlandmlandıırma yani bir metale istenen element veya elementlerin rma yani bir metale istenen element veya elementlerin eklenmesi seklenmesi sııvvıı halde yaphalde yapııllıır. r.

KATILAKATILA��MAMA

�� AlaAlaşışım kalm kalııplara dplara döökküülerek ya lerek ya mammamüüll parparçça halinde ya da daha a halinde ya da daha sonra sonra şşekillendirilmek ekillendirilmek üüzere kzere küüttüük haline getirilir. k haline getirilir.

�� Bu safhalar saf metaller iBu safhalar saf metaller iççin de gein de geççerlidir. erlidir.

�� DDöökküüm sonrasm sonrasıında malzeme katnda malzeme katıılalaşşma veya ergime sma veya ergime sııcaklcaklığıığında nda ssııvvıı halden kathalden katıı hale gehale geççecektir. ecektir.


�� SSııvvıı halde saf bir metal ya da alahalde saf bir metal ya da alaşışım som soğğutulmaya butulmaya bıırakrakıılslsıın. n. İİlk lk ssııcaklcaklıık yk yüüksek olduksek olduğğu iu iççin sistem sin sistem sııvvıı fazdadfazdadıır. r.

KATILAKATILA��MA OLAYIMA OLAYI

�� İİlk katlk katıılalaşşma (ma (ççekirdek oluekirdek oluşşumu) erime sumu) erime sııcaklcaklığıığında meydana nda meydana gelecektir. Bu anda ilk olarak katgelecektir. Bu anda ilk olarak katıı tanecikler olutanecikler oluşşacaktacaktıır. r.


�� Malzemenin bulunduMalzemenin bulunduğğu ortamu ortamıın sn sııcaklcaklığıığı ddüüşşüük olduk olduğğundan undan malzemenin smalzemenin sııcaklcaklığıığınnıın daha da dn daha da düüşşmesi beklenir. mesi beklenir.


�� Ancak katAncak katıılalaşşma dolayma dolayııssııyla syla sııvvııdan ddan dışışararııya verilen enerji ya verilen enerji ııssıışşeklinde deklinde dışışararııya atya atııldldığıığından civarndan civarıındaki katndaki katıı ve sve sııvvıı ııssıınacaktnacaktıır. r.

�� Bundan dolayBundan dolayıı TTerer denge sdenge sııcaklcaklığıığına kadar yna kadar yüükselir. kselir.

�� EEğğer etrafer etrafıındaki sndaki sııvvıı homojen bir shomojen bir sııcaklcaklıık alank alanıına sahipse sona sahipse soğğuma uma esnasesnasıında katnda katıı her yher yöönde homojen bnde homojen büüyyüüme gme göösterecestereceğğinden inden kküüremsi bir remsi bir şşekil alekil alıır. r.

�� SonuSonuçç olarak, katolarak, katıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında metalin taneleri knda metalin taneleri küüresel resel olur. Bolur. Bööyle bir yapyle bir yapıı tam bir tam bir izotropikizotropik öözellikten dolayzellikten dolayıı ideal yapideal yapııadadıınnıı alalıır. r.


�� Ancak pratikte katAncak pratikte katıılalaşşma ma ççok bok büüyyüük bir genelde bak bir genelde başşka ka şşekilde ekilde oluoluşşur. ur.


�� DDışışararııya atya atıılan lan ııssıı, s, sııvvııda homojen bir sda homojen bir sııcaklcaklıık oluk oluşşturmaz. turmaz.

�� DolayDolayııssııyla katyla katıılalaşşma sma sııvvıınnıın son soğğuk buk böölgelerine dolgelerine doğğru ilerleyerek ru ilerleyerek katkatıı iiğğnecikler olunecikler oluşşturur.turur.

�� Sonunda Sonunda ççam dalam dalıına benzeyen katna benzeyen katıılar lar oluoluşşur ki buna ur ki buna dendritdendrit adadıı verilir. verilir.

�� DendritlerDendritler bbüüyyüüddüükkççe aradaki se aradaki sııvvıı, , aaççığığa a ççııkan kan ııssıınnıın artmasn artmasıı dolaydolayııssııyla yla ççok ok ççabuk soabuk soğğuyamayacauyamayacağığından ndan katkatıılalaşşma hma hıızzıı azalazalıır. r.


�� Bu sBu sıırada dendritler brada dendritler büüyyüümmüüşş ve birbirleri ile temas haline ve birbirleri ile temas haline gelmigelmişşlerdir. lerdir.


�� Her bir Her bir dendritdendrit farklfarklıı yyöönlerde bnlerde büüyyüüddüüğğüünden, temas yerlerinde nden, temas yerlerinde katkatıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında nda tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşur. ur.

�� İİrilerileşşmimişş dendritlerindendritlerin arasarasıındaki ndaki dendritdendrit boboşşluklarluklarıınnıı doldurarak doldurarak sonusonuççta taneler oluta taneler oluşşur. ur.


�� Maddeler belirli Maddeler belirli ççevre evre şşartlarartlarıında bir veya birden fazla faz nda bir veya birden fazla faz iiççerebilirler. Maddenin denge halindeki faz sayerebilirler. Maddenin denge halindeki faz sayııssıı ve miktarve miktarıı, , maddenin;maddenin;

DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

a)a) Kimyasal komposizyonuna,Kimyasal komposizyonuna,b)b) Ortam sOrtam sııcaklcaklığıığına,na,c)c) Ortam basOrtam basııncncıına bana bağğllııddıır.r.

�� Maddenin hangi Maddenin hangi ççevre evre şşartlarartlarıında ve hangi kimyasal kompozisyonda nda ve hangi kimyasal kompozisyonda ne gibi fazlarne gibi fazlarıı (denge hali) i(denge hali) iççerdierdiğği, si, sııcaklcaklıık, kompozisyon ve bask, kompozisyon ve basııncncıın n dedeğğiişşken alken alıındndığıığı diyagramlarda gdiyagramlarda göösterilir. sterilir.

�� Bu diyagramlara Bu diyagramlara Faz Denge diyagramlarFaz Denge diyagramlarıı veya veya dodoğğrudan denge rudan denge diyagramlardiyagramlarıı denir.denir.


�� DeDeğğiişşik metaller iik metaller iççin faz diyagramlarin faz diyagramlarıı ççizilip, makina ve metalurji izilip, makina ve metalurji mmüühendislerine hendislerine ççok yararlok yararlıı olacak veriler elde edilebilir. olacak veriler elde edilebilir.

DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

�� Denge diyagramlarDenge diyagramlarıı sistemi olusistemi oluşşturan bileturan bileşşen sayen sayııssıına gna gööre 1re 1’’li, 2li, 2’’li, li, 33’’llüü ve 4ve 4’’llüü denge diyagramlardenge diyagramlarıı olabilir.olabilir.

�� Pratikte en Pratikte en ççok 2ok 2’’li denge diyagramlarli denge diyagramlarıı kullankullanııllıır. r.


�� Saf maddelere ait 1Saf maddelere ait 1’’li diyagramlardli diyagramlardıır. r.

BBİİR BR BİİLELE��ENLENLİİ DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

�� BBu tip diyagramlarda deu tip diyagramlarda değğiişşken sken sııcaklcaklıık ve bask ve basıınnççttıır.r.


�� 1 nolu b1 nolu böölge katlge katıı madde bmadde böölgesini lgesini ggöösterir. sterir.

BBİİR BR BİİLELE��ENLENLİİ DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

�� DiDiğğer ber böölgeler slgeler sııvvıı ve gaz fazlarve gaz fazlarıınnııggöösteren bsteren böölgelerdir. lgelerdir.

�� BBöölgeleri birbirinden aylgeleri birbirinden ayııran P ve T deran P ve T değğerlerindeki erlerindeki şşartlarda her iki artlarda her iki bböölge fazlarlge fazlarıı beraberce denge halinde yer alberaberce denge halinde yer alıır. r.

�� O noktasO noktasıında (nda (üçüçllüü nokta) ise her nokta) ise her üçüç faz (katfaz (katıı+s+sııvvıı+gaz) beraberce +gaz) beraberce denge halinde bulunurlar. denge halinde bulunurlar.


�� İİkili denge diyagramlarkili denge diyagramlarıı diyagramdiyagramıı oluoluşşturan elementlerin birbirinde turan elementlerin birbirinde çöçözzüünme durumuna gnme durumuna gööre re üçüçe ayre ayrııllıır.r.

İİKKİİ BBİİLELE��ENLENLİİ DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

a)a) SSııvvıı ve katve katıı halde birbirinde hihalde birbirinde hiçç erimeyen elementlerin denge erimeyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

ÖÖrnek: Agrnek: Ag--Ni, AlNi, Al--Pb, KPb, K--Mg, FeMg, Fe--Pb. Bu tPb. Bu tüür karr karışıışımlarmlarıın pratikte n pratikte öönemi yokturnemi yoktur

b)b) SSııvvıı ve katve katıı halde birbirinde khalde birbirinde kıısmen eriyen elementlerin denge smen eriyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

ÖÖrnek: Pbrnek: Pb--ZnZn

c)c) SSııvvıı halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

BunlarBunlarıı da da üçüçe aye ayıırmak mrmak müümkmküündndüür.r.


c)c) SSııvvıı halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

İİKKİİ BBİİLELE��ENLENLİİ DENGE DDENGE DİİYAGRAMLARIYAGRAMLARI

c1) Katc1) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde tamamen eriyen elementlerin denge inde tamamen eriyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

ÖÖrnek: Curnek: Cu--Ni, FeNi, Fe--NiNi

c2) Katc2) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde kinde kıısmen eriyen elementlerin denge smen eriyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

ÖÖrnek: Pbrnek: Pb--Sb, CuSb, Cu--Zn, PbZn, Pb--Sn, CrSn, Cr--NiNi

c3) Katc3) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde hiinde hiçç erimeyen elementlerin denge erimeyen elementlerin denge diyagramlardiyagramlarıı

ÖÖrnek: Birnek: Bi--Cd, SnCd, Sn--Zn, AlZn, Al--Sn, BiSn, Bi--CuCu


�� AlaAlaşışımmıı meydana getiren elementler smeydana getiren elementler sııvvıı ve katve katıı halde birbirlerini halde birbirlerini tam olarak eritebiliyor ise bu tip denge diyagramlartam olarak eritebiliyor ise bu tip denge diyagramlarıı oluoluşşur. ur.

SSııvvıı ve Katve Katıı Halde Tam Halde Tam ÇöÇözzüünnüürlrlüükk

�� Normal Normal şşartlar altartlar altıında saf bir madde tek bir ergime snda saf bir madde tek bir ergime sııcaklcaklığıığında (TE) nda (TE) ergir veya katergir veya katıılalaşışır. r.

�� Ancak birbiri iAncak birbiri iççinde tamamen eriyebilen iki madde karinde tamamen eriyebilen iki madde karışışttıırrııldldığıığında nda oluoluşşan alaan alaşışımda ergime ve katmda ergime ve katıılalaşşma A elementinin ergime ma A elementinin ergime ssııcaklcaklığıığı (T(TEAEA) ile B elementinin ergime s) ile B elementinin ergime sııcaklcaklığıığı (T(TEBEB) aras) arasıındaki ndaki ssııcaklarda meydana gelir.caklarda meydana gelir.

�� Bu aralBu aralıık kark karışıışımmıı oluoluşşturan maddelerin konsantrasyonuna gturan maddelerin konsantrasyonuna gööre re dedeğğiişşmektedir.mektedir.

�� AlaAlaşışımlarmlarıın faz diyagramlarn faz diyagramlarıınnıın belirlenmesi in belirlenmesi iççin dein değğiişşik ik konsantrasyonlarda alakonsantrasyonlarda alaşışımlar hazmlar hazıırlanarak ergime ve katrlanarak ergime ve katıılalaşşma ma noktalarnoktalarıı belirlenir. belirlenir.



�� Bu denge Bu denge diyagramdiyagramıında nda ssııvvıı, kat, katıı, , ssııvvıı+kat+katıı fazlar fazlar ile bu fazlara ile bu fazlara ait sait sıınnıırlar rlar likudus ve likudus ve solidus solidus ggöörrüülmektedir.lmektedir.



Katı faz, birbiri içinde

tamamen eriyen A ve B

maddelerinin

oluşturduğu katı

eriyikten (αααα) meydana gelmiştir. Maddeler

birbiri içinde tamamen eridiğinden dolayı katı

(αααα) tanelerinde sadece tane sınırları

görülebilir.


SSııvvıı Durumda Tam Durumda Tam ÇöÇözzüünnüürlrlüük, Katk, Katıı Durumda Tam Durumda Tam ÇöÇözzüünmezliknmezlik

A içindeki B veya B

içindeki A miktarı

arttıkça katılaşma

sıcaklığı düşmektedir.

Ö noktasında Likudus

eğrileri kesişmektedir.



Bu noktada alaşım saf elementler gibi davranarak Tö sıcaklığında

katılaşmaktadır. Bu düzen genellikle katmanlı

veya spiral biçiminde yan

yana dizilme şeklinde olur.

Bu görünüm nedeniyle bu

yapıya "güzel şekilli"‚ "iyi

yapılı" anlamında ötektik

ismi verilmiştir. Bu alaşıma

da ötektik alaşım denilir.



Katılaşma esnasında‚ ötektik

alaşımın solunda kalan alaşımlarda

ilk önce A‚ sağında kalan

alaşımlarda ise ilk önce B katılaşır.

Sıvının içindeki sırasıyla B ve A

miktarları da artar. Geriye kalan

sıvı ötektik konsantrasyona

gelince ötektik yapı oluşur.

Bu ötektik yapı‚ katılaşma sıcaklığı küçük olması nedeniyle

çekirdekleşme hızı yüksektir.

Bundan dolayı ötektik alaşım ince tanelidir.


SSııvvıı Durumda Tam Durumda Tam ÇöÇözzüünnüürlrlüük, Katk, Katıı Durumda SDurumda Sıınnıırlrlıı ÇöÇözzüünnüürlrlüükk

Bu denge diyagramlarının ikinci

tip denge diyagramlarından farkı‚

A bileşenin belirli bir B

çözebildiği‚ αααα bölgesi ve B bileşeninin belirli bir

A çözebildiği‚ ββββ

bölgesinin

bulunmasıdır



Çözünürlük,

sıcaklığın artması ile

arttığı için, ötektik

sıcaklıkta en

büyüktür.



Oda sıcaklığındaki

çözünürlük sınırının

üstünde A ve B içeren

αααα ve ββββ fazları‚ oda sıcaklıklarına soğur

iken çözemedikleri A

ve B’yi kristal dışına

atarak B’ce zengin ββββçök

ve A’ca zengin fazları

ααααçök oluşur.



Bu ayrışma olayına çökelme

denilir.

Çökelme olayında difüzyon

söz konusudur.

Difüzyonun olması için yeterli zaman verilmeden hızlı bir soğutma

yapılır ise aşırı doymuş bir kararsız yapı meydana gelir.

DEMDEMĐĐR ve R ve ALAALAŞŞIMLARIIMLARI

MALZEME BMALZEME BĐĐLGLGĐĐSSĐĐ 88

�� Demir doDemir doğğada 4. yaygada 4. yaygıın bulunan bir metaldir (% 4.2).n bulunan bir metaldir (% 4.2).


�� Sanayi ve yapSanayi ve yapıılarda en larda en ççok kullanok kullanıılan metalik malzeme, demir ve lan metalik malzeme, demir ve karbonlu alakarbonlu alaşışımlarmlarıı olan font (dolan font (döökme demir, pik) ve kme demir, pik) ve ççelik telik tüürleridir.rleridir.

Demir ve AlaDemir ve Alaşışımlarmlarıı

�� Demir grimsi esmer bir metal olup, Demir grimsi esmer bir metal olup, öözgzgüül al ağığırlrlığıığı 7.857.85--7.87 dir.7.87 dir.

�� 15361536°°°°°°°°CC’’de erir, sertde erir, serttirtir ve fazla elastik deve fazla elastik değğildir.ildir.

�� Demir, doDemir, doğğada en ada en ççok oksit cevherleri (Magnetit, Feok oksit cevherleri (Magnetit, Fe33OO44), k), küükküürtlrtlüücevher (Pirit, FeScevher (Pirit, FeS22) ve karbonatl) ve karbonatlıı cevher (Spathik demir, FeCOcevher (Spathik demir, FeCO33) ) şşeklinde rastlaneklinde rastlanıır.r.

�� Yurdumuzda en zengin demir cevheri limonittir (FeYurdumuzda en zengin demir cevheri limonittir (Fe22OO33. nH. nH22O) ve O) ve DivriDivriğği'de bulunur (% 60i'de bulunur (% 60--69 Fe).69 Fe).

�� Demire alaDemire alaşışım malzemesi olarak katm malzemesi olarak katıılan karbon veya dilan karbon veya diğğer er metallerin oranmetallerin oranıı, ala, alaşışımmıın yalnn yalnıızca kimyasal yapzca kimyasal yapııssıınnıı dedeğğiişştirmekle tirmekle kalmaykalmayııp, metalin mekanik davranp, metalin mekanik davranışıışınnıı da etkiler.da etkiler.


�� Demir kDemir köökenli alakenli alaşışımlarmlarıın den değğiişşik ik öözellikleri olan zellikleri olan ççeeşşitli titli tüürleri rleri vardvardıır. Ayrr. Ayrııca demir ve karbon alaca demir ve karbon alaşışımmıından olundan oluşşan an ççelieliğğe, krom, e, krom, nikel, tungsten gibi metaller denikel, tungsten gibi metaller değğiişşik oranlarda katik oranlarda katıılarak bir taklarak bir takıım m öözellikler kazandzellikler kazandıırrıılabilir. labilir.

Demir ve AlaDemir ve Alaşışımlarmlarıı

�� AlaAlaşışımlarmlarıın davrann davranışışlarlarıı, ayr, ayrııca geca geççirdiirdiğği dayani dayanıımmıı arttarttıırma rma yyööntemlerine de (ntemlerine de (ııssııl il işşlemi vb.) balemi vb.) bağğllııddıır.r.

�� Bu amaca yBu amaca yöönelik olarak en nelik olarak en ççok karbon kullanok karbon kullanııllıır. r.


�� Mekanik Mekanik öözelliklerini dezelliklerini değğiişştirmek amactirmek amacııyla demire deyla demire değğiişşik ik elementlerle alaelementlerle alaşışım yapm yapııllıır. r.

Demir Demir –– Karbon Denge diyagramKarbon Denge diyagramıı

�� Demiri en Demiri en ççok etkileyen alaok etkileyen alaşışımlama elemanmlama elemanıı karbondur. karbondur.

�� Demir karbon alaDemir karbon alaşışımmıı olan olan ççelik, telik, tüüm demir km demir köökenli malzemenin en kenli malzemenin en ççok kullanok kullanıılanlanııddıır. r.

�� Genellikle karbon oranGenellikle karbon oranıınnıın belirli bir yn belirli bir yüüzdeye kadar artmaszdeye kadar artmasıı ile ile alaalaşışımmıın dayann dayanıım ve sertlik gibi m ve sertlik gibi öözellikleri dozellikleri doğğru orantru orantııllıı olarak olarak artar. artar. Ancak bazAncak bazıı öözellikleri de zellikleri de öörnerneğğin din düüktilite ve enerji yutabilme ktilite ve enerji yutabilme yeteneyeteneğği azali azalıır.r.

�� Demirin iDemirin iççerisine erisine az miktar karbon az miktar karbon ilavesi bile akma ilavesi bile akma dayandayanıımmıınnııdedeğğerini erini öönemli nemli bir bir şşekilde artekilde artıırrıır.r.


�� Saf demir 30 MPa (N/mmSaf demir 30 MPa (N/mm22) gibi olduk) gibi oldukçça da düüşşüük akma dayank akma dayanıımmııdedeğğerine sahiptir.erine sahiptir.




Demir-karbon alaşımlarının

değişik sıcaklıklardaki iç

yapılarını gösteren faz

diyagramında, sistemin sıvı

halden, katı hale geçinceye

kadar uğradığı değişiklikler

görülmektedir.


Demir Karbon Denge DiyagramDemir Karbon Denge Diyagramıındaki Fazlarndaki Fazlar

Denge diyagramları aslında

alaşım bünyesinde oluşan

oldukça karmaşık olayları

açıklamaya yarar. Sıvı halden

soğuyup katılaşıncaya kadar

geçen süre içinde alaşımın

bünyesinde önemli

değişiklikler olur. Polimorfik

veya allotropik reaksiyonlar

şeklinde gelişen bu

değişiklikleri faz diyagramları

üzerindeki eğriler yardımıyla

izlemek mümkün olabilir.



Atomların bulundukları

yerlerden çok az miktarda

hareket etmesi sonucu oluşan

bu reaksiyonların tamamlana-

bilmesi için belirli bir süre

gerekir.

Bu süre içinde atom bağları

kopar, atomlar yer değiştirir ve

yeni bağlar kurulur. Bu

olayların süresi ortamın

sıcaklık derecesi ile yakından

ilişkilidir.



Katı cisim içinde meydana

gelen bu reaksiyonlarda kristal yapıda değişmeler

olduğundan, cismin hacmi

ve yoğunluğu da değişir.


FerritFerrit

Ferrit: Karbonun α demiri içinde erimesi

sonucu oluşan katı eriyiğe ferrit adı verilir.

Karbon bu eriyik içinde en fazla 723 °°°°C'de(A1sıcaklığı) % 0.025 kadar eriyebilir.

Sıcaklık derecesinin düşmesine bağlı

olarak bu oranda azalır. Oda sıcaklığında

ise bu oran % 0.005’tir.

Ferritin çözemediği karbon kristalin dışına atılır ve

sementit oluşur.

Ferritten ayrışan sementite tersiyer sementit denilir.


OstenitOstenit

Karbonun γ demiri içinde erimesi

sonucu ostenit oluşur.Karbon bu eriyik içinde ötektik sıcaklık olan

1147 °°°°C'de en fazla % 2.06 oranında eriyebilir.

Çeliğin sıcak şekillendirme ve ısıl işlemlerin

pek çoğu ostenit fazında yapılır.

Ostenit fazından, soğuma hızına bağlı olarak çok değişik

mikroyapılar meydana gelir.

Kristalin dışına atılan karbon sementit oluşturur.

Ostenitten oluşan bu sementite, 2. sementit (sekonder

sementit) denilir.


δδδδδδδδ demiri:demiri:

Özel bir adı ve teknik bir önemi yoktur;

en çok 1493°°°°C de % 0.08 karbon eritebilir.


Diyagramdan

görülebile-ceği gibi,

NIE eğrisinin üst

kısmında alaşım sıvı

haldedir.

En düşük derecesi

1147°°°°C olan bu eğriye ulaşan değerlerde

alaşım katılaşmaya

başlamaktadır.

Soğumanın devamı

halinde allotropik

değişmeler başgösterir.


Katılaşmanın

başlama eğrisinin

723 °°°°C ve % 0.83 C oranı için S ile

gösterilen en düşük

ordinatına ötektoid

noktası adı verilir.


Ötektoid en az iki fazın

belirli bir sıcaklıkta katı

cisim içinde, mekanik

olarak gayet homojen

bir şekilde karışabildiği

sınır noktası

olmaktadır.

Örneğin, bu noktada

ferrit ve sementitinkarışmasıyla elde edilen

bileşime inci

görünümünden perlit

(pearlite) adı verilir.


PerlitPerlitA1 sıcaklığındaki

karbon çözünürlük

sınırı % 0.025, oda

sıcaklığında % 0.005’dir.

Perlit, çeliğin ötektoit sıcaklığından (723˚C)

soğutulması sonucu aşağıdaki reaksiyona

göre oluşur.

Karbon oranları bu

değeri aştığında perlit

adı verilen bileşen

oluşur.


LedeburitLedeburit

Demir karbon denge diyagramındaki ötektik

alaşıma (1147°°°°C‚ % 4.3 C) ledeburit denilir.

Sıvıdan ayrışan sementite 1. sementit

(primer sementit) denilir.

Ledeburit, ostenit ve 1.sementitten

meydana gelir.

Ötektik ayrışma aşağıdaki reaksiyondaki gibi

sıvıdan iki ayrı katının oluşması şeklinde

gelişir.


LedeburitLedeburit

Ledeburit içindeki ostenitin

karbon oranı‚ sıcaklık

düştükçe azalır (ES eğrisi

boyunca).

Ostenitin içinde ötektoit oran

olan % 0‚8C kalınca, perlit

olarak dönüşür.

Bundan dolayı 723°°°°C ninaltındaki ledeburite

dönüşmüş ledeburit denilir.


DemirDemir--karbon alakarbon alaşışımlarmlarıınnıın isimlendirilmesin isimlendirilmesi

Karbon oranı % 0.2 den az

olan Fe–Fe3C alaşımlarına

yumuşak demir adı verilir.

Karbon oranı % 0.2 - % 1.7

arasında olan Fe–Fe3C

alaşımlarına çelik denir.

Karbon oranı % 1.7’den

büyük olanlarına ise dökme

demir (Font) denilir.


SoSoğğuma Esnasuma Esnasıında nda ÇÇelik Ve Delik Ve Döökme Demirlerdeki Faz Dekme Demirlerdeki Faz Değğiişşimleriimleri

Diyagram üzerinde % 0.4 ve %1.4 karbonlu çelik ile %3 karbonlu dökme demirin

ergime noktasından oda sıcaklığına kadar geçirdiği değişiklikleri inceleyelim

�� Bu alaBu alaşışım 723m 723°°°°°°°°C nin altC nin altıında (4. nokta) perlit olarak nda (4. nokta) perlit olarak ddöönnüüşşüür.r.


% 0.4 karbonlu ala% 0.4 karbonlu alaşışımm

�� % 0.4 karbonlu ala% 0.4 karbonlu alaşışım, 1 noktasm, 1 noktasıına gelince na gelince katkatıılalaşşmaya bamaya başşlar, 2 noktaslar, 2 noktasıına gelindina gelindiğğinde yapinde yapııtamamen ostenittir.tamamen ostenittir.

�� 3 noktas3 noktasıına kadar herhangi bir dena kadar herhangi bir değğiişşiklik olmaz.iklik olmaz.

�� 3 noktas3 noktasıına gelince tane sna gelince tane sıınnıırlarrlarıında ferritler (nda ferritler (αααααααα) ) ayrayrışışmaya bamaya başşlar.lar.

�� Ostenitin karbon oranOstenitin karbon oranıı ise Aise A33 eeğğrisi boyunca srisi boyunca sııcaklcaklıık k ddüüşşttüükkççe artar ve en son 723e artar ve en son 723°°°°°°°°C de % 0.8C oranC de % 0.8C oranıına na ulaulaşışır.r.


% 0.4 karbonlu ala% 0.4 karbonlu alaşışımm

�� Oda sOda sııcaklcaklığıığında yapnda yapıı ferrit ve perlitten meydana ferrit ve perlitten meydana gelmigelmişştir.tir.


% % 11.4 karbonlu ala.4 karbonlu alaşışımm

�� %1,4 karbonlu %1,4 karbonlu ççelik 1 noktaselik 1 noktasıına na

gelince ostenit (gelince ostenit (γγγγγγγγ) tanecikleri ) tanecikleri oluoluşşmaya bamaya başşlar.lar.

�� 2 noktas2 noktasıında yapnda yapıı tamamen ostenitten tamamen ostenitten ibarettir. ibarettir.

�� Acm eAcm eğğrisinin altrisinin altıına inince (3 noktasna inince (3 noktasıı) ) ostenitin ostenitin çöçözebildizebildiğği karbon orani karbon oranııazaldazaldığıığından ikinci sementit olundan ikinci sementit oluşşur.ur.


% % 11.4 karbonlu ala.4 karbonlu alaşışımm

�� A1 sA1 sııcaklcaklığıığınnıın altn altıına inildina inildiğğinde (4 noktasinde (4 noktasıı) ) yapyapıı perlit ve ikinci sementitten ibarettir perlit ve ikinci sementitten ibarettir

�� SSııcaklcaklıık dk düüşşerken ostenitin karbon erken ostenitin karbon eritme oraneritme oranıı Acm eAcm eğğrisi boyunca risi boyunca ddüüşşttüüğğüü iiççin ostenitten karbonlar in ostenitten karbonlar ayrayrışıışır ve 2.sementiti olur ve 2.sementiti oluşşturur. turur.


% % 33 karbonlu alakarbonlu alaşışımm

�� % 3 karbonlu ala% 3 karbonlu alaşışım 1 noktasm 1 noktasıına na gelincegelince‚‚ ostenit tanecikleri ostenit tanecikleri katkatıılalaşşmaya bamaya başşlar lar öötektik tektik ssııcaklcaklığığa gelindia gelindiğğinde, ostenitin inde, ostenitin karbon orankarbon oranıı % 2.06, s% 2.06, sııvvıı iiççindeki indeki karbon konsantrasyonu % 4.3 tkarbon konsantrasyonu % 4.3 tüür. r.

�� Geriye sGeriye sııvvıı olarak kalan kolarak kalan kııssıım m ledeburit olarak katledeburit olarak katıılalaşışır. r.

�� Oda sOda sııcaklcaklığıığında yapnda yapıı perlit, ikinci perlit, ikinci sementit ve dsementit ve döönnüüşşmmüüşşledeburitten ibarettir.ledeburitten ibarettir.


% % 33 karbonlu alakarbonlu alaşışımm

�� A1 sA1 sııcaklcaklığıığına gelindina gelindiğğinde inde ostenitin karbon oranostenitin karbon oranıı % 0.8% 0.8’’e e ddüüşşmmüüşşttüür. r.

�� 723723°°°°°°°°C nin altC nin altıında ostenit perlite nda ostenit perlite ddöönnüüşşüür. r.


DDüüşşüük Karbonlu k Karbonlu ÇÇeliklerelikler

�� DDüüşşüük karbonlu k karbonlu ççelikler en fazla % 0.25 mertebelerinde karbon elikler en fazla % 0.25 mertebelerinde karbon iiççerirler. erirler.

�� Bunlar diBunlar diğğer ter tüürlere krlere kııyasla en fazla dyasla en fazla düüktil, buna karktil, buna karşışın en dn en düüşşüük k dayandayanıım ve sertliktedirler.m ve sertliktedirler.

�� Bu tip Bu tip ççelikler, belikler, büüyyüük dk düüktilite ve iktilite ve işşlenebilirlik gerektiren yerlerde lenebilirlik gerektiren yerlerde kullankullanııllıırlar. rlar.

�� ÖÖrnerneğğin, otomobil gin, otomobil göövdesi, ince savdesi, ince saçç levha, levha, ççivi, perivi, perççin, betonarme in, betonarme donatdonatııssıı, profil eleman malzemesi , profil eleman malzemesi üüretiminde kullanretiminde kullanııllıırlar. rlar.

�� Tavlama ve Tavlama ve ııssııl il işşlemler yardlemler yardıımmııyla sertleyla sertleşştirilemezler.tirilemezler.


Orta Karbonlu Orta Karbonlu ÇÇeliklerelikler

�� % 0.3 % 0.3 -- % 0.5 oran% 0.5 oranıında karbon inda karbon iççeren orta karbonlu eren orta karbonlu ççelikler ise; elikler ise; demiryolu raylardemiryolu raylarıı, tren ve tekerlekleri, dingil , tren ve tekerlekleri, dingil şşaftlaraftlarıı ve yve yüüksek ksek nitelikli betonarme donatnitelikli betonarme donatııssıı gibi sertlik ve ygibi sertlik ve yüüksek dayanksek dayanıım m gerektiren yerlerde kullangerektiren yerlerde kullanııllıır. r.

�� Karbon iKarbon iççerikleri martensit oluerikleri martensit oluşşumuna izin vermesi nedeniyle umuna izin vermesi nedeniyle ııssııl l iişşlem ve tavlama yoluyla lem ve tavlama yoluyla öözellikleri dzellikleri düüzeltilebilir.zeltilebilir.


YYüüksek Karbonlu ksek Karbonlu ÇÇeliklerelikler

�� % 0.55 % 0.55 -- % 0.95 aras% 0.95 arasıında karbon inda karbon iççeren yeren yüüksek karbonlu ksek karbonlu ççelikler, elikler, en sert, en dayanen sert, en dayanııklklıı ancak en az dancak en az düüktil olan tktil olan tüürdrdüür.r.

�� IsIsııl il işşlemlere en iyi bu tlemlere en iyi bu tüür yanr yanııt verip, gereken it verip, gereken işşlemlere tabi lemlere tabi tutulduktan sonra istenen nitelitutulduktan sonra istenen niteliğğe getirilebilir. Bu te getirilebilir. Bu tüür r ççelikler, elikler, dedeğğiişşik ik öözellikli tellerin, savazellikli tellerin, savaşş araaraççlarlarıınnıın, keskin bn, keskin bııççaklaraklarıın vb. n vb. yapyapıımmıında kullannda kullanııllıır. r.

�� Kaynak iKaynak işşlemi bu tip lemi bu tip ççeliklerde lokal sertleeliklerde lokal sertleşşme ve dme ve düüktilite kaybktilite kaybıına na yol ayol aççabildiabildiğğinden kaynaklama sinden kaynaklama sıırasrasıında dikkatli olunmasnda dikkatli olunmasıı gerekir.gerekir.


�� ÇÇeliklerin ieliklerin iççinde doinde doğğal olarak bazal olarak bazıı yabancyabancıı maddeler maddeler bulunabilir (En bulunabilir (En ççok Mn % 0.6ok Mn % 0.6--% 0.7, Si % 0.05 % 0.7, Si % 0.05 -- % 0.45, S % 0.02 % 0.45, S % 0.02 --% 0.04% 0.04, , P % 0.011P % 0.011--0.032 oranlar0.032 oranlarıında bulunabilir). nda bulunabilir).

�� Bunlar yukarBunlar yukarııda belirtilen sda belirtilen sıınnıırlar irlar iççinde kalinde kalıırsa, alarsa, alaşışımmıın mekanik n mekanik davrandavranışıışınnıı pek etkilemezler. Ayrpek etkilemezler. Ayrııca Mn oranca Mn oranıınnıın artmasn artmasıı dayandayanıımmııolumlu yolumlu yöönde etkiler. nde etkiler.

�� Ancak kAncak küükküürt rt ççelieliğğin kin kıırrıılganllganlığıığınnıı arttarttıırrıır, bu nedenle iyi bir r, bu nedenle iyi bir ççelikte elikte oranoranıı % 0.04'% 0.04'üü gegeççmemelidir.memelidir.

ÇÇELELĐĐK K ÜÜRETRETĐĐMMĐĐ

MALZEME BMALZEME BĐĐLGLGĐĐSSĐĐ 88


DEMİR (Fe)

KARBON (C)ÇELİK

Fe (≈≈≈≈%99,7) C (0,25-0,4)

ÇELİK≠≠≠≠

Döner yükleme haznesi

Büyük Çan

Küçük Çan

Hava giriş borusu

Curuf akıtma kanalı

Ham demir

Ana hava simidi

200°°°°C

800°°°°C

1300°°°°C

1800°°°°C1500°°°°CHazne

Gaz Çıkışı

Baca


CEVHER+ERİTİCİ

KIRMA, UFALAMA YAKMA

YAKMA (1900 °°°°C)

SOĞUTMA

BEYAZ FONTESMER FONT


HAM DEMİRİN ARINDIRILMASIkarbon, silisyum, mangan, fosfor, kükürt gibi maddelerin

kısmen veya tamamen yok edilip, çeşitli çelik ve

endüstriyel demirlerin edilmesi

PİYASAYA ARZ EDİLEBİLİR HALE GETİRME

piyasada görülen saç, değişik boy ve şekillerdeki çubuk, profil elemanlar olarak yarı mamul


ÇÇelik elik ÜÜretimiretimi

�� Demir ve alaDemir ve alaşışımlarmlarıınnıın elde edilin elde edilişşi, di, düüzeltimi, dezeltimi, değğiişşimi ve yarimi ve yarııiişşlenmilenmişş eeşşya haline dya haline döönnüüşşttüürrüülmesi ile ulmesi ile uğğraraşşan endan endüüstri ve teknik stri ve teknik bbööllüümmüüne ne "siderurji""siderurji" adadıı verilir. verilir.

�� Siderurji tekniSiderurji tekniğği di döört brt büüyyüük gruba ayrk gruba ayrııllıır :r :

1.1. Cevher, eritici ve Cevher, eritici ve kköömmüürden olurden oluşşan ham an ham maddeleri; kmaddeleri; kıırma, ufalama, rma, ufalama, yakma (Piritlerin yakma (Piritlerin yakyakıılmaslmasıı), kok yap), kok yapıımmıı vb. vb. ilk iilk işşlemlerden gelemlerden geççirerek irerek yyüüksek fksek fıırrıına atna atıılabilecek labilecek şşekle dekle döönnüüşşttüürme rme aaşşamasamasıı..



2.2. Ham demir (pik) veya font Ham demir (pik) veya font elde edilielde edilişşi ve iri di ve iri döökküüm m üürrüünlerinin elde edilinlerinin elde edilişşi; i; Demir metalDemir metalüürjisinde rjisinde kullankullanıılan ylan yüüksek fksek fıırrıında nda cevher, kcevher, köömmüür ile beraber r ile beraber 19001900°°°°°°°°C civarC civarıında nda yakyakıılmakta ve 1300lmakta ve 1300°°°°°°°°CC’’de de ççabuk soabuk soğğuma sonucu uma sonucu beyaz fontbeyaz font üüretilir. Yavaretilir. Yavaşşsosoğğuma sauma sağğlanlanıırsa rsa esmer esmer fontfont elde edilir. Artelde edilir. Artıık k maddeye maddeye letiye(curuf)letiye(curuf) adadııverilir.verilir.



�� YukarYukarııdaki reaksiyonla elde edilen daki reaksiyonla elde edilen font'a hava ve demir oksit etki font'a hava ve demir oksit etki ettirilerek ettirilerek yumuyumuşşak demirak demir üüretilir retilir (Puddling Y(Puddling Yööntemi). ntemi).

�� ÇÇelik elik üüretiminde ise beyaz fontun retiminde ise beyaz fontun yakyakıılarak fazla karbonun allarak fazla karbonun alıınmasnmasıı(Martin(Martin--Siemens YSiemens Yööntemi)ntemi) veya veya yumuyumuşşak demire hava ak demire hava üüflenerek flenerek karbonlanmaskarbonlanmasıı (Bessemer veya (Bessemer veya Thomas)Thomas) yyööntemi gibi intemi gibi işşlemler lemler uygulanuygulanıır.r.


SSÜÜREKLREKLİİ DDÖÖKKÜÜMM

4.4. ÜçüÜçüncncüü aaşşamanamanıın n üürrüünnüüolan kolan küüttüüklerin ya ingot klerin ya ingot kalkalııplara dplara döökküülerek veya su lerek veya su ile soile soğğutulan bakutulan bakıır kokil ile r kokil ile bir ubir uççtan aktan akııttııllıırken rken ööteki teki uuççtan kattan katıılalaşşmmışış şşekilde ekilde ddışışararıı ççekilerek sekilerek süürekli rekli olarak (solarak (süürekli drekli döökküüm) m) ddöökküülerek piyasada glerek piyasada göörrüülen len sasaçç, de, değğiişşik boy ve ik boy ve şşekillerdeki ekillerdeki ççubuk, profil ubuk, profil elemanlar olarak yarelemanlar olarak yarııiişşlenmilenmişş eeşşya durumuna ya durumuna getirilmesi.getirilmesi.




�� Demir ve Demir ve ççelik elik üürrüünleri aynnleri aynıı zamanda hurda malzemeleri zamanda hurda malzemeleri dedeğğerlendiren erlendiren ark ocaark ocağığı sistemi ile de elde edilir. sistemi ile de elde edilir.

�� Temin edilen hurda demir, alaTemin edilen hurda demir, alaşışıma karbon ma karbon sasağğlamak amaclamak amacııyla pik demir (yyla pik demir (yüüksek karbon oranlksek karbon oranlııddöökme demir) ile birlikte elektrik ark ocaklarkme demir) ile birlikte elektrik ark ocaklarıında nda eritilir. eritilir.

�� Eritme iEritme iççin gerekli olan yaklain gerekli olan yaklaşışık 1600k 1600°°°°°°°°C C ssııcaklcaklıık yark yarıım metre m metre ççaplaplıı üçüç adet badet büüyyüük k elektrot ile saelektrot ile sağğlanlanıır. r.



�� Elektrotlardan geElektrotlardan geççen yen yüüksek elektrik ksek elektrik akakıımmıı sonucunda dosonucunda doğğadaki yadaki yııldldıırrıım m ddüüşşmesine benzer mesine benzer şşekilde elektrik ekilde elektrik arkarkıı oluoluşşur. ur.

�� Eriyik Eriyik üüzerine oksijen verilerek zerine oksijen verilerek istenmeyen elementlerin aktiflik istenmeyen elementlerin aktiflik ssıırasrasıına gna gööre oksitlenerek eriyikten re oksitlenerek eriyikten ayrayrışışmasmasıı sasağğlanlanıır.r.

�� OluOluşşan ark yan ark yüüksek ksek ııssıı yaydyaydığıığından ndan dolaydolayıı demir ve idemir ve iççerindeki dierindeki diğğer er elementler erir.elementler erir.



�� Bu oksitler curuf adBu oksitler curuf adıı verilen karverilen karışıışımmııoluoluşştururlar. Bu curufun tururlar. Bu curufun öözgzgüül al ağığırlrlığıığıdemirden oldukdemirden oldukçça da düüşşüük olduk olduğğundan undan dolaydolayıı (yakla(yaklaşışık 2.5k 2.5––3.0), curuf eriyi3.0), curuf eriyiğğin in yyüüzeyine zeyine ççııkar ve ykar ve yüüzeyden dzeyden dışışararııya atya atııllıır. r.

� Burada eriyikten örnek alınarak kimyasal bileşimine bakılır ve gerekli işlemler yapılarak istenen kimyasal kompozisyon elde edilir.

�� Eriyikten curuf alEriyikten curuf alıındndııktan sonra; eriyik ktan sonra; eriyik daha kdaha küçüüçük elektrotlark elektrotlarıı olan potaya olan potaya boboşşaltaltııllıır. r.



�� En son elde edilen alaEn son elde edilen alaşışım sm süürekli rekli ddöökküüm im işşlemine tabi tutulur. lemine tabi tutulur.

� Daha sonra katılaşan malzeme istenen formda kütükler haline getirilerek ya kendi halinde soğumaya bırakılır ya da fazla soğumadan istenen boyut, şekil, sertlik ve dayanımda çelik üretilmek üzere haddelemeye geçilir.

�� Burada sBurada sııvvıı haldeki demirhaldeki demir--karbon karbon alaalaşışımmıınnıın sn sııcaklcaklığıığı bakbakıır r kokillerde su ile sokokillerde su ile soğğutulup utulup 12001200°°°°°°°°CC’’ye kadar dye kadar düüşşüürrüülerek lerek katkatıılalaşşma sama sağğlanlanıır.r.







Metallerin Mekanik Metallerin Mekanik ÖÖzelliklerini Dezelliklerini Değğiişştirme tirme

YYööntemlerintemleri

YAPI MALZEMESYAPI MALZEMESĐĐ II 12


Metallerin Mekanik Metallerin Mekanik ÖÖzelliklerini Dezelliklerini Değğiişştirme Ytirme Yööntemlerintemleri

�� Metallerin mekanik Metallerin mekanik öözellikleri kullanzellikleri kullanıım amacm amacıına gna gööre yeterli olmayabilir. re yeterli olmayabilir. Bu amaca yBu amaca yöönelik olarak baznelik olarak bazıı yyööntemleri kullanarak metallerin mekanik ntemleri kullanarak metallerin mekanik öözellikleri gelizellikleri gelişştirilebilir.tirilebilir.

�� Bu yBu yööntemler daha ntemler daha ççok metalurji mok metalurji müühendislerinin uhendislerinin uğğraraşışı alanalanıında nda kalmaktadkalmaktadıır. Ancak bir fikir verebilmek ar. Ancak bir fikir verebilmek aççııssıından bu yndan bu yööntemlerden kntemlerden kıısaca saca ssööz etmekte yarar vardz etmekte yarar vardıır.r.

�� Malzeme kopmadan Malzeme kopmadan öönce belirli bir kopma uzamasnce belirli bir kopma uzamasıı (baz(bazıı literatliteratüür % 5 r % 5 kabul etmektedir) gkabul etmektedir) göösteriyor ise bsteriyor ise bööyle malzemelere yle malzemelere ssüünek malzemenek malzeme, , belirgin bir uzama gbelirgin bir uzama gööstermeden koparsa (plastik stermeden koparsa (plastik şşekil deekil değğiişştirmeden) tirmeden) gevrek malzemegevrek malzeme denir. denir.

�� SSüünek malzemeler dislokasyon hareketleri ile nek malzemeler dislokasyon hareketleri ile şşekil deekil değğiişştirdikleri itirdikleri iççin, in, dislokasyon hareketini zorladislokasyon hareketini zorlaşşttııran her etki malzemenin dayanran her etki malzemenin dayanıımmıınnıı artartıırrıır.r.


Metallerin Mekanik Metallerin Mekanik ÖÖzelliklerini Dezelliklerini Değğiişştirme Ytirme Yööntemlerintemleri

�� Tane UfaltmaTane Ufaltma

�� KatKatıı eriyik eriyik AlaAlaşışımlandmlandıırrıılmaslmasıı

�� Deformasyon Deformasyon SertleSertleşştirmesitirmesi

�� IsIsııl l İşİşlemlem


Tane UfaltmaTane Ufaltma

�� Kristal kaymasKristal kaymasıınnıın tane sn tane sıınnıırlarrlarıı ile engellendiile engellendiğğinden sinden sööz edilmiz edilmişşti. ti. Tane boyutu daha kTane boyutu daha küçüüçük olunca daha bk olunca daha büüyyüük oranda sk oranda sıınnıır r malzemesi malzemesi ççııkacakacağığından, malzemenin tane boyutu kndan, malzemenin tane boyutu küçüüçüllüürken, rken, mukavemeti artar. mukavemeti artar.

�� Bu iBu işşlemler daha ziyade eriyiklerin dondurulmaslemler daha ziyade eriyiklerin dondurulmasıı ile gerile gerççekleekleşşir.ir.

�� EEğğer ser sııvvıı daha hdaha hıızla donduruluyorsa ince yapzla donduruluyorsa ince yapııllıı taneler, yavataneler, yavaşşdonarsa daha kaba yapdonarsa daha kaba yapııllıı taneler olutaneler oluşşur. ur.

�� Bu nedenle malzemenin tane Bu nedenle malzemenin tane ççaplaraplarıınnıı incelten iincelten işşlemler aynlemler aynıızamanda o malzemenin dayanzamanda o malzemenin dayanıımmıınnıı arttarttıırrıır.r.


1. Tane Ufaltma1. Tane Ufaltma

�� ÖÖzellikle iri taneli yapzellikle iri taneli yapıı istenirse sistenirse sııcak kum kalcak kum kalııplar kullanplar kullanııllıır.r.

�� Tane boyutlarTane boyutlarıı mekanik imekanik işşlemlerle (form ve lemlerle (form ve şşekil verme) ve ekil verme) ve ııssııl l iişşlemler (tavlama) ile ayarlanabilir. lemler (tavlama) ile ayarlanabilir.

�� GeliGelişşen metalurji teknikleri ile bu ien metalurji teknikleri ile bu işşlemler delemler değğiişşik ik şşekillerde ekillerde ddüüzenlenebilir.zenlenebilir.

�� Donma hDonma hıızzıı genellikle dgenellikle döökküümmüün yapn yapııldldığıığı kalkalııbbıın cinsine gn cinsine gööre re dedeğğiişşir. Metal kalir. Metal kalııplarda, kum kalplarda, kum kalııplardan daha hplardan daha hıızlzlıı donma oludonma oluşşur. ur. Metal kalMetal kalııplarplarıı su ve yasu ve yağğ ile soile soğğutmak bu iutmak bu işşlemi daha da lemi daha da hhıızlandzlandıırrıır..r..


2. Basit Ala2. Basit Alaşışım Etkilerim Etkileri

�� Elementlerden biri diElementlerden biri diğğerine gerine gööre ya arayer atomu ya da yeralan re ya arayer atomu ya da yeralan atomu oluatomu oluşşturur.turur. Her iki halde de Her iki halde de dislokasyondislokasyon hareketi zorlahareketi zorlaşışır.r.

�� Dislokasyon hareket ederken bu nokta hatalarDislokasyon hareket ederken bu nokta hatalarıına ulana ulaşışırsa veya rsa veya nokta hatalarnokta hatalarıı yayyayıınma ile dislokasyon bnma ile dislokasyon böölgesine ulalgesine ulaşışırlarsa, rlarsa, dislokasyon bdislokasyon böölgesinin enerjisini azaltarak hareketini zorlalgesinin enerjisini azaltarak hareketini zorlaşşttıırrıır.r.

�� AlaAlaşışımmıı oluoluşşturan atomlar yarturan atomlar yarııççaplaraplarıı farklfarklıı olduolduğğu iu iççin kristal in kristal hatashatasıı oluoluşştururlar. tururlar.


3.3. Deformasyon SertleDeformasyon Sertleşştirilmesitirilmesi

�� Bir malzemeye elastik Bir malzemeye elastik limitin limitin üüzerinde bir zerinde bir statik gerilme statik gerilme uygulanuygulanııp sonra p sonra kaldkaldıırrııllıırsa ve bu irsa ve bu işşlem lem aynaynıı şşekilde ekilde tekrarlantekrarlanıırsa, orijinal rsa, orijinal elastik limitten belastik limitten büüyyüük k yeni bir elastik limit yeni bir elastik limit belirirbelirir..


3.3. Deformasyon SertleDeformasyon Sertleşştirilmesitirilmesi

�� Bu iBu işşleme leme sosoğğuk iuk işşlemlemadadıı da verilir.da verilir.


4.4. IsIsııl il işşlemlem

�� İİstenilen stenilen mikroyapmikroyapıı ve ve öözellikleri elde etmek izellikleri elde etmek iççin in ççelik katelik katıı fazda iken fazda iken ııssııttııllııp, sop, soğğutulma iutulma işşlemlerine lemlerine ııssııl il işşlemlem denir. denir.

�� IsIsııl il işşlemler lemler tavlamatavlama ve ve sertlesertleşştirmetirme olarak iki grupta olarak iki grupta incelenebilir.incelenebilir.


4.4. 1. Tavlama1. Tavlama

�� ÇÇeliklerin eliklerin ııssııttııllııp sop soğğutulma iutulma işşlemlerine lemlerine tavlamatavlama denilir. denilir.

�� SoSoğğuk iuk işşlemin etkileri (ilemin etkileri (içç gerilmeler) tavlama denilen metal gerilmeler) tavlama denilen metal iişşlendikten sonra yaplendikten sonra yapıılan bir lan bir ııssııtma itma işşlemi ile giderilir. lemi ile giderilir.

�� Tavlama sonucu, elastik dayanTavlama sonucu, elastik dayanıım biraz azalabilir ancak m biraz azalabilir ancak enerji yutma kapasitesi ve enerji yutma kapasitesi ve ddüüktilitektilite bbüüyyüük k ööllçüçüde artar ve de artar ve yassyassıılalaşşan taneler birbirleri ile kaynaan taneler birbirleri ile kaynaşışırlar. rlar.



Tane sınırlarında biriken ve gevrekleşmeye neden olan katışkılar ve kalıntılar tane içine doğru yayınır. Yayınamayanlar ise küreleşerek tokluk artar.

Çelik 1100-1300°°°°C’lerarasında 50 saat gibi uzun bir süre bekletilir.

Homojenleştirme(Yayınma)

Taneler irileşerek çeliğin talaşlı işleme özelliği artar

Çelik 950–1100°°°°C’lerarasında bekletilir.

Tane irileştirme.

Elde edilen özellikUygulanmasıTavlama adı

İnce taneli yapı elde edilir, aynı zamanda yumuşama meydana gelir, elektrik ve manyetik özellikler ve işlenebilirlik iyileşir. soğuma kontrollü yapıldığıiçin homojen bir mikro yapıelde edilir.

Ötektoit altıçeliklerde A3, ötektoit üstü çelik-lerde A1 sıcaklığının yaklaşık 30°°°°C üstünde tutularak genellikle fırında, en az A1 sıcaklığının 30 °°°°C altına kadar yavaşça soğutularak yapılır

Tam




Çelik döküm parçalarıgenellikle çentik darbe mukavemetini artırmak için normalizasyon işlemine tabi tutulur. Parça havada soğutulduğu için, soğu-mahomojen olmaz. Parçanın kalınlığı, ortam sıcaklığının farklılığı mikroyapıyıdeğiştirir. Kalın parçalarda yüzey mikro-yapısı ile içkısmın mikroyapısı farklı olur. Normalizasyon tavlamasında soğuma daha hızlı olduğu için mikroyapı daha sert ve daha dayanıklı olur.

Bozulan tane yapısının normal hale getirilmesi için ötektoit altıçeliklerde A3 sıcaklığının‚ ötektoitüstü çeliklerde ise Acm veya A1 sıcaklığının yaklaşık 55°°°°C üstünde tavlan-ma yapılır. Soğutma oda sıcaklığında, havada yapılır.

Normalizasyon




Ötektoit üstü çeliklerdeki sementit lamellerinin parçalanması çeliğin işlenmesini kolaylaştırır, tokluğunu artırır. Çelik içindeki sementitlerinküreselleştirilmesi çeliğin sünekliği, yorulma dayanımıgibi mekanik özelliklerinin iyileşmesine neden olur.

Sementitleriparçalamak için, ötektoit altı çelikler A1’in altında tutulur‚ötektoit üstü çeliklerde A1 sıcaklığının altında ve üstünde salınım yaptırılır.

Küreselleştirme (Yumuşatma)




Soğuk şekillendirme neticesi kristal yapısı bozulan çeliği yeniden kristal yapılı hale getirmek için yapılır. Soğuk şekillendirme işlemi genellikle karbon oranı % 0.25 ve daha küçük olan çeliklere uygulandığı için yeniden kristalleştirme tavı bu çelikler için söz konusudur.

Çelik 650°C’ye ısıtılıp bir süre bu sıcaklıkta bekletildikten sonra soğumaya bırakılır.

Yeniden kristalleşme




Makine parçalarının farklıbölgelerinin farklı zamanlarda soğuması veya farklı plastik deformasyona uğramasından dolayı iç gerilmeler meydana gelir. Bu tavlama sayesinde içgerilmeler iyice azalır.

Malzeme 550-650°C’ler arasına ısıtılıp bir süre bu sıcaklıkta bekletildik-ten sonra soğumaya bırakılır.

Gerilme Giderme




MMÜÜHENDHENDĐĐSLSLĐĐK METAL ve K METAL ve

ALAALAŞŞIMLARIIMLARI--II

Doç. Dr. Halit YAZICI

http://kisi.deu.edu.tr/halit.yazici/

YAPI MALZEMESYAPI MALZEMESĐĐ I DERSI DERSĐĐ

Dokuz Eylül Üniversitesi Đnşaat Mühendisliği Bölümü

Documents

MÜHEND ĐSL ĐK METAL ve ALA ŞIMLARI -I Doç. Dr. Halit YAZICIkisi.deu.edu.tr/halit.yazici/YapiMALI/MALZEME-I-D10-ME... · 2010-09-03 · DENGE D İYAGRAMLARI a) Kimyasal komposizyonuna,