Tane sınırları Metal ve alaşımları tanelerden oluşur. Malzemenin aynı atom dizilişine sahip olan parçasına TANE denir. Ancak her tanedeki atomsal düzen ve yönlenme farklıdır. Çok kristalli malzemeler birçok küçük kristal yada taneden oluşurlar. Taneler farklı yönlenmiş yapı gruplarıdır ve yani farklı kristalografik yönlere sahiptirler. Tanelerin karşılaştığı yerlere tane sınırı denir. Buralarda atomlar arası uyumsuzluk vardır ve buralarda da enerji seviyesi yüksektir. Şekil. Üç taneyi birbirinden ayıran tane sınırları ve tane sınırlarındaki atom düzenleri

Gerçekte kristaller asla mükemmel değildirler, onlarda daima kusurlar vardır. Kristal yapı kusurları geometrik bakımdan; Noktasal çizgisel yüzeysel ve hacimsel kusurlar olmak üzere dört gruba ayrılırlar.

1. Noktasal Kusurlar (Boyutsuz Kusurlar) Ara yer kusuru Frenkel kusuru Schottky kusuru Boş nokta kusuru (Boş kafes noktası) Yer alan atom kusuru

1.1. Boş Nokta Kusuru Atomun bulunması gereken yerde bulunmaması sonucu, boşluğu çevreleyen atomların birbirlerine yaklaşarak kafes düzlemlerini çarpıtmasıdır. Şekil. Boş nokta kusurunun kristalin kafes yapısına etkisi

Şekil. Ara yer atomunun kristalin kafes yapısına etkisi 1.2. Ara Yer Kusuru Bu kusur, yarıçapı 1 A’ dan daha küçük olan H, N, B, O ve C atomlarının ana metalin atomları arasındaki ara yer konumlarına girmesiyle, kendini çevreleyen atomları iterek kafes düzlemlerini çarpıtabilirler. Şekil. Ara yer atomunun kristalin kafes yapısına etkisi

Yüzey merkezli bir yapıda aralara daha küçük boyutlu atomların girmesi

1.3. Yer Alan Atom Kusuru Bu kusur, yer alan katı çözeltisi içerisindeki çözünen element atomlarının çözen elementin atomlarının yerini almasıyla meydana gelir. Yer alan katı çözeltisinin oluşması için çözen ve çözünen elementlerin atom boyutlarının birbirine yakın olması gerekir. Bu kusur da malzemelerin kafes yapılarında az da olsa çarpılmalarına neden olur.

Şekil. Küçük ve büyük boyutlu yer alan atomlarının ana metalin kafes yapısına etkisi

Noktasal kusurlardan bazıları malzemelerin kafes düzlemlerini çarpıtarak dislokasyon hareketinin zorlaşmasına veya engellemesine yol açar. Dislokasyon hareketinin engellenmesi de malzemenin sertlik ve mukavemetinin artmasına neden olur. Bu kafes kusurları yalnız katılaşma sonunda değil, sıcaklığın yükselmesi ya da malzemelerin yüksek hızlı nükleer parçacıklar ile bombardımana tutulmaları sonucunda da meydana gelir.

2. Bir boyutlu hatalar: Dislokasyonlar—Çizgi Kusurları (Eksik atom düzlemleri) Çizgi biçiminde olan bu kusurlara örnek olarak DİSLOKASYONLAR verilebilir. Dislokasyon: Bir kristalin mükemmel iki bölümü arasında yapı düzeni bozulmuş bölge anlamına gelir ve kristalin kaymış bölgesi ile kaymamış bölgesi arasında sınır oluşturan çizgisel hata olarak tanımlanır. Dislokasyon Kenar dislokasyonu Vida dislokasyonu

1. Kenar Dislokasyonu Kenar dislokasyonu; mükemmel bir kristale bir yarım atom düzlem veya tabakasının ilavesiyle oluştuğu gibi, mükemmel bir kristalden 1 veya 2 sıra atom tabakasının çıkarılması ile de oluşabilir. Yarım atom tabakasının kristale üstten eklenmesiyle oluşan dislokasyona POZİTİF KENAR DİSLOKASYONU, alttan eklenmesiyle oluşan dislokasyona ise NEGATİF KENAR DİSLOKASYONU denir. Negatif kenar dislokasyonu işaretiyle, Pozitif kenar dislokasyonu ise simgesiyle gösterilir.

Şekil. Vida dislokasyonunun şematik resmi Ötelenmenin dislokasyon çizgisine paralel olması halinde meydana gelen vida dislokasyonudur. Dislokasyon çizgisi dislokasyonun üst kısmında çekme gerilmeleri, alt kısmında ise basma gerilmeleri oluşturur ve ayrıca kafes yapısı içerisinde bozulmuş bir bölge meydana getirir. Şekil. Vida dislokasyonunun şematik resmi

Karışık/kısmi dislokasyonlar Hem kenar hem de vida dislokasyonlarının birlikte olduğu durumlar da söz konusu olabilir. Şekil. Karışık dislokasyonunun şematik resmi

Boşluk, ve temsili Kenar dislokasyonunun mısır koçanında gösterilmesi.

3. Yüzeysel Kusurlar (İki Boyutlu Kusurlar) Yüzeysel kusurlar, bir malzemeyi aynı kafes yapısına sahip, ancak farklı doğrultularda yönlenmiş değişik bölgelere ayıran yüzeylerden oluşur. Bunlara en iyi örnek; Tane sınırları, İstiflenme kusurları, İkiz sınırları verilebilir.

Yüksek ve Düşük Açılı Tane Sınırları Komşu taneler arasındaki atom düzlemlerinin uyumsuzluklarındaki farklılıklar nedeniyle düşük ve yüksek açılı tane sınırlarını ayırabilmekteyiz.

Kafes yapıları aynı, fakat yönlenmeleri farklı olan taneler Kenar dislokasyonları tarafından oluşturulan küçük açılı tane sınırı İki tane arasındaki açı 10o’den küçük ise küçük açılı tane sınırı, 10o’den büyük (genellikle 20-30o) ise büyük açılı tane sınırı söz konusu olur.

Metal malzemenin özellikleri tanelerin BÜYÜKLÜK ve BOYUTUNA göre değişir. Bir malzemenin tane boyutu katılaşma koşullarının değiştirilmesi, alaşımlama ve ısıl işlemle değiştirilebilir. Tane boyutu AZALDIKÇA, malzemedeki tane sayısı ve dolayısıyla tane sınırı oranı ARTAR. Tane sınırları dislokasyon hareketini engelleyici etki yaptığından, tane boyutu azaldıkça malzemenin SERTLİK ve MUKAVEMETİ ARTAR.

3.2. İstiflenme kusuru İstiflenme kusuru, kübik yüzey merkezli (KYM) yapılarda meydana gelir ve sıkı düzenli düzlemlerin diziliş sırasını değiştirir. İstiflenme kusuru en yaygın deformasyon mekanizması olan kaymayı zorlaştırır.

3.3. İkiz sınırları (İkizleme) İkiz sınırı kristal kafes yapısındaki atom düzlemlerinin simetrik olarak farklı doğrultularda yönlenmeleri sonucunda birbirinin ayna görüntüsü şeklinde oluşan iki bölge arasındaki bir düzlem olarak tanımlanabilir.

İkiz sınırı boyunca etki eden bir kayma kuvveti atomların yerini değiştirerek ikizlenmeye neden olur. İkizlenme, bazı metallerin plastik deformasyonu ya da ısıl işlemi sırasında meydana gelir. İkiz sınırları, plastik deformasyon mekanizmalarından en yaygın olan kaymayı zorlaştırarak metallerin mukavemetini arttırır. İkiz sınırlarının hareketini aynı zamanda metal malzemelerin plastik deformasyona uğramalarına neden olur.

Şekil. Pirinç malzemesinde ikizleme izleri (X250) (c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning Şekil. Pirinç malzemesinde ikizleme izleri (X250)

4. Hacimsel Kusurlar (Üç boyutlu kusurlar) Kristal kusurlar olmamakla birlikte, malzemelerde yaygın olarak görünen nispeten büyük boyutlu kusurlardır. Hacimsel kusurlar genelde malzemelerin üretimi ve şekillendirilmeleri esnasında meydana gelirler. Malzemelerin üretimi sırasında oluşan metalik olmayan kalıntılar (enklüzyon) örnek olarak verilebilir. Metalik malzemelerde oksit, nitrür, sülfür ve hidrür türünden kalıntılara çok sık rastlanılır. Bu kalıntılar genellikle malzemelerin plastik şekil değiştirme kabiliyetini olumsuz etkilerler.

Şekillendirme sırasında en yaygın olarak meydana gelen hacimsel kusurlara örnek olarak döküm kusurları, biçimlendirme veya dövme kusurları ve kaynak kusurları verilebilir. Döküm kusurları, sıvı metalin katılaşması sırasında meydana gelen hacimsel küçülmeden kaynaklanan çekilme boşlukları ile gaz boşlukları veya gözenekler şeklinde ortaya çıkar. Dövme, haddeleme veya kaynak (ısıl gerilmeden dolayı) sonrası hacimsel kusur olarak oluşabilecek çatlaklar örnek olarak verilebilir.

Hacimsel kusurlar Kaynakla birleştirilmiş numunede oluşan makro gözenek ve çizgisel çatlaklar Dökümle üretilen numunede oluşan makro gözenek ve çizgisel çatlaklar