1 FZKSEL METALURJ 2011-2012 GZ YARIYILI MARTENZTK DNMLER 2 MARTENZTK DNMLER : Kat hal (kat-kat) faz dnmleri genellikle ekirdekleme ve byme dnmleri ile ilikilidir. Bu durumlarda oluan hacimsel dnm hz genellikle Avrami tipi bir kinetik denklem ile tanmlanr. Bunun yan sra kat-hal faz dnmlerinin ok nemli ikinci bir snf da bulunur; bu martenzitik dnm olarak adlandrlr. Martenzitik dnmler Avrami tipi kinetik ilikiye gre gereklemez ve sonu olarak bu dnmler ekirdeklenme ve byme dnmleri eklinde snflandrlamazlar. Bununla birlikte fiziksel olarak martenzitik dnmde bir ekirdeklenme aamas ve bir byme aamas vardr; fakat byme hz o kadar byktr ki hacimsel dnm hz hemen hemen tamamen ekirdeklenme aamas ile kontrol edilir. 3 MARTENZTK DNMLER (devam): Eer bir elik blgesi iine kadar stlp homojenletirmeden sonra yeterli yksek bir hzda su verilirse bir martenzitik dnm oluur. Karbon ierii ktle-% 0.6 karbondan daha yksek karbonlu eliklerde, YMK stenit kararsz HMT bir faza dnr. Bu faz stenit iinde plakalar halinde ok byk hzda byr; yleki, plakann bymesi, ekirdeklenme sonunda 0.0001 saniyeden daha az bir sre iinde oluur. elikteki bu HMT fazna, ilk olarak 1895 de Floris Osmond tarafndan mehur Alman metalograf Adolf Martens adna ithaf sonucu martenzit denilmitir.4 elik martenzitindeolduu gibi bu gibi speryksek byme hzlarnasahip yeni fazn oluumubir ka alamda ve bazsaf metallerde degzlenir (Tablo 4.1).5 MARTENZTK DNMLER (devam): elikte martenzit faz kararsz olduu iin bu faz sadece sper yksek hzl souma ile oluur. Buna ek olarak dk scaklk tavlamas ile martenzit, bir ekirdekleme ve byme reaksiyonu ile ferrit ve sementite ayrr. Ancak bir ok martenzitik dnmnde dk scaklk faz, kararsz faz olmaktan ziyade bir denge fazdr, ok dk souma hzlarnda bile oluur. (rnek:Au-Cd ve In-Tl). Bu sistemlerdeki dnmler doal olarak martenzitik oluur ve bu nedenle elikte olduu gibi hzl su vererek dnmn bu hzl byme eklini salama gereksinimi yoktur. Demir d martenzitlerde de yksek scaklk faznn stenit ve dk scaklk faznn martenzit olarak adlandrlmas ska grlr. 6 Martenzit reaksiyonlarn en nemli taraf, martenzit faz ile ana faz arasnda hzl bir byme mekanizmasnn iletilmesine izin veren zel kristalografik bir ilikiyi iermesidir. Martenzitik dnmn kristalografisi deformasyon ikizlenmesini ieren kristalografi ile ok benzerdir. kizlenme durumunu anlamak daha kolay olduu iin ikizlenme ncelikle incelenecektir. MARTENZTK DNMLER (devam): 7 KZLENME : Bir YMK metalde dizilim sralamasnn basite deitirilmesi koherent bir ikiz snr ile sonulanr. kiz tane snrlar ok dk enerjiye sahiptir. Bu blmde btn ikiz snrlarnn koherent olduklar farz edilecektir.8 kizlenme ile dizilim sralamas deiir ! a)ABC dizilii b)Birim hcrenin izimi YMKda atom dizilii en sk olan dzlemler {111} kbn hacmdiyagonaline dik olan dzlemlerdir. YMK yapda atom dizilii en sk olan dzlemlerin birim hcredeki konumlar 9 KZLENME (devam) : kizler bir kristalde ya deformasyon srasnda ya da kristal bymesi srasnda oluur ve buna bal olarak ikizler, genellikle deformasyon ikizleri ve byme ikizleri olarak snflandrlr. Byme ikizleri ister buhardan, ister svdan ve isterse katdan bysn bir kristal iinde oluabilir. Rekristalizasyon srasnda byme ikizlerinin olumas YMK metaller iin gayet yaygndr ve bu ikizler ounlukla tavlama ikizleri olarak adlandrlr. Ergiyikten katlaan metallerde byme ikizlerinin oluumu yaygn deildir; bununla birlikte baz metalik dendritler byme eksenleri boyunca bir ikize sahiptir. Ayrca dkme demirde grafit ve Al-Si tektik alamlarnda silisyum birok byme ikizleri ierir. 10 KZLENME (devam) : Burada sadece deformasyon ikizlenmesi ile ilgileneceiz; byme ikizlerinden sadece ikizlerin birbirinden farkl iki ayr mekanizma ile olutuunu aklamak iin bahsedildi. Plastik deformasyon konusunda da bahsedildii gibi ikizlenme, metallerin plastik deformasyonu iin bir baka tr sunar. Metalik malzemelerde kayma genellikle ikizlenmeden daha kolay olutuu iin ikizlenme, yalnz kbik olmayan metallerin plastik deformasyonu iin nemli bir mekanizma olur. Kbik olmayan metallerde ok az kayma sistemleri mevcuttur (rnein SPH metaller ve HMT Sn). Bununla birlikte HMK metallerde deformasyon ikizlenmesi dk scaklklarda nemli kazanr. Deformasyon ikizlenmesi YMK metallerde nadirdir ve ancak ok dk scaklklarda baz zorluklarla yaplabilir.11 KZLENME (devam) : Deformasyon ikizlenmesi prosesi ematik olarak ekil 4.1ada gsterilmitir. Makroskopik bakla uygulanan kayma gerilmesinin ekilde gsterildii gibi orijinal tek kristal matris iinde bir kink knts oluumuna neden olduu grlr. Orijinal matris ile ikiz matrisi arasndaki snrlar ikiz dzlemleri olarak adlandrlr. kiz matris iinde atomik dzen, ikiz dzlemleri boyunca orijinal matris iinde atomik dzenin bir ayna grntsn oluturur. 12 ekil 4.1. (a) Kayma gerilmesi ile ikiz oluumu (b) Kayma deformasyonu 13 KZLENME (devam) : Kristalografinin tanm iin ikizlenme prosesinin esasn tekil eden temel iki zelii vardr: Deformasyon saf kaymadr. Bu durum ekil 4.1bde gsterilmitir; burada btn hareketler, prosesi salayan kayma gerilmesine paralel oluur. kiz dnm kafes yapsn korumaldr. Ana kristalin yaps birim hcre ile tanmlandnda, ikiz kristalin birim hcresi de ana kristalinki ile ayn olmaldr. Yegane farkllk ekil 4.2 de gsterildii gibi baz dnmeler olacaktr.14 ekil 4.2. Birim kafesi aklayan vektrlerin edzlemsel olmayan lsnn rotasyonu15 KZLENME (devam) : Bu yzden ikizlenmenin, birim hcre vektrnn boylarn ve ayrca onlarn ortak alarn koruyan saf bir kayma dnm gibi dnlebilecei aktr. Saf bir kayma dnm iin aadaki gereksinmeyi salayan edzlemsel olmayan vektr bulunmas gerekir: Bunlarn boylarn dnm sonras muhafaza etmeleri gerekir. Bunlarn ortak alarn dnm sonras muhafaza etmeleri gerekir. Bunlar rasyonel olmalar, yani kafeste atom merkezlerinden gemeleri gerekir. 16 Problem iki paraya blnebilir; birincisi, dnm zerinde invariant (deimez) atomik dzenleri gsteren tm dzlemleri belirlemek ve ikincisi, dnm sonras invariant ortak alara sahip bu dzlemlerde vektr saptamamzdr. kizlenme kaymas ncesinde ve sonrasnda atomik dzeni ayn olan herhangi bir dzlem distorsiyona uramam (bozunmam) bir dzlem olarak adlandrlacaktr. Sonu olarak bu edzlemsel olmayan vektrlerin yukarda belirttiimiz ilk gereklilik dorultusunda bu dzlemler iinde olmaldr. kizlenmi dzlemin bir kenar grn ekil 4.3de gsterilmitir. Bu ikizlenmi dzlem, ekilde verilen ana matriks ile ikiz matriksin arayzeyidir. Bu dzlem hem ana matrikse, hem de ikiz matrikse ait olduu iin bozunmam bir dzlem olmas gerekir. Bylece ikizlenmeye dahil olmu sadece iki tane bozunmam dzlem olduunu saptarz.KZLENME (devam) : 17 ekil 4.3. kiz matrikste bir yarm daire zerine etkiyen ikiz gerilmesi K1 ve K2 dzlemleri ikizlenmeye dahil olmu 2 bozunmam dzlem. 18 KZLENME SIRASINDA ATOM HAREKET : YMK ikizini gz nne alacaz. YMK ikizi, {111} dzlemlerinin dizilim sralamasnda ABCABC.. den ACBACB. tarz bir deiime neden olur. (111) dzlemlerinin bir kenar grnts, O sembol ile gsterilmi (110) izi zerinde atomlar ile ekil 4.4te gsterimitir. kizlenme dzlemi zerindeki ikiz matriksinde atomlarn pozisyonu sembolleriyle ile gsterilir. kiz matriksindeki atomlar balayan kesik izgili drtgen, ikizlenme dzlemi zerinden ana matrikste atomlar balayan srekli izgi drtgeninbir ayna grnts oluturur; bu da bylece ikiz ilikisini gsterir.19 ekil 4.4. YMK kristale ait (111) dzleminde kenar grnm, (110) izi zerindeki atomlar gstermektedir. Orijinal atom yerleri o ile gsterilmi olup ikizlenme kaymas sonraki atom yerleri ile verilmitir 20 KZLENME SIRASINDA ATOM HAREKET (devam) : Burada oluan atom hareketinin doas ekil 4.4nn solunda ikizlenme kaymas gznne alnarak gsterilmitir. kizlenme dzlemi zerindeki ilk (111) dzlemi stnde atomlar, olan t vektr ile hareket eder, bu da atomlarn bu dzleminin gerekli BC geiine uramalarna neden olur. kizlenme dzlemi zerindeki herbir baarl gei yapan dzlem stnde atomlar bir ilave vektrile telenir; bu durum ekil 4.4te oklarla ve kayma gerinmesi diyagram ile gsterilmitir. Bu teleme ikinci dzlem zerinde 2t, nc dzlem zerinde 3t dir ve bu tarz srmeye devam eder. Bu nedenle herbir atom kendi komusuna gre relatif ayn t vektr ile hareket eder. Tm atomlar kendi komularna gre relatif ayn vektr dorultusunda hareket ettii iin buna ortaklaa hareket (cooperative motion) ad verilir. kizlenme dzleminden uzaklatka ortaklaa hareket toplayarak artar ve bylece toplam gerinme byk olur. rnein, ikizlenme dzlemi zerindeki drt dzlemde toplam ekil deiimi 4t ile orantldr ve ikizlenme dzlemi zerindeki n dzlemde nt ile orantldr. Bu nedenle olduka byk bir gerinme (ekil deiimi), bir ok kk fakat ortaklaa atom hareketleri ile retilir.21 KZLENME SIRASINDA ATOM HAREKET (devam) : t vektrnn [112]a/6 olmas olduka enteresandr ve bu Shockley ksmi dislokasyonunun Burgers vektrdr. Bu nedenle bu ikizlenmeler, Shockley ksmi dislokasyonlarnn kaymaya uratlmasyla retilebilir. Bu mekanizma, ikizlenme dzlemi zerindeki ilk dzlemde kaymak iin bir dislokasyon, ikinci dzlemde iki dislokasyon, ncde , drdncde drt vb. gerektirecektir. kizlenme dzleminden balayarak kayabilen dislokasyonlarnn saysnda bu baarl art retmek iin bir kutup mekanizmas kabul edilir.22 KZLENME SIRASINDA ATOM HAREKET (devam) : 180o lik ilikinin aklanmasndaikiz matristeki atomlar balayan kesik izgili drtgen [112] ynnde 180o dndrlr. Bu durumda bu drtgen, ana matrisin srekli izgi drtgeni ile akacaktr. Ayn ekilde kesik izgili drtgenin 3 numaral atomda ikizlenme dzlemine dik bir eksen evresinde 180o dndrlmesi,etiketli ikizlenmedeki atom yerlerinin O etiketli ana atom yerleri stne direkt olarak dmesine neden olur. Bu operasyon ikiz ve ana matriksler arasndaki 180o lik dnme bantsn gsterir. kizlenmenin neden olduu atom hareketlerinin btn orijinal kafesi 180o dndrmedii gz nnde tutulmaldr. kizlenmedeki kk ortaklaa atom hareketleri, yeni bir kafes ynlenmesi retir; bu yeni oryantasyon orijinal ana kafesin 180o lik dnm haline benzer.23 KZ OLUUMU : Bir metal zerine uygulanan gerilme, metali deformasyon ikizlenmesine urayacak ekilde artrlrsa, ikizlenmenin balayaca bir gerilme seviyesine ulalr. kiz plakalar tane iinde ayr ayr taneler iin ekirdeklenir ve ekil 4.5ada gsterildii gibi bir grnm veren taneler iinde boydan boya hzla yaylr. kiz plakalarnn dz kenarlar, ikizlenme dzlemi, K1 e paraleldir. kizler youn olarak K1 dzlemine paralel ynlerde, daha kk bir bymeyle iseK1 dzlemine dik ynlerde byr ve bu sre iinde plaka morfolojilerini retir. kiz plakalarnn ba eken kesi ok ince bir noktaya incelir. Bylelikle bu u blgesinde ikiz-ana malzeme arayzeyi her yerde K1 dzlemine paralel olamaz. Bu nedenle bu yrelerde ikiz snrlar, mevcut bir ka uyumsuzluk (mismatch) dislokasyonuyla ksmen koherent olmaldr. Genelde ikiz plakalarnn ucunun tavlama sonras karevari olmas gzlenir. ikiz-ana matriks arayzeyi, krelmi bir son oluturarak tekrar koherent bir ikiz snr olur. 24 ekil 4.5. kizlenmi plakalarn oluumu (a) tane iinde (b) serbest yzeyi kesen25 KZ OLUUMU (devam) : kiz plakas K1 e dik ynlerde kalnlatnda -ikiz-matris arayzeyinde koheransln muhafaza edilmesi koulunda- ana matriste hatr saylr bir ekil deiimi gerekir; bu da ak olarak ekil 4.4teki kayma gerinmesi diyagramndan grlr. Bu konum belki de ekil 4.5bde verildii gibi serbest yzeyli bir deformasyon ikizinin kesit alannn gzlemlenmesi ile en iyi ekilde gsterilebilir. kizdeki serbest yzey, onun orijinal oryantasyonuna bir ada ylm olur ve komu ana matriks, ikiz-ana matriks koheransnn muhafaza edilmesi iin iddetli ekil deitirir. Gsterildii gibi yzeyde ekil deitirmi ana matriks blgesi bir intibak kinki olarak adlandrlr. Metal sistemlerde hemen hemen daima ana matriksteki ekil deiiminin akma gerilmesinin almasna neden olduu ve bu yzden bu blgelerde bir plastik akmann olutuu bulunmutur.26 KZ OLUUMU (devam) : nce bir kadmiyum metal ubuk bkldnde dardan farkl bir trt sesi iitilecektir. Bu ses kadmiyumda oluan deformasyon ikizlenmesi ile retilir. kiz plakalarnn byme hznn ok yksek olmas nedeniyle ses dalgalar retilir. kiz plakalarnn byme hznn bu gibi durumlarda ses hzna yaklatna inanlr.27 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel : Bu blmde genellikle martenzitik dnmlerde gzlenen ve kristalografiyi anlama asndan ok nemli olan drt deneysel karakteristii tartacaz. ou zaman martenzit faznn ana matriks iinde farkl bir plaka morfolojisi ile grnd bulunmutur. Deformasyon ikizlenmesindeki gibi bu plakalar, serbest bir yzeyle kesitiinde ematik olarak ekil 4.6da gsterilen karakteristik bir yzey rlyef tipini retirler. Bu yzey rlyefi ani bir ekil deiiminden sonulanr. Bu ekil deiiminin etdnn daha geleneksel bir yolu, dnm ncesi yzeyin ince iziklerle bezenmesidir. Dnm takiben bu iziklerin dikkatlice incelenmesi sonucu martenzitik dnmlerde oluan ekil deiiminin doas hakknda youn bilgi sahibi olunabilir.28 ekil 4.6. Martenzit plakasnn oluumuyla yzeyde rlyef retimi 29 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : ekil 4.7a genellikle dnm takiben bulunmu sonucun tipini gsterir. Plaka boyunca ana kafesin bir yer deiimi vardr. Gzlenmeyen iki nemli ey ekil 4.7de ayrca gsterilmitir. Birincisi, ekil 4.7bde gsterildii gibi martenzit-ana matriks arayzeyindeki izikte dnm sonras bir sreksizlik vardr, ancak bu durum gzlenmemitir. Bu gzlem 1000x civarndaki bytme snrna kadar k mikroskobu ile dorulanr. Makroskobik boyut olarak (atomik boyutlarla kyasla) adlandracamz bu konumda martenzit-ana matriks arayzeyinin koherent kald sonucunu karrz; bylece ilk nemli karakteristii elde ederiz: Makroskobik boyutta habit dzlemi bir invariant (deimez) dzlemdir veya alternatif olarak bir sfr-distorsiyon ve sfr-dnme dzlemidir (ikizlenmedeki K1 dzlemi gibi).30 ekil 4.7. Olas iz distorsiyonu (a) grlen sonular(b) arayzeyde uyum kayb (c) matrikste elastik distorsiyon 31 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : kincisi, ekil 4.7cde gsterildii gibi martenzit plakalarnda iziklerin dnm sonras lineer olmad gzlenmemitir. Bu durum tm farkl izikler ve yzey oryantasyonlar iin dorudur ve martenzit plakasndaki serbest yzeyin dzlemsel olarak kald anlamna gelir. Bu nedenle dnm, dz hatlarn dz hatlara dnmesine, dzlemlerin dedzlemlere dnmesine neden olur. Bu tarz dnmler homojen olarak adlandrlr. Bir invaryant habit dzlemli homojen deformasyon reten ekil deiimi invaryant dzlem gerinmesi olarak adlandrlr.32 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : kizlenmede oluan ve ekil 4.8ada gsterilen basit kayma, invaryant dzlem ekil deiiminin bir rneidir. Martenzitik dnmler genellikle ekil 4.8bde gsterilen invaryant dzlem ekil deitirmenin daha karmak bir trn ierir; burada telenme invariant dzleme hafif bir adadr. Bu nedenle martenzitik dnmler, basit bir kaymann yannda habit dzlemine normal dorultuda bir tek eksenli ekme veya basma ierir. Deiik martenzitler iin bu ekil deiimi komponentlerinin rnekleri Tablo 4.2de verilmitir. kinci nemli karakteristik bu dorultuda saptanr: Bir makroskobik boyutta, martenzitte ekil deiimi bir invaryant dzlem ekil deiimidir. 33 ekil 4.8. (a) ikizlenmede basit kayma gerinmesi (b) Martenzitin invaryant dzlem gerinmesi 34 35 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : Alkanlk dorultusunda martenzitin habit dzlemi, -martenzit plakasnn fiziksel dzlemine paralel olan- ana fazn {hkl} dzlemleri olarak verilir. Bu nicelii lmek iin yap iinde oluan martenzit plakalarna gre ana fazn kristalografik oryantasyonunun bilinmesi gerekir. Yksek karbonlu eliklerde martenzitik dnm genellikle oda scaklnda tamamlanmaz, bylelikle artk (kalnt) stenit bulunur. Bu nedenle artk stenitin kristalografik oryantasyonu oda scakl X n teknikleri ile llr ve bundan sonra artk stenite gre plakalarn oryantasyonu, stenitin iki yzeyindeki plakalarn izinin birbirine yaklak 90 de incelenmesi ile llr. Kapsaml deneysel bulgular, martenzitik dnmlerin kristalografisi ile ilgili nc nemli eksperimental karakteristii saptar: Martenzit habit dzlemi irrasyoneldir. 36 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : Bu blmde son nokta martenzit faznn altyaps ile ilgilidir. Metallerde iki farkl martenzit morfolojisi gzlenir. Bu konuda ilediimiz plaka morfolojisinin yansra bir lata morfolojisi de gzlenebilir. Lata tipi martenzit bitiik paralel latalarn bir dizini olarak dnlebilir. Bir optik mikroskopta gzlendiinde martenzit plakalar genellikle homojen grnr; bu da her bir plakann bir tek kristal olduu fikrini verir. Bununla birlikte elektron mikroskobu ile inceleme, plaka morfolojisinin ok ince bir altyapya sahip olduu gsterir. Plakalarn ematik olarak ekil 4.9ada gsterildii gibi ok ince ikizlerin ynlarndan olumu olduu gzlenir. elik martenzitinde bu ikiz aramesafeleri 15-200 derecesindedir.37 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : Genellikle lata tipi martenzitin ikiz iermedii, ancak dislokasyon younluunun ok yksek olduu bulunmutur. Bu yksek dislokasyon younluunun geni lde paralel blgelerin ynlarna baldr, ekil 4.9b; bu blgeler birbirlerine karlkl olarak kayar ve kafes invaryant kaymas retirler. Bu nedenle son nemli kristalografik karakteristik aadaki gibidir: Mikroskobik boyutta martenzit plakalarnn ok ince ikizlerin yn olduu gzlenir ve martenzit latalar genellikle ok yksek bir dislokasyon younluuna sahiptir.38 ekil 4.9. Martenzit plakalarnn altyaps(a) ikizlenme ieren (b) kayma ieren PLAKALATA 39 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Deneysel (devam) : Tablo 4.3de bu hususla ilgili olarak eitli demir bazl alamlara ait veriler gsterilmitir. Martenzit altyapsnn tipinin alam kompozisyonuna bal olduu grlebilir. ekil 4.9ada gsterildii gibi ikizlenmi bir altyapnn mevcudiyeti, -yukardaki (1) nolu hususta ifade edildii gibi- habit dzleminin sadece makroskobik boyutta bir invariant dzlem olduunu ve ayrca -yukardaki (2) nolu hususta ifade edildii gibi- ekil gerinmesinin sadece makroskobik boyutta homojen olduunu aka gsterir. 40 41 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori : Bir rnek olarak yksek-karbon Fe-C martenziti kullanarak martenzit kristalografisinin teoriksel ilemlerini tartacaz. Klasik bir makalede (1924 de yaynlanm) E.C. Bain bir ema hazrlayarak bir YMK birim hcrenin bir HMT birim hcreye dnmesini gstermitir. ekil 4.10 bir ortak (010) yzeyinde birbirlerine dokunan iki YMK birim hcreyi gsterir. Bu (010) yzeyinin merkezindeki atom, ekil 4.10 de gsterildii gibi ayn zamanda bir tetragonal birim hcrenin de merkezindedir. Bu tetragonal birim hcre ekil 4.11de tekrar izilmitir; burada c/a orannn 2 olan hacm merkezli bir tetragonal birim hcrenin olutuu grlebilir. Eer bu birim hcre (x3)M ynnde %18 ksalrsa ve (x1)M ile (x2)M ynlerinde %12 genilerse Fe-C alamlarnn HMT martenziti iin doru birim hcre elde edilir. Bu kombine uzama ve ksalma sklklaBain distorsiyonu olarak adlandrlr.42 ekil 4.10. Bain ilikisi43 ekil 4.11. Bain distorsiyonu44 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori (devam): Bain in bu teklifinde ana kafesin belirli bir yapsal biriminin martenzit kafesinin birim hcresi olmasn gerektirir. Bu iki spesifik kafes arasndaki bant sklkla kafes tekabl veya bazen Bain tekabl olarak adlandrlr. Ana matriste veri bir yn, [xyz] martenzitik matrikstespesifik bir yne, [xyz]m tekabl edecektir. rnein ekil 4.10 ve 4.11den ak olarak grlebilecei gibi Bain tekabl aadaki ilikileri gerektirecektir.[100]m tekabl [110] [010]m tekabl [110] [001]m tekabl [001] Benzer olarak ana matriste veri bir dzlem, (hkl) martenzitik matrikste spesifik bir dzleme, (hkl)m tekabl edecektir; rnein ekil 4.10 ve 4.11den aadaki iliki yazlabilir: (112)m tekabl (101) 45 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori (devam): Eer Bain tekabl direkt olarak Fe-C martenzit dnmne uygulanrsa bir yolla sfr distorsiyonlu bir dzlem retilmesi gerekli olduunu anlarz. Martenzitik dnmlerle ilgili teoriler 1953 de Wechsler, Lieberman ve Reed ile 1954 de Bowles ve Mackenzie tarafndan sunulmutur. Gerekte edeer olan bu teoriler dnmdeki atom hareketlerini aklamaz. Daha dorusu bunlar dnmn balang ve sonu kristalografik durumlarn tarif eden analitik ilemlerdir. Bu anlamda ilgili teoriler termodinamikle benzerdir.46 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori (devam): Teorinin matematiksel ilemleri ana ileme blnebilir ; Yeni kafesi retmek iin bir kafes (Bain) distorsiyonuna msade etmek Sfr distorsiyonlu bir dzlem elde etmek iin bir uygun kafes-invariant kayma retmek Sfr distorsiyonlu dzlem kendi orijinal konumuna gelebilmesi iin martenzit matrisi dndrmek Birinci adm, martenzit faznn gerekli kafes yapsn retir. kinci adm sfr bozunumlu dzlem eldesi iin bir prensip gerinmesinin sfr olmasn salar. Bununla birlikte burada devreye giren ilave kayma, 1. adm ile retilen yeni kafes yapsn deitirmek mecburiyetinde deildir. Bu yzden bu kaymann bir kafes-invaryant kayma olmas mecburidir. 47 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori (devam): Kafes-invaryant kaymann nasl elde edildiini gstermek iin ekil 4.12ada verilen rombus (ekenar drtgen) ekilli kristal gz nne alnr. Kristal yapsn deitirmeksizin kayma deformasyonu ile bu ekenar drtgeni batan baa bir dikdrtgen ekline iki yolla dzeltebiliriz ;Bu deiim, paralel dzlemler boyunca kayma (slip) ile (ekil 4.12b) ve ikiz ynlarnn retimi ile (ekil 4.12c) baarlr. Bu kafes-invaryant kaymalarn ematik olarak ekil 4.9da gsterildii gibi martenzit plakalarn iinde mevcut olduu dnlebilir. Bu nedenle ilgili teori, martenzit faznn ikiz ynlarndan oluan bir i altyapya sahip olmasn veya paralel dzlemler boyunca iddetlice kaym olmasn gerektirir. 48 ekil 4.12. Kafes-invaryant kaymalar49 MARTENZTK DNMLERN KRSTALOGRAFS Teori (devam): Teori iin data girii, (a) ana fazn ve martenzit faznn yapsndan ve kafes parametrelerinden, (b) kafes tekablnden (c) kafes-invariant kaymadanoluur. Bu verilerden teoriler, (a) habit dzlemini, (b) ekil gerinmesini (c) ana matriks ve martenzit faz arasnda kristalografik oryantasyon bantsnn tahmin edebilir. Deney ve teori arasndaki uyuma, dk ekil gerinmeleri ieren martenzitler, rnein Au-Cd, In-Tl ve ayrca demir-bazl alamlardaki (310 15) martenzitleri iin ok iyidir. Sonu olarak kristalografik teorilerin martenzitik dnmleri olduka iyi tanmlad grlr. 50 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Ortaklaa Hareket : Martenzitik reaksiyonlarn ana karakteristiklerinden biri, yap dnmnn btn atomlarn ortaklaa hareketleri ile retilerek sonulanmasdr. Deformasyon ikizlenmesindeki gibi her bir atom kendi komusuna gre ayn vektr ile hareket eder. Bu ortaklaa atom hareketinden dolay martenzitik dnmler bazen askeri dnmler olarak da adlandrlr. Buna kart olarak dnm arayzeyinde atomlarn rastgele atlad dier dnmler, sivil dnmler olarak adlandrlr. 51 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Arayzey Hz : Martenzitik dnmlerin bir dier ayrd edici karakteristii arayzey hareketindeki hzdr. Martenzit plakalar genellikle ekirdeklendikten sonra yaklak 0.0001 saniyeden daha az bir sre iinde kendi snr boyutlarna byrler. Lineer byme hz Fe-Ni-C martenzitlerde, 20C ile 200C scaklk aralndaki btn scaklklarda yaklak 105 cm/s olarak llmtr. Deformasyon ikizlenmesinde olduu gibi martenzit plakalarnn oluumu, duyulabilir bir tkrd eliinde gerekleir. Bir plaka olutuunda metalde hzla mekanik bir karklk retir. Bu karklk metal yzeyine doru ilerleyen bir akustik dalga yayar ve sonunda gzlemcinin kulanda bir hissedilir klik sesi retir. Yaln karbonlu eliklerde martenzit retmek iin gerekli hzl su verme ile ilikili sesten dolay dnmdeki ses duyulamaz. Buna karn Au-Cd dnmnde (ki burada dengeli martenzit faz retmek iin sadece yava souma yeterli olur) bu ses duyulabilir.52 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Yaynma (Difuzyon) ermeyen Karakteri: Kooperatif atom hareketi ve ok hzl byme hzlar martenzitik dnmlerin bir nc karakteristiini retir.Martenzit faznn kompozisyonu ana faznki ile benzerdir. rnein % 0.77 Clu bir tektoid elik yavaa soutulursa, % 0.022 Clu kompozisyona sahip ferrit ve % 6.7 Clu kompozisyona sahip sementit eklinde iki fazdan olumasn bekleriz. retilen bu fazlar, kendi kompozisyonlarn bir difuzyon prosesi ile ana faznkinden deitirir. Eer tektoid elie martenzit oluturmas iin hzl su verilirse, martenzit faz % 0.77 Clu ana faz ile ayn kompozisyona sahip olacaktr. Bu nedenle difuzyon gerekli deildir ve sonu olarak martenzitik dnmlerden bazen difuzyonsuz dnmler olarak sz edilir.53 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji : Demir bazl alamlarda (eliklerde) martenzit faz genellikle iki farkl morfolojiden birini gsterir. Bu morfoloji (ekil) ler lata martenzit ve plaka martenzit olarak adlandrlr. Bu iki morfolojinin kabullenilmesi yllar boyunca adm adm gerekletii iin bu martenzitler iin kullanlan farkl isimler de vardr. En popler alternatif isimlerin bir listesi Tablo 4.4te verilmitir. Birka yksek alaml elikte bir nc morfoloji olarak levha martenzit gzlenir. Fe-C alamlar % 0.6 Cnn altnda ncelikle lata martenziti, % 0.6 Cnn stnde plaka martenziti oluturur.54 55 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : Bir optik mikroskopta, 500-1000x gibi yksek bytmelerde lata mikroyaps incelendiinde, optik mikroskopta ayrdedilemiyen ok ince ve tyvaribir yap grlr (ekil 4.13a). ekil 4.13de aka tanmlanm en kk yap birimleri paketler (veya bloklar) olarak adlandrlr. Bu paketler sklkla bitiik paralel eritler (resmin sa taraf) olarak grnr, fakat bunlar ayn zamanda daha blokvari bir grnme sahip olabilir (resmin sol taraf). TEM paketlerin bir altyapya sahip olduunu ortaya karr. Her bir paket, birbirlerine oranla kk bir oryantasyon farkna sahip paralel plakavari alttanelerden oluur. Paket iindeki bu ince paralel alttaneler bu yzden lata ekline sahiptir ve bu nedenle lata martenzit olarak isimlendirilir. 56 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : Her bir lata genellikle kendi iinde ar yksek bir miktarda dislokasyon younluuna sahiptir; bu da yaklak cm2 de 0.5x1012 seviyesindedir. ok az durumda ise latalar, plaka martenzitin karakteristiinde ince ikizlenmi bir mikroyap gsterir. Yaln karbonlu eliklerde plaka martenzit ile lata martenziti ayrmann iki dier nemli yol vardr. Birincisi lata martenzitin habit dzlemi {111} e yakndr,plaka martenzitin habit dzlemi ise ya {225} yada {259} dur. kinci olarak, lata martenzitin kristal yaps HMK iken plaka martenzitinki HMT dr.57 ekil 4.13.(a) Su verilmi Fe % 0,09 C lu elikte lata martenzit (b) Fe % 22,5 Ni % 0,4 C alamnda plaka martenzit 58 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : Plaka martenzitin morfolojisi ekil 4.13bde gsterildii gibi genellikle ok belirgindir. Ayr ayr plakalar yukarda tarif edilen lata gibi birbirine bitiik paralel ynlar olarak yerlememilerdir; fakat genellikle birbirlerine gayet farkl alardadrlar. Daha uzun plakalar daha genitir. Yap dalandktan sonra plakann merkezinde doru olarak uzanan bir ince hat da genellikle gzlenebilir. Bu oluum omurga olarak isimlendirilir. Omurgann oluacak plakann ilk ksm olduu kantlanmtr.59 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : elikte martenzitin bu iki tipinin oluumu gayet farkldr ; Lata martenzitin oluumu bitiik paralel latalarn bymesi ile karakterize edilir. Latalarn bir grubu bazen aniden kooperatif bir ekilde bir dizin olarak byr ve bazen de baarl bir ekirdekleme sonucu ilk olumu lataya paralel bir ekilde byr. Plaka martenzitte ilk oluan plakalar tm stenit tanesini keserek byr. lave plakalar bundan sonra stenitte ekirdekleme ve byme ile ilk olumu plakalar ve tane snrlar arasnda oluur. Martenzit plakalarnn oluumu ile stenit giderek blnd iin stenitik blgeler klr ve bu nedenle sonradan oluan plakalar kk olur. Bylece plaka martenzitte olduka byk boyut dalml paralel olmayan plakalar var ikenlata martenzitlerde youn olarak paralel lata oluumu vardr; burada paket iindeki lata boyutlar olduka homojendir.60 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : Levha martenzit baz yksek alaml eliklerde grlr ve paralel levhalardan oluur. Bu faz daima SPH dir ve {111} stenit dzlemlerine paralel olumutur. Bu levhalar o kadar incedir ki geirimli elektron mikroskobunda bile kk veya hi altyap grntlenemez.61 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Morfoloji (devam) : Birok demir d metallerin alamlarndaki martenzitlerin morfolojileri Fe-C alamlardaki plaka martenzitine gayet benzerdir. Bununla birlikte rnein In-Tl, Mn-Cu gibi birka demir d metallerin alamlarndaki martenzitler paralel bandlar eklinde grnr. Bandlar paralel ikizlenmi blgelerden oluan bir altyapya sahiptir ve hem bandlar, hem de ikizler optik mikroskopta ayrd edilebilecek kadar byktr. Bandlanm martenzitFe-C alamlarnn lata martenzitine benzer grnmdedir; ancak boyutu lata martenzite gre ok daha kabadr ve bandlanm martenzit bir dislokasyon altyapsndan daha ziyade bir ikizlenmi altyapya sahiptir.62 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Arayzey Yaps : Deformasyon ikizlenmesi durumunda, ikiz snrlar arayzeyi (K1 dzlemi), ana kristal ve ikiz kristali arasnda tam bir koherans dzlemidir. Martenzit-ana faz arayzeyi sadece makroskobik boyutta koherent olduu gsterilmiti. Martenzit plakalarnn ikizlenmi ve kaym doasndan dolay, martenzit-ana faz ara yzeyinin tam koherent olmayaca aktr ve yar koherent bir snr olarak daha uygun ekilde tarif edilmitir. Arayzeyde gerekli kaymay yerletirmek iin bir tr arayzey dislokasyon yaps genellikle kabul edilir. ekil 4.14 bir kaym martenzit ve bir ikizlenmi martenzit iin arayzey yapsnn ematik modellerini gsterir.63 ekil 4.14. Martenzitstenit arayzey yapsnn ematik modeli 64 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Arayzey Yaps (devam) : ekil 4.14ada kafes invaryant kayma, paralel vida dislokasyonunun bir dizini ile retilirken, ekil 4.14bde bu kayma, deiken ikizlenme ile retilir. ekil 4.14adaki arayzey, arayzey dislokasyonlarnn paralel dizini ile tanmlanm dzlemde bulunur. Her iki resimde OZ ve OZ dorular, arayzeyin her iki kenarndaki makroskopik vektrlerdir; bunlar arayzeyin makroskopik koheransn gsterirler. Ancak OA ve OA vektrleri arayzeyin her iki kenarndaki kafes vektrleridir ve bunlar arayzeyde yerlemesi gereken kafes invaryant kaymay gsterir. Arayzeyin detayl ince yaps ne olursa olsun, ar yksek hzlarda hareket edebilme yeteneine sahip olma gereklilii aktr. Arayzey dislokasyon dizinleri prensipte bu yetenee sahiptir ve genellikle martenzit ekil deiimi, arayzey dislokasyon dizinlerinin kooperatif kaymasile baarlr. 65 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii Bir stenit fazn soutarak martenzit oluumunun balama scakl, martenzit start scakl olarak isimlendirilir ve Ms sembol ile verilir. Yaln karbonlu elikler ile dk alaml eliklerde oluan martenzit miktar, ekil 4.15ada gsterildii gibi Ms scaklnn ne kadar aasna soutulduunun bir fonksiyonudur. Sonu olarak tm stenitin martenzite dnt veya dnmn durduu bir scakla ulalr ve bu scaklk martenzit fini scakl, Mf olarak adlandrlr (ekil 4.15ann stndeki scaklk TE, stenit ve martenzit fazlar arasndaki termodinamik denge scakln gsterir).66 ekil 4.15.(a) Scakln fonksiyonu olarak martenzit hacim miktar (b) ki elikte kompozisyon ile Ms scaklnn deiimi 67 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Ms scakl, eliklerin sl ileminde gz nne alnmas gereken nemli bir scaklktr. Deneyler, neredeyse tm kimyasal elementlerin elie katksnda, ilgili elementin stenitte znmesi durumunda Ms scakln dreceini gstermitir; ayrca arayer elementleri Ms scakln drmede ok daha etkilidirler. Bu durum dk alaml elikler iin Steven ve Haynesin ampirik denklemi ile gsterilir: Ms(C)=561 - 474 C - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo Burada C, Mn, Ni, Cr ve Moktle-% miktardr. Bu forml kaba bir yaklam olarak kabullenmelidir, nk Msn tane boyutu ile -kk de olsa- bir ilikisi bulunmaktadr. ekil 4.15b ngrlen Ms ile kompozisyon ilikisini yaln karbonlu bir elik ve Fe-%0.4C-Ni elikleri iin gstermektedir.68 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Deneyler Ms scaklnn 50.000 oC/s kadar yksek souma oranlarnda 20 oC iinde sabit olduunu gstermitir; ve nceden bahsedildii gibi martenzit plakalar (veya latalar) mikrosaniyelik bir srete oluur. Bundan dolay martenzit hacmsal miktarnn zaman ile deitii -ekil 4.16ada dk alaml elikler iin gsterildii gibi- bulunmutur. 69 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Dnm milisaniye iinde bitirilir ve srekli bir izotermal (esl) tutma daha fazla martenzit retmeyecektir. lave martenzit sadece daha dk bir scakla su verme ile elde edilebilir (ekil 4.15a). Ancak dnm tekrar grnrde bir anda oluur ve bundan sonra scaklk tekrar drlne kadar durdurulmu olur. Tabii ki scaklk Mf scaklna ulatnda dnecek stenit kalmayacandan dnm tamamlanm olur. Bu tip reaksiyon ile retilen martenzitler atermal (sl olmayan) martenzit olarak adlandrlr.70 ekil 4.16. Martenzit oluumunun zaman ilikisi (a) atermal martenzitte (b) izotermal martenzitte 71 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Atermal martenzit terimi bir para karktr, nk martenzitin hacmsal miktar kesinlikle scakla bamldr. Burada tamamen atermal (scaklktan bamsz) olan nicelik, arayzey hareketinin hzdr. Arayzey hznn -oluum scaklndan bamsz olarak- alamda ses hznn te biri seviyesinde olduu tahmin edilmektedir. Fe-Ni alamlarnda plaka martenzitlerin byme hz, -20 oC den -195 oC ye kadar olan scaklk aralnda yaklak 2x105 cm/s olarak llmtr. Arayzeyler blmnde bir arayzey hznn, bir mobilite arp bir itici kuvvet olarak aklanabildii gsterilmitir. Mobilite, bir difuzyon katsaysna orantl olduu iin hzn arlkl scaklk bants, mobiliteden e-Q/RTterimidir; burada Q, arayzey ilerlemesi iin gerekli olan atomlarn difusiv hareketinin aktivasyon enerjisidir. Bu nedenle athermal martenzit iin byme hz scaklktan bamsz olduu iin,byme mekanizmas iin aktivasyon enerjisinin gerekte sfr olmas gerektii aktr.72 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Tm martenzitik dnmler ekil 4.15 ve 4.16ada tarif edilen athermal kinetie uymaz. Baz alamlarn (zellikle Fe-Ni-Mn alamlar) -ematik olarak ekil 4.16bde ematik olarak gsterildii gibi- Avrami denklemine benzer bir kinetik denkleme uyduu bulunmutur. Eer Ms scaklnn altna su verilir ve o scaklkta tutulursa, martenzit faz zaman getike ortaya kmaya balar. Athermal martenzitlerle karlatrmada srekli bir izotermal tutma ilave martenzit oluumu retir. Martenzitin bu tipi izotermal (esl) martenzit olarak adlandrlr. Bu tip martenzitin kinetii, nceden gsterilen T-T-T diyagramlarna benzer tipik C erileri gsterir. ekil 4.16bde gsterildii gibi C erisinin burun scaklna su verme, maksimum dnm hzn retecektir.73 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) zotermal martenzitlerin hacmsal dnm hznn athermal martenzitlerden daha yava olmasna ramen izotermal martenzitlerdeki arayzey hareketinin hznn gerekte athermal martenzitlerdeki kadar yksek olduu bulunmutur. Ayrca, izotermal martenzitlerde genellikle bir plaka saniyenin ok kk bir miktarnda oluup stenit tane iine snrl bir boyuta bydnde bu plakann daha fazla bymedii gzlenir. Bu yzden izotermal martenzitlerde dnm scaklnda tutma sonucu oluan srekli dnmn, yeni martenzit plakalarnn ekirdeklenmesinden ileri gelmesi gerekir. Dnen hacmsal miktarn hzndaki balangta grlen artn ekirdeklenme hzndaki bir arttan kaynaklandna inanlr.74 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) zotermal martenzitte ekirdeklenme hzndaki bu artn bir otokatalitik etki nedenli olduu dnlr; otokatalitik etkide bir plaka byyerek dier plakaya arptnda daha fazla plaka ekirdeininretilmesini salayan koullar doar. ekirdeklenme hzndaki nihai azalmann u gerekten sonuland dnlr: martenzit plakalarnn steniti giderek klen paralara blmesi sonucu bu blgelerde oluan ekirdeklenme olaynn olasl azalr. Bu nedenle atermal ve izotermal martenzitlerin kinetiinde ana farklln kendi ekirdeklenme karakteristikleri ile ilikili olmaldr. zotermal martenzitlerde mevcut ekirdek says scakln ve zamann bir fonksiyonu iken atermal martenzitlerde mevcut ekirdek says yalnzca scakln bir fonksiyonudur (zamann deil).75 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Birok Fe-Ni ve Fe-Ni-C alamlarnda yukarda tartlan atermal veya izotermal martenzitlerden olduka farkl bir dnm modu devreye girer. Martenzit start scaklnda stenitin youn bir miktar -ekil 4.17de iki Fe-Ni-C alam iin gsterildii gibi- mili saniyeler iinde martenzite dnr. Bundan dolay bu martenzitlerden burst (patlam) martenzitler olarak sz edilir. ekil 4.13bde gsterildii gibi bu martenzitlerde plaka yaps iin zig-zag eklindeki grnm olaandr.76 ekil 4.17. Patlam martenzit iin dnm erileri 77 ekil 4.13.(a) Su verilmi Fe % 0,09 C lu elikte lata martenzit (b) Fe % 22,5 Ni % 0,4 C alamnda plaka martenzit 78 MARTENZTK DNMLERN BAZI KARAKTERSTKLER Oluum Kinetii (devam) Bir otokatalitik ekirdeklenme, Ms scaklndaki martenzit oluumunun geni bir patlamasn retmek iin meydana gelir. Herbir plaka, dier plaka veya bir tane snrna arpma ile boyutta snrlanr. Bu arpmada yresel koullar dier plakann ekirdeklemesini dourur, bylece zig-zag paternler reten bir kooperatif ekirdeklenmenin oluumunu ve ok byk bir hacmsal dnm meydana getirir. Bu patlam martenzitlerin sadece Ms scaklnn 0 C nin altnda olduu konumda olutuu ve Ms scaklnn balang stenit tane boyutunun bir fonksiyonu olduu bulunmutur.79 TERMODNAMK Martenzit faz, daha dk bir serbest enerjiye sahip olmas sonucu oluur. stenit ve martenzit fazlarnn serbest enerjilerinin scaklk bants, ekil 4.18de gsterilen ekle sahip olmaldr. ki fazn termodinamik dengede olduu belirli bir scakln olmas gerekir ve bu TE ile gsterilir. Martenzit start scakl, Ms, TE den belirgin derecede daha dktr. Martenzit oluumuna kuvvetli bir ekirdeklenme engeli vardr ve bu yzden - martenzit faznn oluumu iin yeterli serbest enerjiden nce- nemli bir miktar ar souma olumaldr. Ms scaklnda martenzit oluumu iin gerekli serbest enerji aadaki gibi tahmin edilebilir: G-M(start) = S[TE - Ms]80 ekil 4.18. stenit ve martenzit iin scakln bir fonksiyonu olarak iin serbest enerji erileri 81 TERMODNAMK (devam) Martenzitik dnmlerin termodinamii ile ilgili bir ikinci enteresan husus da dnmn difuzyon iermeyen karakteristii ile ilgilidir. Bir rnek olarak bir YMK stenitin bir HMK martenzite dnt lata martenzitleri gz nne alalm. YMK ve HMK fazlar arasnda faz denge diyagram ekil 4.19(a)da gsterilmitir. T1 ve T2 scaklklarndaki serbest enerji-kompozisyon diyagram faz diyagramnn altnda gsterilmitir (ekil 4.19 (b) ve (c)).82 ekil 4.19. Difuzyonsuzdnmler iin AGyi gstereniki scaklktaki serbest enerjikompozisyon erileri (a) YMK ve HMK fazlar arasndaki faz denge diyagram (b) T1 scaklnda serbest enerji-kompozisyon diyagram (c) T2 scaklnda serbestEnerji-kompozisyon diyagram 83 TERMODNAMK (devam) stenit faznn T1 scaklna su verildiini farz edelim; dan o ya difuzyonsuz bir dnm retmek iin o faznn ana faz gibi ayn kompozisyonla olumas gerekir. ekil 4.19da gsterildii gibi G-o (difuzyonsuz) T1 scaklnda bir pozitif niceliktir. T2 scaklnda (ekil 4.23c) benzer muhakeme ile bu scaklkta G-o (difuzyonsuz) deerinin negatif bir say olduu ve reaksiyonun ilerleyebilir olduu grlr. G-o (difuzyonsuz) un sfr olduu scaklk, YMK fazndan HMK o fazna martenzitik dnm iin denge scakl, TE n tanmlar. T1 ile T2 arasnda eitli scaklklarda serbest enerji-kompozisyon diyagramlarnn izimi ile G-o (difuzyonsuz), Co kompozisyonunda A1 ve A3 izgilerinin arasnda kabaca orta yolda olmas gereken bir scaklkta sfra gider. Bu nedenle martenzitik dnm iin denge scakl TE, ekil 4.19ada gsterildii gibi kabaca A1 ve A3 arasndadr.84 TERMOELASTK MARTENZTLER Termoelastik karakteristik gsteren birka demir d alam martenziti bulunmaktadr. Tartma amal olarak martenzitleri -kayma komponentlerinin byklne bal olarak- A ve B olarak iki gruba ayrrz: A: Byk kayma komponenti,rnein, Fe-C ( = 0.19), Fe-30Ni ( = 0.20) B: Kk kayma komponenti,rnein, Au-Cd ( = 0.05), In-Tl ( = 0.02) Daha nceden bahsedildii gibi bir dizi martenzit, stma sonucu tekrar stenite geri dntrlebilir. Fe-30Ni (A tipi) ve Au-Cd (B tipi) gibi bu tr iki martenzitin dnm erileri ekil 4.20de gsterilmitir.85 ekil 4.20. A tipi martenzit (Fe-Ni) ve B tipi martenzit (Au-Cd) iin dnm erilerinde gsterilen histeresisler 86 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) Istma ile yksek scaklk fazna martenzitik geri dnm belli bir scaklkta balar; bu scaklk, stenit start scakl, As olarak adlandrlr. As scakl, Ms scaklnn daima olduka zerindedir ve dnm erileri ekil 4.20de gsterildii gibi kuvvetli bir histeresis gsterir. Gsterildii gibi, histeresisin A tipi martenzitlerde ok daha geni olduu bulunmutur. Histeresis erisinin aralnn (yani geniliinin) Au-Cd iin sadece 16 oC olmasna ramen Fe-Ni iin 420 oC olduu saptanmtr.87 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) Ms ve As scaklklarnn her ikisi de ekil 4.20de grlmektedir. stenit oluum reaksiyonu martenzit oluum reaksiyonunun tersi olduu iin denge scakl, Ms ve As arasnda ortada bir yerdedir. Histeresis geniliinden TE tahmin edilebilir. Martenzit reaksiyonun balamas iin gerekli serbest enerjinin, AGM (start) = AS]|AT/2]eklinde tahmin edilebildii aktr; burada AT (=As-Ms) histeresis aralnn scaklk geniliidir. Bu nedenle, A-tipi martenziti balatmak iin daha byk bir serbest enerjinin gerekli olduu grlebilir. Bu sonu bu tr martenzitlerin oluumu iin daha byk kayma gereklilii gereinin bir sonucudur. 88 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) A-tipi ve B tipi martenzitlerin oluum modunda nemli bir farkllk grlr. Her iki durumda da scakln Msn aasna drlmesiyle plakalar oluarak snrl bir boyuta byr. Scakln daha da drlmesiyle B tipi martenzitlerde ilave dnm, hem yeni plakalarn ekirdeklenmesi hem de eski plakalarn bymesi ile oluur. Bununla birlikte A-tipi martenzitlerde ilave dnm sadece yeni plakalarn ekirdeklenmesi ile oluur. Eski plakalar bir kere olutuunda daha dk scaklklarda dahi bymeyecektir. B tipi martenzitlerde eski plakalarn srekli bymesi, kesik kesik bir hareketle oluur. Bu plakalarn byme hz, martenzitik dnmler iin karakteristik ok yksek deerlerde kalr, ancak byme, scakln drlmesiyle daha fazla serbest enerji mevcut olduundan ksa mesafelerde oluur.89 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) ekil 4.21 bir martenzit plakas gsterir; mercekvari plaka ayn r radyuslu bir kre ile evrelenmitir. ekil deiimi eitli paralel izgilerin krlmasyla ile gsterilmitir. Plakay evreleyen kresel blge iinde youn bir ekil deiiminin stenit faz iine doru balad aktr. stenit blgesindeki birim hacmdaki ekil deiimi, Es yaklak olarak aadaki gibi verilir: Burada G: stenitin kayma modl, C: plaka kalnl ve |: ekil 4.21de tanmlanan kayma asdr.22 2sr 2C GE|=90 ekil 4.21. Mercek biimindeki martenzit plakas evresinde gerinme 91 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) Plaka kalnlatka (C bydke) evresel stenit kafesinde ilave ekil deiiminin balamas gerektii aktr. Sonu olarak artan bu ekil deiimi stenitte akma gerilmesinin almasna neden olur. Yeterli plastik akma olutuunda stenit ve martenzit arasndaki zel arayzey dzeni tahrip olur ve byme durur. lave byme ar zorlaacaktr ve sistem iin yeni plakalarn ekirdeklenmesi, eski plakalarn bymesine msade etmekten daha kolaydr. A-tipi martenzitlerde kayma ekil deiimi ve ar souma, TE-Ms byktr, bylece srekli byme mekanizmasnn sonunun devreye girdii dnlr.92 TERMOELASTK MARTENZTLER (devam) Bununla birlikte B-tipi martenzitlerde daha kk kayma ve daha kk ar souma vardr. Bu durumlarda, reaksiyonu srdrmek iin mevcut serbest enerji, AGMstenit faznda retilen ekil deiimi enerjisi ile dengelendirildiinde byme durur. Plastik akma olumaz ve elastik ekil deiimi enerjisi ile martenzit faznn daha dk serbest enerji durumu sonucu kullanlabilecek serbest enerji arasnda bir dengeye ulalr. Bu nedenle bu martenzit termoelastik olarak adlandrlr ve B tipi martenzitler de bu yzden sklkla termoelastiktir. Scaklk drldnde, martenzit oluumu iin daha fazla serbest enerji kullanma hazr olur ve yeni bir denge iin yeterli ekil deiimi enerjisi retilene kadar plakalar byr.93 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Tersinirlik (Reversibilite) Martenzitik dnmlerin olduka etkileyici zelliklerinden biri de birok durumda tersinir olmas gereidir. Bu durum ok iyi bir ekilde Ti- ktle-%55 Ni alamlarnda (hafzal alamlar) yaklak 60oC civarnda oluan martenzitik dnmde gzlenir. lk olarak bu malzemenin dz telleri yksek scaklk faznda hazrlanr. Teller bundan sonra oda scaklna soutulur ve bir sarmala sarlr. Bu teller tekrar yksek scaklk fazna geriye stldnda (rnein kaynakta kullanlan bir el toru ile) teller kendiliinden sargl konumunu bozarak derhal kendi orijinal ekilleri olan dz hale gelir. 94 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Tersinirlik (devam) Ayn arpc etki, Au-ktle-%47.5 Cd alam bir ince ubuk ile gsterilmitir. Bir destekten dar uzanan dz ubuk yksek scaklk faz retmek iin stlr. Dar kan serbest uca kk bir arlk aslr ve ubuk dnm scaklnn altna souduunda bu arlk altnda kuvvetli bir ekilde eilir. Eer ubuk imdi yksek scaklk fazna tekrar stlrsa hzla geriye doru (yani balang konumundaki dz duruma) dnerek kendisi ile beraber arl da kaldracaktr. Burada martenzitik reaksiyon ve deformasyon ikizlenmesi ile ilikili karakteristik klik sesi iitilir. Plastik deformasyon sonras tersinirlik sadece bu iki alamda rneklenmitir; burada plastik deformasyon dk scaklk martenzit faznda gerekletirilmitir. Tersinirliin bu arpc gsterimi sadece ikizlenmi altyapya sahip termoelastik martenzitlere zgdr.95 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Tersinirlik (devam) Dier martenzitlerle yaplan deneyler, stma sonras martenzit plakalarnn kaybolarak ana fazn orijinal tane yapsn verdiini gsterir. Soutma sonras martenzit plakalarnn pozisyonu ve oluum dzeni hemen hemen kesin olarak martenzitin ilk olutuu zamanki ile ayn olduunu gstermitir. Bu sonular, martenzit oluumu iin grev yapan ayn ekirdein, alamn stenitten martenzite her evrime uradnda devreye girdiinin bir kant olduu eklinde yorumlanr. Bu aklama u gerekle desteklenir: eer alam, dnm scaklnn epey stnde yksek scaklklarda tavlanrsa tersinirlik ihmal edilebilir. Ti-Ni ve Au-Cd un stma sonras kendi orijinal ekillerine dnmesinin nedeni stenit startta devreye giren ekirdein orijinal ynlenmelerini korumas ve orijinal yksek scaklk kristal yapsnn elde edilmesidir. Tersinirlik elikte gzlenmemitir, nk martenzitik faz termodinamik olarak kararszdr ve tersinir reaksiyon balamadan nce bununla rekabet eden dier reaksiyonlar geliir. 96 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Stabilizasyon Bir stenit faznn Msn alt, fakat Mfin st olana kadar herhangi bir scakla soutulduunu ve ilgili numunenin bir At zaman aral iin bu scaklkta tutulduunu farz edelim (ekil 4.22). Scakln drlmesi srdrlrse ilave martenzitin oluumu, scaklk belirli bir AT miktar drlne kadar olumaz ve hatta ok dk scaklklarda srekli soumada oluabilecek kadar ok dnm elde edilmez. Ayn olay stenit oluumu iin tersinir reaksiyon srasnda da oluur (ekil 4.22) ve bu olay stabilizasyon olarak adlandrlr97 ekil 4.22. Dnm erisi zerinde stabilizasyon etkisinin sonucu 98 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Stabilizasyon (devam) Stabilizasyon etkisi hem demir ve hem de demir d alam martenzitlerinde gzlenmitir. Teoriler, stabilizasyon etkisini, At srecinde tutma srasnda arayer atomlarnn g etmesi ile retilen baz kilitleme mekanizmalarna balar. Mfscakl oda scakl altnda olan eliklerin temperleme ncesi artk stenit miktarn azaltmak iin, oda scaklna su verme sonrasnda elii sfr altna soutmak gereklidir. Bu gibi durumlarda su verme ve sfr alt soutma arasndaki srecin uzun tutulmas stabilizasyon retebilir, bu dasfr alt soutma ile ortadan kaldrlan artk stenit miktarn snrlayacaktr. Bu etki ekil 4.23n incelenmesinden grlebildii gibi belirli takm eliklerinde nemlidir.99 ekil 4.23. W1 tipi bir takm eliinde stabilizasyon etkisi 100 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Plastik Deformasyonun Etkisi Eer stenit ilk olarak Ms ve Mf arasndaki bir scakla soutulur ve plastik deformasyon bu scaklkta gerekletirilirse, martenzit miktar deformasyonla arttrlr. Eer stenit Ms in zerinde, fakat Md olarak adlandrlan bir scakln altndaki bir scakla soutulursa, plastik deformasyon martenzit oluumuna neden olacaktr. Md, plastik deformasyonun martenzit oluumuna neden olaca Ms in zerinde en yksek scaklktr. Ad scakl ise plastik deformasyonun stenit oluumuna neden olaca As in altnda en dk scaklk olarak tanmlanr.101 ekil 4.24. Baz Fe-Ni alamlarnda Ms, Md, As ve Ad scaklklar DengeScakl Kk kayma martenzitlerinde (B tipi) Md ve Ad nin gerekte eitolduu sklkla bulunmutur.102 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Plastik Deformasyonun Etkisi (devam) Md scaklnn altndaki scaklklarda martenzit faznn serbest enerjisi stenit faznnkinden daha dktr. Martenzit faznn ekirdeklenmesi, martenzit faz plakasnn oluumu srasnda meydana gelen byk ekil deiiklii ile ilgili gerinme enerjisi nedeniyle engellenir. Deformasyonu reten uygulanan gerilme ekil deiiminden kaynaklanan ekirdeklenme engelini bir yolla azaltrve bylece deformasyonun yokluunda oluabilecek olandan daha dk bir itici gte martenzit oluumuna izin verir. Her bir martenzit plakasnn oluumu ile ilgili belirli bir kayma ekil deiimi ve ekme ekil deiimi varolduu iin uygulanan gerilme ile retilen plastik deformasyonun, metaldeki ekil deiiminin mekanik olarak desteklenecei ve bu yzden ekirdeklenme bariyerinin azaltld metal iinde- bir ok blgelerin retilmesi olduka makul grnmektedir.103 MARTENZTK DNMLERN LAVE KARAKTERSTKLER Plastik Deformasyonun Etkisi (devam) Eer plastik deformasyon Md scakl stnde yaplrsa, souma sonras Msde llen bir etki retilir. Eer kk bir deformasyon uygulanrsa, tahminen ekirdeklenmeyi destekleyen hatalara bal olarak Msin ykseldii bulunabilir. Mdnin zerinde iddetli deformasyon genellikle Msi azaltr; bu etki mekaniksel stabilizasyon olarak bilinir. Bu etkinin souk sertleme (pekleme) ye bal olarak stenit faz iine plakann ilerlemesinin zorluundaki bir arttan sonuland dnlr. Eer basit olarak bir stenit fazna bir elastik gerilme uygulanrsa, Ms scaklnda bir etki gzlenir, ancak bu etki genellikle yukarda aklanan plastik deformasyonla retilenden daha kktr. Uygulanan gerilme alan veri bir martenzit plakann ekil deiimine ya destek ya da engel olacaktr.104 MARTENZTN EKRDEKLENMES ekirdeklemenin klasik teorisi martenzit oluumu iin uygulanamaz (AG* ar byk). rnein ekirdekleri, r radyuslu ve yar kalnl c olan bir yayvan kre olarak alalm. Buna gre bir ekirdein oluumunda serbest enerji deiimi aadaki gibi yazlabilir: AG = 4/3tr2cAGB + 4/3trc2A + 2tr2 (A=ekil deiim faktr)BGcA= 2*2) (4*BGArA=43 2) ( 332*BGAGA= A t105 MARTENZTN EKRDEKLENMES (devam) Martenzit ekirdeklemesinin bir teorisine alternatif yaklamlar, genellikle stenit iindealtkritik bir ekirdek dalmnn varolduunu kabul eder; klasik ekirdekleme koullarnda olduu gibi, bunlar termal olarak aktive edilmi bir proses ile olumak zorunda deillerdir. Bu altkritik ekirdeklerin genellikle bir tr kristal hatas olduu dnlr. rnein YMK kafeste bir dizilim hatas, dizilim srasn ..ABCABABABC olarak deitirir. Bu hatann en yakn blgesinde dizilim ABAB olmutur; bu da SPH metallerde de oluan ayn dizilim srasdr. Bu nedenle YMK ve SPH kristaller arasndaki martenzitik dnmler iin -Co da olduu gibi- ksmi dislokasyonlarn oluumuyla kolaylkla retilebilen bir dizilim hatas martenzit dnm iin bir ekirdek rol oynayabilecektir. Dier durumlarda belirli dislokasyon dzenleri, altkritik ekirdekler olarak hizmet verir.106 MARTENZTN EKRDEKLENMES (devam) Atermal martenzitlerin oluumu ; Altkritik ekirdek dalm vardr. Msde en byk (veya en hareketli) ekirdek kritikleir ve byr. Scaklk drldnde daha kk (veya daha az hareketli) ekirdek daha yksek itici gce bal olarak kritikleir ve byr. Ms ve aasndaki scaklklarda tutma, yeni ekirdek oluumuna msade etmez. 107 MARTENZTN EKRDEKLENMES (devam) zotermal martenzitlerin oluumu ; Altkritik ekirdek dalm vardr. Ms ve aasndaki scaklklarda bu ekirdeklerin bazlar kritikleir ve byr. Ms ve aasndaki scaklklarda tutma, baz bilinmeyen termal aktive edilmi prosesler yardm ile ilave kritik ekirdek oluumuna neden olur. 108 MASF DNMLERLE KARILATIRMA Martenzitik deiimlerin temel zelliklerinden biri martenzit reaksiyonunun kolay byme mekanizmasnn varolmas nedeniyle olumasdr; burada yeni faz oluturacak atomsal difuzyona gereksinme duyulmaz. Bu nedenle stenit-martenzit arayzeyindeki dislokasyon dzeninin doasn anlamak, martenzitik reaksiyonlar anlamann ok nemli bir parasdr; nk iki zel kristal yaps arasnda martenzitik dnmn oluabilmesi iin bu iki kristal arasnda bir tr zel dzen varolmaldr. Arayzey yaps ve ilgili hzl byme mekanizmas hemen hemen tm martenzitler iin benzerdir.109 MASF DNMLERLE KARILATIRMA (devam) Bir alama, bir kat hal faz dnm zerinden dk bir scakla ok hzla su verildiinde dk scaklk denge faznn veya herhangi metastabil dk scaklk faznn oluumunun tamamen engellenmesi ounlukla mmkndr. Ancak bir dk scaklk faznn martenzitik olarak olumas durumunda, bu oluumu mmkn en yksek su verme hzlarnda bile durdurmak mmkn deildir. Bazen bir dk scaklk faznn hzl su verme srasnda oluabildii bulunmutur; bu dnmler masif dnmler olarak adlandrlr, nk yeni faz bir topaks morfoloji oluturur. Bu morfoloji ou hzl byme dnmlerinin plaka veya inemsi morfolojisine keskin bir kontrasttadr.110 MASF DNMLERLE KARILATIRMA (devam) Masif dnmlerin temel zellikleri : Ana ve rn fazlar ayn kompozisyona sahiptir (difuzyonsuz dnm). Byme oran hzldr, ancak martenzitik durumdaki kadar hzl deildir. Martenzitlerde olduu gibi serbest yzey zerinde ekil deiimi grlmez. Ana faz-rn faz arayzeyi inkoherent bir snrdr. 111 MASF DNMLERLE KARILATIRMA (devam) Bu nedenle masif dnmler martenzitik dnme benzer bir davran gsterir; burada yeni faz herhangi kompozisyon deiimi olmakszn hzla oluur. Bununla birlikte martenzitik durumun hzl byme mekanizmas mevcut deildir ve basite byk bir itici kuvvete bal olarak bir yksek a snrnn ok hzl g vardr. Bu itici kuvvet, ASf. AT genellikle martenzitik dnmler iin olandan dktr ve baz sistemlerde martenzitik dnm daha yksek ar soumalarda oluurken, bir masif dnm dk ar soumada oluur. Bu gibi bir durum dk karbonlu eliklerde grlr (ekil 3.4). 112 ekil 3.4. Fe-C alamlarnn scaklk-kompozisyon blgeleri; uzun reaksiyon zamanlarnda elde edilen eitli kelti ekilleri. M: masif ferrit, W: Widmannsttten ferrit, GBA: tane snr ferrit. 113 MASF DNMLERLE KARILATIRMA (devam) zet olarak, eer bir alama bir kat-hal faz dnm zerinden iddetle su verildiinde birka olaslk oluur: Yksek scaklk faz su verme scaklnda artk bir metastabil faz olarak kalabilir (buna kalnt faz da denir). Metastabil bir fazn kk partiklleri, ya spinoidal ayrma yada homojen ekirdeklenme ile oluabilir. Widmannsttten plakalar veya beynit gibi hzl byyen bir kelti faz oluabilir. Masif dnmle bir dk scaklk faz retilebilir. 114 BEYNT stenitik bir elie tektoid scakln hemen altndaki bir scaklkta su verildiinde tanelerin iinde karakteristik lamelli perlitik yap elde edilir. Karbon kompozisyonuna bal olarak ya ferrit ya da sementitin tane snrlarnda eeksenli taneler veya Widmannsttten plakalar olarak byd grlr. Su verme scakl drldnde, (ekil 3.4), perlit ara mesafesi incelir Widmannsttten plakalar da incelerek sonunda grnmez olur. Perlitin basite su verme scaklnn drlmesiyle (su verme scakl Msa kadar ulaana kadar) giderek incelmesi beklenir. Ms scaklnda stenit martenzite dnr. Msin hemen stndeki su verme scaklklarnda ince perlitten tamamen farkl bir mikroyap oluur; bu mikroyapya bainit/beynit (almancada ara kademe yaps da denir) ad verilir.115 BEYNT (devam) Bainit, genellikle metalografide birbirine son derece yakn olarak byyen ve bir tye benzer bir grnme sahip ok ince plakavari projeksiyonlar grubu olarak gsterilir. Bu tyms mikroyap Davenport ve Bain tarafndan 1930 da bulunmu ve E.C. Baini onurlandrmak iin bainit olarak adlandrlmtr. Benzer yaplar ayrca belirli demir d alam mikroyaplarnda da gzlenmitir. Bu tip bir mikroyap oluumuna genelde bainitik dnm ad verilir. Beynitik dnm zellikle karmak bir reaksiyondur, nk hem martenzitik reaksiyonlarn ve hem de difuzyon kontroll ekirdekleme ve byme reaksiyonlarnn ortak zelliklerini ierir.116 BEYNT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler Beynit, ferrit ve demir karbrden oluan iki fazl bir mikroyapya sahiptir. Su verme scakl ve kompozisyona bal olarak beynitin morfolojisinde ve karbrn tipinde (Fe3C veya c karbr, ~ Fe2.5C) bir deiim grlr. Morfolojide olduka belirgin bir deiim, yksek ve dk su verme scaklklar arasnda oluur (ekil 4.25). Bu iki morfoloji st beynit (yksek su verme scakl) veya alt beynit (dk su verme scakl) olarak isimlendirilir. Bir dizi elik iin karbon ierii ile gei scaklnn deiimi Pickering tarafndan verilmi ve ekil 4.26 da gsterilmitir. Her iki oluumun da mevcut olduu kk bir scaklk dalm vardr ve buradaki gei scakl alt beynitin gzlendii en yksek scaklktr. 117 ekil 4.25. AISI 4340 elii, 843C de stenitletirilmi,T scaklnda 6 dakika beklendikten sonra buzlu tuzlu suda su verilmitir; nital ile dalanm. a) Martenzitik matrikste st beynit, 2200x, SEM (T= 468 C) b) Martenzitik matrikste alt beynit, 2300x, SEM (T= 300 C) 118 ekil 4.26. Karbon miktarnn st beynitten alt beynite gei scaklna etkisi 119 BEYNT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler st Beynit st beynitin d ekli gayet dzensizdir ve bu yzden tek bir yzeyin incelenmesiyle belirlenmesi zordur. ki yzey analizi, st beynitin d morfolojisinin bir lata veya ine benzeri ekile sahip olduunu gstermitir; bu ekillerde bir boyut (boy) dier iki boyuttan (en ve genilik) daha uzundur. ekil 4.25adaki st beynit, hzl su verme ile retilmi bir martenzitik matrikste bulunmaktadr. Beynit iindeki beyaz partikller Fe3C dir.120 BEYNT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler st Beynit (devam) TEM almalar, st beynitin i yapsnn uzun eksene (lata eksenine) paralel uzanan ferrit latalar ile ncelikle lata snrlarnda kelmi karbr partikllerinden olutuunu gsterir. Bu nedenle st beynitin d morfolojisi latadr veya inemsi ekillidir ve isel olarak uzun eksene paralel uzanan ferrit latalar ile lata snrlarnda kelmi Fe3C partikllerinin birbileimidir. Bu ferrit latalar, yksek dislokasyon younluuna sahip altlatalara blnebilir. Ferrit latalar arasnda bazen artk stenit de mevcut olabilir. Su verme scaklnn drlmesinin st beynit morfolojisine etkisi, latalarn daha ince olmasna ve birbirlerine daha bitiik olmasna yolaar; bylece latalar arasnda karbr partikllerinin daha dk aramesafeli olarak retilmesine neden olur. tektoid st eliklerde beynitin nc faz ferritten ziyade sementit olabilir ve bu yaplar bazen invers (ters) beynit olarak adlandrlr.121 BEYNT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler Alt Beynit Alt beynitte (ekil 4.25b) ferrit, latalardan ziyade plakalar eklinde oluur ve karbrler ferrit plakalarnn yan duvarlarnda kelir. Karbr keltileri ok ince boyutludur ve bunlar sklkla ubuk veya jilet (ince plaka) ekline sahiptir. Karbr ubuk ve plakalar birbirlerine ok veya az paralel olarak dzenlenmitir ve ferrit plakasnn byme ekseni ile 55o ve 65o arasnda bir a yaparlar. Plakalarn, kendilerini kk al tane snrlar ile ayran farkl altplakalarn bileimi olduu bulunmutur. Altplakalar yksek bir dislokasyon younluuna sahiptir. elikte silisyum bir alam elementi olarak bulunduunda alt beynit iindeki demir karbrn c karbr olduu saptanmtr; bunun dnda karbr, sementit ve c karbrn bir karm veya tamamen sementit olabilir.122 BEYNT Temel Karakteristikler :ii) Kristalografi st ve alt beynitin ana karakteristiklerinden biri, belirli bir yzey rlyefi gstermeleridir; bu topografinin grnmmartenzit plakalarnda ve deformasyon ikizlerinde gsterilene benzer. Alt beynitin her bir plakada tek bir niform yzey rlyefi gsterdii bulunmutur. st beynitte her bir lata oklu bir yzey rlyefi gsterir. Bainitin ferrit komponenti, stenite gre belirli bir kristalografik oryantasyonla oluur. Martenzit temperlendiinde ilk olaylardan biri martenzit plakalar iinde c karbr keltisinin oluumudur. Alt beynit temperlenmi martenzite benzer bir grnme sahiptir. Alt beynitte bulunan karbrler, beynit plakalarnn byme ynne spesifik bir ada oluur (ferrit ve karbr plakalar arasnda spesifik bir epitaksiyel bant). Alt bainitteki karbrler, ferritten kelme ile oluur. Ayrca st beynitin karbr ve ana faz stenit arasnda bir epitaksiyel bant iin kant bulunmaktadr. 123 BEYNT Temel Karakteristikler :iii) Kinetik Beynit dnm, bir T-T-T diyagramnda kendi C erisini takip eder. Yaln karbonlu eliklerde perlit reaksiyon erisinin alt taraf ile beynit reaksiyon erisinin st taraf arasnda arasnda nemli bir st ste akma bulunur (ekil 4.27a). Belirli alam elementlerinin ilavesi ile perlit oluum hz drlr, ancak beynit oluum hznda etki dktr. Bu durumlarda ekil 4.27bde gsterildii gibi perlit ve beynit C erilerinin st ste akma olasl azdr. 124 ekil 4.27. Yaln karbonlu (a) ve yksek alaml (b) elikler iin TTT erileri 125 BEYNT Temel Karakteristikler :iii) Kinetik (devam) Beynit iin hacmsal miktar dnm erileri ekirdekleme ve byme dnmlerinin karakteristiklerini gsterir, ancak baz hususlar martenzitik dnmlere benzer. Alaml eliklerde stenite -beynit reaksiyonu balamadan nce- spesifik bir scakln altnda su verilmelidir; bu scaklk Bs (bainit start) scakl olarak adlandrlr (ekil 4.27b). Bs scaklnn hemen altndaki scaklklarda stenitin beynite tamamen dnm uzun sre sonrasnda dahi mmkn deildir. Bf gibi stenitten beynite tamame dnmn mmkn olduu daha dk bir scaklk vardr. Bu Bf scakl Ms scaklnn stnde veya aasnda olabilir, ancak Ms scaklnn altnda martenzit oluumunun balamas nedeniyle-tamamen beynitik bir elik elde edilemez. Martenzitin Ms ve Mfscaklklarna benzer olarak alaml eliklerde beynit dnmleri Bs ve Bf scaklklar gsterir.126 BEYNT Temel Karakteristikler :iii) Kinetik (devam) Beynitik dnmn varl, birok alaml eliin T-T-T erilerinin allmam karmak bir ekil almasna neden olur. ekil 4.27ada gsterildii gibi perlit ve beynit erileri birbirine karmadka klasik C ekli elde edilmez. Bir rnek olarak AISI 4340 elii gibi popler bir alaml eliin T-T-T erileri ekil 4.28de verilmitir. Ms scaklnda eriler son bulur; bunun ak nedeni Ms scaklnn altnda kontroln martenzit reaksiyonu ile yaplmasndandr.127 ekil 4.28. AISI 4340 elii iin TTT erisi (0.42 C, 0.78 Mn, 1.79 Ni, 0.80 Cr ve 0.33 Mo, 800C de stenitletirilmi, ASTM tane boyutu 7-8) 128 BEYNT Temel Karakteristikler :iv) Reaksiyon Mekanizmas Beynit ile retilmi yzey rlyefi kullanarak yksek scaklk mikroskobu ile plaka ve latalarn oluum hz belirlenebilir. Beynit plakalarnn gzlenen yanal byme hzlar martenzit byme hzlarndan ok daha kktr. ekil 4.29adaki gibi bir model kullanarak byme hz analiz edilebilir. Burada bymenin, bainit ucundan stenit ana fazna yaynan karbon atomlarnn hareketi (difuzyonu) ile kontrol edildii farz edilir. Beynitik reaksiyon yeterince dk scaklklarda ve yksek hzlarda oluur; bu nedenle yeralan atomlarn difuzif hareketinin olayn kinetiinde rol oynad gzlenmez. Beynitik reaksiyonun bir kayma dnm olduuna bir sre inanlmtr (varolan yzey rlyef kant nedeniyle); burada byme hz, karbonun stenit iine difuzyonu ile kontrol edilir.129 ekil 4.29. Beynit bymesi iin modeller130 BEYNT Temel Karakteristikler :iv) Reaksiyon Mekanizmas (devam) Bainitteki ferritinin altlatalar veya altplakalardan olutuunu gsteren elektron mikroskobu almalar, alternatif bir byme mekanizmas nermitir; burada tek bir arayzeyin srekli bymesi gerekmez. Bu grte herbir alt plaka kendi u konfigrasyonu ile stenit iine ilerler. Bu model ekil 4.29bde gsterilmitir. Burada her bir altplaka, bitiik altplaka stnde bir knt olarak oluur. Kalnlama, ilave alt plakalarn ekirdeklenmesi ve dik bymesi ile oluur. Termiyonik emisyon mikroskobunda, Fe-0.66C-3.3Cr alamnda st beynit plakalarnn bymesinin direkt gzlemi bu modeli dorular.