Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 31.05.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/70 KATI ÇÖZELTİLERDEN ÇÖKELME (ÇÖKELME SERTLEŞMESİ)

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 31.05.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/70 KATI ÇÖZELTİLERDEN ÇÖKELME (ÇÖKELME SERTLEŞMESİ)"— Sunum transkripti:

1 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/70 KATI ÇÖZELTİLERDEN ÇÖKELME (ÇÖKELME SERTLEŞMESİ)

2 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT2/70 Metal ve Alaşımlarda Mukavemet Artış Mekanizmaları 1.Katı Eriyik Sertleşmesi 2.Tane Boyutunu Düşürme 3.Dispersiyon Sertleşmesi 4.Çökelme Sertleşmesi 5.Deformasyon Sertleşmesi 6.İkinci faz Sertleşmesi 7.Faz Dönüşümü

3 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT3/70  Bir katı çözelti iki fazlı bölgeye soğutulursa katı çözelti aşırı doymuş hale gelir  Yeni bir fazın oluşum nedeni sistemin serbest enerjisinde meydana gelen düşüştür.  Serbest enerji faz sınırlarından başlayarak nasıl değişir Sıvı (L)  +L  +L ++   A B % B Sıcaklık

4 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT4/70 Tek fazlı ,  ' ve  ya dönüşmektedir ( ,  ' ile aynı kristal yapısında, farklı kompozisyonda) x 2 0 = orijinal çözelti içinde (A durumu) 2 bileşeninin mol fraksiyonu x 2  ve x 2 β = B durumunda iki farklı çözeltinin mol fraksiyonu Şekil. İki faz içinde tek bir fazın dağılımı ; a) göz önüne alınan iki durum ve b) serbest enerjiler. (b) Teğet (Tanjant) Kuralı

5 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT5/70 Herhangi bir kinetik bariyer yoksa, x 2 0 kompozisyonundaki  çözeltisi, x 2 α ve x 2 β kompozisyonlarında iki ayrı çözeltiye ayrışacak Bu kompozisyonlar denge kompozisyonları (Faz diyagramlarında denge kompozisyonları) Serbest enerji- kompozisyon eğriler sıcaklıkla değişir. Şekil. Teğet kanununu gösteren düzen. G

6 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT6/70 Yüksek sıcaklıklarda sıvı eğrisi (G 1 s ) diğer iki eğrinin altına düşer. Sıcaklık düştükçe sıvı eğrisi yükselir, katı eğrileri düşer. Düşüş ve yükselişler ötektik sıcaklığında teğet eğrisinde birbirlerine temas ederler. Şekil. İki farklı sıcaklıktaki fazların tanımlandığı basit bir ötektik denge diyagramı.

7 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT7/70 Şekil. Tanımlanan iki farklı sıcaklıkta üç faz için serbest enerji-kompozisyon diyagramları.

8 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT8/70 Spinodal dönüşümde çekirdekleşme için bariyer yok. Karışabilirlik aralığı içeren malzeme sistemlerinde meydana gelir. Kompozisyon çalkalanmaları mevcuttur. Alaşım = A + B elementleri. A ve B ce zengin bölgeler oluşur ve serbest enerji düşer. Spinodal noktalarda İkinci türev = 0 olmaktadır.  ve  eğrileri birleştirilmişler (Kristal yapı  ve  fazlarında aynı) Eğride ikinci türev d 2 G s /dx 2 = 0, iki nokta spinodal noktadır Spinodal Noktalar

9 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT9/70 Şekil. a) Serbest enerji - kompozisyon diyagramında spinodal noktaların yerleşimi, b) aynı kristal yapıya sahip  ve   fazlarını da gösteren faz diyagramı. Sıcaklık

10 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT10/70 Şekilde ( bir önceki sayfa) x A kompozisyonu ele alınmakta, Tek fazlı katı çözelti, yüksek ve daha düşük kompozisyonlarda ayrışma yapmaktadır. Sistemin serbest enerjisi düşecek. Kompozisyondaki değişimler x B gibi bir bileşimde, spinodal noktaların dışında olursa, Sistemin serbest enerjisi yükselir. Alaşımlarda ilginç ve yararlı özellikleri için, sistemler dengeden uzaklaştırılır(Ör. Ani soğutma).

11 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT11/70 Şekilde, Ötektoid reaksiyon dışında dört mümkün çökelme reaksiyonu var.    fazı, ötektoid altı  fazından çökelecek   fazı ötektoid üstü  fazından çökelecek   fazı  fazını çökeltecek   fazı  fazını çökeltecek Şekil. Mümkün çökelme reaksiyonlarını gösteren ötektoid faz diyagramı. 1. Ana faz = matriks ana fazın kompozisyonu = x 2m olarak temsil edilir. 2. Ana fazdan büyüyen faz çökelti, kompozisyonu = x 2p olarak temsil edilir.  Pozitif çökelti = x 2p  x 2m  Negatif çökelti = x 2p  x 2m

12 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT12/70 Buna göre,  = pozitif ve a negatif çökelti. Çökelme Sertleşmesi Oluşum Şartları 1.Sistem karışabilirlik aralığı içermeli 2.Alaşım denge diyagramı solvüs eğrisi içermeli İlk iki şart mutlaka olmalı, Diğer şartlar çökelme serleşmesinin etkisini arttırır 3. Yüksek sıcaklıkta yüksek, düşük sıcaklıkta düşük çözünürlük olmalı 4. Çözen ve çözünenin atom çapları yakın olmalı 5. Çözen ve çözünenin kristal sistemleri benzer olmalı

13 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT13/70 α(x 2 0 ) → α(x 2 α ) + β(x 2 β ) (Denge reaksiyonu) Şekil. Bir faz diyagramında solvüs eğrilerinin yerleşimi.  Katı çözelti çok düşük sıcaklıklara ani olarak soğutulursa yeni faz çökelir.  Yeni çökelen faz artık  çökeltisi değildir. Yeni faz, denge diyagramında temsil edilmemektedir.  Bu tür reaksiyonlar yüksek miktarda sertleşme etkisine yol açarlar = çökelme sertleşmesi. Maksimum çözünürlüğü veren çizgiler solvüs eğrileridir. x 2 0 orijinal bileşimdeki alaşım Alaşım; T 1 sıcaklığından T 3 ’ e yavaş soğutma; katı çözeltiden  fazı çökelir:

14 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT14/70 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license. Şekil. Al-Cu denge diyagramı ve Al- % 4 Cu alaşımının soğumada ortaya çıkan mikroyapıları Direkt döküm yapısı yüksek mukavemetli olmaz. Oluşan intermetalik tane sınırlarına birikir (segregasyon) İdealTipik Bakır oranı (ağırlıkça)

15 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT15/70 Döküm hali  + kaba  (Oda sıcaklığı denge yapısı) Su verme sonu (aşırı doymuş  ) Çok küçük  çökeltileri  içinde dağılır

16 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT16/70 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.  Alaşım hızlı soğutulursa (su verme), ikinci faz dönüşümü tamamen engellenebilir,  Yarı kararlı katı çözelti elde edilir. 1 Su verme Çözeltiye alma işlemi (denge diyagramında tek faz bölgesi) Denge diyagramında tek faz bölgesi 3 Çökelme işlemi (Örn: 170 o C de 20 saat) Aşırı doymuş katı çözelti 2 Zaman Sıcaklık T1T1 Suni yaşlanma Doğal yaşlanma

17 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT17/70 Bakır Oranı (ağırlıkça) Sıcaklık ( o C) Su verme Çökelme (yaşlandırma) Çok ani su verme ile solvüs eğrisi yer değiştirir (kırmızı çizgi gibi)

18 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT18/70 Al-Cu alaşımlarında akma mukavemetine yaşlandırma sıcaklığı etkisi. Yaşlanma süresi (saat) Akma Mukavemeti (MPa) Maksimum mukavemet için yaşlandırma sıcaklığı önemli. Her bir malzemede optimum yaşlandırma sıcaklığı mevcut.

19 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT19/70 İki ayrı dengesel çökelme reaksiyonu vardır: Sürekli: Yeniden kristalleşmeye benzer.  fazı bağımsız olarak çekirdekleşir ve  içinde büyür. Süreksiz: Hücresel çökelme olarak adlandırılır. X 2  kompozisyonundaki  matriks fazı, kompozisyonunda  plakaları ve alternatif olarak yeni  fazı plakaları içerir. Hareket eden faz sınırı  (x 2 0 ) ve  (x 2  ) arasında olan yüksek açılı sınır. Şekil. İki tür çökelme reaksiyonunun şematik olarak gösterilişi.

20 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT20/70 Boeing 767 Alaşımlanan Al çöklme sertleşmesi ile mukavemetlendirilir. 1.5  m Çökelme reaksiyonuna ticari ilgi nedeni: mukavemet artışı mekanizmasından dolayı Havacılık sektöründe mukavemet / ağırlık oranı yüksek alaşımlar istenir. Çökelme sertleşmesinin Önemi, ve Uygulama Alanları

21 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT21/70 Uçak gövdesinde kullanılan ve çökelme ile sertleştirilen Al alaşımları

22 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT22/70 Çökelme sertleşmesi düşük ve nispeten yüksek sıcaklıklar için malzeme üretir. Uçak motorlarının yüksek sıcaklık bölgeleri için süperalaşımların çökelme ile sertleştirilen türleri kullanılır.

23 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT23/70 PW4084 Motor Malzemeleri

24 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT24/70 Alfred Wilm: Çelikler su vermede sertleşir, Al alaşımları neden sertleşmesin diye düşünmüş Süre Wilm, çelik gibi Al- 4% Cu alaşımını sertleştirmeye çalışmış, 550ºC ye ısıtma yapmış Maalesef! Sertlikte artış yok Isıtma Su verme Bekletme Sertlik kontrolü Bekletme ile günler sonra sertlik önemli şekilde artmış 20 yy. ın en önemli teknolojik başarılarından biri

25 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT25/70 Çökelme ile günümüzde akma mukavemeti 4-5 kat arttırılabilir. Yüksek mukavemet / ağırlık oranı yanında süneklik değerleri önemli oranda düşmez. 1906’ da Wilm kazaen keşfetmiş (Al-Cu-Mn alaşımına Mg ilave etkisi incelemesinde) Su verilen alaşımda sertlik yaşlanma ile önemli derecede artmış. Şekil yılında A. Wilm tarafından yayınlanan ilk yaşlanma sertleşmesi eğrisi. İlk sonuçları 1911 yılında yayınlanmış 1909 yılında üretilmiş = Duralumin denmiştir.;

26 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT26/70 Çökelme Yaşlanmasının Etkisini İncelemek İçin 2024 Alüminyum Alaşımı Verileri: (% 4.4 Cu, % 1.5 Mg ve % 0.6 Mn kalan Al)  Akma Gerilmesi (yaşlanma işlemi olmaksızın) = 138 MPa  Akma Gerilmesi (oda sıcaklığında yaşlanma ) = 276 MPa  Akma Gerilmesi (optimum yaşlanma işlemi ile) = 414 MPa % Cu, % Mg +Mn, Fe, Si yılında P.D. Merica, mikroyapıda çok küçük çökelti var demiştir. Çökelmeni aydınlatılması (fiziksel olarak) 1950’ li yıllarda, elektron mikroskobu ile

27 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT27/70  1820 yılında Carl von Schreibers, demir-nikel meteorunun mikroyapısını yayınlamış  Mikroyapı Aloys von Widmanstatten tarafından nitrik asitle dağlanmış  Çökelti fazları levhasal, iğnesel gibi şekillerde olabilir.

28 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT28/70 Çökelti-matriks arayüzeyi düşük enerjili arayüzeydir; Düşük enerjili arayüzeyler, matriks-çökelti arasında spesifik kristallografik oryantasyon gösterir. Örnek;  -pirinç (YMK)  -pirinç (HMK)’ dan çökeldiğinde; (110)   (111)  [111]   [110]  Kurdjumov-Sachs İkinci faz levhalar veya iğnecikler halinde matriks içinde tercihli olarak dizildiğinde, Widmanstatten yapısı olarak isimlendirilmiştir. Çökelti levhaya benzer ise, çökelti fazı matriks içinde belirli {hkl} düzlem ailesinde (habit) oluşur İğnesel çökeltiler de matrikste habit yönlerinde çökelirler.

29 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT29/70  Solvüs eğrisi altına ani olarak soğutma,  Nisbeten yüksek bir sıcaklıkta yaşlanma ile denge çökeltisi oluşmaya başlar.  Denge çökeltisinden önce iki yarı kararlı çökelti oluşumu gözlenmiş.  Al-Cu % 4.5 Cu alaşımı 550 °C’ de çözeltiye alınmış, soğutma ve yaşlandırmada Çökelme İşlem Safhaları Al-Cu alaşımlarında GP Zonları  Geçiş Çökeltileri  Dengesel Çökelti Alaşımlarda Genel

30 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT30/70 GP Zonları: TEM ile görülür. 80 A° çapında, 3-6 A° kalınlığında disk şekilli zonlar Yaklaşık % 90 Cu. Cu’ ca hakim atomların Al latisinde oluşumları. İlk olarak Gunier ve Preston tarafından X-ışınları tesbit edilmişler (1930’ lu yıllar) Gunier-Preston zonları (GP zonları) Şekil. Al-Cu Faz Diyagramı % Cu, (ağ.) Sıcaklık, ( °C) +   +   + sıvı sıvı °C 660 o C

31 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT31/70  " Çökeltisi: Isıtma ile GP zonları çözünmeye başlar ve II. çökelti  " oluşmaya başlar. a = b = 4.0 A° ve c = 7.8 A° latis boyutları, (tetragonal faz). Levhasal çökelti kalınlığı=20 A°, çapı = 300 A° kristallografik ilişki {100}    {100}matriks Ana faz ve çökelti arasında bire bir eşleşmeye zorlamadan dolayı uyumlu arayüzey var Bu nedenle büyük deformasyonlar ortaya çıkar. (Şekil ) Deformasyon Etkisindeki Bölge 20 A° 300 A° Şekil. Bir  " çökelti partikülünün şematik olarak kenar görünüşü.

32 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT32/70   ’ Çökeltisi: Optik mikroskopta gözlenebilecek belki de ilk çökelti. Boyutu = 1000 A° civarı a = b = 4.04 A° ve c = 5.8 A° (tetragonal faz) Üçüncü sırada çökelen faz. Kristallografik ilişki {100}    {100}matriks   Çökeltisi: Denge çökeltisi, a = 6.06 A° ve c = 4.87 A° (tetragonal) Üç çökelti direkt Al matriksi veya başka bir yerden mi çökelir. Deneysel deliller direkt olarak Al matriksinden çekirdeklendiği kanısını verir. Sertlik artışı  ' nün oluşumundan önce meydana gelir.

33 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT33/70 Şekil. Çökelme sertleşmesinin atomik mekanizması; a) Çözeltiye alma, b) Çökelti fazının oluşumu, c) Oluşan çökeltinin irileşmesi ve aşırı yaşlanma. Çözünen atom Çözen atom

34 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT34/70 Çözen ve çözünen atom boyut farkları yaklaşık % 12’ den daha küçük ise, Dengesel çökeltinin kristal yapısı basit ise GP zonu gözlenebilmekte. Şekil. Al-Cu alaşımları için yaşlanma sertleşmesi eğrileri Zaman Mikrosertlik

35 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT35/70 GP zones ”” ’’  Şekil. Al-Cu alaşımları için yaşlanma sertleşmesi eğrileri ve mikro yapıları. Mukavemetin yüksek olmasının nedeni uyumlu intermetalik fazın ana faz içinde oluşmasıdır. GP zonu ve geçiş çökeltileri mukavemeti çok önemli oranda arttırır.

36 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT36/70 Şekil. a) Ana faz ile uyumsuz bir çökelti, b) Latis parametresi matriksten büyük bir uyumlu çökelti ve a)b)

37 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT37/70 Şekil. a) Latis parametresi matriksten küçük bir uyumlu çökelti. b) Bir Al alaşımında çökelen 8 nm çapında çökelti partikülünün yüksek çözünürlüklü TEM yapısı. Alaşım Al - % 0.3 Sc alaşımıdır ve 300 o C de 350 saat yaşlandırılmıştır. a)b) Uyumlu çökeltiler etrafında meydana gelen deformasyon alanı mukavemetin daha da artmasına sebebiyet verir.

38 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT38/70 Şekil. a) Çözeltiye alınmış Al-Cu atomik yapısı, b)  ” geçiş ç ökelti fazı, c) Dengesel çökeltinin oluşması (aşırı yaşlanma). Çözen (Al) atomu Çözünen (Cu) atomu  ” faz partikülü  faz partikülü a)b)c)

39 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT39/70 Ana metalAlaşımÇökelme SıralanmasıDengesel Çökelti Alüminyum Al-Ag Zonlar (küreler)   ' (plaka)  (Ag 2 Al) Al-Cu Zonlar (diskler)   '' (diskler)   '  (CuAl 2 ) Al-Zn-Mg Zonlar (küreler)  M' (plakalar) (MgZn 2 ) Al-Mg-Si Zonlar (çubuklar)   '  (Mg 2 Si) Al-Mg-Cu Zonlar (çubuk veya küreler)  S'  S(Al 2 CuMg) BakırCu-Be Zonlar (diskler)   '  (CuBe) Cu-Co Zonlar (küreler)   DemirFe-C  - karbür (diskler)   Fe 3 C (dilimler) Fe-N  '' (diskler)   Fe 4 N (dilimler) NikelN-Cr-Ti-Al  ' (küpler)   (Ni 3 Ti,Al) Tablo: Birçok alaşım sisteminde görülen çökelme sıralanması ve düzeni.

40 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT40/70 Tablo: Çökelme ile sertleşebilen alaşımlarda sıkça görülen çökelme safhaları. SafhaÇökelti Kristal Yapısı UyumlulukÇekirdekleşme 1 GP Zonları Matriksle Aynı Tamamen Uyumlu Üniform  /cm 3 2 Geçiş Fazı Matriksten Farklı Tam yada Kısmen Uyumlu Heterojen 3Dengesel Matriksten Farklı UyumsuzHeterojen

41 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT41/70 Bir reaksiyonun ilerlemesi pozitif enerji ile engellenir. I II III    Şekil. Dönüşümde hacim değişikliklerinin öneminin şematik olarak temsil edilmesi. Katı Halde Çekirdeklenme

42 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT42/70 Çekirdek oluşumu ile ilişkili serbest enerji (  G),  = Şekil faktörü (  n 2/3 = yüzey alanı)  = Yüzey gerilimi  yüzey serbest enerjisi E s = Çekirdekteki atom başına deformasyon serbest enerjisidir. n = Çekirdekteki atomların sayısı Klasik Çekirdeklenme Yaklaşımı = Çekirdekteki atom başına hacim serbest enerji değişimi

43 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT43/70 E s ve  değerleri pozitif,  GB değeri dönüşüm sıcaklıkları altında negatif; Kritik boyutta çekirdek (r*) oluşumu için gereken enerji; Bu Eşitlik; şeklinde gruplanabilir.

44 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT44/70 Şekil. Çekirdekte atom sayısının bir fonksiyonu olarak oluşum serbest enerjisi. Serbest Enerji Heterojen çekirdeklenme durumu için,

45 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT45/70 Geçiş çökeltileri ve dengesel çökeltiler heterojen olarak oluşurlar. Geçiş (ara) çökeltiler dislokasyon yönelimine göre çökelir, Dengesel çökeltiler tane sınırlarında çökelirler. Homojen çekirdeklenme sadece , E s ve dislokasyon yoğunluğu çok küçük ise oluşabilir. Diğer durumlarda, spinodal ayrışma mekanizması ile ortaya çıkarlar. Dengesel çökeltilerin homojen olarak oluşmaları ile ilgili sadece iki sistem olduğu görünmektedir. Ancak bu durumlardaki homojen çekirdeklenme bile belirli şartların sağlanması ile meydana gelir. Böylece, dengesel çökelti şeklinde katı sistemlerin çok küçük bir kısmının oluşması söz konusudur.

46 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT46/70 Su Verme Sıcaklığı  G B (GP) = I  G B (int.) = II  G B (  ) = III ThThThTh Pozitif'  Pozitif  Negatif T (ort) Pozitif'  Negatif  Daha Negatif TLTLTLTL Negatif'   Daha negatif  Çok Negatif Tablo. Üç farklı sıcaklıkta üç çözeltinin oluşum serbest enerjilerinin değişimi. Çekirdeklenme Prosesini Etkileyen Ana Faktörler: 1.  G B = f ( kompozisyon, sıcaklık) 2. E s = f ( şekil, uyumsuzluk) 3.  = f (şekil) 4.  = f (kompozisyon, uyumsuzluk)

47 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT47/70  Deformasyon enerjisi oluşumu,  Çökelti uyumsuz bir arayüzeyde oluşursa hemen hemen deformasyondan serbest.  Uyumlu arayüzeyde deformasyon enerjisi yüksek.  Küresel çökeltiler maksimum E s değerine, plaka şekilli çökeltiler ise minimum E s değerine sahip  Plaka daha büyük yüzey/hacim oranına sahip ve yüzey enerjisi (  ) plakada, küresele göre yüksek.  Deformasyon enerjisi; E =Young modülü, = atom  = uyumsuzluk Çekirdekleşmeyi Engelleyici Faktörler

48 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT48/70 Çökelti-matriks arayüzey enerjisi = arayüzeyin yüzey gerilimi. Arayüzey uyumsuz ise yüzey gerilimi = yüksek açılı sınırın yüzey gerilimi (~ 500 erg/cm 2 ). Arayüzey uyumlu ise yüzey gerilimi erg/cm 2 Çekirdekleşmeyi engelleyen iki faktör: i) yüzey enerjisi, ii) Deformasyon enerjisi. Plaka uyumlu bir arayüzeyle meydana geliyorsa uyumlu sınırdan dolayı  ihmal edilebilir. t= plaka kalınlığı ise; uyumlu bir arayüzey için çekirdeklenmeyi engelleyen enerji t 3 ile, uyumsuz bir çekirdekleşmede engelleyici enerji için ise t 2 ile doğrudan orantılıdır. Başlangıç çökelti kalınlığı t CR ’ in altında ise uyumlu arayüzey oluşur

49 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT49/70 Spinodal Ayrışma Şekil. Klasik çekirdeklenme (üst kısımdaki şekil) ve spinodal ayrışmada kompozisyon değişimi Spinodal dönüşüm için karşılıklı difüzyon katsayısı (D) (yüksek olmalıdır) ve karşılıklı hareketlilik M arasında bir ilişki vardır. F'' = Mesafeye bağlı enerji. Konsantrasyon

50 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT50/70 Gradyan Enerjisi Şekil. Bağımsız atoma yakın keskin bir konsantrasyon değişimi. Spinodal ayrışmada yüksek gradyan enerjisi olmalıdır.

51 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT51/70  Bir katının latis parametresi = a o  Kompozisyon değiştirildiğinde latis parametresi de değişir.  Uzunluğu boyunca bir kompozisyon gradyantı varsa ve uyumluluk da varsa,  Çubuğun boyunca latis parametresi de değişir.  Çubuk boyunca uyumluluk, latis çakışmasının olmasına sebebiyet verir.  Deformasyon enerjisi ve kimyasal potansiyel artar.  Spinodal ayrışmada uyumluluğun korunabilmesi için çözünen atomların sürekli ana faza göre belirli frekanslarla azalıp artması gerekir.  Burada  = kompozisyon ferakansı, R( ) = Zaman katsayısı.  R( ) pozitif ise embiryolar büyür. Deformasyon Enerjisi

52 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT52/70 Şekil. Sinozoidal bir kompozisyon dalgalanması. Çözünen Kompozisyonu

53 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT53/70 Katı Hal Çekirdeklenme Özeti İtici Güç  G B Çekirdekleşmeyi Önleyen Faktörler ÇökeltiDüşük T (spinodal içinde) Yüksek Sıcaklık (tam solvüs altı) Deformasyon Enerjisi, E s Yüzey Enerjisi(  Oluşum modu GP zonu Küçük negatif PozitifDüşük(genelde belirli yönünde) DüşükSpinodal ayrışma veya homojen çekirdeklenme ve büyüme GeçişOrtalama negatif PozitifOrta-yüksek (dislokasyonlar üzerinde çökelme ile düşürülebilir) Düşük-ortaHeterojen çekirdeklenme ve büyüme DengeselGeniş negatif NegatifDüşükYüksek (hatalar üzerinde çökelme ile düşürülebilir) Heterojen çekirdeklenme ve büyüme

54 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT54/70 GP zonları difüzyonlu prosesler ile oluşur. 520 °C’ den (çözelti sıcaklığı) oda sıcaklığına su verme (Al-% 2 at. Cu) zon oluşumu hızının ölçümü. 3 saat sürede 4x10 -7 cm atomun göç ettiği bulunmuş. R n 2 = sıfır pozisyondan n sıçrama sonunda bir atomun yer değiştirmesi. Çökelme Reaksiyonlarının Kinetiği Başlangıç Oluşumu D hesaplanması.

55 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT55/70 D = 2.5x cm 2 /sn / 2.3x cm 2 /sn = 1.08x10 7 kadarlık bir faktör 520 °C’ den hızlı bir soğutmada boşluk sayısı çok yüksek. Difüzyon hızlı, boşluk kaybolması için yüksek difüzyon gereklidir Al içinde Cu’ ın difüzyon katsayısı ölçümü 27 °C’ de 2.3x cm 2 /sn (tavlama anı) GP zonu oluşumunda D = 2.5x cm 2 /sn,

56 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT56/70  -Taneleri Su verilmiş  - taneleri +  Yaşlandırılmış Pik yaşlandırılmış İnce  ların yoğun dağılımı Aşırı yaşlanmış Kaba  ların seyrek dağılımı Kabalaşma için itici güç  /  arayüzey enerjisidir. Partikül Kabalaşması

57 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT57/70 Yaşlanma ile sertleşen alaşım mukavemeti = f {uyumlu çökeltilerin partikül boyutu} İlave büyüme engellemelidir (Jet motorlarının sıcak bölgelerinde, yüksek sıcaklık alaşımları) Yüksek sıcaklıkta partikül büyümesinin engellemenmasi zor. Partikül kabalaşması(1900 W. Oswald tarafından çalışılmış) Oswald Kabalaşması Küçük partiküller kaybolur, büyük partiküller irileşirler. Sistemin yüzey potansiyel enerjisi (  A ) ise azalmaya başlar.

58 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT58/70 ise daha düşük boyutlu partiküllere göre partikül büyüme hızı düşer. çaplı partikül çözünür. Şekil. Eşitliğinin grafiksel olarak açıklaması. dR/dt n = birbiri üzerine toplanan partikül sayısı Ortalama partikül boyutu,

59 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT59/70 = Kabalaşmanın Başlangıcında Orijinal Ortalama Partikül Boyutu. Ortalama Yarıçaptaki Partiküllerin Zamana Bağımlılığı; Diğer Çökelme Sıralanma ve Düzenleri Temelde faz geçişiAl-Cu GP zonları  uyumlu faz 1 faz 1  ''  uyumlu faz 2 faz 2  '  kısmen uyumlu faz uyumluluğun faz uyumluluğunkaybolmasıTemeldekabalaşmaNi-Al Küresel olarak ÇekirdekleşenPartiküller Şekil Değişimi ve Çift Etkileşim Deformasyon enerjisinin minimum olması, modülasyon yapısı TemeldeDeformasyonİkizlenmesiNb-O İkiz yönlerinde elipsoid partiküller Deformasyon ikizleri ile beraber koloniler Kabalaşmış defor- masyon ikizleri ile tamamlanmışdönüşüm.

60 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT60/70 Özet Olarak Büyüme Kinetiği 1.Yaşlanma sıcaklığının artışı ile çökelme hızı artar. 2.Düşük ergimeli alaşımlarda, yüksek ergimeli alaşımlara göre çökelme daha hızlıdır. 3.Yaşlanma öncesi radyasyon veya soğuk deformasyon, yaşlanmayı hızlandırır. 4.Birbirineden çok farklı olan metallerden meydana gelen sistemlerde reaksiyon çok daha hızlıdır. 5.Çözünebilir veya çözünmeyen empüritelerin olması genel olarak çökelmeyi hızlandırır. Çökelme Sertleşmesi Metal mukavemeti kontrolü = dislokasyonların üremesi ve hareketleri Yaşlanma sertleşmesinde yüksek mukavemet, disperse fazlarının dislokasyonlarla etkileşimi Dislokasyon-partikül etkileşimi; 1) partiküll halkalanması, 2) partikül kesilmesi, 3) partiküller etrafında çapraz kayma.

61 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT61/70 Partiküllerin Halkalanması Dislokasyon çizgi gerilimine (T) sahip bir dislokasyonu R yarıçapında eğmek için gerekli olan kayma gerilmesi = T/(bR) b = burgers vektörü. Dislokasyonların bir partikülü geçmeye zorlamak için gerekli kayma gerilmesi, Şekil. Çökelti Partiküllerinin Bir Kolonu İle Etkileşen Bir Dislokasyon Çizgisi.

62 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT62/70 Çizgi Gerilimi İçin Kritik Kayma Gerilmesi, f hacim oranına ve r yarıçapına sahip partiküller için; Kübik Dağılım İçin Partiküller Arası Ortalama Mesafe; = 1/3 için, kenar dislokasyonları için sabit = 0.093, vida dislokasyonları için =0.14 Partiküller arası mesafe ve partikül yarıçapı düşmesi ile halkalanma ile yüksek mukavemet artışı

63 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT63/70 Partiküllerin Kesilmesi Bazen dislokasyon çökelti içinden kayar veya geçer Dislokasyon kayma düzlemiyle b kadar kayar. Dislokasyon-partikül etkileşimi, partikülü kesmek için gerekli olan iş artar. Partikülün olmadığı eşit alana göre bu iş  t.b kadar artar. Kısa Mesafe Etkileşimi

64 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT64/70 Şekil. Bir Ni–Cr–Al alaşımında Ni3Al partiküllerinin dislokasyonlar ile kesişmesini gösteren gerçek bir TEM yapısı. Şekil. Partikülün dislokasyonla Üst görünüş Alan = APartikül Kayma düzlemi

65 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT65/70 Dislokasyon bir partikülü kestiğinde, kayma düzleminde bir anti faz sınırı (AFS) oluşur. Düzenli uyumlu çökeltiler için erg/cm 2 (çökelti-matriks arayüzey enerjisi) Bunların AFS enerjileri = erg/cm 2  dislokasyon çizgi gerilimi fonksiyonu. Kenar dislokasyonu için:  = 0.16 ve Vida dislokasyonu için  = 0.24

66 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT66/70 Dislokasyon partiküle yaklaştığında, partikül deformasyon alanı (matrikste) ve kendi alanı etkileşir. İlave kayma gerilmesi oluşur. Uzun Mesafe Etkileşimi Dislokasyon hareketi ve halkalanma

67 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT67/70 Bu alaşımlar Ni 3 (Al,Ti)  ' fazı çökeltilmek için Al ve Ti un çökelmesi ile sertleştirilen bir Ni-Cr katı çözeltileridirler.  ' fazı = YMK dır Ni matriksi ile (  fazı) uyumludur Uyumlu sınır enerjisi sadece erg/cm 2 dır Kabalaşmaya karşı direnç gösterirler, motorların sıcak bölgelerinde kullanılırlar. Uyumlu çökelti-matriks sınrı çok düşük  değerine sahip ve bu kabalaşma hızını düşürür. Çökelme Sertleşmesi Örnekleri Nikel Esaslı Süper Alaşımlar

68 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT68/70 Tablo. Udimet 700 alaşımı ve bu alaşımın  ve  ' fazlarının kompozisyonları. CrCoAlTiMoCNi Udimet  '''' °C civarında tek faz  yapısı gösterir ve soğutma ile  ' yapısı oluşur.

69 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT69/70 Alaşım Sembolü KompozisyonDurumAkma Muk. (MN/m 2 ) Çekme Muk. (MN/m 2 ) Uzama (%) Al Zn, 1.6 CuTavl Mg, 0.25 Cr, kalan AlYaşl Titanyum- 6-Al-4V 6 Al, 4 V, kalan Ti Tavl Yaşl Berilyum- Bakır Be, 0.25 Co, kalan Cu Tavl Yaşl İnkonel-718 Ni esaslı sü- süper alaşım 19 Cr, 19 Fe, 3 Mo, 0.8 Ti, 0.6 Al 5.2 Co, kalan Ni Tavl Yaşl Paslanmaz çelik 17-7 PH 17 Cr, 7 Ni, 1.2 Al, 0.07 C, kalan Fe Tavl Yaşl Maraging çeliği 0.8 Ni, 8 Co, 5 Mo, 0.4 Ti, kalan Fe Tavl Yaşl Tablo. Çökelme ile Sertleştirilen Temel Alaşımlar

70 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT70/70 Dispersiyon ile de mukavemet artışı: Çok küçük inert partiküllerin alaşım içine mekanik karıştırma ile ilavesi. (ThO 2 partiküllerinin tane büyümesini kontrol için Tungsten (W) metaline ilavesi) Şekil. TD Ni (ThO 2 takviyeli) ve iki süper alaşım için sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kopma gerilmesi.


"FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 31.05.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/70 KATI ÇÖZELTİLERDEN ÇÖKELME (ÇÖKELME SERTLEŞMESİ)" indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları