Mukavemet Arttırıcı İşlemler

MUKAVEMET ARTTIRICI İŞLEMLER

Prof. Dr. Âdem BakkaloğluYıldız Teknik ÜniversitesiMetalürji ve Malzeme Mühendisliği

MUKAVEMET ARTICI ÖNLEMLER Malzemelerin mekanik özellikleri metalurjik

yapılarına bağlıdır. Metalurjik yapı ise, kimyasal bileşim ile malzemeye uygulanan mekanik ve ısıl işlemlere bağlı olarak farklılıklar gösterir. Özet olarak malzemenin dayanımını artırmak kimyasal bileşimi ve metalurjik yapısını değiştirmekle mümkündür. Malzemenin yapısını değiştirmek için mekanik işlem, ısıl işlem veya bunların beraber olarak uygulanması gereklidir.

MUKAVEMET ARTICI ÖNLEMLER

Dislokasyon hareketine herhangi bir şekilde engel olunduğunda malzemenin dayanımı artar. Malzemenin dayanımını artırmanın başlıca nedenleri;

1. Dislokasyon yoğunluğunun artırılması2. Dislokasyonların zorlanarak hareket

etmesidir.

MUKAVEMET ARTICI ÖNLEMLER Malzeme mukavemetini artırıcı işlemler genel olarak

aşağıda belirtildiği gibi sınıflandırılabilir;1. Alaşım Sertleştirmesi1.1.Katı Eriyik Sertleştirmesi

a) Yer Alan Katı Eriyiğib) Ara Yer Katı Eriyiği

1.2. İkinci Faz Sertleşmesi2. Çökelme Sertleşmesi3. Dispersiyon (Dağılım) Sertleşmesi4. Soğuk İşlem Sertleşmesi5. Tane Boyutunun Küçültülmesi6. Martenzitik Dönüşüm7. Çift Faz Isıl İşlemi (İki fazlı alaşımlar)

1. Alaşım Sertleştirmesi

Alaşım sertleşmesi kimyasal bileşimin değiştirilmesi ile mukavemet artırılması işlemi olup alaşım elementinin saf metal içinde eriyip tek fazlı bir yapı oluşturması halinde “Katı Eriyik Sertleşmesi”, ikinci bir faz oluşturması halinde ise “İkinci Faz Sertleşmesi” olarak isimlendirilir.

1.1. Katı Eriyik Sertleşmesi Herhangi bir saf metale,

matris yapısı içinde eriyen atomları ilavesiyle elde edilen katı eriyikler iki çeşittir; bunlar “Yer Alan” ve “Ara Yer Katı Eriyiği” olarak isimlendirilir.

Karışık kristalle, başka bir deyimle alaşımlama ile yapılan sertleştirmede, atomlar arayer ve yeralan atomu olarak kafese girer, dislokasyonları engeller ve malzeme sertleşir.

Şekil 1.Katı eriyik sertleşmesi :

a Yer Alan, b Ara Yer

1.1. Katı Eriyik Sertleşmesi

Büyük çaplı yabancı atomlar yer alan veya ara yer olarak kafes yapısı içine girince çevresinde basma gerilmeleri oluştururlar, yani çevresini etkilerler. Yabancı atomların boyutu matris atomları boyutundan farklı ise kafesin genişlemesine veya daralmasına sebebiyet verirler. Böylece kayma düzlemlerinin geometrik sürekliliği bozulur, dislokasyonlara geçmesi zorlaşır.

1.1. Katı Eriyik Sertleşmesi İki veya daha fazla elementin sıvı

haldeki herhangi bir karışım içinde katılaştıktan sonra tek bir faz meydana getirilebiliyorsa, oluşan bu faza “Karışık Kristal Fazı” denir. İki metalin beraber katılaşmasında A atomlarının meydana getirdiği kafese B atomlarının girmesi veya bunların tersi oluşan bünyeye “Karışık Kristal” denir.

1.1.1. Yer Alan Katı Eriyiği

Saf metal (eriten) atomları ile ilave edilen alaşım elementi (eriyen) atomlarının boyutları birbirine uygunsa, kristal içinde eriyen atomlar eriten atomların yerini alabilirler. Bu çeşit katı eriyiğe “yer alan katı eriyiği” denir.

1.1.2. Arayer Katı Eriyiği Eğer kristal içinde eriyen atomlar,

eriten atomlardan çok küçükse, bu durumda eriyen atomlar, eriten atomların oluşturduğu kristalin matris içindeki atomlarası boşluklarına yerleşirler. C, N, O, H bu cins eriyen atomlara örnek teşekkül ederler. Söz konusu elementlerin saf metallerle yapmış olduğu katı eriyiklere de “arayer katı eriyiği” denir.

Hume-Rothery Kaideleri Farklı iki metal atomunun birbiri içinde her oranda

eriyerek yer alan katı eriyiği yapabilme şartları Hume-Rothery Kaideleri olarak bilinir.

1. Eriyen ve eriten atom boyutları arasındaki fark %15’ten az olmalıdır. Eğer bu fark %15’ten fazla ise, alaşımın yer alan katı eriyiği yapma sınırı genellikle %1’den azdır.

2. Farklı iki metalin birbiri içinde her oranda eriyebilmesi aynı kristal yapısına sahip olmaları halinde mümkündür.

3. Elektronegativiteleri birbirlerine yakın olan metaller yeralan katı eriyiği yapabilirler.

4. Eriyen ve eriten atomların valansları aynı olduğunda her oranda birbirleri içinde eriyerek katı eriyik yapabilirler.

Hume-Rothery Kaideleri Katı eriyikler saf metallere göre daha

yüksek mukavemete sahiptirler. Katı eriyikleri mukavemetinin yüksek olmasının sebebi, eriyen ve eriten atomların boyut farklılığı sonucunda oluşan latis distorsiyonu (kafes bozulması) ile eriyen atomların hareket halindeki dislokasyonların etkileşimi sonucunda oluşan iç gerilmelerdir

Hume-Rothery Kaideleri Katı eriyik sertleşmesi sonucunda malzemenin akma

mukavemeti artar. Şekil 2’de görüldüğü gibi (gerilme-birim şekil değiştirme) eğrisi yukarıya doğru kayar. Bu olay eriyen atomların dislokasyonların hareketini engellemesi sebebiyle iç sürtünme gerilmesinin artmasından kaynaklanmaktadır.

Şekil 2. Eriyen atomların mukavemet artırmadaki rolü

Hume-Rothery Kaideleri Alaşım elementi konsantrasyonu ile katı

eriyik mukavemet değişiminin genellikle

Burada; : Katı eriyiğin akma mukavemeti, : Saf metalin iç sürtünme gerilmesi, : Malzeme sabiti, C : Alaşım elementi konsantrasyonudur

aa i c K C

icK

Hume-Rothery Kaideleri Eriyen atomların mukavemet artırmadaki rolü iki

grupta incelenmektedir.1. P, Mo, Co, Cr yer alan atomu olarak girer. Yabancı

atomlar kafes köşe noktalarına oturmak üzere kürecikler şeklinde yerleşir. P elemanı yer alan elementler arasında en şiddetli karışık kristal sertleşmesine neden olan elementtir.

2. C, N, H arayer atomu olarak girer. Bunlar küçük çaplı, adresi kesin olarak belli olmayan atomlardır (yüksek enerjili bölgelere yani hatalı bölgelere, dislokasyonların bulunduğu bölgelere yerleşir).

1.2. İkinci Faz Sertleşmesi

İkinci faz sertleşmesi, genellikle katı eriyik sertleşmesine eklenebilir. İki fazlı alaşımlarda, ikinci faz matris fazı içinde bölgesel iç gerilmeler oluşturması nedeniyle alaşım mekanik özelliklerini etkilemektedir.

1.2. İkinci Faz Sertleşmesi Fazların yapıda küresel olarak dağıldığı iki

fazlı alaşımlarda mukavemetin artması, genellikle kaymanın ikinci faz ile engellenmesi sonucunda yapıda homojen olmayan plastik deformasyonun oluşmasına bağlanmaktadır. Alaşımın yapısında deformasyonun bazı bölgelerde yoğunlaşması mukavemetin artmasına sebep olmaktadır. Eşit miktarda sementit fazı içeren küreselleştirilmiş çelikler ile perlitik çeliklerin mukavemetlerinin ve tokluğunun farklı olması buna iyi bir örnektir.

1.2. İkinci Faz Sertleşmesi

Şekil 4. Eşit miktarda sementit fazı içeren küreselleştirilmiş çelikler ile

perlitik çeliklerin mukavemet ve tokluk farkları

2. Çökelme Sertleşmesi Çökelme sertleşmesi, ikinci fazın küçük

tanecikler halinde matris fazı içinde çökelmesinin sağladığı alaşım sistemlerinde mukavemet artırmada kullanılan en önemli sertleştirme yöntemlerinde biridir. Çökelmeye duyarlı olan bu alaşımlar, aşırı doymuş katı eriyik oluşturan alaşımlardır. Aşırı doymuş katı fazdan zaman ve sıcaklık etkisi ile yeni bir fazın çökelmesi sonucunda malzemenin sertlik ve mukavemeti artar. Genellikle demir dışı metal alaşımları (Al, Mg, Ti alaşımları) ve çok yüksek mukavemetli çelikler bu yöntemle sertleştirilirler.

2. Çökelme Sertleşmesi

Çökelme sertleşmesinde dislokasyonları engelleyen çökeltilerdir. Çökelme sertleşmesi, ikinci fazın kristalin matris içinde katı eriyikten çökelmesi sonucu meydana gelen mukavemet artırıcı mekanizmadır.

2. Çökelme Sertleşmesi Çökelme sertleşmesi

veya çökelme yaşlanması denge diyagramında solvüs eğrisi içeren alaşım sistemlerinde olabilir. Çökelme sertleşmesinin yapılabildiği bir alaşım sistemine ait denge diyagramı Şekil 5’te görülmektedir.


Çökelme sertleştirmesi işlemi üç kademede yapılır. Bunlar sırasıyla;

1. Çözeltiye alma2. Ani Soğutma (su verme)3. Yaşlandırma (çökelti oluşturma)

kademeleridir.

Çökelme Sertleşmesi

Alaşım, önce tek fazlı yapı elde etmek amacıyla T1 sıcaklığına ısıtılır ve bu sıcaklıkta β fazı tamamen çözününceye kadar tutulur. Bu işlem çözeltiye alma işlemidir. Bundan sonraki su verme işlemi ile oda sıcaklığında aşırı doymuş α katı eriyiği elde edilir. Su verme işleminden sonra alaşımın oda sıcaklığında uzun süre tutulması ile veya bu sıcaklığın üstünde solvüs eğrisinin altındaki bir sıcaklıkta tavlanması ile α katı eriyiği içinde β fazının küçük tanecikler halinde çökelmesi sağlanır. Bu işleme yaşlandırma işlemi denir. Bu işlem oda sıcaklığında meydana gelebiliyorsa bu uygulama tabii yaşlandırma olarak isimlendirilir.


Çökelmenin başlangıcında, çökelti boyutu çok küçük olduğundan, çökeltiler deformasyon sırasında dislokasyonların hareketlerini çok az etkileyebilirler, dolayısıyla malzemenin sertliğinde ve mukavemetinde önemli bir değişiklik olmaz. Fakat çökeltilerin boyutu arttıkça dislokasyonların hareketi çok güçleşir ve malzemenin mukavemeti artar. Sabit bir sıcaklıkta yaşlanma süresine bağlı olarak malzemenin sertliğinde meydana gelen değişim Şekil 6’da gösterilmiştir. Yaşlandırma süresinin çok uzun tutulması da beklenen faydayı sağlamaz. Belirli bir sürenin sonunda çökelti boyutu çok büyür, çökelti sayısı azalır ve malzemenin sertliği düşer. Bu durum aşırı yaşlanma olarak adlandırılır.

4. Soğuk İşlem Sertleşmesi

Soğuk İşlem Sertleşmesi= dislokasyonlarla sertleştirme= Dislokasyon yoğunluğunu arttırarak sertleştirme= Deformasyon sertleşmesi

Deformasyon oranı ↑, Sertlik ↑,Tokluk↓, Dislokasyon Yoğunluğu↓

4. Soğuk İşlem Sertleşmesi Soğuk işlem ile malzeme mukavemetindeki

artış soğuk işlem miktarı ile orantılıdır. Tavlanmış bir malzemede dislokasyon yoğunluğu civarındadır. Fazla miktar soğuk işlem görmüş bir malzemede ise dislokasyon yoğunluğu yaklaşık olarak 1 ulaşır. Yoğunluğun bu şekilde artması bize soğuk şekil değiştirme sırasında belli olayların olduğunu ve dolayısıyla yeni dislokasyonların oluştuğunu göstermektedir

6 8 210 10 cm

12 20 cm


Soğuk işlem sonucunda malzeme taneleri deformasyon yönünde uzar ve belirli kristalografik doğrultularda yönlenirler. Tanelerde dislokasyon yoğunluğunun artmasının yanında birçok atom boşluğu da meydana gelir. Aynı zamanda malzemenin yoğunluğunda bir miktar azalma görülür.

4. Soğuk İşlem Sertleşmesi Soğuk işlem sonucunda malzeme yapısında meydana

gelen dislokasyon yoğunluğunun malzeme mukavemetine etkisi aşağıdaki bağıntıyla hesaplanabilir:

Burada; : Plastik deformasyon gerilmesi (flow stress) : Sürtünme gerilmesi G : Kayma gerilmesi b : Burgers vektörü ρ : Dilokasyon yoğunluğu α : Sabit (Genellikle 0,3-0,6 arasında)

p

1/2p i Gb

i


Soğuk sertleştirmede dislokasyon yoğunluğu artar. Dislokasyon yoğunluğunun artması (artan dislokasyon sayısı) hareket eden dislokasyonların birbirlerini kilitlemesine neden olmaktadır. Sertleştirmede temel gaye, dislokasyonları engellemektir.

4. Soğuk İşlem Sertleşmesi Soğuk işlem (deformasyon) miktarı artınca,

dislokasyon adeti ve dislokasyon yoğunluğu artar. Dislokasyon adetinin çok fazla olması bir sertleşme meydana getirir. Bu sınır da ( ) dislokasyonlar birbirini engeller ve malzeme şekil değiştirir.

Dislokasyon yoğunluğunun artması, hareket eden dislokasyonların birbirlerini kilitlemesine neden olmaktadır.

12 210 adet / cm


Soğuk işlemde deformasyon miktarına bağlı olarak malzemenin mekanik özelliklerindeki değişim Şekil 7’de görülmektedir:

4. Soğuk İşlem Sertleşmesi Ön soğuk işlem arttıkça malzemenin akma ve çekme

mukavemeti ile sertliğinde artış, buna karşılık sünekliğinde (% uzama ve % kesit daralması) azalma olur. Metalik malzemelerde soğuk işlem miktarı sınırlıdır, çünkü belirli soğuk işlem miktarında malzemenin sünekliği sıfıra iner. Soğuk işlem sırasında atom boşluklarının meydana gelmesi ve bunların konsantrasyonunun soğuk işlem miktarı arttıkça artması malzemede çatlaklara sebep olur. Çatlak oluşumunu önlemek ve soğuk işlemle azalan sünekliği artırmak amacıyla malzeme soğuk işlem sırasında tavlanır.


Tavlama ile yüksek sıcaklıkta bir süre tutulan malzemenin soğuk işlem yapısı bozulur. Malzeme yapısının değişimini toparlanma, yeniden kristalleşme ve tane büyümesi olmak üzere başlıca üç safhada incelemek mümkündür.

Soğuk İşlem Soğuk işlem malzemeye plastik şekil verme

yöntemleriyle uygulanır. Plastik şekillendirme hem dislokasyonların hareketini sağlar, hem de yeni dislokasyonların oluşumuna sebep olur. Soğuk işlem sonunda mukavemetin artması deformasyon sertleşmesi nedeniyledir. Deformasyon sertleşmesi, dislokasyonların birbirleri ve dislokasyonların hareketini zorlaştıran çeşitli engeller ve etkileşimi sonucunda olur.

Toparlanma

Bu safhada soğuk işlenmiş malzemedeki dislokasyonlar yeni bir düzene girer. Bu düzen dislokasyonların daha düşük enerjiye sahip oldukları durum olup, poliganizasyon olarak isimlendirilir.

Yeniden Kristalleşme Bu safhada dislokasyon içeren

toparlanmış taneler kaybolur ve yerine yeni taneler çekirdeklenir. Çekirdeklenme genellikle hatalı bölgelerde, tane sınırlarında meydana gelir.

Yeniden kristalleşme sıcaklığı, malzemenin pratik olarak bir saat içinde %50’sinin yeniden kristalleştiği sıcaklıktır. Ve yaklaşık olarak malzemnin ergime sıcaklığının 13ü ile 12’si arasındadır. Malzemenin yenhiden kristalleşme sıcaklığı sabit olmayıp soğuk işlem miktarı, kimyasal bileşim, ilk tane boyutu, tav süresi, malzemenin ergime sıcaklığı çeşitli faktörlere bağlıdır.

Tane Büyümesi• Yeniden kristalleşen taneler, tavlama sıcaklığında

uzun süre tutulursa veya yeniden kristalleşme sıcaklığında uzun süre tutulursa veya yeniden kristalleşme sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda tavlanırsa yayınma ile zamanla büyürler. Tane büyümesi tavlama süresi ve sıcaklığa bağlıdır.

5. Tane Boyutunu Küçültme

Tane Küçültme Yöntemleri:1. Hızlı soğutma2. Termomekanik işlemler3. Yeniden kristalleşme tavlaması4. Normal tavlama5. Mikroalaşımlama

5. Tane Boyutunu Küçültme Tane boyutunu küçülterek de malzemenin

mukavemeti artırılabilir. Tane boyutunu, hızlı soğutma veya çeşitli termo-mekanik işlemlerle küçültmek mümkündür. Sertleştirme mekanizmaları içinde hem dayancı hem de tokluğu artıran tek yöntem tane küçültmesidir. Tanelerin küçük olması darbelere karşı daha yüksek dayanç ve yüzey kalitesi sağlar. Tane boyutunu küçültme ile malzemenin mukavemetinin artması şu nedenlerle olur:

5. Tane Boyutunu Küçültme a) Tane sınırları kaymayı

önler: Tane sınırlarının hareket halindeki dislokasyonların hareketlerini engellemesi nedeniyle bir tane içinde meydana gelen kayma bandı tane sınırlarında durur. Dislokasyonlar tane sınırı dislokasyonları ile karşılaştıklarında hareket etmez ve bunun sonucunda tane sınırlarında dislokasyon yığılmaları olur.

. Kayma düzlemi üzerinde hareket eden

dislokasyonların tane sınırlarında engellenmesi

Şekil 8


. Kaymanın bir taneden öbür taneye geçişiŞekil 9

b) Deformasyon sırasında taneler arasında uyum sağlamak, yani bir tanedeki değişime bağlı olarak komşu tanelerin şekil değişimine zorlanması her tane içinde kompleks deformasyon gerilmeleri doğurur. Dolayısıyla, birden fazla kayma sisteminin çok kristalli malzemelerde çok çabuk meydana gelmesi tane sınırlarının etkisiyle olmaktadır. Bu sebeple, genellikle, çok kristalli malzeme, aynı malzemenin tek kristalinden daha yüksek mukavemete sahiptir.

. Kaymanın bir taneden öbür taneye geçişiŞekil 9

Alt Tane BoyutununMukavemete Etkisi

Çok taneli malzemelerde, tanelerin birleştiği bölgeler olarak tanımlanan tane sınırları,düzensiz atom yapısına sahip 2-3 atomlar arası mesafe kalınlığında olan geçiş zonlarıdır.Taneler arasındaki kristallografik yönlenmeye bağlı olarak büyük açılı tane sınırları ve küçük açılı tane sınırları olmak üzere iki tür tane sınırı tanımlanabilir.

Alt Tane Boyutunun Mukavemete Etkisi

• Kristalin bir malzemede,atomlar kristal yapıdaki boşlukların minimum olacağı şekilde dizilmişlerdir. Atomların bu dizilişinde oluşan hatalara istif hataları denir. Yüksek oranda istif hatası içeren metallerde deformasyon sertleşmesi hızı yüksektir ve tavlama sırasında tavlama ikizleri, kolaylıkla oluşur.

5. Tane Boyutunu Küçültme Tane boyutunun malzemenin mukavemetine

etkisi detaylı olarak incelenmiş olup, tane boyutu ile akma gerilmesi arasındaki ilişkinin aşağıdaki bağıntı ile gösterilebileceği saptanmıştır:

Bu bağıntı Hall-Petch denklemi olarak bilinir. Burada;

: Akma gerilmesi : Sürtünme gerilmesi k : Sabit D : Tane boyutu

a

1/2a i kD

i


Dislokasyon hareketine karşı sürtünme gerilmesi ( ), malzemenin kimyasal bileşimine, deformasyon miktarına ve sıcaklığa bağlıdır. Uygulanan gerilmenin ( )’ye etkisi yoktur. k terimi ise sıcaklığa bağlı değildir.

i

i


2 n 1(0,0645mm )N 2

Akma gerilmesinin tane boyutu ile değişimi Şekil 10’da şematik olarak gösterilmiştir. Dislokasyonları engelleyen sınırlar ne kadar çok olursa, dislokasyonlar o derece engellenir

(durur) ve malzeme sertleşir. Tane boyutunu ölçmek için çeşitli metotlar geliştirilmiştir. Bu metotların pratik ve yaygın

olanlarından biri, Amerikan Standartlarında belirtilen ASTM tane boyutu numarasıdır. ASTM tane boyutu numarası;

bağıntısı ile hesaplanabilir.

. Akma gerilmesinin tane boyutu ile değişiminin şematik gösterilişiŞekil 10

2 n 1(0,0645mm )N 2

6. Martenzitik Dönüşüm Yayınmasız kayma tipi bir dönüşüm olan martenzitik

dönüşüm, bazı demir dışı alaşımlarda (örneğin %37,5 Zn içeren pirinç) ve genellikle çeliklerde uygulanan sertleştirme işlemlerinden biridir. Martenzitik dönüşümün mukavemet artırmadaki etkisi en belirgin olarak Fe-C alaşımlarında görülür. Çeliğin yüksek sıcaklıklardan hızlı soğutulması ile yüzey merkezli kübik yapıdaki östenit, hacim merkezli tetragonal yapıdaki martenzite dönüşür. Hızlı soğuma nedeniyle yayınma söz konusu olmadığından, östenit ile martenzit fazlarının bileşimi aynıdır. Martenzitik reaksiyon, martenzit başlama sıcaklığında ( ) başlar ve martenzit bitme sıcaklığında ( ) sona erer. Çeliğin bileşiminde bulunan karbon ve diğer alaşım elementlerinin (Co ve Al hariç) artması ile ( ) ve ( ) sıcaklıklarında düşme eğilimi görülür.

sM

sM

fM

fM

6. Martenzitik Dönüşüm

Şekil 11. Alaşımsız bir çelikte karbon miktarının (Ms) ve (Mf) sıcaklıkları ile martenzit türüne etkisi

6. Martenzitik Dönüşüm Martenzitin mukavemetinin ve sertliğinin yüksek olması,

yapısında dislokasyon hareketlerine karşı büyük engellerin bulunduğunu gösterir. Yapılan detaylı incelemeler sonucu, martenzitin mukavemetinin yüksek olmasında martenzit yapısının rolü olduğu saptanmıştır. Transmisyon elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar, martenzitin masif ve iğnesel olmak üzere iki tür yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Şekil 11’den de görülebileceği gibi masif (dilim) martenzite %0,6’ya kadar karbon içeren sade karbonlu ve az alaşımlı çeliklerde rastlanır. Masif martenzit birbirine paralel olarak uzanmış yaklaşık μm kalınlığında plakalar halinde ince ikizlerden meydana gelir. Aralarında küçük açılı sınırlar bulunan plakaların bir araya gelmesi paketleri oluşturur. Yüksek karbonlu çeliklerin su verilmiş yapıları, içlerinde büyük miktarda ikizlerin bulunduğu yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip ( ) gelişigüzel plakalardan oluşur.

11 12 210 /10 cm

6. Martenzitik Dönüşüm Yüksek karbonlu çeliklerde görülen bu tip

martenzit, iğnesel martenzit olarak isimlendirilir. İğnesel martenzite az karbonlu fakat yüksek alaşımlı çeliklerde de rastlanabilir. İğnesel martenzitteki yüksek dislokasyon yoğunluğu büyük miktarda plastik deformasyona uğramış bir metalin dislokasyon yoğunluğu mertebesindedir. Bu nedenle martenzitin yüksek mukavemeti, ince ikiz yapısının veya yüksek dislokasyon yoğunluğunun dislokasyon hareketlerine mani olan etkin engeller olarak rol oynamasından ileri gelmektedir

6. Martenzitik Dönüşüm Martensitin mukavemetine katkısı olan ikinci önemli faktör ise

karbon atomlarıdır. Şekil 12’de görüldüğü gibi, martensitin sertliği, artan karbon miktarı ile artmaktadır. Karbon %0,2’nin altında olduğunda, martensitin sertliği karbon miktarına bağlı olarak daha hızlı artmaktadır. Çeliğe östenit fazında su verildiğinde, karbonun ferrit içinde erime sınırı östenit fazına oranla çok sınırlı olduğundan, karbon atomları ferritin yapısında latis distorsiyonuna sebep olur. Oda sıcaklığında karbon atomlarının yayınma ile ferrit yapısında tekrar dağılımı ile latis distorsiyonu azalır. Bu durumda karbon atomları genellikle dislokasyonlar civarında yayındıklarından, dislokasyonlar ile karbon atomları arasında kuvvetli bağ kurulmuş olur. Bu durum, çelikteki süreksiz kayma olayından da bilindiği gibi, dislokasyonların hareketini engeller. Karbon atomlarının yayınması aynı zamanda (100) düzleminde karbon atomu kümeleşmesine sebep olur. Dislokasyonların hareketini engelleyen martensit yapısının mukavemet artmasındaki katkısı aslında martensit yapısının oluştuğu çeliğin karbon miktarından bağımsızdır. Karbon atom kümeleri ve dislokasyonlar ile karbon atomlarının etkileşiminden ileri gelen mukavemet artışı karbon miktarı ile doğru orantılı olarak artar.

6. Martenzitik Dönüşüm

Şekil 12. Çelikte karbon miktarına göre çeşitli faz dönüşümü ürünlerinin sertlik değişimi

7. Çift Faz Isıl İşlemi (İki Fazlı Alaşımlar)

Çeliklerde çift faz dokusu genellikle Şekil 13’te görüldüğü gibi, demir karbon denge diyagramında A1 ile A3 arasında (α+γ) kadar ısıtılan çeliğin sertleşme kabiliyetine bağlı olarak uygun bir hızda soğutulması ile elde edilir. (α+γ) faz bölgesinde oluşan östenitin, beynit ve perlite dönüşmeden martenzit yapısının ortaya çıkmasına olanak verecek şartlarda soğuma hızı seçilir.

. Çeliklerde çift faz oluşumunun

şematik gösterilmesi

Şekil 13

7. Çift Faz Isıl İşlemi (İki Fazlı Alaşımlar) İki fazlı çelikler, yumuşak bir yapıya sahip olan ferritli

taşıyıcı doku içinde, odacıklar biçiminde dağılmış %15-20 dolayında martensit fazı içeren az alaşımlı ya da alaşımsız düşük karbonlu çeliklerdir. İşte bu çift fazlı dokular, bu tip çeliklere uygulanan ısıl işlemlerle elde edilirler. Çift faz terimi bu çeliklerin dokusal özellikleri nedeniyle kullanılmaktadır. Çift fazlı çelikler üstün özelliklerini metalografik yapılarından almaktadırlar. Çift fazlı çeliklerin ana ilkesi; bir fazın üstün özelliklerinden faydalanırken, aynı fazın istenmeyen özelliklerinin başka bir faz yardımıyla denetim altına alınması veya takviye edilmesidir. Şöyle ki; iki fazdan biri olan ferrit fazı, düşük mukavemetli fakat sünek bir fazdır. İkinci faz olan martensit yüksek mukavemetli fakat kırılgan bir yapıya sahiptir. Bunların yapıda beraber olması halinde, malzeme yüksek mukavemet ve süneklik özelliklerine sahip olur.

Documents

Mukavemet Arttırıcı İşlemler