fiziksel metalurji1

MMT303-Fiziksel Metalurji 3

Denge Çökeltilerinin Büyümesi

Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2013-2014 Güz Yarıyılı

1 Toparla oparlanma nma ve Yeniden Kristalleşme Kristal leşme

(Yrd. Doç. Dr Dr.. Şeyda POLA POLAT) T)

2 Katı Ergiyikten Çökelme 3 Denge Çökeltilerinin Büyümesi 3.1 3.2 3.3

Tek fazlı fazl ı çökeltiler Ötektoid dönüşümler Süreksiz çökelme

4 Martenzitik Dönüşümler POLAT)

(Yrd. Doç. Dr. Şeyda

5 Sertleştirme Mekanizmaları 6 Uygulamalar 2

Konu Başlıkları

1 Toparla oparlanma nma ve Yeniden Kristalleşme Kristal leşme

(Yrd. Doç. Dr Dr.. Şeyda POLA POLAT) T)


Tek fazlı fazl ı çökeltiler Ötektoid dönüşümler Süreksiz çökelme




Konu Başlıkları

çözeltiye alma

bekleme

3

Büyüme kinetiği / Tek Fazlı Çökeltiler

GBA

M

Tane sınırı allotriomorf’ları (Tane sınırı çökeltileri)

İdiomorf (Masif çökeltiler)

W Widmannstätten plakaları

4

Büyüme kinetiği / Tek Fazlı Çökeltiler

 çökeltisi  fazına doğru

Z doğrultusunda büyüyor

Çökelti kompozisyonu, C0 ve su verme sıcaklığını T1 gösteren faz diyagramı

 çökeltisi boyunca kompozisyon profili

5

Büyüme kinetiği / Eşeksenli Taneler

Büyüyen α-γ arayüzeyinde çözünen atom akımı arayüzeye göre şöyle yazılabilir : |arayüzeye doğru akım|=n.Cγ γ

 dC  |arayüzeyden dışarıya doğru akım|= n .Cα  D γ .   dZ  INT Bu iki akım arayüzey düzlemi için her zaman dengede kalır ve bu akım balansı aşağıdaki gibi yazılabilir : γ  D γ .(dC/dZ) INT n = (C γ  Cα )

n =

D .(C   C 0 ) / L (C   C  )

6


dZ dt

=

D γ .(C γ - C 0 ) 2 2.Z.(C0

 C α ).(C γ  C α )

Bu eşitliğin integrali alınarak aşağıdaki bağıntı elde edilir :

Z = A D.t Tane sınırındaki ferrit tabakası parabolik bir zaman kuralıyla sınırlı bir hızda ve difuzyon kontrollü olarak büyür ; burada A sabiti:

 C0 A= (C0  Cα ).(Cγ  Cα )1/2 Cγ

7


Eşeksenli çökeltilerin büyüme kinetiklerine ilişkin üç uygun sonuç çıkartılabilir: 1.

Bu çökeltilerin büyümesi , uzak düzen (uzun mesafe) difüzyonu gerektirir. L mesafesi, milimetre boyutlarına varabilir.

2. Katı durumda uzak düzen difüzyonu tarafından kontrol edildiği için büyüme relatif olarak yavaştır. 3. Büyüme hızı ve buna bağlı olarak çökelti boyutu zamana bağımlıdır . Büyüme hızı zamanla sürekli olarak düşer.

8


Uzun reaksiyon zamanlarında elde edilen çeşitli çökelti şekilleri M: masif ferrit, W: Widmannstätten (ferrit ya da sementit), GBA: tane sınırı allotriomorfu (ferrit ya da sementit). 9

Büyüme kinetiği / Widmanstätten Plakaları

Kaynak: Bleck, 2008

10

Widmanstaetten ferrit

Çeşitli şekillere sahip -çökeltilerinin merkez çizgisi boyunca kompozisyon profilleri; (a) iğnesel (b) silindirik (c) eşeksenli

11


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

V=

 C0 )/(a.r) (Cγ  Cα )

Dγ .(Cγ

12


Plaka büyümesinin kinetiği, eşeksenli büyümeden üç farklı yolla ayrılır : 1.

Plaka uçlarındaki büküm yarıçapı çoğunlukla çok küçüktür, 100-1000 Å. Bu nedenle r<
2.

Yumrunun küçük yarıçapından dolayı plaka büyümesinde difüzyon çok daha kısa mesafelerde meydana gelir.

3.

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.

13


İğnesel çökeltilerin merkez çizgisi boyunca; (a) faz sınırlarında büküm etkisi

(b) kompozisyon profilinde büküm etkisi

14


Büyüme hızı; V=

D γ Cγ (r)  C0 a.r Cγ (r)  Cα (r)

Cγ (r)→C0 olduğunda gradyent sıfır olacaktır ve bu durumda da büyüme duracaktır.

Kritik uç yarıçapı → r c

Cγ(r c)=C0  m ,  r    m C (r c ) = C 1    r c  C γ (r) = C γ 1 

γ

γ

burada m=

(1  x γ )2γ V1

α

(x γ  x α )kT

15


Cγ (r)  C0

V=

r = (Cγ  C0 )1  c   r 

Dγ (Cγ

 C0 )

1  r c  Cγ (r)  Cα (r) a.r  r  1

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

 C0 ) V= 2.a.r c (Cγ  Cα ) Dγ (Cγ

16


1 Toparlanma ve Yeniden Kristalleşme

(Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT)


Tek fazlı çökeltiler Ötektoid dönüşümler Süreksiz çökelme




Konu Başlıkları

Perlit büyümesi esnasında gerekli karbon difuzyonu

Perlit kompozisyonu kütle-% 0.77 C’nu, gösteren Fe-C faz diyagramı

18

Ötektoid dönüşümler

Kaynak: Bleck, 2008

19

Perlit

(a) Östenit taneleri içindeki tane sınırlarından büyüyen perlit nodüllerinin şematik gösterimi

(b) Üç perlit kolonisi içeren tek bir nodül 20

Ötektoid dönüşümler / Morfoloji

21

Ötektoid dönüşümler / Çekirdeklenme

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 22

Ötektoid dönüşümler / Çekirdeklenme

Soğuma hızı arttığında

Metin kısmında tartışılan çeşitli çökelti biçimlerini gösteren iki östenit tanesi, 1 ve 2 arasındaki tane sınırı

23

Ötektoid dönüşümler / Büyüme

Bir perlit kolonisinde yana doğru ve öne doğru büyüme

24


Fe3C çekirdeği büyür

bunun üzerinde  çekirdekleri büyür

Büyümesi tamamlana bir perlit kolonisi üzerinde yeni bir perlit çekirdeği oluşumu

tam oluşmuş Fe3C ve yeni oluşan Fe3C

Yeni koloninin büyümeye devam etmesi

Bir perlitin çekirdeklenmesi ve büyümesi

Bleck (2004) 25


Epitaksi ilişkisi Son zamandaki deneysel çalışmalar, ferrit ve sementit arasındaki relatif oryentasyonların genelde iki farklı oryentasyon ilişkisinde kümelendiğini göstermektedir.

Perlit / saf östenit tane sınırı

Perlit / östenit tane sınırlarındaki önötektoid sementitler

(A)

  (001)cm (52 1 )α    100cm  13 1 α arası 2.6   010  113 arası 2.6   cm α  

(B)

(001)cm  100cm 101 cm 

(2 1 1 )α 

 01 1α  111α 

26


Büyüme hızı;

 1 1  1   R =  (C γ  C α )  m α m γ  S0 2.D.Δ TE

 S MIN  1  S  0  

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

27


Optimum ve minimum aralıkları belirleyen Denklem 3.11’nin bir eğrisi 28


R nin S0 a göre diferensiyali ile aramesafe, büyüme hızını, Sopt maksimize eder. Sonuçta, Sopt=2.Smin

Sop t =

4.γ ΔSf .TE

Perlit, aramesafesini S0→Sopt=2.Smin, olacak şekilde ayarlarsa;

R = A.

D Cγ

 Cα

.

1 2 Sop t

 1 1   A=   m γ  ΔSf  m α 4.γ

29


 1   A=  S   sin n f   / n   m 2 3 f  1  f  2

f

1

3



α

1 mγ

  

mα ve mγ faz diyagramında A3 ve Acm çizgilerinin eğimi, f α ferrit fazının hacim-%

R = KD B .

R = A



.

1

S 0 S 0

D B C 

 C 0

.

 S min  1  S  0   1 3 op t

S

Zener Hız Bağıntısı (Yer alan atomları)

Hız optimizasyonu

30


Al-Zn ötektoid alaşımlarında sıcaklık

Fe-C alaşımlarının izotermal

ile aramesafe ilişkisi

büyümesinde su verme sıcaklığı ile hız ilişkisi.

31


Perlit için aramesafe-hız ilişkisi

Perlitin izotermal büyüme hızına Cr ve Mo empürite etkisi

32


Perlit bir çekirdekleşme ve büyüme prosesi ile meydana gelir ve bunun sonucu olarak perlite dönüşen hacımın zaman ilişkisi;

X = 1  exp( kt n ) Ortalama östenit tane boyutu, d ve ortalama büyüme hızı, G nın ilavesiyle tüm hacimsel dönüşümün tamamlandığı süre, tf , aşağıdaki gibi basitçe belirlenir:

t f



0,5d G

33

Ötektoid dönüşümler / Oluşum kinetiği

AISI 1080

900ºC’de östenitlenmiş ASTM tane boyutu: 6

34


ASTM tane boyutu numaraları 35


Bir izotermal hacimsel-% dönüşüm eğrisinin karşılık geldiği sıcaklıklarda TTT diyagramı ile karşılaştırılması 36


1 Toparlanma ve Yeniden Kristalleşme

(Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT)


Tek fazlı çökeltiler Ötektoid dönüşümler Süreksiz çökelme




Konu Başlıkları

38

Süreksiz çökelme

 ve  solvus çizgilerini gösteren

İki çökelti hücresinden oluşan mikroyapıyı gösteren süreksiz çökelme

faz diyagramı

39

Süreksiz çökelme

Ötektoid dönüşüm Fe – kütle-% 0,8 C

Süreksiz çökelme Ni – kütle-% 2 Be

Hornbogen (2006) 40

Süreksiz çökelme

41

Cu-bazlı alaşımlarda tek fazlı bölgenin altında

600ºC’de yaşlandırılmış Fe-atomik-% 20 Mo alaşımında çökelti-matriks arayüzeyindeki  fazının kafes parametresi ölçümleri

Fe- atomik-% 23.5 Zn alaşımında

süreksiz çökelme sürecinde dengedışı segregasyon

42

Süreksiz çökelme

43

Süreksiz çökelme için model

fiziksel metalurji1

Recommend Documents