1 NDEKLER DZN NDEKLER DZN ............................................................................................ 1 1. GR ............................................................................................................. 3 2. DNMLER ve DEMRN KRSTAL YAPISI ......................................................... 4 2.1. Demir-Karbon Denge Diyagram .................................................................... 6 2.1.1. Istma .................................................................................................. 9 2.1.2. Soutma ............................................................................................ 10 2.2. Zaman-Scaklk-Dnm Erileri ................................................................ 10 2.2.1. Istma ................................................................................................ 11 2.2.2. Soutma ............................................................................................ 15 2.2.3. Perlit Oluumu .................................................................................... 16 2.2.4. Beynit Oluumu................................................................................... 17 2.2.5. Martenzit Oluumu............................................................................... 18 2.2.6. Kalnt Ostenit ..................................................................................... 22 2.2.7. TTT Diyagramlar ................................................................................. 23 2.3. Martenzit ve Kalnt Ostenitin Temperleme lemiyle Ayrmalar ...................... 24 2.4. Difzyon .................................................................................................. 28 2.4.1. Difzyonun ekli .................................................................................. 28 2.4.2. Difzyon hzna etki eden faktrler ......................................................... 29 2.4.3. Difzyon mesafesinin hesaplanmas........................................................ 30 2.4.4. Katlarda Difzyon-Yaynma .................................................................. 32 Katlardaki Difzyon eitleri .......................................................................... 33 A. Kitle Difzyonu ............................................................................................ 33 B. Tane Snrlar Boyunca Difzyon..................................................................... 35 2.4.5. Difzyona Etki Eden Faktrler ................................................................ 36 3. YZEY SERTLETRME YNTEMLER.................................................................. 38 3.1. Sementasyon ........................................................................................... 38 3.1.1. Kutu Sementasyonu............................................................................. 40 3.1.2. Tuz Banyosunda Sementasyon ............................................................. 40 3.1.3. Gaz Sementasyonu .............................................................................. 41 3.2. Sertletirme Yntemleri ............................................................................. 42 ekil 3.1: Direkt sertletirme emas ............................................................... 42 ekil 3.2: Basit sertletirme emas ................................................................. 43 ift Sertletirme................................................................................................. 44 ekil 3.5: ift sertletirme emas ................................................................... 44 3.3. Sementasyon Derinliine, Yzey Sertliine ve ekirdek Sertliine Etki Eden Faktrler ........................................................................................................ 45 Sementasyon Derinlii ........................................................................................ 45 ekil 3.6: Sertlik ve sementasyon derinlii arasndaki iliki ................................. 45 Yzey Sertlii .................................................................................................... 48 ekirdek Sertlii ................................................................................................ 49 3.4. Nitrrasyon .............................................................................................. 50 3.4.1.Amonyakla Gaz Nitrrasyonu ................................................................. 53 3.4.2. Tuz Banyosunda Nitrrasyon ................................................................. 55 3.4.3.Toz Nitrrasyonu .................................................................................. 56 3.4.4.Gaz ve Tuz banyosunda Nitrrasyonun Karlatrlmas.............................. 56 3.4.5. Nitrrlenebilirlik................................................................................... 58 3.5. ndksiyonla Yzey Sertletirme.................................................................. 61 ekil 3.22: ndksiyonla sertletirmede kullanlan bobin tipleri ............................ 64 3.6.Alevle Sertletirme ..................................................................................... 67 4. SERTLEEBLRLK ......................................................................................... 68 4.1. Grossmann Sertleebilirlik Testi................................................................... 70 4.1.1. eliin Kimyasal Bileiminden Di Deerinin Hesaplanmas.......................... 71 4.2.Jominy-U Su Verme Sertleebilirlik Deneyi ................................................... 73 4.2.1.Kimyasal Bileimden Jominy Erilerinin Hesaplanmas ................................ 74

2 4.3.Jominy ve Grossmann Erilerinin Pratik Uygulamalar ...................................... 75 5.ELKTE ALAIM ELEMENTLER ......................................................................... 90 5.1.Ostenit Oluturucu Elementler...................................................................... 90 5.2.Ferrit Oluturan Elementler.......................................................................... 91 ekil 5.2: Fe-Cr denge diyagram .................................................................... 92 5.3.Karbr Oluturan Elementler........................................................................ 92 5.4.Karbrleri Kararl Yapan Elementler .............................................................. 92 5.5.Nitrr Oluturan Elementler ......................................................................... 93 5.6.Alam Elementlerinin Ferritin Sertliine Etkileri .............................................. 94 ekil 5.4: Alam elementlerinin ferritin sertliine etkileri.................................... 95 5.7.Alam Elementlerinin Tane Bymesine Etkileri ............................................. 95 6.GENEL ISIL LEM ........................................................................................... 99 6.1.Tavlama ................................................................................................... 99 6.2.Maksimum yumuaklk iin tavlama ............................................................ 100 6.3. Souk Deformasyon ve Yeniden Kristalleme Tavlamas................................ 102 6.4.Gerilim Giderme Tavlamas........................... Hata! Yer iareti tanmlanmam. 6.5.zotermal Tavlama ...................................... Hata! Yer iareti tanmlanmam. 6.5.1.Ostemperleme Isl lemi ........................ Hata! Yer iareti tanmlanmam. 6.5.2.Martemperleme ..................................... Hata! Yer iareti tanmlanmam.

3

4 1. GR Isl lem kavram olarak metal malzemelerin i yaplarn, o malzemenin zelliklerini iyiletirmek zere deitirmek iin yaplan s temelli ilemlerin tmn kapsayan bir deyimdir. Bir metal parann sl ilemi, o metalin faz diyagram gz nne alnarak yapsnn belli scaklklar arasna malzemenin stlmas, bu scaklklarda tutulmas ve ardndan ortam scaklna belli soutma hzlaryla soutulmas anlamlarn bir arada ierir. Metallerin sl ilemi dersi kapsamnda, metal malzemelerin hangi sl ilem prosedrleri sonunda nasl zellikler kazanaca, bu sl ilem prosedrlerinin malzemelere nasl uygulanaca anlatlacaktr. Bunun yan sra baz metal malzemeler iin sl ilem uygulamalar yaplacak, elde edilen sonular metalografik veya mekanik yntemlerle kontrol edilecektir. Bu nedenle Metallerin sl ilemi dersini alan rencilerin, zellikle Metalografi, Faz Diyagramlar olmalar gerekmektedir. Metallerin sl ilemleri anlatlrken, phesiz, elik malzemelerin sl ilemleri nemli bir yer tutacaktr. Bu nedenle ders notlar hazrlanrken iki temel blm oluturulmutur. Bunlar; Demir ve demir alamlarnn sl ilemleri ve demir d metal ve alamlarnn sl ilemleri eklindedir. Demir ve demir alamlarnn sl ilemleri bu dersin hem temel anlatm konularn hem de uygulama rneklerini oluturacaktr. Demir d metallerin sl ilemleri konusu ise rencilerin hazrlayaca dnem devlerinin konusu olacak ve dnem sonunda her renci kendi konusunu snf huzurunda anlatacaktr. Demir ve demir alamlarnn sl ileminin daha iyi anlalabilmesi iin ncelikle dnmler ve demirin kristal yaps zerinde durulmutur. 2. DNMLER ve DEMRN KRSTAL YAPISI Bir saf demir paras oda scaklndan ergime scaklna kadar stldnda, ok sayda kristalografik dnmlere urar ve iki farkl allotropik dnm gsterir. Demirin allotropik deiim olayna karan sya dnm gizli ss ad verilir. Eer bir demir numune kararl bir hzla stlrsa, scaklktaki art dnmn balamasyla kesilir ve scaklk dnm tamamlanmasna kadar sabit olarak kalr. Ergimi demirin oda scaklna soutulmas srasnda, dnmler stmadakine yakn bir scaklkta ters olarak meydana gelir. Bu dnmler srasnda s serbest hale geer ve souma hznn ve Malzemelerin Mekanik zellikleri derslerini alm

5 azalmasna neden olur. Souma hzndaki bu deiiklik dnm devam ettii srece devam eder. Ferrit ve Ostenit ad verilen demire ait iki faz ile bunlarn stma ve soutma srasndaki dnm scaklklar ve kararllk blgeleri, ekil 2.1de gsterilmektedir. Bu ekilde A harfi Franszca arreter (gecikme), C harfi chauffer (stma), R harfi ise refroi (soutma) anlamlarn ifade eder. Ferrit 1392C ile ergime scaklklar arasnda olduu gibi 911Cnin altnda da kararldr. Ferritin kararl yapda olduu bu iki halinden ilkine demiri, ikincisine demiri ad verilir. Ostenit ad verilen demiri 911C ile 1392C arasnda kararldr. Demir, oda scaklnda ferro manyetik olup bu zellii scaklk arttka azalr ve Curie scakl ad verilen 769Cde tamamen yok olur. Atomlarn metaller ierisinde oluturduklar dzenli 3 boyutlu paterne kristal yap ad verilir. Bu kristal yap demir iin kplerin yan yana veya st ste dizilmeleri eklindedir. Her bir kbn kesinde yer alan 8 atom, 8 adet birim hcre tarafndan paylalmaktadr. Ke atomlarnn yan sra, birim hcrede demirin allotropik durumuna bal olarak ilave atomlarda bulunabilir.

ekil 2.1: Saf demir iin stma ve soutma erileri.

6 Hacim merkezli kbik yapda (HMK) olan ferritin birim hcresinin kelerinde birer atom ve kegenlerinin kesim noktasnda (yani merkezde) bir atom mevcuttur. Birim hcrenin kenar uzunluu veya latis parametresi oda scaklnda (20C) 2.87 Adr (Angstrm = 10-8 cm). Ostenit yzey merkezli kbik yapya sahip olup latis parametresi 3.57 Adr. demiri ile demirinin birim hcreleri ekil 2.2de gsterilmitir. demirinin birim hcresinin latis parametresi, demirine oranla daha yksek younlua sahiptir. rnein 20Cdaki younluklar, demiri iin 8.14 gr/cm3, demiri iin 7.87 gr/cm3 olarak gerekleir.

ekil 2.2: Ferrit ve Ostenitin kristal yaplar. 2.1. Demir-Karbon Denge Diyagram elikteki alam elementlerinden en nemlisi karbondur. Karbonun varl, elii gnlk yaantnn en yararl bir unsuru yapan, elde edilebilir ok sayda zelliklerinden byk lde sorumludur. Oda scaklnda karbonun demiri iersindeki znrl ok dktr ve bu nedenle karbon atomlar tek tek demir atomlar arasnda ok seyrek olarak bulunurlar. Ferritte znm karbon miktarnn dk olmas karbonun demir karbr bileiini oluturduunu gsterir. Karbonun demir ile yapt karbre Sementit ad verilir. Demir karbr ferrit ile beraber Lamel eklinde mevcut olabilir. Perlit ad verilen bu yap %0.8 C ierir. Yapdaki perlit oran karbon miktarnn %0.8 deerine kadar art gsterir. Bu miktardan daha fazla karbon tane snrlar karbr olarak ayrlr. %0.8 Clu bu elie tektoid ad verilir. ekil 2.3a-dde bu yaplar ematik olarak verilmitir.

7

ekil 2.3: Farkl karbon ieriklerine sahip karbonlu eliklerin mikroyaplar. Demir karbon ile alamlandnda, dnm, Fe-C denge diyagramnda

gsterildii gibi, karbon miktarna bal olarak belli bir scaklk aralnda meydana gelir. ekil 2.4de Fe-C denge diyagramnn eliin sl ilemi iin kullanlan ksmna ait eitli mikroyaplar gsterilmektedir.

8

ekil 2.4: Fe-C denge diyagramnn sol alt ksm. Bu denge diyagramn %6 C ieriine kadar tamamlanm olarak verildii ekil 2.5den aka grld gibi, karbonun ostenitteki erirlii ferrittekinden daha fazladr.

9

ekil 2.5: Fe-C denge diyagram, --------: kararl Fe-C sistemi, : yar kararl Fe-Fe3C sistemi. 2.1.1. Istma demirinin 911Cye stldnda demirine dntne daha nce deinilmiti. Bu dnm ekil 2.4deki diyagramn sol ksmnn dey eksenine baklarak kolaylkla grlebilir. %0.8 C ieren yani tektoid bileimindeki bir elikte ostenitin dnm 723Cde balar. demiri demiri ve sementitin dengede olduu scaklk A1 olarak gsterilir. Otektoid alt elik ad verilen az karbon ierikli elikler perlitik halden ostenite ayn scaklkta yani 723Cde dnrler. PS ve GS arasndaki dengeli blgede perlitten olumu ostenit ve dnmemi ferrit mevcuttur. Istma durumunda dnm GS hatt olarak verilen A3 scaklna ulancaya kadar tamamlanmaz. A3 scakl zerinde ise sadece bir faz mevcuttur. Buna ostenit ad verilir. Eer eliin karbon miktar %0.8den fazla ise bu elie otektoid st elik ad verilir. Bu eliklerde de perlitin ostenite dnm 723Cde gerekleir. Fakat sementitin tamamen kat eriyik iine alnmas iin scakln SE olarak gsterilen Acm denge hattnn zerine karlmas gerekir. imdi bir an iin stma srasnda meydana gelen olaylara dnelim. 723C scaklkta %0.025 Cdan daha fazla C ieren eliklerde, ostenite dnm balar. Bu

10 kristal yapnn ferritten, C atomlarnn daha yksek znrle sahip olduklar ostenit fazna gei anlamna gelir. Ostenitteki C atomlarnn pozisyonlar ekil 2.6da gsterilmektedir. G-S-E zerindeki scaklkta sadece ostenit mevcut olup, tm karbon atomlar ostenit kat eriyii iinde dzenli bir ekilde dalm durumdadr.

ekil 2.6: demirinde karbon atomlarnn yerlerinin ematik gsterilii. 2.1.2. Soutma Tamamen ostenitlenmi sade karbonlu otektoid bir elikte, eer scaklk 723Cnin altna hafife drlrse, demirinden demirine dnm balar ve sonuta demirinin kristal kafesinden karbonun atlmasyla sementit oluumu gerekleir. Souma oda scaklnda tamamlandnda elik yine perlitik bir yapya sahip olur. 2.2. Zaman-Scaklk-Dnm Erileri Demir-karbon denge diyagramnn sl ilem proseslerinde tartlmaz bir nemi vardr. Ancak bu diyagram sadece demir ile karbon arasnda denge oluumunun sz konusu olduu koulu tarif eder. Isl ilemin byk bir ounluunda ilemi belirleyici faktrlerden zaman parametresinin etkisinin gsterildii zaman-scaklk-dnm ad verilen diyagramlardan yararlanlr. Bu diyagramlardan hem zamann hem de scakln dnmlere olan etkilerini takip etmek mmkndr.

11 2.2.1. Istma Zamann etkisi en iyi bir ekilde ekil 2.7a-fde gsterilen diyagramlardan aklanabilir. ekil 2.7a Fe-C diyagramnn sol alt ksmna ait olup 0.8 Clu bir eliin 723Cye stlmas srasnda ostenite dnmn gstermektedir.

ekil 2.7: eitli karbon eliklerinde stma srasndaki yapsal dnmlerin ematik gsterilii. a) %0.8 C, b) %0.8 C, c) %0.45 C, d) %0.45 C, e) %1.2 C, f) %1.2 C A: Ostenit, B: Beynit, C: Sementit, F: Ferrit, P: Perlit.

12 Bu diyagram bize dnmn nekadar srecei hususundan baka hibir ey vermemektedir. ekil 2.7bden scakln 730Cde tutulduu durumda dnmn 30 saniyede balayaca tahmin edilebilir. Eer elik bunun yerine, aniden 750Cye stlrsa dnm 10 saniye iinde, 810Cye stldnda ise 1 saniyenin ok az zerinde yani pratik olarak bu scaklkta aniden balar. Perlitin ostenit ve sementite dnm 810Cde yaklak 6 saniyede tamamlanr. Eer elik tamamen ostenit olacak ise, bu scaklkta yaklak 5 saat tutulmaldr. Pratikte, rnein setletirme iin yaplan stmada, sementitin nadiren tam olarak kat eriyik iine alnmas (ostenit iinde znmesi) %100 ostenitik yapnn elde edilmesini zorlatrmaktadr. %0.45 C ieren sade karbonlu bir elie ait olan ekil 2.7 c ve d, 810Cde ayn zellikleri, rnein perlitin ostenite dnmnn ani olumasn gstermektedir. Burada perlitin dnm 5 saniye ierisinde gereklemi olup yap, ferrit, ostenit ve sementitten olumaktadr. Yaklak 1 dakika sonra karbon ferrite difze olmu ve dolaysyla ferrit ostenite dnmtr. Yapda mevcut sementit partikllerini tamamen zndrebilmek (kat eriyik iine almak) iin 10 saatlik bir sre gereklidir. %1.2 C ieren otektoid st bir elik 810Cye stldnda 5 saniye ierisinde ekil 2.7 e ve fden grld gibi ostenit ve sementit karm bir yapya sahip olur. Bu scaklkta sementitin tamamen znmesi mmkn deildir. Bu durum denge diyagramndan aka grlebilir. Sementitin tam olarak znmesini etkilemek iin scakln en azndan 860Cye karlmas gereklidir. Sementitin znme hzn incelemek iin elik nceden tespit edilen bir scakla kadar stlr ve orada belirli bir sre tutulduktan sonra su verme sonucu nceki mevcut yap dondurulmu (dnmesi nlenmi) olur, ancak bu ilemle ostenit martenzite dnr. %0.45 Clu elie ait byle bir deneyden elde edilen sonu ekil 1.8de gsterilmektedir. Burada tm hallerde tutma sresi 5 dakikadr. ekil 2.8 a, %50 ferrit %50 Perlitten oluan orijinal yapy gstermektedir. Bu yapda mevcut sementitin lamellerinin bir ksm 725Cde 5 dakika stma sonucu kreler haline evrilirler. Bu tr bir ileme kreletirme ad verilir. Kreletirme ilemi sonucu sertlikte azalma meydana gelir ve herhangi bir dnm sz konusu deildir (ekil 2.7 e). Eer yukardaki bileimdeki elik 735Cye stlrsa perlitin esas ksm ostenite dnr ki bu yapya su verilmesi sonucu bir miktar ferrit ve perlit dnmemi olarak kalr. 750Cde 5 dakika tutma sresi tm perliti dntrmek iin yeterli olmasna karn ferritin %5i yinede dnmemi olarak kalabilir. Bununla beraber ekil 2.8 ede grld gibi 775Cde 5 dakika tutma sresi tm ferriti dntrmek iin kafi gelmemektedir. Ferrit kalntlar ekil 2.8de aka grlebilir. Sementitin varl ise ekil 2.7 ile uyumlu olarak yinede sz konusudur.

13 Sertletirme scaklna kadar olan stmann farkl hzlarda yaplmasnn

dnmn hzna ve bileiklerin (faz veya partikl) znmesine etkisi olur. ekil 2.9da orijinal olarak ferrit ve perlitten oluan hemen hemen otektoid bileiminde bir eliin srekli stma diyagram gsterilmektedir. Diyagramda sadan 3. eri 3/dak.lk bir stma hzn temsil eder. Dnmn scakl stma hzndaki art ile ykselir. Kalnt karbrlerin dilatometre (faz deiimiyle beraber meydana gelen boyut deiimini veren cihaz) ile bulunan znme scakl, metalografik yntemle tespit edilen scaklktan (ekil 2.7) bir miktar farkldr.

14

ekil 2.8: %0.45 Clu bir eliin eitli sl ilemler sonras mikro yaps, a) lem grmemi, sertlik 220 HV, b) Tuz banyosunda 725Cye kadar stlm tutma sresi 5 dk. Su verilmi, sertlik 215 HV, c) Tuz banyosunda 735Cye kadar stlm, tutma sresi 5 dk., sertlik 376 HV, d) Tuz banyosunda 750Cye kadar stlm, tutma sresi 5 dk., sertlik 662 HV, e) Tuz banyosunda 775Cye kadar stlm, tutma sresi 5 dk., sertlik 738 HV, f) Tuz banyosunda 825Cye kadar stlm, tutma sresi 5 dk., sertlik 744 HV. eitli elik gruplarna ait tamamlanm srekli stma erilerinin sl ilemin pratik olarak uygulanmasnda byk katks vardr. Byle diyagramlar genellikle hazr

15 olmadklar iin stma ve soutma srelerinin basit olarak tahminleriyle yetinmemiz gerekir.

ekil 2.9: Srekli stma iin dnm diyagram. %0.7 Clu elikte ferrit ve lamelli perlitin znmesi (kat eriyik iine girmesi). 2.2.2. Soutma Soutma veya souma srecinde oluan yapnn genel grnm, scaklna ve dnmn balamas iin geen sreye baldr. Istma durumunda olduu gibi Fe-C denge diyagram bize bu husustan baka bir ey vermemektedir. Yukarda tarif edilen ekilde eliin belli bir scaklktaki dnm, eliin ostenitik halden ilgili scakla kadar soutulduktan sonra dnmne ve bu dnm takiben oda scaklnda su verilmesine izin verilerek incelenebilir. Bu ilemler sonucunda elde edilen yap mikroskopta gzlenir.

16

ekil 2.10: eitli eliklerin eitli souma programlarndan sonulanan yapsal dnmler. A) %0.8 C, b) %0.45 C, c) %0.1 C A: Ostenit, B: Beynit, C: Sementit, F: Ferrit, P: Perlit, M: Martenzit, Ms: Martenzit balama scakl. 2.2.3. Perlit Oluumu

17 Bir perlitik elik ostenitleme scaklndan, rnein 850Cden 750ye

soutulduunda, Fe-C denge diyagramna gre herhangi bir dnmn meydana gelmesi sz konusu deildir. Eer scaklk 650Cye derse 1 saniye sonra perlit oluur ve dnm 10 saniye iinde tamamlanr (ekil 2.10dan II erisi). Perlit oluum scakl dtke, perlit lamelleri ok inceleir ve tm yap sert olur. ekil 2.10bde gsterilen otektoid alt bir eliin 750Cde dnmne izin verilirse, sadece ferrit ayrr ve ferrit ile ostenit arasnda bir denge salanr (ekil 2.10dan I nolu eri). Eer dnm 650Cde gerekleirse nce ferrit ayrmas ve bunu takiben ksa bir sre sonra perlit oluumu meydana gelir. ekil 2.10cden grld gibi benzer olarak otektoid st elikte de ilk nce sementit ayrr ve bunu perlit oluumu takip eder. Perlit oluumu ostenit tane snrlarnda veya ostenit tanelerinin iersindeki dier dzensiz blgelerde balar. Bu proses Hillert tarafndan ayrntl bir ekilde incelenmitir. Hillert yapm olduu almalarda perlit teekklnn ya ferrit, ya da sementit zerinde baladn ve perlitin bymesinin de dallanma eklinde ilerlediini saptamtr. Ostenitten ince sementit plakalarnn kenarlarna karbon iletimi, ayn zamanda ferrit plakalarnn kenarlarnn karbonca fakirlemesine neden olduundan sementit ve ferrit plakalar yan yana pozisyonda byrler. Perlitin bu modele gre bymesi ekil 2.11de gsterilmektedir.

ekil 2.11: Perlitin bymesinin ematik olarak gsterilii. 2.2.4. Beynit Oluumu 550Cnin altndaki scaklklarda beynit perlitle beraber ayrmaya balar. Beynit oluumunun tane snrlarndan plakalar halinde byyen ferrit ekirdeklerinin zerinde balad varsaylr. Beynit teekkl srasnda ostenitin evresindeki karbon miktar srekli olarak artar. Bu art belli bir snra geldiinde ferrit plakalar ile yan yana pozisyonda sementit plakalar meydana gelir. Scaklk dtke beynitin oluumu ostenit

18 tanelerinin iersinde de balar; ayn zamanda beynitin meydana geli ekli deiir. Metalurjik amal mikroskopta beyniti dier fazlardan ayrt etmek gtr. nk beynitin oluum scaklna ve eliin cinsine bal olarak grnm de deiir. ekil 2.12de CrMn eliine ait beynitik bir yap grlmektedir. Beynit; oluum scaklna bal olarak st ve alt beynit olarak tanmlanr. Genellikle 370-500C scaklklar arasnda elde edilen beynit tr, st beynit olarak adlandrlr. Daha dk scaklklarda elde edilen beynit ise alt beynittir. st beynit alt beynite gre daha az mukavim fakat daha snektir.

ekil 2.12: Beynitik yap, x500

2.2.5. Martenzit Oluumu ekil 2.10a-cye dnecek olursak, eer souma ok hzl bir ekilde ve Ms scaklnn altna gelecek ekilde uygulanrsa ostenitin dnm srasnda ok az karbon hareketi olacak, bylece karbon atomlar demiri kat eriyii ierisinde kalacaklardr. Karbon atomlarnn yerleebilecekleri mevcut boluklar demirine oranla demirinde daha az olduu iin, demiri kafesinde bir genileme sz konusu olacak ve byle bir gerilmeli hal ise eliin sertlemesine yol aacaktr. Sertleme sonras oluan ve karbonun demiri ierisinde ar doymu bir eriyii olan bu yeni faza martenzit ad verilir. ok sayda zt grlerin yer ald martenzit oluum mekanizmas hakknda birka teori gelitirilmitir. ekil 2.13 martenzit oluumu srasnda demirinden,

19 demirine geiin ekil olarak gsterilii sunulmaktadr. Martenzit birim hcresinin kenarlarnda yerlemi karbon atomlar birim hcrenin bir ynde uzamasna ve sonuta tetragonal kafesin ortaya kmasna neden olurlar. Yksek karbonlu eliklerde bile, mmkn kafes yerlerinin ok az bir ksm karbon atomlar tarafndan igal edilirler. Martenzit miktar karbon ieriindeki arta bal olarak artar.

ekil 2.13: Ostenitten, martenzite dnm iin yaplm basit bir modelin ematik olarak gsterilii.

Dnm diyagramlarndan grld gibi, perlit ve beynit olumas zamana bal olarak ilerledii halde, martenzit teekklnde byle bir durum sz konusu deildir. Msnin altndaki her bir scaklk belli bir martenzit oluum yzdesine tekabl eder. Ancak oluan gerek martenzit miktar eliin cinsine, ostenitleme ileminin koullarna ve sertletirme iin uygulanacak soutma hzna baldr. Scaklk dtke meydana gelen martenzitik dnm, scaklk mikroskobu altnda izlenebilir. ekil 2.14a-f martenzit dnmnn adm adm ilerleyiini gstermektedir.

20

ekil 2.14: Dk scaklklarda ostenitin martenzite ard arda dnmesi, a)280C b)220C c)200C d)195C e)180C ve f)175C Bu ekle gre 220Cde martenzit meydana gelecek ve 175Cde ostenitin byk bir ksm martenzite dnm olacaktr.

21 Marder ve Krauss Fe-C alamlarnda martenzitin yapsn incelemiler, masif martenzit ve inesel martenzit ad verilen iki eit martenzitin var olduunu bulmulardr. Masif martenzit %0.6ya kadar C ieren eliklerde mevcuttur. Bu martenzit tr birbirine paralel olarak uzanm ince plakalardan oluur (ekil 2.15a). Bu yap ancak elektron mikroskobu ile ayrt edilebilir. Buna ok benzer grnml martenzit sadece %1 Clu ve daha yksek karbonlu eliklerde grlmektedir. Yksek karbonlu eliklerin su verilmi yaplar ostenit matrisi iinde dzensiz sralanm plakalardan oluur (ekil 2.15b). %0.61 C deerleri arasnda hem masif martenzit hem de inesel martenzit bir arada meydana gelebilir.

ekil 2.15: a) Masif martenzit, b) nesel martenzit.

22 Bir alamsz elik iin martenzit balama ve biti scakl (Ms ve Mf), ekil 2.16dan grld gibi karbon ieriine baldr.

ekil 2.16: Alamsz bir elikte ostenitik karbon (ostenit ierisinde znm) miktarnn Ms ve Mf scaklna etkisi. 2.2.6. Kalnt Ostenit Bir otektoid elikte ostenitin byk bir ksm, oda scaklna yaplan soutma srasnda martenzite dnr. Soutma srasnda ostenitin dnmemi olarak yapda kalan ksmna, kalnt ostenit ad verilir. ekil 2.17 bir alamsz elikte kalnt ostenit miktarnn karbon miktar ile deiimini gstermektedir. Eer scaklk oda scaklnn altna drlrse ostenitten martenzite dnm devam eder (ekil 2.16). Martenziti artrmak iin yaplan bu ileme sfrn altna soutma, subzero-treatment, ad verilir.

23

ekil 2.17: Ostenit ierisinde znm halde bulunan karbon miktarna bal olarak kalnt ostenitin deiimi. 2.2.7. TTT Diyagramlar Son yirmi yl ierisinde yukarda bahsedilen fazlarn oluumu hakknda ok fazla aratrmalar yrtlm ve gnmzde kullanlan tm elik gruplar iin TTT (ZamanScaklk-Dnm) diyagramlar yardmyla bilgi dolu diyagramlar karlmtr. TTT diyagramlar ayn zamanda izotermal (e sl) dnm diyagramlar olarak da adlandrlrlar. Bunlar sabit scaklkta dnme maruz braklan elikler zerinde yaplan deneylerden elde edilen verilerden oluturulurlar. Dier bir tr diyagram (CCT diyagram) gerek sertletirme srasnda yer alan dnme ok yakn bir dnm tarif eder. ekil 2.18a ve b dnmn balamasnn srekli souma halinde izotermal ileme oranla daha uzun olduunu gstermektedir.

24

ekil 2.18: BS 708 A 37 eliinin a) zotermal, b) Srekli souma diyagram.

TTT diyagramlar eliin sl ileminde ok nemli rol oynarlar. Bu diyagramlarn tantlmas konusuna daha sonra tekrar deinilecektir. 2.3. Martenzit ve Kalnt Ostenitin Temperleme lemiyle Ayrmalar Sertletirme srasnda oluan martenzit genel olarak ok gevrektir. Bu yzden martenzit halinde bir elie temperleme ilemi uygulanmadan pratik olarak kullanmak doru deildir. Temperleme genellikle toklukta arta ayn zamanda sertlik dne neden olur. Temperleme ileminin mekanizmasnn daha iyi anlalmas amacyla,

25 sertletirilmi bir karbon eliinde temperleme scaklndaki srekli bir artla beraber meydana gelen adet temperleme kademesi aada zetlenmektedir: 1. 80-160C karbr ad verilen karbonca zengin bir fazn kelmesi. karbrn kelmesi sonucunda martenzit ierisindeki karbon oran %0.3 deerine iner. 2. 230-280C Kalnt ostenitin beynite benzer bir yapya dnmesi 3a. 160-400C Sementit (Fe3C) oluumu ve bunun karbrn yerine bymesi. 3b. 400-700C Sementitin krelemesi ve srekli olarak bymesi Yukardakilerden bir miktar farkl temperleme scaklklar da ileri srlmtr. Bunlarn farkl oluu esas olarak farkl stma hzlarndan ileri gelmektedir. ekil 2.19 %1 Clu eliin eitli temperlenme kademelerinin iaretlendii temperleme erisini gstermektedir.

ekil 2.19: %1 Clu eliin temperlenme kademeleri.

26 Yksek alaml Crlu elikler, scak-i elikleri ve yksek hz eliklerinde, kalnt ostenitin dnmnn meydana geldii scaklk aral yksek scaklklara doru kayma gsterir. Kalnt ostenitin dnm rn rnein beynit veya martenzit, temperleme scakl ve temperleme sresine baldr (ekil 2.20). Beynit teekkl izotermal olarak meydana gelir. rnein beynit; temperleme srasnda sabit bir scaklkta, martenzit ise eliin temperleme scaklndan soutulmasyla oluur.

ekil 2.20: A2 eliinde kalnt ostenitin dnmn gsteren TTT diyagram. Yksek alaml eliklerde ok ince dalm kark karbrlerin kelmesi 500C civarnda gerekleir. Bu ileme temperlemenin drdnc kademesi ad verilir. Kalnt ostenitten oluan martenzit ile karbrn beraber kelmesiyle yksek hz elikleri ve dier alaml eliklerde karakteristik bir zellik olan maksimum sertlie ulalr. ekil 2.21de farkl scaklklarda 2 saat temperlenmi gnmzde kullanlan baz takm eliklerinin sertliklerindeki deiimler gsterilmektedir.

27

ekil 2.21: Gnmzde kullanlan baz takm elikleri iin temperleme erileri. Sertlik, scaklk ve temperleme sresi arasndaki iliki, Holloman ve Jaffe tarafndan formle edilmitir. Bu bant;

P = T ( k + log t )eklinde verilir. Burada; P: Temperleme prosesine bal bir parametre T: Scaklk, K k: Bir sabit t: zaman, saat Her bir P deeri, her bir elik grubu iin nceden izilmesi gereken bir ana parametre erisinden okunabilen bir sertlik deerine tekabl eder. k sabiti alaml eliklerin ou iin yaklak 20dir. H13 elii iin byle bir eri ekil 2.22de verilmektedir. Bu tr erilerin pratik uygulamalar iler ki blmlerde anlatlacaktr.

28

ekil 2.22: H13 elii iin ana parametre erisi. 2.4. Difzyon 2.4.1. Difzyonun ekli Difzyon malzemeler iindeki atomlarn hareket etmesi olaydr. Bu olay gazlar, svlar, elikler ve dier metalik sistemlerde meydana gelir. Difzyonun sl ilemlerin ounda byk bir nemi vardr. Bu nedenle, difzyon mekanizmasnn ve difzyon kanunlarnn anlalmas, karbrizasyon, dekarbrizasyon, nitrrasyon, borlama ve tavlama gibi sl ilemlerin kavranmasn kolaylatrr. Demir atomundaki misafir bir atom gibi ayn tr yerleri igal eden yeralan bir kat eriyikteki yabanc veya alam atomlar boluklarn yardmyla hareket ederler. elik malzemelerde ok sayda bo yerler mevcut olduu iin bu boluklar yardmyla atomlarn srekli olarak hareketi sz konusudur. Demir atomlarna oranla ok kk boyutta olan C ve N atomlar demir atomlarnn aralarna yerleerek arayer kat eriyii olutururlar. Bu kk atomlar boluklarn yardm olmakszn difze olurlar ve difzyon hzlar yeralan atomlardan daha yksektir. Einstein tarafndan yaplan aratrmalar sonucunda ortalama difzyon mesafesi;

x = (2Dt )bants ile ifade edilmektedir. Burada: D: difzyon katsays, cm2/sn

29 t: Zaman, sndir.

Bu bant pratik olarak atomlarn bir ynde hareketleri srasnda belli bir sre iinde difzyonun ne kadar ilerlediini saptamak iin uygulanr. Byle bir ama iin bant,

x = (2 Dt )

,

(2D) = k

x=k tolarak yazlr. Bu eitlik difzyon proseslerinin ou iin temel kabul edilir. Eer k=0.1 durumunu ele alacak olursak, ekil 2.23deki grafii elde ederiz.

ekil 2.23: k=0.1 durumu iin difzyonun zamana bal deiimi. ekil 2.23de difzyon mesafeleri arasndaki farka dikkat edilmelidir. Difzyonun balangcndan itibaren zamanla lineer gereken durumdur. bir deiim gstermiyor olmas dikkat edilmesi

2.4.2. Difzyon hzna etki eden faktrler Difzyon bir konsantrasyon gradyanndan ileri gelir (rnein, malzemenin ierdii C oran ile, malzemenin iinde tutulduu ortamn C oran arasndaki fark). Bu gradyan

30 difzyon olaynn gereklemesi iin gerekli itici kuvveti oluturur. Difzyonun

konsantrasyon gradyanna ball Fickin birinci kanunu ile verilmitir.

J = D Bu bantda;

c x

J: difzyon ynne dik bir dzlemin birim alanndan birim zamanda geen madde miktar, gr/cm2.sn D: difzyon katsays, cm2/sn c: Difze olan maddenin konsantrasyonu, gr/cm3 x: Difzyon mesafesi, cm Difzyon katsays scakla ok etkin bir ekilde baldr. Kaba bir tahminle D, her bir 20Clik artta ift deerine ular. Farkl scaklklar iin, D aadaki bantyla verilir.

D = D0 eBurada,

(

Q ) RT

D0: Frekans faktr, cm2/sn Q: Aktivasyon enerjisi, cal/mol/K T: Scaklk, K R: Gaz sabiti Tablo 2.1de baz malzemeler iin yaklak D0 ve Q deerleri verilmektedir. Bu deerler eitli aratrmaclar tarafndan biraz farkl olarak verilebilmektedir. Tablo 2.1: Baz malzemeler iin yaklak D0 ve Q deerleri. Yaynan Element Karbon Karbon Nikel Manganez Krom Krom Difzyon Ortam -demiri -demiri -demiri -demiri -demiri -demiri D0, cm2/sn 0.0079 0.21 0.5 0.35 30000 18000 Q, cal/mol/K 18100 33800 66000 67000 82000 97000

2.4.3. Difzyon mesafesinin hesaplanmas kinci Fick kanunundan hareketle difzyon mesafesi hesaplanabilir. Bu bant;

2c c =D 2 t xeklindedir.

31 Bu bantnn, karbrizasyon (sementasyon) sl ilemindeki uygulama ekli aada anlatlmtr. Karbrizasyon srasnda eliin yzeyinin sahip olabilecei karbon miktarnn, karbrletirici ortamn karbon potansiyeline edeer olduu ve yzeyin en d tabakasndaki karbon konsantrasyonunun tm ilem srecinde sabit kald varsaylr. eliin yzeyinin d tabakasnda karbrizasyon srasnda genellikle %0.8-1.0 deerleri arasnda karbon mevcuttur. Belirli bir karbrizasyon sresi sonunda belli bir mesafedeki karbon konsantrasyonu aadaki bant ile hesaplanr;

x ) C C 0 = (C1 C 0 ) 1 erf ( 2 Dt Burada, C: Yzeyin altnda x derinliindeki gerekli (hedeflenen) karbon konsantrasyonu (ekil 2.24) C0: eliin esas karbon miktar C1: elik yzeyinin karbon miktar x: Difzyon mesafesi (cm) D: Difzyon katsays (cm2/sn) t: zaman (sn) erf: Hata fonksiyonu (Tablo 2.2)

ekil 2.24: Karbrizasyon diyagram

32 Tablo 2.2: Baz hata fonksiyonu deerleri. Y 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 rnek 1. %0.20 Clu eliin 900Cde karbrizasyonu sonucu yzeyin 1 mm altnda %0.4 C konsantrasyonu salamak iin karbrizasyon sresi ne olmaldr? Yzeydeki C konsantrasyonu %1 olarak alnacaktr. Erf(y) 0.000 0.112 0.223 0.329 0.428 0.521 0.604 0.678 y 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 2.0 2.4 Erf(y) 0.742 0.797 0.843 0.910 0.952 0.976 0.995 0.999

x 0.4 0.2 = (1.0 0.2) 1 erf ( ) 2 ( Dt ) x ) = 0.75 erf ( 2 ( Dt ) x = 0.814 2 ( Dt )

x = 1.63 ( Dt )D = 0.21e( 33800 ) 1.9871173

D = 1.1 10 7Sonu olarak; t=34200 saniye olarak bulunur. 2.4.4. Katlarda Difzyon-Yaynma

Difzyon, en geni anlamda maddenin bir yerden dier bir yere tanmasdr. Sv ve gazlarda, molekllerin geliigzel hareketi sayesinde difzyon ok kolaydr. Katlarda, atomlarn geliigzel hareketi ok zordur. Ancak; kat malzeme mutlak sfr noktasnn zerine stlrsa iki trl hareket yapar. Bunlardan birincisi, atomlarn denge konumlar etrafnda (kristal kafesindeki) titremesidir (ekil1-a). kinci atomsal hareket ise yaynmadr. Yaynmada atomlar kristal kafesi iindeki konumlarn komu atomlara gre deitirirler. Yaynma iin temel art titreimdir. Atomsal titreimin genlii scaklk arttka artar ki bu da yaynma hzn arttrr.

33

ekil 2.25: Katlarda difzyonun ematik gsterilii Katlardaki Difzyon eitleri A. Kitle Difzyonu Bu tip difzyon, atomlarn eitli hareketleri sonucu meydana gelir. rnein; a) Arayer Mekanizmas: Yaylan atom ap, matris atomu apndan ok kkse arayer mekanizmas gerekleir. Karbonun veya demiri iinde yaynmas bu mekanizma ile olur. Atom, denge konumundan ayrlarak arayer atomu durumuna gelir.

E

Yaynma Yn

b) Bo Ke Mekanizmas: Kafes kelerinin her taraf kafes hatasndan dolay igal edilmi olmayabilir. Bu durumda yaynmay salayan etkenler varsa, atom bu bo keye doru hareket edecektir. ounlukla YMK sistemlerde grlr. Baz HMK sistemlerde de olabilir.

34

E

Yaynma Yn

c) Arayerimsi Mekanizma: Arayere skan atom ap dier atomlarn apna yakn ise bu mekanizma meydana gelir. rnein Ag-Br alamnda (Ag