Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 03.07.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/75 DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 03.07.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/75 DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME."— Sunum transkripti:

1 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/75 DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME

2 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT2/75 Yeniden Kristalleşme Amaçları 1. Deformasyona devam edebilmek, 2. İnce taneli yüksek mukavemetli, yüksek tokluğa sahip malzeme üretmek, 3. Kontrollü tane boyutunda malzeme elde etmek Yeniden kristalleşme difüzyonel bir faz dönüşümüdür. Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı  1/3 – ½ T m aralığıdır

3 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT3/75 Plastik deformasyon tanelerin yönlenmesine yol açar Bir t 1 süresine kadar mikroyapıda değişiklik olmaz (optik mikroskop) Elektron mikroskobu ile dislokasyon yoğunluğu ve atom düzeninde önemli değişimler olur Bu değişiklik toparlanma olarak adlandırılmış. Toparlanma: Deformasyondan serbest yeni tanelerin oluşumuna kadar olan tavlama işlemi. Yeniden kristalleşme: Deformasyondan serbest yeni tanelerin çekirdeklenmesi ve büyümesi Tanımlamalar

4 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT4/75 Şekil: Toparlanma - yeniden kristalleşme - tane büyümesi mekanizmasının şematik olarak temsili. Sabit bir sıcaklıkta süre ToparlanmaTane büyümesi Yeniden kristalleşme

5 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT5/75 Şekil. Yeniden kristalleşmede sıcaklığın mikroyapıya etkisi: a) Soğuk haddelenmiş metal, b) toparlanmadan sonra, c) yeniden kristalleşmeden sonra, d) tane büyümesinden sonra

6 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT6/75 Soğuk haddelenmiş çelik % 90 kesit daralması 830°C de 2 Dak. yeniden kristalleş- tirildikten sonra 930°C de 2 Dak tane büyümesinden sonra. Tek fazlı bir Al-0.1%Mg alaşımının % 90 haddelendikten sonra SEM de 270 o C de yeniden kristalleşmesi. Video her 30 sn de alınan fotoğraflardan oluşturulmuş. İlk kristalleşen taneler A bölgesinde. (Video-1)

7 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT7/75 Plastik deforme edilen metalde önemli bir miktar enerji harcanır. Enerjinin çoğu ısıya gider çok küçük bir miktarı da metalde depolanan enerji olarak kalır. Depolanan enerji, toparlanma ve yeniden kristalleşmenin ortaya çıkışına yol açar. Deformasyon işi, Kal./mol Şekil: Cu’ ın deformasyonu sırasında depolanan enerji miktarı. Depolanan Enerji, kal./mol % Uzama Depolanan Enerji, Oranı, %

8 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT8/75 Şekil. 1 cm kalınlığındaki bir plakanın haddelenmesini gösteren temsili durum Video-2. Deformasyon

9 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT9/75 terimi genelde  E değerinin çok küçük bir yüzdesidir İtici güç atom başına Gibbs serbets enerjisidir ( ) Sabit sıcaklık ve basınçta meydana gelen işlemde; değeri katı durumda çok küçüktür Sonuçta; Toparlanma ve yeniden kristalleşme için gerekli itici güç;

10 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT10/75 Depolanan Enerji Plastik deformasyon latiste çok sayıda hata üretir. Hatalar enerji depolama mekanizmasını üretir. Enerji Depolama Mekanizmaları 1. Elastik Deformasyon Gerilim uygulamada atomlar dengeden saparlar. Yer değiştirme = deformasyon Atom hareketini sağlayan enerji = deformasyon enerjisi Yük F ise çubuğun boyunu uzatır = d Deformasyon enerjisi:  = F/A deformasyon Çubuğun hacmi V = A.

11 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT11/75 Hacim başına düşen deformasyon enerjisi = = Young modülü. Latis deformasyonu X-ışınları paternlerinde kaymalara yol açar, Deformasyon enerjisi hesaplanır. Def enerjisi = Depolanan enerji * % 5-10 u kadar

12 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT12/75 Plastik deformasyon sonucu hatalar; i) Dislokasyonlar, ii) atom boşlukları, iii) arayer atomları, iv) istif hataları ve v) ikiz sınırlarıdır. Ortaya çıkan depolanan enerji oranı iki şeye bağlıdır. Bunlar; i) hata başına enerji payı ve ii) deformasyonla oluşan hata yoğunluğu. Oda sıcaklığında iki temel hata; A) dislokasyonlar ve B) atom boşlukları. Depolanan enerjinin % kadarı dislokasyonların ortaya çıkarılması için harcanır 2. Latis Hataları

13 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT13/75 Soğuk deforme edilmiş Al’ un optik mikroyapısı X100 Tavlama Bir taneden alınan TEM fotoğrafı  X Şekil: Alüminyumda tane ve alt tane yapısının şematik olarak gösterilişi.

14 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT14/75 Deformasyon sonucu, dislokasyon yoğunluğu /cm 2 den, /cm 2 ye çıkar Dislokasyonların dağılımlarının gözlenebilmesi için geçirimli elektron mikroskopları (TEM) Bazı bölgelerde ya hiç veya çok az dislokasyon birikimi var. Düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip bölgeler hücreler (cells) veya alt tanelerdir (subgrains) olarak adlandırılırlar. Al’ un yüksek istif Deformasyondan sonra farklı dislokasyon yoğunluklu bölgeler yoksa tavlamadan hemen sonra bu bölgelerin oluştuğu gözlenir. Dislokasyonlar bazı bölgelerde tercihli olarak yönlenir

15 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT15/75 Deforme edilen bir metalde tavlama ile dislokasyonların düzene girip alt tane oluşturması 3-Video-Toparlanma dislokasyon

16 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT16/75 Depolanan Enerjiyi Etkileyen Değişkenler Malzeme Saflığı Deformasyon Sıcaklık Tane Boyutu

17 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT17/75 1. Malzeme Saflığı Saf metale ikinci element atomlarının ilavesi, sabit deformasyonda depolanan enerjiyi arttırır. İkinci element atomları (empürite atomları) dislokasyon hareketini engeller 2. Deformasyon Deformasyon kompleksliği yüksek miktarda enerji depolanmasına yol açar. Basit bir çekme, YMK metalde sadece iki kayma düzlemini aktif hale getirir. Ekstrüzyon işlemi kayma düzlemlerinin mümkün dört sistemini de aktif hale getirir.

18 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT18/75 Tane boyutunun düşmesi ile depolanan enerji miktarı artar. Deformasyon sabit, büyük boyutlu bir tane ve küçük boyutlu tane varsa Tane boyutu düşük durumda deformasyon, çok fazla sayıda tane sınırı-dislokasyon kesişimleri var Düşük boyutlu taneler dislokasyon kesişimlerini ve dolayısıyla çoğalmalarını aktive eder. 3. Sıcaklık Düşük sıcaklıklarda yapılan deformasyon işleminde depolanan enerji miktarı artar 4. Tane Boyutu

19 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT19/75 Soğuk deformasyona uğratılan bir metal ısıtılıp sıcaklık yeterli olmaya başladığında depolanan enerji açığa çıkmaya başlar. Soğuk deformasyona uğratılan bir metal ve önceden tavlanmış olan bir numunenin tavlama davranışları karşılaştırılarak ölçülebilir Her iki numunenin de sıcaklığını yükseltmek için gerekli güç farkı (  P) ölçülür Tavlama Anında Depolanan Enerjinin Açığa Çıkması

20 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT20/75 Sıcaklık Gevşeme işleminden dolayı eneri açığa çıkışı,  Güç Yeniden Kr. Şekil : Üç tip enerji açığa çıkış eğrisi. 1. Herbir durumda yeniden kristalleşen taneler ilk olarak geniş güç pikleri şeklinde görülürler. 2. Toparlanmada depolanan enerji açığa çıkma oranı, A tipinde küçük, C tipi eğride ise büyüktür. 3. A tipi eğri saf metaller için elde edilir, B veya C tipi eğriler saf olmayan metallerde elde edilir. S = Toplam depolanan enerji S r = Toparlanmada açığa çıkan enerji Sr/S = Toparlanmada depolanan enerjinin açığa çıkma oranı Sr/S = saf metallerde 0.03 den başlar bazı alaşımlarda 0.7

21 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT21/75 Şekil: Toparlanma ve yeniden kristalleşmede fiziksel özellikte meydana gelen değişim. Özelliklerin Değişmesi Sıcaklık Toparlanma Sertlik Yeniden Kr. Direnç Hücre boyutu Yoğunluk Depolanan enerji açığa çıkışı

22 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT22/75 Sıcaklık 1. Nokta hatalarının tuzaklara (tane sınırları, dislokasyonlar vs.) göçü 2. Nokta hatalarının kombinasyonu Orta 1. Karmaşık dislokasyonların yeniden düzene girmesi 2. Dislokasyonların yutulması 3. Alt tane büyümesi Yüksek 1. Dislokasyon tırmanması 2. Alt tanelerin birleşmesi 3. Poligonlaşma Toparlanma Mekanizmaları İşleyen mekanizma Düşük Tablo: Toparlanma mekanizmaları.

23 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT23/75 Şekil. Alt tane rotasyonuyla alt tane birleşmesinin şematik olarak temsili. a)Birleşmeden önce orijinal alt tane yapısı b) Bir alt tanenin rotasyona uğraması c)Birleşmeden hemen sonraki alt tane yapısı d) Bir miktar difüzyondan sonra nihai alt tane yapısı Alt Tane Büyümesi ve Alt Tane Birleşmesi

24 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT24/75 Farklı Fe içerikli malzemelerde 30 Dk tavlama süresi için sıcaklıkla sertlikte meydana gelen değişim Sıcaklık o C) Sertlik Metalik bir malzemede tavlama esnasında x ile gösterilen alt tane sınırının bir süre tavlamadan sonra oryantasyon değiştirmesi (TEM)

25 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT25/75 Poligonlaşma X-ışınları analizleri ile Bükülmeden sonra elipsoid noktalar Tavlamadan sonra elipsiod noktalar çok sayıda küçük noktaya ayrışır. Bu poligonlaşmadır Şekil. a) Bükülen bir tek kristal ve ölçülen Laue nokta paterni, b) Poligonize olmuş kristal ve Laue nokta paterni.

26 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT26/75 a) b) Şekil : a) Bükülme ile oluşan ekstra kenar dislokasyonları, b) Poligonlaşmadan sonra oluşan kenar dislokasyonlarının yönelimi. Dislokasyonların düzenlerini ortaya çıkarmak için noktasal dağlama (etch-pit) kullanılır Dislokasyonların bir hat üzerinde birikmesi için, tırmanma ve kayma işlemleri olmalı

27 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT27/75 Şekilde de görüldüğü gibi Poligonlaşma için: a)Ekstra kenar dislokasyonları olmalı, b)Dislokasyon tırmanması gerekliliğinden dolayı poligonlaşma sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, c)Poligonlaşma, dislokasyonların birikimleri ile oluşan hücre boyutlarından 10 kat büyük alt tanelerin oluşumuna sebebiyet verir.

28 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT28/75 Po = deformasyondan önce tavlanmış durumdaki özellik Pd = deformasyondan dolayı özellikte meydana gelen artıştır. Cd =deformasyon tarafından üretilen hataların hacim konsantrasyonları Fiziksel özelliğin değişme hızı zamanıyla ilgilendiğimiz için Toparlanma Kinetiği P, toparlanma safhasında fiziksel özellikte meydana gelen değişiklik ( P = dirençteki değişiklik)

29 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT29/75 Hataların azalma hızı, hataların konsantrasyonunun ve hareketliliğinin bir fonksiyonudur. Kimyasal reaksiyon hızı teorisi kullanıldığında, Q = hata yutulma (kaybolma) oluşumu işlemi için aktivasyon enerjisi n = tam sayı. n, birinci dereceden kinetik reaksiyonlar için 1, ikinci dereceden reaksiyonlar için Birinci dereceden reaksiyonlar için;

30 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT30/75 Toplam difüzyondan dolayı bir malzemede self difüzyon sonucu aktivasyon enerjisi; Boşluk oluşumu ve hem de boşluk hareketi vardır ve dislokasyon tırmanması sözkonusu. Demirde kısa toparlanma sürelerinde Q değeri  E(boşluk hareketi) ’ne yakın değerler verir Çok uzun toparlanma sürelerinde Q değeri, Q(self) ’a yakın sonuç verir.

31 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT31/75 Sonuç olarak toparlanma kinetiğini üç kademede özetleyebiliriz: 1.Toparlanma genel olarak zamanla üssel ilişkilidir. 2. Kinetik veriler uygun analiz edilirse birçok durum için Q değerleri tesbit edilebilir. 3. Genel olarak birden fazla toparlanma mekanizması aynı anda etkindir ve Q değeri sabit değildir.

32 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT32/75 Çekirdekleşme teorisinin yeniden kristalleşen taneler için uygulanamayacağı belirtilmiş. r* = (-2  /  G B ) kritik çekirdek yarıçapı deneysel gerçeklerle karşılaştırıldığında çok küçüktür. Yeniden kristalleşmede iki tür çekirdekleşme olayı gözlenir; i)Önceden var olan tane sınırlarında ve ii)Deformasyondan dolayı oluşan alt tane sınırlarında Çekirdekleşme, her iki tür sınırların aniden büyümesi sayesinde başlar ve ilerler. Yeniden Kristalleşme için Çekirdekleşme Mekanizmaları

33 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT33/75 Yüksek dislokasyon yoğunluklu tane Düşük dislokasyon yoğunluklu tane a) dV 2a I II b) Var Olan Tane Sınırlarının Ani Büyümesi Şekil: a) Yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip bir tanede sınırın ani büyümesi, b) Çekirdekleşme olayını açıklayan model

34 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT34/75 Çekirdekleşme Önceden var olan tane sınırlarında meydana gelen çekirdeklenme ve tane büyümesi (model: soldaki şekil, gerçek: sağdaki şekil) 4-Video SEM de AlMg malz

35 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT35/75 I. pozisyondan II. pozisyona hareket sırasında hacim değişikliği = dV I. pozisyondan II. pozisyona hareketindeki serbest enerji dengesi; Tamamen dairesel geometrik şekle sahip arayüzeyler için; Büyümenin olabilmesi için  G negatif olmalı ve Es, 2  /r den daha büyük olmalıdır. Sınırın büyümesinin olabilmesi için;

36 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT36/75 Kuluçka zamanı ise, r min. = a kritik pozisyonuna büyüyecek tümsek yapma için gerekli olan zamandır. Sınırın hareket hızı (V) böylece; = arayüzey kalınlığı ve B = tane sınırı atomlarının hareketliliğidir. Bu büyüme mekanizması ile çekirdekleşme, tane sınırlarında olacaktır Yüksek açılı sınırlar veya muhtemelen özel uyumlu sınırlar bu duruma örnektir.

37 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT37/75 Alt taneler birleşme mekanizmasıyla veya alt tane sınır hareketi ile büyür. Takiben yüksek hareketli sınır oluşur (muhtemelen yüksek açılı sınır). Geçirimli elektron mikroskobu (TEM) çalışmalarında filmler kullanılır tane sınırı hareketi atomik boyutta gözlenebilir. Al Tane Sınırlarının Ani Büyümesi Tanelerin çekirdeklenmesi, hareketliliği yüksek sınırın ani olarak büyümesinden dolayı oluşur. Çekirdeklenme şartları: 1. Orijinal bir yüksek açılı sınır. (hafif deforme metalde) 2. (a) Alt tane genişleme mekanizması ile oluşan yüksek açılı bir alt tane boyutu (hafif deforme edilen metalde). (b) Bilinmeyen ve yeniden bir atom düzeni olayı ile değişen önceden var olan yüksek açılı alt tane sınırı (yüksek oranda deforme edilen metal) Genel Sonuçlar

38 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT38/75 Şekil : Yeni bir taneni yarıçapının zamanla değişimi. Yeniden Kristalleşme Kinetiği Çekirdekleşme ve Büyüme Hızı Eşitlikleri Süre, t Yarıçap, R Sınır aşımı  Eğim = (dR/dt) = G Deforme edilen metal tavlandığında Bir süre sonra yeni taneler çekirdeklenir Takiben, komşu bir taneyle çarpışana kadar yeni taneler sabit bir hızda büyümeye başlarlar. Lineer kısımda bir çekirdeğin yarıçapı;

39 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT39/75 G = dR/dt olarak büyüme hızıdır. Çekirdek küresel olarak düşünüldüğünde; Çekirdek başına dönüşen hacim için çekirdekleşme hızı; Çekirdek oluşumunda, düşünülen (imajinel) toplam çekirdek sayısı (nimag), hayalet çekirdeklerin (np) ve gerçek çekirdeklerin (nr) toplamı ifade edilir. Şekil: Dönüşmekte olan bir matriks içinde gerçek ve hayalet çekirdekler.          Gerçek çekirdek Hayalet çekirdek Dönüşmemiş hacim Dönüşmüş hacim

40 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT40/75 Çekirdeklerin hacmi 4 parametre; rasgele çekirdekleşme, sabit sabit G ve küçük . Oluşan imajinel çekirdek sayısı Kısaltmalardan sonra; sabit  ihmal şartında Bu eşitlik Johnson-Mehl eşitliği olarak bilinir.

41 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT41/75 Şekil : Farklı G vedeğerleri için Johnson-Mehl eşitliğinin kullanılması ile elde edilen eğriler.

42 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT42/75 Katı hal dönüşümlerinde büyüme hızı (G) genel olarak sabit, Çekirdekleşme hızı ( ) ise sabit değildir Johnson-Mehl eşitliği yerine Avrami eşitliği kullanılır. çekirdekleşme hızı exponansiyel olarak değişir Aşağıdaki eşitlikte k ve n sabitlerdir. Hızlı bir çekirdekleşme hızı düşüşü durumunda n değerinin yaklaşık 3 olduğu, yavaş düşüşte ise bu değerin 4 olduğu tahmin edilmiştir.

43 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT43/75 G ve ’ ın Deneysel Tesbiti -Yeniden kristalleşen tanelerin büyüme hızları (G) ve çekirdekleşme hızlarının ( ) tesbiti çok sayıda metalografik çalışma gerektirir. -Benzer yapılı numuneler öncelikle eşit oranda deforme edildikten sonra bir sıcaklıkta tavlanırlar. -Numuneler takiben farklı zamanlarda tek tek soğutulurlar (su verilirler). -Birbirine çarpmayan (temas etmeyen) en büyük tanelerin yarıçapı tesbit edilir. -Eğrilerin eğimi büyüme hızını, zaman eksenine inilen kesikli çizgi ise kuluçka zamanını gösterir.

44 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT44/75 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Süre, sn Yarıçap, mm % 2.8 Def. % 5.1 Def. 350 °C Şekil: Alüminyumda % 2.8 ve % 5.1 uzama uygulanmış numunelerde 350 °C de ısıtma ile en büyük tane yarıçapının zamanla değişimi.

45 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT45/75 Su verilen numunelerdeki metalografik incelemelerden, zamanın bir fonksiyonu olarak yeni kristalleşen tanelerin sayısı elde edilebilir. eğrinin eğimi yüzey çekirdeklenme hızı olan nin (tane sayısı/alan-sn.) tesbitini sağlar. Metalografik incelemede iki boyutlu bir görüntü elde edilir. Böyle bir durumda Ns ile sembolize edilen yüzey yoğunluğu hacim yoğunluğu Nv’ ye dönüşüm yapılır. Birinci şart, tüm taneler küresel kabul edilir. Ikinci şart olarak da tüm tanelerin eşit boyutta olduğu kabul edildiğinde tanelerin en büyük yarıçapları tesbit edilir

46 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT46/75 Şekildeki gibi metalografik olarak incelenen bir birim yüzey ele alındığında, merkezi bu yüzeyin maksimum yarıçapı (r max. ) içersine düşen herhangi bir tane yüzeyde açıkça görünür. Dolayısıyla, hacmi rmax. ile verilen birim içindeki tüm taneler yüzeye temas edecek ve böylece, 2r max. 1 1 Şekil :Tane yoğunluğunu analiz etmek için bir birim hacim örneği.

47 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT47/ Süre, sn N s, tane/cm 2 % °C a) Süre, sn % 5350 °C b) N s, sayı/cm 2 -sn Şekil : % 5 uzamadan sonra 350 °C’ de tavlanan alüminyum. a) Yüzey tane yoğunluğunun zamanla değişimi, b) Yüzey çekirdeklenme hızının zamanla değişimi.

48 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT48/75 Deformasyon, Saflık, Tane Boyutu ve Sıcaklığın G ve Üzerine Etkisi Büyüme Hızı (G) Ön Deformasyon Efektif deformasyon Büyüme hızı, Gx10 -6 cm/sn) Şekil: Alüminyumun yeniden kristalleşmesi sırasında büyüme hızı G’nin değişiminin, ön deformasyon miktarının bir fonksiyonu olarak değişmesi.

49 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT49/75 Malzeme Saflığı Sıcaklık; Pb içine 60 ppm Sn ilavesi, arayüzey büyüme hızını 5000 kat artırır. Tane boyutu, (tane/mm 2 ) Şekil: Alüminyumun yeniden kristalleşmesi sırasında büyüme hızı G’nin değişiminin, orijinal tane boyutunun bir fonksiyonu olarak değişmesi. Büyüme hızı, Gx10 -6 cm/sn) Başlangıç Tane boyutu

50 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT50/75 Ön Deformasyon Ns veya Gx10 -6 cm/sn) Şekil: Ön deformasyonun bir fonksiyonu olarak 350 °C’ de alüminyumun yeniden kristalleşmesi sırasında büyüme hızı (G) ve çekirdeklenme hızının ( ) değişimi. Efektif deformasyon Çekirdekleşme Hızı( )

51 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT51/75 Başlangıç Tane boyutu Ns, cm -2 sn -1 (log skala) Şekil : Her ikisinin de % 5 deforme edildiği farklı orijinal tane boyutlu iki alüminyun numunesinde yeniden kristalleşme sırasında çekirdekleşme hızı ile zamanın değişimi. Zaman, Dakika (Log. Skala)

52 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT52/75 Malzeme saflığı Sıcaklık Safsızlık (empüriteler) depolanan enerjiyi arttırır. Depolanan enerji dislokasyon yoğunluğunun artışı demektir. Yüksek dislokasyon çok sayıda alt tane ve çekridek demektir. Çekirdekleşme hızı artar.

53 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT53/75 Yeniden Kristalleşme Sıcaklık ve Süresinin Kontrolü Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı Yeniden kristalleşme sıcaklığı= 1 saatte yeniden kristalleşmenin olduğu sıcaklık Johnson-Mehl eşitliğinde, dönüşen hacmin % 95’ i için gerekli süre.

54 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT54/75 Sıcaklık Yeniden kristalleşme zamanı, t 0.95 T yk 1 saat Şekil : 1 saatlik yeniden kristalleşme sıcaklığının tanımlanması.

55 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT55/75 Yeniden Kristalleşen Tane Boyutu Johnson-Mehl eşitliğine göre; Yeniden kristalleşen tanele boyutları ince ise yüksek çekirdeklenme hızı ve yavaş büyüme vardır. G ve i Etkileyen En Etkili Faktörler Ön deformas- yon miktarı Tavlama sıcaklığı Ön (başlangıç) tane boyutu Saflık (empü- rite miktarı)

56 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT56/75 Ön Deformasyon a)Yüksek deformasyon G ve eğerlerinin ikisini de arttır Yeniden kristalleşeme sıcaklığı (Tyk) düşer. b) deformasyon ile artar, yüksek deformasyon yeniden kristalleşen tane boyutunu düşürür. Başlangıç tane boyutu, mm (Logaritmik ölçek) Yeniden kristalleşen tane boyutu, mm(Logaritmik ölçek) 70 Cu-30 Zn princi b) % 20.5 def. % 40.4 def. % 61.8 def Şekil. a) Deformasyon miktarının değişimine göre 1saatlik yeniden kristalleşme sıcaklığının değişimi. b) Değişik ön deformasyonlar için başlangıç tane boyutunun bir fonksiyonu olark yeniden kristalleşen tane boyutu değişimi.

57 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT57/75 Ön (başlangıç) Tane Boyutu İnce taneler için çok daha kompleks deformasyon gereksinimi vardır İnce taneli bir metal, büyük taneli bir diğer metale göre daha fazla depolanmış enerji içerir (Dislokasyon kitlenmesi kolay). Tavlama Sıcaklığı Hem ve hem de G ile sıcaklık ile artar, yüksek sıcaklıklarda hızlı yeniden kristalleşme olur.

58 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT58/75 Safsızlık (Empüriteler) Empürite ilavesi depolanan enerji miktarını arttırır. Bu nedenle büyüme hızı artar. Empüriteler arayüzey hareketliliğini düşürür Empürite ilavesi ile yeniden kristalleşme sıcaklığı artar. Empürite elementlerinin olması yüksek depolanan enerji değeri ortaya çıkarır., depolanan enerji miktarının artışı ile artar. Daha ince tane boyutu elde edilir.

59 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT59/75 MalzemeYeniden Kristalleşme Sıcaklığı Bakır% (120) OFHC400 (210) % 5 Zn600 (320) AlüminyumSüper saf50 (10) % (85) % (240) Alaşımlar600 (320) Nikel% (370) % (630) TugstenÇok saf ( ) Mikro boşluklu ( ) Kalay25 (-4) Tablo. 1 saatlik yeniden kristalleşme sıcaklıklarının yaklaşık değerleri

60 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT60/75 Ön Deformasyon Sıcaklığı a)Artan ön deformasyon sıcaklığı ve G’ yi düşürür, yeniden kristalleşme sıcaklığı artar. b) Artan ön deformayon sıcaklığı, tane boyutunu arttırır, bölgesel deformasyonları düşüreceğinden dolayı oranının düşmesine yol açacaktır

61 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT61/75 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license. Sıcak işlem esnasında anizotropik olarak uzayan taneler hemen yeniden kristalleşirler. Sıcak işlem sıcaklığı kontrol altında tutulur ve son haddelemeden sonra tekrarlı yeniden kristalleşmeden dolayı çok ince taneler elde edilir. Yeniden Kristalleşmenin Pratik Uygulamaları

62 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT62/75 5. Video Haddeleme Önemli plastik şekil verme yöntemleri Haddeleme Hadde Ekstrüzyon Dövme Derin çekme Su Soğutma 6. Video dövme

63 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT63/75 Şekil. Sıcak haddeleme sırasında yeniden kristalleşme. Sıcak Işlem Orijinal taneler Tamamen yeni tanelerden oluşan yapı Yeni tanelerin büyümesi Yeni tanele- rin oluşumu Deforme olan uzamış taneler

64 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT64/75 Yüksek miktarda deformasyon uygulandığında, birbirinden bağımsız taneler deformasyon yönünde tercihli bir kristallografik oryantasyon verir. Taneler arasındaki bu tercihli yönlenme, deformasyon tekstürü olarak bilinir. Deformasyon tekstürü içeren bir metal tavlandığında, tercihli büyüme olur Yeniden kristalleşme tekstürü veya tavlama tekstürü olarak adlandırılan yapı oluşur. Tekstür 7. Video Texture

65 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT65/75 Yeniden kristalleşen tanelerin tercihli kristallografik oryantasyonlarda olmalarının nedenleri; Çekirdekleşme bir tercihli yönlenme ile oluşabilir, Deformasyon ile tercihli yönlenmiş olan taneler sadece dönüşen hacmi oluşturacak şekilde büyüyebilir. Diğer tanelerin (tercihli yönlenmeye sahip olmayan) hereketliliği çok yavaştır ve dolayısıyla tercihli yönlenen taneler tarafından oluşumları bastırılmaktadır.

66 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT66/75 Termo mekanik kontrollü (TMCP) çeliklerinin uygulanması İnce Taneli Çelik Üretimi TMCP (Thermo Mechanical Conrolled Steels

67 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT67/75 20μm5μm Geleneksel Haddeleme TMCP 1μm UİT (ultra ince tane) TMPC çeliklerinde tane boyutunun tekrarlı yeniden kristalleşme ile mikrometre altına bile indirilebilir.. Böylece çok yüksek mukavemetli ve tokluğu yüksek çelikler elde edilir.

68 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT68/75 İkincil Yeniden Kristalleşme Şekil. İkincil yeniden kristalleşmenin şematik olarak gösterilişi.

69 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT69/75 İkincil yeniden kristalleşme Nedenleri: 1.Defromasyonla tercihli yönlenme  kristalleşme 2.İnklüzyon varlığı (inklüzyonlar bölgesel olarak tane boyutunu düşürür) 3.İnce saçlarda yivler. Kenarlarda oluşan yivler tane sınırı hareketini engeller. Normal yeniden kristalleşme işleminden sonra bir bölgede tanenin tercihli büyümesi ve ikinicil YK oluşması (f)

70 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT70/75 İkincil YK ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license. Yüksek depolanan enerji bölgesinde ikincil yeniden kristalleşme Haddeleme yönüne dik çatlak oluşumundan dolayı meydana gelen yiv tanenin deformasyon yönünde büyümesine yol açar. 8. Video Geçiş bandında YK

71 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT71/75 Dinamik Yeniden Kristalleşme Sürekli plastik deformasyon sırasında, her bir deformasyon aralığında depolanan enerjinin de neden olduğu ve hatalar üzerinde meydana gelen ani yeniden kristalleşmedir. Örnek: İnşaat demiri üretimi, kontinü haddelerde parça üretimi Deformasyon Gerilme (MPa) Şekil. Simetrik olmayan basma ile 1.3x10 -3 s -1 lik bir hızda deforme edilen % 0.68 C içeren çeliğin gerilme- deformasyon eğrilerine sıcaklık etkisi. Dinamik yeniden kristalleşme esnasında mukavemet ve uzama ilişkisi

72 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT72/75 Dinamik yeniden kristalleşme şematik Dinamik yeniden kristalleşme sıcak işlemde meydana gelebildiği gibi metalik malzemelerin çekme ve basma deneyleri esnasında bile oluşabilir. Çekmede boyun verme esnasında boyun verme bölgesinde tane sınırlarında dinamik yeniden kristalleşme olabilir 9. Video Dövme Dinamik YK

73 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT73/75 Dinamik yeniden kristalleşmenin tane sınırında başlamasının şematik temsili Dinamik yeniden kristalleş- menin tane sınırında başla- ması (gerçek mikroyapı)

74 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT74/  m çaplı bir Tungsten telin 2500 o C de sürünme deformasyonu Test zamanı, Dak. Tungsten flamanın uzaması, % Katkısız (dopsuz) W Katkı maddeleri (dop) hava kabarcıklarını yönlendirir. Deformasyondan sonra tavlamada tel boyunca yönlenip sınırları çubuk boyunca büyütür. W + % 1 ThO 2 Katkılı (dop edilmiş) K, Al, Si Yüksek sıcaklık Malzemesi Üretmek (ikincil ilaveli)

75 FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH Prof. Dr. Hatem AKBULUT75/75 Tel çekme ekseni K, Al, Si Dop edilmiş W telde uzayan tanelerin temsilen gösterilmesi. Yeniden kristalleşmede uzayan tanelerin kesit alanında daha az tane sınırı ortaya çıkarmasından dolayı sürünme dayanımı daha yüksek olur.


"FAZ DÖNÜŞÜMLERİ METALURJİ VE MALZEME MÜH. 03.07.2016Prof. Dr. Hatem AKBULUT1/75 DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları