METAL VE ALAŞIMLARDA FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

... konulu sunumlar: "METAL VE ALAŞIMLARDA FAZ DÖNÜŞÜMLERİ"— Sunum transkripti:

1 METAL VE ALAŞIMLARDA FAZ DÖNÜŞÜMLERİ
Prof. Dr. Hatem AKBULUT

2 Katı hal faz dönüşümü Katı 1 Katı 2 Ergime Katılaşma Süblimasyon
Yoğunlaşma Gaz Sıvı Buharlaşma Prof. Dr. Hatem AKBULUT

3 Faz Dönüşümü Nedir? Kararlı tek faz  Kararlı başka bir faza dönüşme
Önekler : Sıvının katılaşması, allotropik dönüşümler, aşırı doymuş fazdan ikinci fazın çökelmesi Faz dönüşümü, avantaj veya dezavantaj olabilir Dönüşüm Mekanizmaları 1. Yayınmalı dönüşümler (difüzyon esaslı dönüşümler) 2. Kaymalı dönüşümler, 3. Karışık dönüşümler. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

4 1. Yayınmalı Dönüşümler Yayınmalı dönüşümlerde; arayüzey, atomların sıcaklık etkisi altında yayınması ile ilerler. (Örnek: Ötektik, ötektoid, çökelme reaksiyonu) Yüksek sıcaklıklarda, atomlar serbestce hareket eder. Yayınmalı dönüşümler = sivil dönüşümler Çeliklerde perlit oluşumu Çeliklerde sementit kürselleş-mesi Prof. Dr. Hatem AKBULUT

5 2. Kaymalı Dönüşümler Aşırı soğutma artınca fazın ayrışması için gerekli itici güç artar Bir çok atom grubu geniş bir bölgede kayma ile arayüzey meydana getirir Kaymanın olduğu bölgede yeni bir latis oluşur. Kaymalı dönüşümler = askeri dönüşümler Prof. Dr. Hatem AKBULUT

6 3. Karışık Dönüşümler Yayınmalı ve kaymalı dönüşümlerin birlikte meydana gelmesi. Sert ve tokluğu yüksek yapılar elde edilir. Örnek: çeliklerde “beynit” Prof. Dr. Hatem AKBULUT

7 Denge Diyagramlarına Bağlı Faz Dönüşümleri
İkili Faz Diyagramları Faz diyagramları veya denge diyagramları, alaşımların çalışılmasında ve anlaşılmasında kullanılır İzomorf (Tek kristal) Alaşım Sitemleri İki bileşenli sistemlerin en basiti, tüm oranlarında tek tip bir kristal yapısı (izomorf) sistemler Bileşimler % ağırlıkça Prof. Dr. Hatem AKBULUT

8 Şekil. İkili sistemlerde denge diyagramlarına bağlı olarak oluşan mümkün faz dönüşümleri
Prof. Dr. Hatem AKBULUT

9 Serbest Enerji - İzomorf Alaşım Sistemleri
Cu-Ni gibi bir alaşım sisteminde bileşen atomların doğası birbirlerine çok yakındırlar sıvı ve katı fazlar ideal çözeltiler meydana getirirler. Her iki fazın da serbest enerji - kompozisyon eğrilerinin benzer olması gerekir Prof. Dr. Hatem AKBULUT

10 Ni’in donma sıcaklığı=1455 °C’ Saf Ni kompozisyonunda katı ve sıvının serbest enerjileri birbirine eşittir. Ni içinde Cu miktarının artması ile serbest enerji diğer kompozisyonlarda sıvı fazda katı faza göre düşer Sıcaklık, oC Katı-sıvı bölgesi % Ni (ağırlıkça) Prof. Dr. Hatem AKBULUT

11 Sıvı ve katı faz serbest enerjileri tam saf Ni bileşiminde çakışırlar.
Sıcaklığın 1455 °C’ den yüksek olduğu her durum için; Sıvı ve katı serbest enerjileri biri birinden ayrılacaktır Şekil. Cu - Ni alaşım sisteminde serbest enerji- kompozisyon eğrileri a) saf Ni’ in 1455 °C olan donma noktasında ve b) 1200 °C sıcaklıkta. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

12 Katı eğrisi sıvı eğrisine göre daha düşük eğriliğe sahiptir.
Maksimum ve Minimum Katı eğrisi sıvı eğrisine göre daha düşük eğriliğe sahiptir. Şekil a) da düşen sıcaklıkla katı ve sıvı faz iki serbest enerji eğrileri gösterir Kesişim saf A ve B bileşen kompozisyonda olduğunu göstermektedir. Sıcaklığın azalması ile kesişim hareket eder. Tc sıcaklığında iki enerji eşit teğet gösterir. (Td, sıcaklığında, sebest enerji eğrileri birbirinden ayrılır Şekil. Bir minimum ortaya çıkmasına yol açan serbest enerji eğrileri ilişkisi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

13 Likidüs ve solidüs birbirlerine teğettirler.
Katı çözeltinin serbest enerji eğrisinin daha büyük bir eğriliğe sahip olduğu farzedildiğinde İki faz bölgesi sınırları kesiştiğinde, sınırlar bir maksimum veya minumumda birleşirler Likidüs ve solidüs birbirlerine teğettirler. Teğet noktasında iki eğrinin sıcaklığı da birbirine eşittir. Bu noktalar eş noktalar dır. Eş noktalardaki katılaşma, saf metallerdeki katılaşma ile benzerdir. Şekil. Bir maksimum ortaya çıkmasına yol açan serbest enerji eğrileri ilişkisi. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

14 Süperlatisler Sıcaklık (oC) Aktivite (a) Kısmi mol oranı (NA) % Au
Şekil. 500 °C’ de katı alaşımda Cu ve Au’ nun aktiviteleri. Şekil. Cu - Au faz diyagramı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

15 Cu ve Au, sürekli katı çözelti serileri oluşturur.
Kimyasal aktiviteleri negatif bir sapma sergiler. Aktiviteler negatif sapma gösterirse, bileşenler birbirlerini çeker demektir. Cu ve Au atomlarının latis içinde düzenli bir şekilde birbirlerinin yerlerini alırlar. Cu ve Au atomlarının periyodik düzeni termal hareketle bozulur Düşük sıcaklıklarda böylece Cu ve Au atomları kendilerini kristal içinde düzenli kılacak yeni birleşmeler yaparlar. Birbirini tekrarlayan yapıların değişik Au - Cu bileşikleri yapması ile oluşan yapılara süperlatis veya süper yapılar denilmektedir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

16 Domainler Farklı kristaller Şekil. İki farklı kristalde düzenli domainler. Düzen, eşit sayıda A (siyah) ve B (beyaz) atomların bir araya gelmesi esasına dayanmıştır. Tane sınırı Domain sınırı : Au : Cu Şekil. Cu - Au alaşımlarında bilinen üç düzenli yapıdan ikisinin gösterilmesi. Cu3Au CuAu Prof. Dr. Hatem AKBULUT

17 Karışabilirlik Aralıkları
Sıcaklık (oC) % Au Şekil. Altın (Au) - Nikel (Ni) faz diyagramı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

18 - a1 fazı Ni’ in çözeltide olduğu Au latisi esaslı faz
Cu - Au, ve Cu - Ni sistemine benzer Au ve Ni tüm oranlarda katı çözelti oluşturur - Au - Ni faz diyagramında Sıcaklığın düşmesi ile bileşenler segregasyon eğilimi gösterirler. 812 °C altındaki tüm sıcaklıklarda a1 ve a2 olarak iki faz kararlı olur. - a1 fazı Ni’ in çözeltide olduğu Au latisi esaslı faz Ikici faz a2 Au’ ın çözeltide olduğu Ni latis esaslı fazdır. Her iki faz da YMK yapısındadır (Latis parametreleri, yoğunlukları, rekleri ve diğer fiziksel özellikleri açısından farklılıdırlar) a1 ve a2 fazlarının ikisinin de kararlı olduğu iki faz bölgesi karışabilirlik aralıkları olarak adlandırılan bölgelerdir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

19 Faz Diyagramı Karakteristiği
Reaksiyon İsmi Eşitlik Faz Diyagramı Karakteristiği Ötektik Sıvı Soğutma Sıvı a + b a b Ötektoid a Soğutma a b+g b g Peritektik Soğutma Sıvı a a+Sıvı b b Peritektoid Soğutma a b a+b g g Monotektik Soğutma Sıvı(1) Sıvı(2) Sıvı(1) a + Sıvı (2) a Prof. Dr. Hatem AKBULUT

20 1 Sıcaklık (oC) % Ag (ağırlıkça) Şekil. Cu - Ag sistemi 17.04.2018
Prof. Dr. Hatem AKBULUT

21 Şekil. Ötektik altı bir alaşımın katılaşma ve mikroyapısı (Pb-30% Sn).
Sıcaklık (oC) % Sn (ağırlıkça) Şekil. Ötektik altı bir alaşımın katılaşma ve mikroyapısı (Pb-30% Sn). Prof. Dr. Hatem AKBULUT

22 Şekil. Ötektik bir alaşımın katılaşma ve mikroyapısı (Pb-61.9% Sn).
Sıcaklık (oC) % Sn (ağırlıkça) Şekil. Ötektik bir alaşımın katılaşma ve mikroyapısı (Pb-61.9% Sn). Prof. Dr. Hatem AKBULUT

23 Ötektik Sistemlerin Dengesel Mikroyapıları
Şekil: Faz diyagramında % 24 Cu içeren Cu - Ag alaşımında ötektik altı yapı. Beyaz oval bölgeler ötektik öncesi alfa, gri alanlar ise ötektik yapıdır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

24 Şekil. Bir önceki yapının daha büyütülmüş mikroyapısı
Şekil. Bir önceki yapının daha büyütülmüş mikroyapısı. Beyaz matriks alfa veya Ag’ ce zengin fazdır. Koyu küçük partiküller beta veya Cu’ ca zengin fazdır. Dolayısıyla ötektik yapı alfa matriksinde beta partiküllerinin karışımından oluşmaktadır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

25 Şekil. Ötektik öncesi (primer) beta fazı (büyük koyu alanlar) ve ötektik içeren ötektik üstü Cu-Ag yapısı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

26 Bir sıvı ve bir katı bir diğer katı faza dönüştür
Peritektik Dönüşümler Bir sıvı ve bir katı bir diğer katı faza dönüştür Sıcaklık (oC) Sıcaklık (oC) Şekil. Fe-Ni faz diyagramının peritektik bölgesi. Şekil. Demir-Nikel faz diyagramı. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

27 Atom çapları (Fe: 2. 476 A° ve Ni: 2. 486 A°)
Atom çapları (Fe: A° ve Ni: A°). Periyodik tabloda hem Fe ve hem de Ni VIII grubu Her iki element de YMK sistemde kristalleşir. Ni tüm sıcaklıklarda YMK yapıda iken Fe ise °C aralığında YMK yapıda. Fe Ni içine ilave edildiğinde HMK dan YMK’ya geçiş var Monotektik Reaksiyon Monotektikler, sıvı bir fazın farklı kompozisyonlarda bir sıvı ve bir katıya dönüşmesi Prof. Dr. Hatem AKBULUT

28 954 °C’ de % 36 Pb içeren Cu - Pb sisteminde meydana gelir.
326 °C’ de ve % noktasında bir ötektik nokta Oda sıcaklığında Cu’ ın Pb içinde çözünebilme sınırı % den daha düşük iken Cu içinde kurşun çözünürlüğü ise % aralığındadır. Sıcaklık (K) Şekil. Bakır (Cu) - Kurşun (Pb) faz diyagramı Prof. Dr. Hatem AKBULUT

29 Üçlü Faz Sistemleri Diğer Üç Faz Reaksiyonları
Peritektoid, ötektoidler Üçlü Faz Sistemleri Genelde, seramiklerde üçlü faz sistemleri sökonusu Birçok metal ve alaşımı üçlü sistemlerde oluşurlar. Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan metal ve alaşımları yaklaşık 10 civarında metal içerirler Prof. Dr. Hatem AKBULUT