Metallere Plastik Şekil Verme

... konulu sunumlar: "Metallere Plastik Şekil Verme"— Sunum transkripti:

1 Metallere Plastik Şekil Verme

2 Soğuk Şekillendirmede depolanan enerji
Plastil şekillendirme sırasında harcanan enerjinin bir kısmı malzeme içinde depolanır. Bu depolanan enerji toparlanma ve yeniden kristallenmeye kaynaklık eder. Deformasyo artıkça depolanan enerji doğru orantılı olarak artmadığı gibi depolanan enerjinin oranıda azalmaktadır. Bunun nedeni deformasyon artıkça ısıya dönüşen enerjinin artmasıdır. When a metal is plastically deformed at temperatures that are low relative to its melting point, it is said to be cold worked. The temperature defining the upper limit of the cold working range cannot be expressed exactly, for it varies with composition as well as the rate and the amount of deformation. A number of investigators have indicated that the fraction of the energy that remains in the metal varies from a low percentage to somewhat over 10 percent. The data,from the work of Gordon,1 show that the stored energy increases with increasing deformation, but at a decreasing rate, so that the fraction of the total energy stored decreases with increasing deformation. Let us consider the nature of the stored energy of plastic deformation. Since each dislocation represents a crystal defect with an associated lattice strain, increasing the dislocation density increases the strain energy of the metal.

3 Yeniden Kristalleşme Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı; yeni tanelerin 1 saat içinde oluşması için gerekli sıcaklık. Pekleşme ? Plastik şekil değ. İle anisotropi, iç gerilmeler, mekanik, fiziksel özellikler değişiyor. Yeniden kristalleşme ile malzeme şekil değişiminden önceki özelliklerini yeniden kazanıyor ancak genellikle daha ince taneli oluyor. Kalay ve kurşun oda sıcaklığında pekleşmiyor. Yeniden kristalleşme sıcaklığı ve süresi aşırı olması ya da şekil değiştirme değerinin kritik değerden küçük olması halinde tane irileşmesi görülür.

4 Alt tane (küçük açılı tane sınırı)
Toparlanma Alt tane (küçük açılı tane sınırı) Yeniden kristalleşme sıcaklığının altında malzemede sertlik ve dayanım düşüşü olmadan iç gerilmeler giderilebilir. Bu durmda bozulmuş tane yapısı düzelmez ancak elektrik iletkenliği artar. Toparlanmada Dislokasyon yoğunluğu ve mekanik özellikler hemen hemen sabittir. Toparlanmada dislokasyon yoğunluğu ve mekanik özellikler hemen hemen sabittir.

5 Toparlanmada dislokasyon hareketi
Dislokasyonların hareketini sağlayan “driving force” itici güç dislokasyonlarda depolanan gerinme enerjisinden kaynaklanıyor ve poliganizasyonla bu gerinme enerjisi düşüyor. Aşırı miktardaki dislokasyonlar bu porseste birbirlerini yok ediyorlar. Zıt işaretli dislokasyonlar ( pozitif-negatif kenar ya da sağ el-sol el vida dislokasyonları) birbirlerini yok ediyorlar. Bu proseste dislokasyonlar hem kayma hem de tırmanma hareketi yaparak hareket ediyorlar.

6 Yeniden Kristalleşme 0.3Tm < TRe< 0.6Tm
•Soğuk Şekillendirme miktarına •Saflığa Yeniden kristalleşme sonrasında gerilimsiz yeni taneler meydana gelmekte ve özelliklerde büyük değişimler yeniden kristaleşme sırasında olmaktadır. Topralanma ve rakristalizasyon temel olarak 2 farklı olgudur. İzotermal tavlamada, toparlanma hızı zamanla düşüyor, toparlanma prosesi hızlı başlıyor ve zamanla yavaş yavaş düşüyor. Rekristalizasyonda ise yavaş başlayan proses sona doğru maksimum hıza ulaşıyor. Rekristalizasyon çekirdeklenme ve tane büyümesi içeriyor. Soğuk işlem görmüş metallerin mikroyapıları üzerine tavlama sıcaklığının etkisi. (a) soğuk işlem görmüş (b) toparlanma sonrası, (c) yeniden kristalleşme sonrası ve (d) tane büyümesi sonrası

7 Yeni Tane Oluşum Mekanizması
New crystals appear at points of high-lattice-strain energy, such as slip-line intersections, deformation twin intersections, and in areas close to grain boundaries. In each case, it appears that nucleation occurs at points of strong lattice curvature. In this regard it is interesting to note that bent, or twisted single crystals recrystallize more readily than do similar crystals that have been bent, or twisted, and then unbent, or untwisted. The other condition for the formation of a nucleus is that it become surrounded, at least in part, by the equivalent of a high-angle grain boundary. This condition is required because the mobility of an arbitrary low-angle grain boundary is normally very low. Beyond these two points, the various models of the nucleation process vary to a considerable degree. It is possible that most of these mechanisms may operate and that the preferred one in a given situation will depend largely on the nature of the deformed specimen being recrystallized. In this regard, a single crystal lacks the sites along grain boundaries and along lines where three grains meet that are available for nucleation in a polycrystalline metal. Both grain boundaries and these triple lines are regions where high-angle boundaries already exist, so that one of the criteria for the formations of a nucleus is effectively satisfied. A typical mechanism applicable to polycrystals is that of Bailey and Hirsch, who propose that if a difference in dislocation density exists across a grain boundary in a cold-worked metal, then during annealing a portion of the more perfect grain might migrate into the less perfect grain under the driving force associated with the strain energy difference across the boundary. For polycrystalline materials, nucleation will again take place preferentially at highly energetic sites, such as grain-boundary triple points, original grain boundaries, and boundaries between deformation bands. The nuclei may form by subgrain growth and/or grain boundary migration, as schematically shown in Fig The nucleus shown in Fig. 8.22A has formed by growth of the subgrains to the right of the original grain boundary, whereas the nucleus in Fig. 8.22B has formed by grain boundary migration to the right and subgrain growth to the left. For both cases, the nucleus is surrounded by high-angle boundaries. For the nucleus shown in Fig. 8.22C, on the other hand, the subgrain growth to the left has taken place without forming a new high-angle boundary. Yeni Tane Oluşum Mekanizması Yeni kristaller tane sınırına çok yakın bölgedeki kayma düzlemlerinin kilitlendiği ya da ikizlenmelerin olduğu yüksek latis gerinme enerjilerinin olduğu bölgede görünmeye başlıyor. Yeni kristaller güçlü latis eğriliğinin olduğu noktalarda oluşuyor. Çekirdeklenmenin bir diğer şartı da, bu eğriliğin ya da yüksek gerinme enerjisinin en az bir parçasının yüksek açılı tane sınırları tarafından çevrilmiş olmasıdır çünkü küçük açılı tane sınırlarının mobilitesi çok düşüktür. Bu açıdan bakınca, polikristal metallerde çekirdeklenme için en uygun yer tanelerin birbiriyle kesiştiği üçlü noktalardır. Bir önermeye göre, tane sınırı boyunca taneler arsındaki dislokasyon yoğunluğundaki büyük fark tavlama aşamasında tane sınırı boyunca yüksek enerji farkıyla ilişkili olan itici güç ile diğerine göre daha az hata içeren kristal daha fazla hata içeren kristale doğru büyüyor. Üçlü tane sınırında alt tanede tane sınırının sağında oluşan çekirdek sağa ve sola doğru büyüyor. Her iki durumdada alt taneler yüksek açılı tane sınırları ile çevrilidir ve yeni taneler oluşuyor.

8 Yeniden Kristalleşme Y.Kristalleşme sıcaklığı soğuk Şekil değişimine ve tavlama süresine bağlıdır. sol üstteki şekilde %5 şekil değişimi ile yeniden kristallenme görülmemiş. Buna kritik deformasyon miktarı deniyor.

9 Yeniden Kristalleşme

10 Yeniden Kristalleşme Yabancı atomlar tane sınırlarına göç ederek tane sınırı hareketini dislokasyon mekanizmazında olduğu gibi yavaşlatırlar. Tane sınırı hareketi hem çekirdeklenme hem de çekirdek büyüme mekanizması ile ilgili olduğu için yabancı atomlar kristalizasyon sıcaklığını artırıcı etki yaparlar.

11 Yeniden Kristalleşme (özet)
Pirinçte tane boyutu üzerine tavlama sıcaklığının etkisi. Mikroyapılarda ikiz sınırları da görülmüştür. (a) 400oC de tavlanmış, (b) 650oC de tavlanmış ve (c) 800oC de tavlanmış. (Adapted from Brick, R. and Phillips, A., The Structure and Propertiesof Alloys: McGraw-Hill.) Soğuk sekil değ. miktarı Yeniden Kristallenme Sıcaklığı Sıcaklık Tavlama Süresi Deformasyon miktarı Tane boyutu Saflık Yeniden Kristallenme Sıcaklığı

12 Yeniden Kristalleşme

13 Soğuk, Yarı Sıcak ve Sıcak Şekil Değiştirme
Sıcak ve soğuk işlemde Yüzey durumu? Yarı Sıcak İşlem Yarı sıcak şekil değiştirme oda sıcaklığı ile yeniden kristallenme sıcaklığı arasındaki sıcaklıklar için genel olarak oda sıcaklığı ve yeniden kristallenme sıcaklığı arasındaki sıcaklıklar için kullanılıyor. Soğuk işlemde uygulanması gereken kuvvet daha yüksektir ancak yüzey kalitesi daha iyidir. Soğukta sünekliğin azalması malzemenin hasar uğramasına neden olabilir. Yarı sıcak işlem ile şekillendirme kuvveti düşürülür ve hasar tehlikesi azaltılır. Sıcak işlemde oksit oluşumu kontrollü atmosfer ile kontrol edilebilir. Yüzeydeki oksitler şekillendirme sırasında malzemeye gömülerek yüzey kalitesini bozabilir.

14 Termomekanik işlem

15

16 Gevrek Kırılma Basma dayanımı > Çekme dayanımı
Düşük Sıcaklık ve yüksek şekil değiştirme hızı gevrek kırılmayı teşvik eder. Basma dayanımı > Çekme dayanımı

17 Oksit, sülfür, karbür, silikatlar Dökümde oluşan gözenekler
Sünek Kırılma Oksit, sülfür, karbür, silikatlar Dökümde oluşan gözenekler MnS ? Sünek kırılmada hasar kalıntılar ve önceden varolna boşluklar civarında mikroboşluklar ile başlar ve bütün kesit boyunca yayılır.

18

19 Tanelerarası ve Taneleriçi Kırılma
Gevrek malzemede kırılma tanelerarası ve taneleriçi olabilmekte iken sünek kırılma taneler arasında olmaktadır.

20 Geçiş Sıcaklığı Mikroyapı Bileşim Tane boyutu Yüzey durumu Yönlenme
Geometri Şekil değ. Hızı Kristal yapı

21 Şekil Değişimi Yaşlanması ve Mavi Gevreklik

22 Şekil Değişimi Yaşlanması

23 Mavi Gevreklik

24 Yeniden Kristallenme (YK) Kuralları:
Çekirdeklenme ve büyümenin itici gücü depolanmış deformasyon enerjisinin termal olarak aktive edilmesidir. YK için gerekli minimum deformasyon miktarı Ne kadar küçük deformasyon o kadar büyük YK sıcaklığı Tavlama süresini artırmak YK sıcaklığını düşürür Y.Kristallenmiş tane boyutu temel olarak deformasyon oranına bağlı YK hızı, deformasyon ve sıcaklık artışıyla artar Yeni taneler deforme edilmiş tanenin içersinde büyümüyor YK’den sonra tavlamaya devam etme tane büyümesine neden olur. Belirli bir deformasyon oranında daha düşük ısıtma hızı YK sıcaklığını yükseltiyor. 5.7 LAWS OF RECRYSTALLIZATION It is very useful, for practical applications, to know the effect of important variables on the primary recrystallization process. These are listed as the laws of recrystallization, 34 as described below. These rules are followed in most cases and are easily explained in a rational manner if recrystallization is a nucleation and growth phenomenon, controlled by thermally activated processes, whose driving force is given by the stored energy of deformation. 1. A minimum amount of deformation is necessary to initiate recrystallization (Fig. 5.20b). 2. The smaller the degree of deformation, the higher the temperature necessary to cause recrystallization (Fig. 5.26).66 3. Increasing the annealing time decreases the temperature required for recrystallization67 (Fig. 5.27). 4. The recrystallized grain size depends mainly on the degree of deformation (Fig. 5.28)68 and, to a lesser degree, on the annealing temperature. Usually, the greater the degree of deformation and the lower the annealing temperature, the smaller the final grain size. Restated, the rate of recrystallization of a metal increases with increased amounts of cold deformation (i.e., with increased stored energy) and with increased recrystallization temperature. 5. The larger the initial grain size, the greater the amount of cold work required to achieve an equivalent recrystallization temperature and time. This general rule can be understood, if it is remembered that nuclei usually form at grain boundaries. 6. The amount of cold work required to give equivalent deformation hardening increases with increasing deformation temperature. 7. New grains do not grow into deformed grains of identical or slightly deviating orientation or into grains close to a twin orientation.8,69 8. Recrystallization is retarded if the temperature of deformation is increased for a given prestrain, but is accelerated if, at the higher temperature, the metal is strained at the same stress.70 9. Continued heating after the completion of recrystallization causes the grain size to increase. 10. For a given percentage deformation, the recrystallization (annealing) temperature is raised with slower heating rates, because recovery usually occurs during heating. This rule may become an important issue when batch annealing is compared with the high-speed resistance annealing processes.

25

26

27

28

29 Şekil. Cu-%35 Zn alaşımının özellikleri üzerine soğuk işlemin
etkisi ve %75 soğuk işlem görmüş alaşımın özellikleri üstüne tavlama sıcaklığının etkisi.

30

31