FİZİKSEL METALURJİ BÖLÜM 3

Şekil 3.1. Bir Tsoln sıcaklığından çeşitli tutma sıcaklıklarına, Thold su verilen C1 kompozisyonundaki alaşım

Şekil 3.2. Çeşitli çökelti şekilleri; (a) Tane sınırı çökeltileri (b) Masif çökeltiler (c) Widmannstätten plakaları

Şekil 3.3. (a) Çökelti kompozisyonu, C0 ve su verme sıcaklığı T1’nı gösteren faz diyagramı (b)  çökeltisi boyunca kompozisyon profili

Büyüme Kinetiği / Eşeksenli Taneler Büyüyen α-γ arayüzeyinde çözünen atom akımı arayüzeye göre şöyle yazılabilir: |arayüzeye doğru akım|=V.Cγ |arayüzeyden dışarıya doğru akım|= Bu iki akım arayüzey düzlemi için her zaman dengede kalır ve bu akım balansı aşağıdaki gibi yazılabilir:

Büyüme Kinetiği / Eşeksenli Taneler Bu eşitliğin integrali alınarak aşağıdaki bağıntı elde edilir : Tane sınırındaki ferrit tabakası parabolik bir zaman kuralıyla sınırlı bir hızda ve difuzyon kontrollü olarak büyür; burada A sabiti:

Büyüme Kinetiği / Eşeksenli Taneler Eşeksenli çökeltilerin büyüme kinetiklerine ilişkin üç uygun sonuç çıkartılabilir: Bu çökeltilerin büyümesi, uzak düzen (uzun mesafe) difüzyonu gerektirir. L mesafesi, milimetre boyutlarına varabilir. Katı durumda uzak düzen difüzyonu tarafından kontrol edildiği için büyüme relatif olarak yavaştır. Büyüme hızı ve buna bağlı olarak çökelti boyutu zamana bağımlıdır. Büyüme hızı zamanla sürekli olarak düşer.

Şekil 3.4. Fe-C alaşımlarının sıcaklık-kompozisyon bölgeleri; uzun reaksiyon zamanlarında elde edilen çeşitli çökelti şekilleri M: masif ferrit, W: Widmannstätten ferrit, GBA: tane sınırı ferrit.

Şekil 3.5. Çeşitli şekillere sahip -çökeltilerinin merkez çizgisi boyunca kompozisyon profilleri; (a) iğnesel, (b) silindirik ve (c) eşeksenli

Büyüme Kinetiği / Widmannstaetten Plakaları Plaka büyümesi için ilk yaklaşımda L yi plaka yumrusunun çapı ile doğru orantılı olarak kabulleniriz; L=ar Burada a orantı sabitidir. Böylece;

Büyüme Kinetiği / Widmannstaetten Plakaları Plaka büyümesinin kinetiği, eşeksenli büyümeden üç farklı yolla ayrılır : Plaka uçlarındaki büküm yarıçapı çoğunlukla çok küçüktür, 100-1000 Å. Bu nedenle r<<L ve plakasal tane büyüme hızı, eşeksenli tane büyüme hızından çok daha yüksek olacaktır. Yumrunun küçük yarıçapından dolayı plaka büyümesinde difüzyon çok daha kısa mesafelerde meydana gelir. Ucun merkez çizgisindeki çözünen atom profili, plakalar sabit bir uç yarıçapıyla büyüdüğü için zamandan bağımsızdır; bu nedenle büyüme sabit hızla (zamandan bağımsız olarak) meydana gelir.

Şekil 3.6. İğnesel çökeltilerin merkez çizgisi boyunca; (a) faz sınırlarında ve (b) kompozisyon profilinde büküm etkisi

Büyüme Kinetiği / Widmannstaetten Plakaları Büyüme hızı; Cγ (r)→C0 olduğunda gradyent sıfır olacaktır ve bu durumda da büyüme duracaktır. Kritik uç yarıçapı → rc Cγ(rc)=C0

Büyüme Kinetiği / Widmannstaetten Plakaları r→rc olduğunda büyüme durur. r değeriyle diferensiasyon maksimum hızın r=2rc de olduğunu göstermiştir, burada Cγ(rc)-Cα(r)= Cγ - Cα =sabit olduğu kabul edilmiştir. Kabul edilen uç yarıçapı, büyümeyi olası en yüksek hızda sağlamak için 2rc değerine uyacaktır. Bu nedenle Zener in bu modeli sabit bir büyüme hızı öngörür:

Şekil 3.7. (a) Perlit büyümesi esnasında gerekli karbon difuzyonu, (b) Perlit kompozisyonu kütle-% 0.77 C’nu, gösteren Fe-C faz diyagramı

Şekil 3.8. (a) Östenit taneleri içindeki tane sınırlarından büyüyen perlit nodüllerinin şematik gösterimi (b) Üç perlit kolonisi içeren tek bir nodül

Şekil 3.9. Çeşitli parametreleri tanımlayan Fe-C faz diyagramı

Şekil 3.10. Yavaş ve sürekli soğuma ile dönüşmüş bir AISI 1040 çeliği (a) Eşeksenli taneler olarak öncelikle östenit tane sınırlarında varolan ferrit; tane içinde bulunan perlitler içine doğru büyümüş birkaç Widmanstätten kenar plakaları görülmektedir, 170x. (b) Bir Widmanstatten kenar plakası yanında perlit yapısı, 4300x; SEM, nital dağlanmış

Şekil 3.11. Metin kısmında tartışılan çeşitli çökelti biçimlerini gösteren iki östenit tanesi, 1 ve 2 arasındaki tane sınırı

Şekil 3.12. Bir perlit kolonisinde yana doğru ve öne doğru büyüme

Ötektoid Dönüşümler / Büyüme Son zamandaki deneysel çalışmalar, ferrit ve sementit arasındaki relatif oryentasyonların genelde iki farklı oryentasyon ilişkisinde kümelendiğini göstermektedir. Bunlar: (B) de ilişki, perlitin östenit tane sınırlarındaki önötektoid sementitler üzerinde çekirdeklendiği zaman sağlanır. (A) daki ilişki, perlitin saf östenit tane sınırlarında çekirdeklendiği zaman sağlanır.

Ötektoid Dönüşümler / Büyüme Büyüme hızı; Burada; Cα : γ-α arayüzeyinde α fazı kompozisyonu Cγ : γ-α arayüzeyinde γ fazı kompozisyonu D : γ fazında çözünen atomun difuzyon katsayısı ∆TE : ötektoid sıcaklığı altı aşırı soğuma S0 : lamellerarası mesafe mα, : ikili denge diyagramındaα ve  fazlarının solvus eğrilerinin eğimi

Şekil 3. 13. Optimum ve minimum aralıkları belirleyen Denklem 3 Şekil 3.13. Optimum ve minimum aralıkları belirleyen Denklem 3.21’nin bir eğrisi

Ötektoid Dönüşümler / Büyüme R nin S0 a göre diferensiyali ile aramesafe, büyüme hızını, Sopt maksimize eder. Sonuçta, Sopt=2.Smin Perlit, aramesafesini S0→Sopt=2.Smin, olacak şekilde ayarlarsa;

Ötektoid Dönüşümler / Büyüme mα ve mγ faz diyagramında A3 ve Acm çizgilerinin eğimi, fα ferrit fazının hacim-% Zener Hız Bağıntısı Hız optimizasyonu

Şekil 3.14. (a) Al-Zn ötektoid alaşımlarında sıcaklık ile aramesafe ilişkisi (b) Fe-C alaşımlarının izotermal büyümesinde su verme sıcaklığı ile hız ilişkisi.

Şekil 3.15. (a) Perlit için aramesafe-hız ilişkisi (b) Perlitin izotermal büyüme hızına Cr ve Mo empürite etkisi

Ötektoid Dönüşümler / Oluşum Kinetiği Perlit bir çekirdekleşme ve büyüme prosesi ile meydana gelir ve bunun sonucu olarak perlite dönüşen hacımın zaman ilişkisi; Ortalama tane boyutu, d ve ortalama büyüme hızı, G nın ilavesiyle tüm hacımsal dönüşümüm tamamlandığı süre, tf, aşağıdaki gibi basitçe belirlenir:

Tablo 3.1. Çeşitli çekirdekleşme yerleri için Avrami denkleminde sabitlerin değerleri.

Şekil 3.16. AISI 1080 çeliği için TTT diyagramı; 900ºC’de östenitlenmiş, ASTM tane boyutu: 6

Tablo 3.2. ASTM tane boyutu numaraları.

Şekil 3.17. Bir izotermal hacimsel-% dönüşüm eğrisinin karşılık geldiği sıcaklıklarda TTT  diyagramı ile karşılaştırılması

Şekil 3.18. (a)  ve  solvus çizgilerini gösteren faz diyagramı (b) İki çökelti hücresinden oluşan mikroyapıyı gösteren süreksiz çökelme.

Şekil 3.19. Cu-bazlı alaşımlarda tek fazlı bölgenin altında süreksiz çökeltilerin gözlendiği sıcaklık aralığı

Şekil 3.20. (a) 600ºC’de yaşlandırılmış Fe-atomik-% 20 Mo alaşımında çökelti-matriks arayüzeyindeki  fazının kafes parametresi ölçümleri (b) Fe- atomik-% 23.5 Zn alaşımında süreksiz çökelme sürecinde dengedışı segregasyon

Şekil 3.21. Süreksiz çökelme için model