Çözünme durumuna göre Tam çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde sınırsız çözünebilmesi. Hiç çözünmeme: Bir elementin diğeri içinde hiç çözünememesi. Sınırlı çözünme: Bir elementin diğeri içerisinde kısıtlı çözünebilmesi. a) b)c)

Gibbs Faz kuralı Bir sistemde bileşen ve faz sayısının belirli olması durumunda serbest değişken olup olmadığını belirlemede kullanılan bir kuraldır. F = C – P + 2 Basıncın değişken bir parametre olması durumu Basıncın sabit olması durumu (en çok kullanılan bağıntı) F = C – P + 1 Serbest değişken sayısı Faz sayısı Bileşen sayısı

Erime noktasında Gibbs kuralı Sıvının soğuması  nın soğuması Katılaşma aralığı TA T t Diyagramda saf element için erime noktasındaki (T A ) durum: P = 2 (sıvı ve  olarak 2 faz) C = 1 (Tek bileşen A) F=1-2+1=0 Basınç sabit, kimyasal bileşimde değişmediği için tek değişken olan sıcaklıktır. Ancak buda erime/katılaşma boyunca sıcaklık sabittir- serbest değişken bulunmaz

b noktasında: P=2 (2 Faz: sıvı ve  ) C=2 (Bileşenler: A ve B) F = 2 – = 1 Tek değişken: Sıcaklık c noktasında: P=1 (1 Faz: sıvı) C=2 (Bileşenler: A ve B) F = = 2 Değişkenler: Sıcaklık ve bileşim. a noktasında: P=2 (2 Faz: sıvı ve  ) C=2 (Bileşenler: A ve B) F = 2 – = 1 Tek değişken: Sıcaklık

Gibbs kuralı ve Faz diagramları Gibbs kuralı kullanılarak elde edilen soğuma diyagramları, Faz diyagramlarını oluşturmada önemli bir gereçtir. 

Örnek Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda serbestlik derecelerini bulunuz (a) 1300 o C, (b) 1250 o C, and (c) 1200 o C. Cu - Ni faz diyagramlarında Basınç sabit olduğu için eşitlik: (1 + C = F + P) olur. (a) 1300 o C, P=1 (Sadece sıvı faz), C=2 (Cu ve Ni) Böylece; 1 + C = F + P = F + 1  F = 2

(b) 1250 o C, İki faz mevcut; P = 2, (Sıvı ve katı) Cu ve Ni den dolayı; C = 2: 1 + C = F + P = F + 2  F = 1 (c) 1200 o C, P = 1, sadece katı faz; C = 2, (Cu ve Ni). 1 + C = F + P = F + 1  F = 2

Terazi kuralı Faz diyagramında, fazların oranlarını ve bileşimlerini bulmak için terazi kuralı (lever rule) kullanılır. Faz diyagramları: Hangi sıcaklık ve bileşimde hangi fazlar var? Bu fazların bileşimi nedir?

T x b a x bileşiminin T sıcaklığında bileşim oranları: b-x x-a S+  S 

Cu-40% Ni faz diyagramında aşağıdaki sıcaklıklarda kompozisyonları bulunuz; (a) 1300 o C, (b)1270 o C, (c)1250 o C, (d)1200 o C. Örnek 40% Ni kompozisyonunda dikey çizgi çizilir; o C o C: Sadece sıvı faz mevcut o C o C: 2 Faz mevcut: Sıvı ve katı. Sıvı (S) faz 37% Ni, Katı (  ) faz 50% Ni konsantrasyonuna sahip.

1250 o C o C: İki faz mevcut. Sıvıda (L) 32% Ni, katıda(  ) 45% Ni mevcut 1200 o C o C: Sadece katı (  ) mevcut; 40% Ni konsantrasyonuna sahiptir.

100 gr ağırlığına sahip Cu-40% Ni alaşımı, 1250 o C de (a) hangi fazlara sahiptir (b) bu fazlarda ağırlığı nedir ?

Sadece 2 faz mevcuttur: Sıvı faz (L) v katı faz (  ). x  ;  nın oranı olacak olursa; x L = 1 - x . Sıvının oranı x  = (40-32)/(45-32) = 8/13 = 0.62 = % 62 x L = 1-x  = = 0.38= % 38  fazının ağırlığı; 100 gr x 0.62 = 62 gr Sıvının ağırlığı; 100 gr x 0.38 = 38 gr.

Örnek Cu-40% Ni alaşımı için aşağıdaki sıcaklıklarda faz oranlarını saptayınız (a) 1300 o C, (b) 1270 o C, (c) 1250 o C, (d) 1200 o C.

Soğuma sırasında iç yapılar

Sıcaklık S, Sıvı , Katı S+  %B Sıvı   TATA TBTB Tamamen sıvı faz Tamamen katı faz.  : %x oranında B elementi içerir. X % 90 Sıvı + % 10  % 60 Sıvı + % 40  % 10 Sıvı + % 90  Tam Çözünme

Hiç Çözünmeme TATA TBTB Ötektik Sıcaklık %B S A+B A+S S+B  X 2 Ötektik Bileşim X1X1 X3X3  1.Alaşım 2.Alaşım3.Alaşım Sıvı A A Proötektik A Sıvı Ötektik A Ötektik B Ötektik Yapı Ötektik A Ötektik B Proötektik B Ötektik A Ötektik B B Sıvı A Kristalleri (Açık renk) B Kristalleri (Koyu renk)

Ötektik Yapı Ötektik reaksiyon; sıvı fazın ani olarak iki ayrı katı faza dönüşmesi reaksiyonudur. Ötektik noktadan uzaklaştıkça, ötektik reaksiyon, dönüşüm öncesi varolan sıvı faz kadar gerçekleşir. Sıvı  (Katı) +  (Katı) Soğuma Ötektik reaksiyon: Ötektik nokta Ötektik Sıcaklık 

F ö = C – P + 1 = 2 – = 0 Katılaşma sırasında çekirdeklenme bir çok noktadan başlar, Bu çekirdekler tabaka şeklinde büürler Birbirlerine temas etmeleri ile ince ve tabakalı yapı meydana gelir, Çekirdeklenme ne kadar çok noktadan meydana gelmişse yapı o kadar ince tabakalı (veya küçük taneli) olacaktır. “A” kristal taneleri (Açık renk) “B” kristal taneleri (Koyu renk)

Ötektik reaksiyon ile oluşan katı faz. –Lamelli (tabakalar şeklinde paketlenmiş) –Nodüler (matris faz içerisinde küresel diğer fazın bulunması) Lamelli yapıda iki katı faz birbiri üzerine paketlenmiş tabakalar şeklindedir. Her bir tabaka bir tanedir. 21 Nodular Yapı Lamelli Yapı

Sınırlı Çözünme

Ötektik Bileşim XöXö Ötektik altı bileşim (hypo) Ötektik üstü bileşim (hyper) %B X1X1 X3X3 X2X2 X4X4 Ötektik Sıcaklık  S  +SS+    ++ TATA TBTB Alaşım sistemlerinin çoğunda görülür. B elementi A nın içerisinde sınırlı olarak çözünebilir. Oda sıcaklığında X 1 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X 2 kadar çözünebilir. Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar.

Aynı şekilde A elementi B içerisinde sınırlı miktarda çözünebilir. Oda sıcaklığında X 3 kadar, sıcaklık arttıkça (ötektik sıcaklıkta) X 4 kadar çözünebilir. (Sıcaklıkla ısıl aktivasyon artar ve boşluk miktarı artar).

Çözeltiye giremeyen yabancı atomlar kendilerinin çoğunlukta olduğu yeni atom düzeni (faz) oluştururlar. A nın çoğunlukta olduğu katı çözelti  fazını oluşturur, B nin çoğunlukta olduğu katı çözelti  fazını oluşturur. Fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı olan iki katı faz  ve  aynı yapıda birarada bulunabilir.  fazı: 2.Faz ve Katı çözelti  fazı: Katı Çözelti

X1X X2X X3X XöXö TATA TBTB %B S  +S S+    ++ IIIIIIIV TöTö Faz diagramları: Sınırlı Çözünme Ötektik öncesi  Ötektik öncesi   (  dan ayrışan) IIIIIIIV

Ötektoid Reaksiyon Soğuma sırasında bir katı fazdan iki ayrı katı fazın oluşması reaksiyonudur.  (Katı)  (Katı) +  (Katı) Soğuma Ötektoid reaksiyon:

Kısmi çözünürlük gösteren alaşım sistemlerinde elementlerin ergime sıcaklıklarının çok farklı olması durumunda meydana gelen faz reaksiyonlarıdır. Peritektik ve Peritektoid Reaksiyon Sıvı +  (Katı)  (Katı) Soğuma Peritektik reaksiyon:  (Katı) +  (Katı)  (Katı) Soğuma Peritektoid reaksiyon:

Sıvı +  (Katı)  (Katı) Soğuma Peritektik reaksiyon:  (Katı) +  (Katı)  (Katı) Soğuma Peritektoid reaksiyon:

Peritektik Peritektoid Ötektik Ötektoid Monotektik

Arafazlar ve Metallerarası bileşikler Faz diyagramlarının birden fazla reaksiyon içermeleri durumunda görülür. Arafazın tekbir kimyasal bileşik olması durumunda metaller arası fazlar söz konusudur. Metaller arası fazlar çok sert ve gevrek malzemelerdir. Arafazlar Metallerarası bileşikler

Sıcaklık ( o C) %C: ağırlık olarak Fe 3 C: Sementit  : Ferrit  : Ostenit Demir Karbon Faz diyagramı T ötektoid T ötektik

(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license. Aşağıda verilen faz diyagramında bulunan 3 adet farklı faz reaksiyonlarını tespit ediniz. Örnek 1150 o C, 920 o C, 750 o C, 450 o C ve 300 o C lerde yatay çizgiler vardır 1150 o C: δ + L  γ, peritektik 920 o C: L 1  γ + L 2 a monotektik 750 o C: L  γ + β, a ötektik 450 o C: γ  α + β, a ötektoid 300 o C: α + β  μ or a peritektoid