DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME

... konulu sunumlar: "DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME"— Sunum transkripti:

1 DEFORMASYON VE YENİDEN KRİSTALLEŞME
Prof. Dr. Hatem AKBULUT

2 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 Tm aralığıdır Prof. Dr. Hatem AKBULUT

3 Tanımlamalar Plastik deformasyon tanelerin yönlenmesine yol açar
Bir t1 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

4 Sabit bir sıcaklıkta süre
Toparlanma Tane büyümesi Yeniden kristalleşme Şekil: Toparlanma - yeniden kristalleşme - tane büyümesi mekanizmasının şematik olarak temsili. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

5 Şekil. Yeniden kristalleşmede sıcaklığın mikroyapıya etkisi: a) Soğuk haddelenmiş metal, b) toparlanmadan sonra, c) yeniden kristalleşmeden sonra, d) tane büyümesinden sonra Prof. Dr. Hatem AKBULUT

6 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 270oC de yeniden kristalleşmesi. Video her 30 sn de alınan fotoğraflardan oluşturulmuş. İlk kristalleşen taneler A bölgesinde. (Video-1) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

7 Plastik deforme edilen metalde önemli bir miktar enerji harcanır.
% Uzama 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. Depolanan Enerji, Oranı, % Depolanan Enerji, kal./mol Deformasyon işi, Kal./mol Şekil: Cu’ ın deformasyonu sırasında depolanan enerji miktarı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

8 Video-2. Deformasyon Şekil. 1 cm kalınlığındaki bir plakanın haddelenmesini gösteren temsili durum Prof. Dr. Hatem AKBULUT

9 İtici güç atom başına Gibbs serbets enerjisidir ( )
Sabit sıcaklık ve basınçta meydana gelen işlemde; terimi genelde DE değerinin çok küçük bir yüzdesidir değeri katı durumda çok küçüktür Sonuçta; Toparlanma ve yeniden kristalleşme için gerekli itici güç; Prof. Dr. Hatem AKBULUT

10 Enerji Depolama Mekanizmaları
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: s = F/A deformasyon Çubuğun hacmi V = A. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

11 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

12 Plastik deformasyon sonucu hatalar;
2. Latis Hataları 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

13 Tavlama Bir taneden alınan TEM fotoğrafı X Soğuk deforme edilmiş Al’ un optik mikroyapısı X100 Şekil: Alüminyumda tane ve alt tane yapısının şematik olarak gösterilişi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

14 Bazı bölgelerde ya hiç veya çok az dislokasyon birikimi var.
Deformasyon sonucu, dislokasyon yoğunluğu /cm2 den, /cm2 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

15 Deforme edilen bir metalde tavlama ile dislokasyonların düzene girip alt tane oluşturması
3-Video-Toparlanma dislokasyon Prof. Dr. Hatem AKBULUT

16 Depolanan Enerjiyi Etkileyen Değişkenler
Malzeme Saflığı Deformasyon Sıcaklık Tane Boyutu Prof. Dr. Hatem AKBULUT

17 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

18 Tane boyutunun düşmesi ile depolanan enerji miktarı artar.
3. Sıcaklık Düşük sıcaklıklarda yapılan deformasyon işleminde depolanan enerji miktarı artar 4. Tane Boyutu 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

19 Tavlama Anında Depolanan Enerjinin Açığa Çıkması
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 (DP) ölçülür Prof. Dr. Hatem AKBULUT

20 Şekil : Üç tip enerji açığa çıkış eğrisi.
Sıcaklık Gevşeme işleminden dolayı eneri açığa çıkışı, DGüç Yeniden Kr. S = Toplam depolanan enerji Sr = Toparlanmada açığa çıkan enerji Sr/S = Toparlanmada depolanan enerjinin açığa çıkma oranı Sr/S = saf metallerde 0.03 den başlar bazı alaşımlarda 0.7 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

21 Özelliklerin Değişmesi
Sıcaklık Toparlanma Sertlik Yeniden Kr. Direnç Hücre boyutu Yoğunluk Depolanan enerji açığa çıkışı Şekil: Toparlanma ve yeniden kristalleşmede fiziksel özellikte meydana gelen değişim. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

22 Toparlanma Mekanizmaları
Tablo: Toparlanma mekanizmaları. 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 İşleyen mekanizma Düşük Prof. Dr. Hatem AKBULUT

23 Alt Tane Büyümesi ve Alt Tane Birleşmesi
Şekil. Alt tane rotasyonuyla alt tane birleşmesinin şematik olarak temsili. b) Bir alt tanenin rotasyona uğraması Birleşmeden önce orijinal alt tane yapısı c)Birleşmeden hemen sonraki alt tane yapısı d) Bir miktar difüzyondan sonra nihai alt tane yapısı Prof. Dr. Hatem AKBULUT

24 Sertlik Sıcaklık oC) Farklı Fe içerikli malzemelerde 30 Dk tavlama süresi için sıcaklıkla sertlikte meydana gelen değişim Metalik bir malzemede tavlama esnasında x ile gösterilen alt tane sınırının bir süre tavlamadan sonra oryantasyon değiştirmesi (TEM) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

25 X-ışınları analizleri ile Bükülmeden sonra elipsoid noktalar
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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

26 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

27 Şekilde de görüldüğü gibi Poligonlaşma için:
Ekstra kenar dislokasyonları olmalı, Dislokasyon tırmanması gerekliliğinden dolayı poligonlaşma sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelir, Poligonlaşma, dislokasyonların birikimleri ile oluşan hücre boyutlarından 10 kat büyük alt tanelerin oluşumuna sebebiyet verir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

28 Toparlanma Kinetiği P, toparlanma safhasında fiziksel özellikte meydana gelen değişiklik ( P = dirençteki değişiklik) 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

29 Kimyasal reaksiyon hızı teorisi kullanıldığında,
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; Prof. Dr. Hatem AKBULUT

30 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 DE(boşluk hareketi) ’ne yakın değerler verir Çok uzun toparlanma sürelerinde Q değeri, Q(self) ’a yakın sonuç verir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

31 Sonuç olarak toparlanma kinetiğini üç kademede özetleyebiliriz:
Toparlanma genel olarak zamanla üssel ilişkilidir. Kinetik veriler uygun analiz edilirse birçok durum için Q değerleri tesbit edilebilir. Genel olarak birden fazla toparlanma mekanizması aynı anda etkindir ve Q değeri sabit değildir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

32 Yeniden Kristalleşme için Çekirdekleşme Mekanizmaları
Çekirdekleşme teorisinin yeniden kristalleşen taneler için uygulanamayacağı belirtilmiş. r* = (-2g/DGB) kritik çekirdek yarıçapı deneysel gerçeklerle karşılaştırıldığında çok küçüktür. Yeniden kristalleşmede iki tür çekirdekleşme olayı gözlenir; Önceden var olan tane sınırlarında ve Deformasyondan dolayı oluşan alt tane sınırlarında Çekirdekleşme, her iki tür sınırların aniden büyümesi sayesinde başlar ve ilerler. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

33 Var Olan Tane Sınırlarının Ani Büyümesi
dV 2a I II b) Yüksek dislokasyon yoğunluklu tane Düşük dislokasyon a) Şekil: a) Yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip bir tanede sınırın ani büyümesi, b) Çekirdekleşme olayını açıklayan model Prof. Dr. Hatem AKBULUT

34 Önceden var olan tane sınırlarında meydana gelen çekirdeklenme ve tane büyümesi (model: soldaki şekil, gerçek: sağdaki şekil) Çekirdekleşme 4-Video SEM de AlMg malz Prof. Dr. Hatem AKBULUT

35 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 DG negatif olmalı ve Es, 2g/r den daha büyük olmalıdır. Sınırın büyümesinin olabilmesi için; Prof. Dr. Hatem AKBULUT

36 = arayüzey kalınlığı ve B = tane sınırı atomlarının hareketliliğidir.
Kuluçka zamanı ise, rmin. = 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

37 Al Tane Sınırlarının Ani Büyümesi
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. Genel Sonuçlar 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) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

38 Yeniden Kristalleşme Kinetiği Çekirdekleşme ve Büyüme Hızı Eşitlikleri
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; Süre, t Yarıçap, R Sınır aşımı t Eğim = (dR/dt) = G Şekil : Yeni bir taneni yarıçapının zamanla değişimi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

39 G = dR/dt olarak büyüme hızıdır.
Çekirdek küresel olarak düşünüldüğünde; Çekirdek başına dönüşen hacim için çekirdekleşme hızı;   Gerçek çekirdek Hayalet Dönüşmemiş hacim Dönüşmüş hacim 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

40 Kısaltmalardan sonra;
Çekirdeklerin hacmi Oluşan imajinel çekirdek sayısı Kısaltmalardan sonra; sabit t ihmal şartında Bu eşitlik Johnson-Mehl eşitliği olarak bilinir. 4 parametre; rasgele çekirdekleşme, sabit sabit G ve küçük t. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

41 değerleri için Johnson-Mehl eşitliğinin kullanılması ile
Şekil : Farklı G ve değerleri için Johnson-Mehl eşitliğinin kullanılması ile elde edilen eğriler. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

42 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

43 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

44 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 4000 8000 12000 16000 20000 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

45 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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

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

47 60 80 100 120 Süre, sn 20 40 2000 4000 6000 8000 10000 Ns, tane/cm2 % 5 350 °C a) 20 40 60 80 100 120 2000 4000 6000 8000 Süre, sn % 5 350 °C b) Ns, sayı/cm2-sn Şekil : % 5 uzamadan sonra 350 °C’ de tavlanan alüminyum. a) Yüzey tane yoğunluğunun zamanla değişimi, b) Yüzey çekirdeklenme hızının zamanla değişimi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

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

49 Malzeme Saflığı Sıcaklık;
Pb içine 60 ppm Sn ilavesi, arayüzey büyüme hızını 5000 kat artırır. Başlangıç Tane boyutu Şekil: Alüminyumun yeniden kristalleşmesi sırasında büyüme hızı G’nin değişiminin, orijinal tane boyutunun bir fonksiyonu olarak değişmesi. Büyüme hızı, Gx10-6cm/sn) Tane boyutu, (tane/mm2) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

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

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

52 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. Sıcaklık Prof. Dr. Hatem AKBULUT

53 Yeniden Kristalleşme Sıcaklık ve Süresinin Kontrolü
Yeniden kristalleşme sıcaklığı= 1 saatte yeniden kristalleşmenin olduğu sıcaklık Johnson-Mehl eşitliğinde, dönüşen hacmin % 95’ i için gerekli süre. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

54 Şekil : 1 saatlik yeniden kristalleşme sıcaklığının tanımlanması.
Yeniden kristalleşme zamanı, t0.95 1 saat Sıcaklık Tyk Şekil : 1 saatlik yeniden kristalleşme sıcaklığının tanımlanması. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

55 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) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

56 Yüksek deformasyon G ve eğerlerinin ikisini de arttır
Ön Deformasyon Yüksek deformasyon G ve eğerlerinin ikisini de arttır Yeniden kristalleşeme sıcaklığı (Tyk) düşer. b) deformasyon ile artar, yüksek deformasyon yeniden kristalleşen tane boyutunu düşürür. 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 20 40 60 80 100 Soğuk deformasyon miktarı (%) Sıcaklık, o F Elekrolitik Fe Yeniden kristalleşme sıcaklığı % 99 Al a) 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. 0.001 0.01 0.1 1.0 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

57 Hem ve hem de G ile sıcaklık ile artar,
Tavlama Sıcaklığı Hem ve hem de G ile sıcaklık ile artar, yüksek sıcaklıklarda hızlı yeniden kristalleşme olur. 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). Prof. Dr. Hatem AKBULUT

58 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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

59 Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı
Tablo. 1 saatlik yeniden kristalleşme sıcaklıklarının yaklaşık değerleri Malzeme Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı Bakır % 250 (120) OFHC 400 (210) % 5 Zn 600 (320) Alüminyum Süper saf 50 (10) 175 (85) % 99.0 550 (240) Alaşımlar Nikel % 99.99 700 (370) % 99.4 1100 (630) Tugsten Çok saf ( ) Mikro boşluklu ( ) Kalay 25 (-4) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

60 Ön Deformasyon Sıcaklığı
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 Prof. Dr. Hatem AKBULUT

61 Yeniden Kristalleşmenin Pratik Uygulamaları
©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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

62 Önemli plastik şekil verme yöntemleri
Hadde Önemli plastik şekil verme yöntemleri Su Soğutma Haddeleme Dövme 5. Video Haddeleme 6. Video dövme Ekstrüzyon Derin çekme Prof. Dr. Hatem AKBULUT

63 tanelerden oluşan yapı Yeni tanele- rin oluşumu Deforme olan
Sıcak Işlem Orijinal taneler Tamamen yeni tanelerden oluşan yapı Yeni tanelerin büyümesi Yeni tanele- rin oluşumu Deforme olan uzamış taneler Şekil. Sıcak haddeleme sırasında yeniden kristalleşme. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

64 Tekstür 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. 7. Video Texture Prof. Dr. Hatem AKBULUT

65 Çekirdekleşme bir tercihli yönlenme ile oluşabilir,
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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

66 İnce Taneli Çelik Üretimi
Termo mekanik kontrollü (TMCP) çeliklerinin uygulanması TMCP (Thermo Mechanical Conrolled Steels Prof. Dr. Hatem AKBULUT

67 UİT TMCP (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. 20μm 5μm 1μm Geleneksel Haddeleme TMCP UİT (ultra ince tane) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

68 İkincil Yeniden Kristalleşme
Şekil. İkincil yeniden kristalleşmenin şematik olarak gösterilişi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

69 İkincil yeniden kristalleşme Nedenleri:
Defromasyonla tercihli yönlenme  kristalleşme İnklüzyon varlığı (inklüzyonlar bölgesel olarak tane boyutunu düşürür) 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) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

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

71 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 Şekil. Simetrik olmayan basma ile 1.3x10-3s-1 lik bir hızda deforme edilen % 0.68 C içeren çeliğin gerilme-deformasyon eğrilerine sıcaklık etkisi. Dinamik yeniden kristalleşme esnasında mukavemet ve uzama ilişkisi Gerilme (MPa) Deformasyon Prof. Dr. Hatem AKBULUT

72 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 Dinamik yeniden kristalleşme şematik Prof. Dr. Hatem AKBULUT

73 Dinamik yeniden kristalleşmenin tane sınırında başlamasının şematik temsili
Dinamik yeniden kristalleş-menin tane sınırında başla-ması (gerçek mikroyapı) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

74 Yüksek sıcaklık Malzemesi Üretmek (ikincil ilaveli)
Katkısız (dopsuz) W Katkı maddeleri (dop) hava kabarcıklarını yönlendirir. Deformasyondan sonra tavlamada tel boyunca yönlenip sınırları çubuk boyunca büyütür. W + % 1 ThO2 Tungsten flamanın uzaması, % 225 mm çaplı bir Tungsten telin 2500 oC de sürünme deformasyonu Katkılı (dop edilmiş) K, Al, Si Test zamanı, Dak. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

75 K, Al, Si Dop edilmiş W telde uzayan tanelerin temsilen gösterilmesi.
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. Prof. Dr. Hatem AKBULUT