Fiziksel Metalurji Sunu 2

8/11/2019 Fiziksel Metalurji Sunu 2

http://slidepdf.com/reader/full/fiziksel-metalurji-sunu-2 1/131



2

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER :

Katı hal (katı-katı) faz dönüşümleri genellikleçekirdekleşme ve büyüme dönüşümleri ile ilişkilidir.Bu durumlarda oluşan hacimsel dönüşüm hızı genellikleAvrami tipi bir kinetik denklem ile tanımlanır.

Bunun yanı sıra katı-hal faz dönüşümlerinin çok önemliikinci bir sınıfı da bulunur; bu martenzitik dönüşüm olarak adlandırılır.

Martenzitik dönüşümler Avrami tipi kinetik ilişkiye göregerçekleşmez ve sonuç olarak bu dönüşümlerçekirdeklenme ve büyüme dönüşümleri şeklinde

sınıflandırılamazlar. Bununla birlikte fiziksel olarak martenzitik dönüşümde

bir çekirdeklenme aşaması ve bir büyüme aşamasıvardır; fakat büyüme hızı o kadar büyüktür ki hacimseldönüşüm hızı hemen hemen tamamençekirdeklenme aşaması ile kontrol edilir.



3

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER (devamı):

Eğer bir çelik bölgesi içine kadar ısıtılıphomojenleştirmeden sonra yeterli yüksek bir hızda suverilirse bir martenzitik dönüşüm oluşur.

Karbon içeriği kütle-% 0.6 karbondan daha yüksek

karbonlu çeliklerde, YMK östenit kararsız HMT bir fazadönüşür.

Bu faz östenit içinde plakalar halinde çok büyük hızdabüyür; öyleki, plakanın büyümesi, çekirdeklenmesonunda 0.0001 saniyeden daha az bir süre içindeoluşur.

Çelikteki bu HMT fazına, ilk olarak 1895 de FlorisOsmond tarafından meşhur Alman metalograf AdolfMartens adına ithaf sonucu martenzit denilmiştir.



4

Çelik martenzitinde

olduğu gibi bu gibi süper

yüksek büyüme hızlarına

sahip yeni fazın oluşumubir kaç alaşımda ve bazı

saf metallerde de

gözlenir (Tablo 4.1).



5


Çelikte martenzit fazı kararsız olduğu için bu fazsadece süper yüksek hızlı soğuma ile oluşur. Bunaek olarak düşük sıcaklık tavlaması ile martenzit, birçekirdekleşme ve büyüme reaksiyonu ile ferrit vesementite ayrışır.

Ancak bir çok martenzitik dönüşümünde düşüksıcaklık fazı, kararsız faz olmaktan ziyade birdenge fazıdır, çok düşük soğuma hızlarında bileoluşur. (Örnek:Au-Cd ve In-Tl). Bu sistemlerdekidönüşümler doğal olarak martenzitik oluşur ve bunedenle çelikte olduğu gibi hızlı su vererek dönüşümünbu hızlı büyüme şeklini sağlama gereksinimi yoktur.

Demir dışı martenzitlerde de yüksek sıcaklıkfazının östenit ve düşük sıcaklık fazının martenzitolarak adlandırılması sıkça görülür.



6

Martenzit reaksiyonların en önemli tarafı, martenzitfazı ile ana faz arasında hızlı bir büyümemekanizmasının işletilmesine izin veren özelkristalografik bir ilişkiyi içermesidir.

Martenzitik dönüşümün kristalografisideformasyon ikizlenmesini içeren kristalografiile çok benzerdir.

İkizlenme durumunu anlamak daha kolay olduğu içinikizlenme öncelikle incelenecektir.




7

İKİZLENME :

Bir YMK metalde dizilim sıralamasının basitçedeğiştirilmesi koherent bir ikiz sınırı ilesonuçlanır.

İkiz tane sınırları çok düşük enerjiye sahiptir. Bu

bölümde bütün ikiz sınırlarının koherent oldukları farzedilecektir.



9

İKİZLENME (devamı) :

İkizler bir kristalde ya deformasyon sırasında ya dakristal büyümesi sırasında oluşur ve buna bağlı olarakikizler, genellikle deformasyon ikizleri ve büyüme

ikizleri olarak sınıflandırılır. Büyüme ikizleri ister buhardan, ister sıvıdan ve isterse

katıdan büyüsün bir kristal içinde oluşabilir. Rekristalizasyon sırasında büyüme ikizlerinin oluşması

YMK metaller için gayet yaygındır ve bu ikizlerçoğunlukla tavlama ikizleri olarak adlandırılır.

Ergiyikten katılaşan metallerde büyüme ikizlerininoluşumu yaygın değildir; bununla birlikte bazı metalikdendritler büyüme eksenleri boyunca bir ikize sahiptir.

Ayrıca dökme demirde grafit ve Al-Si ötektikalaşımlarında silisyum birçok büyüme ikizleri içerir.



10


Burada sadece deformasyon ikizlenmesi ileilgileneceğiz; büyüme ikizlerinden sadece ikizlerinbirbirinden farklı iki ayrı mekanizma ile oluştuğunuaçıklamak için bahsedildi.

Plastik deformasyon konusunda da bahsedildiği gibi

ikizlenme, metallerin plastik deformasyonu içinbir başka tür sunar. Metalik malzemelerde kayma genellikle ikizlenmeden

daha kolay oluştuğu için ikizlenme, yalnız kübikolmayan metallerin plastik deformasyonu içinönemli bir mekanizma olur. Kübik olmayan metallerdeçok az kayma sistemleri mevcuttur (örneğin SPHmetaller ve HMT Sn). Bununla birlikte HMK metallerdedeformasyon ikizlenmesi düşük sıcaklıklarda önemlikazanır. Deformasyon ikizlenmesi YMK metallerdenadirdir ve ancak çok düşük sıcaklıklarda bazızorluklarla yapılabilir.



11


Deformasyon ikizlenmesi prosesi şematik olarak Şekil4.1a’da gösterilmiştir.

Makroskopik bakışla uygulanan kayma gerilmesininşekilde gösterildiği gibi orijinal tek kristal matris içinde

bir kink çıkıntısı oluşumuna neden olduğu görülür. Orijinal matris ile ikiz matrisi arasındaki sınırlar ikiz

düzlemleri olarak adlandırılır. İkiz matris içindeatomik düzen, ikiz düzlemleri boyunca orijinal matrisiçinde atomik düzenin bir ayna görüntüsünü oluşturur.



12

Şekil 4.1. (a) Kayma gerilmesi ile ikiz oluşumu(b) Kayma deformasyonu



13


Kristalografinin tanımı için ikizlenme prosesinin esasınıteşkil eden temel iki özeliği vardır: Deformasyon saf kaymadır. Bu durum Şekil

4.1b’de gösterilmiştir; burada bütün hareketler,prosesi sağlayan kayma gerilmesine paralel oluşur.

İkiz dönüşümü kafes yapısını korumalıdır. Anakristalin yapısı birim hücre ile tanımlandığında, ikizkristalin birim hücresi de ana kristalinki ile aynıolmalıdır. Yegane farklılık Şekil 4.2 de gösterildiğigibi bazı dönmeler olacaktır.



14

Şekil 4.2. Birim kafesi açıklayan vektörlerineşdüzlemsel olmayan üçlüsünün rotasyonu



15

Problem iki parçaya bölünebilir; birincisi, dönüşümüzerinde invariant (değişmez) atomik düzenlerigösteren tüm düzlemleri belirlemek ve ikincisi,dönüşüm sonrası invariant ortak açılara sahip budüzlemlerde üç vektör saptamamızdır.

İkizlenme kayması öncesinde ve sonrasındaatomik düzeni aynı olan herhangi bir düzlemdistorsiyona uğramamış (bozunmamış) bir düzlemolarak adlandırılacaktır. Sonuç olarak bu üçeşdüzlemsel olmayan vektörlerin yukarıda belirttiğimizilk gereklilik doğrultusunda bu düzlemler içinde olmalıdır.

İkizlenmiş düzlemin bir kenar görünüşü Şekil 4.3’degösterilmiştir. Bu ikizlenmiş düzlem, şekilde verilen anamatriks ile ikiz matriksin arayüzeyidir. Bu düzlem hemana matrikse, hem de ikiz matrikse ait olduğu içinbozunmamış bir düzlem olması gerekir. Böyleceikizlenmeye dahil olmuş sadece iki tanebozunmamış düzlem olduğunu saptarız.




16


Bu yüzden ikizlenmenin, birim hücre vektörününboylarını ve ayrıca onların ortak açılarınıkoruyan saf bir kayma dönüşümü gibidüşünülebileceği açıktır.

Saf bir kayma dönüşümü için aşağıdaki üç

gereksinmeyi sağlayan üç eşdüzlemsel olmayanvektör bulunması gerekir: Bunların boylarını dönüşüm sonrası muhafaza

etmeleri gerekir. Bunların ortak açılarını dönüşüm sonrası muhafaza

etmeleri gerekir. Bunlar rasyonel olmaları, yani kafeste atom

merkezlerinden geçmeleri gerekir.



17

Şekil 4.3. İkiz matrikste bir yarım daire üzerineetkiyen ikiz gerilmesi

K1 ve K2 düzlemleri ► ikizlenmeye dahil olmuş 2 bozunmamış düzlem.



18

İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ :

YMK ikizini göz önüne alacağız. YMK ikizi, {111}düzlemlerinin dizilim sıralamasında ABCABC….. denACBACB…. tarzı bir değişime neden olur.

(111) düzlemlerinin bir kenar görüntüsü, O sembolü

ile gösterilmiş (110) izi üzerinde atomlar ile Şekil4.4’te gösterimiştir. İkizlenme düzlemi üzerindeki ikizmatriksinde atomların pozisyonu □ sembolleriyle ilegösterilir. İkiz matriksindeki atomları bağlayan kesikçizgili dörtgen, ikizlenme düzlemi üzerinden anamatrikste atomları bağlayan sürekli çizgi dörtgenin

bir ayna görüntüsü oluşturur; bu da böylece ikizilişkisini gösterir.



19

Şekil 4.4. YMK kristale ait (111) düzleminde kenargörünümü, (110) izi üzerindeki atomları göstermektedir.Orijinal atom yerleri o ile gösterilmiş olup ikizlenmekayması sonraki atom yerleri □ ile verilmiştir



20

İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ (devamı) :

Burada oluşan atom hareketinin doğası Şekil 4.4’nın solundaikizlenme kayması gözönüne alınarak gösterilmiştir.

İkizlenme düzlemi üzerindeki ilk (111) düzlemi üstünde atomlar, olant vektörü ile hareket eder, bu da atomların bu düzleminin gerekliB→C geçişine uğramalarına neden olur. İkizlenme düzlemi üzerindekiherbir başarılı geçiş yapan düzlem üstünde atomlar bir ilave vektör

ile ötelenir; bu durum Şekil 4.4’te oklarla ve kayma gerinmesidiyagramı ile gösterilmiştir. Bu öteleme ikinci düzlem üzerinde 2t,üçüncü düzlem üzerinde 3t dir ve bu tarz sürmeye devam eder.

Bu nedenle herbir atom kendi komşusuna göre relatif aynı tvektörü ile hareket eder. Tüm atomlar kendi komşularına görerelatif aynı vektör doğrultusunda hareket ettiği için buna ortaklaşahareket (cooperative motion) adı verilir.

İkizlenme düzleminden uzaklaştıkça ortaklaşa hareket toplayarakartar ve böylece toplam gerinme büyük olur. Örneğin, ikizlenmedüzlemi üzerindeki dört düzlemde toplam şekil değişimi 4t ileorantılıdır ve ikizlenme düzlemi üzerindeki n düzlemde nt ileorantılıdır. Bu nedenle oldukça büyük bir gerinme (şekildeğişimi), bir çok küçük fakat ortaklaşa atom hareketleri ileüretilir.



21


t vektörünün [112]a/6 olması oldukça enteresandır vebu Shockley kısmi dislokasyonunun Burgersvektörüdür.

Bu nedenle bu ikizlenmeler, Shockley kısmi

dislokasyonlarının kaymaya uğratılmasıylaüretilebilir. Bu mekanizma, ikizlenme düzlemiüzerindeki ilk düzlemde kaymak için bir dislokasyon,ikinci düzlemde iki dislokasyon, üçüncüde üç,dördüncüde dört vb. gerektirecektir.

İkizlenme düzleminden başlayarak kayabilendislokasyonlarının sayısında bu başarılı artışı üretmekiçin bir kutup mekanizması kabul edilir.



22


180o lik ilişkinin açıklanmasında ikiz matristeki atomlarıbağlayan kesik çizgili dörtgen [112] yönünde 180o döndürülür. Bu durumda bu dörtgen, ana matrisin sürekliçizgi dörtgeni ile çakışacaktır.

Aynı şekilde kesik çizgili dörtgenin 3 numaralı atomda

ikizlenme düzlemine dik bir eksen çevresinde 180o

döndürülmesi, etiketli ikizlenmedeki atom yerlerinin Oetiketli ana atom yerleri üstüne direkt olarak düşmesineneden olur.

Bu operasyon ikiz ve ana matriksler arasındaki 180o likdönme bağıntısını gösterir. İkizlenmenin neden olduğuatom hareketlerinin bütün orijinal kafesi 180o döndürmediği

göz önünde tutulmalıdır. İkizlenmedeki küçük ortaklaşa atom hareketleri, yeni

bir kafes yönlenmesi üretir; bu yeni oryantasyonorijinal ana kafesin 180o lik dönmüş haline benzer.



23

İKİZ OLUŞUMU :

Bir metal üzerine uygulanan gerilme, metali deformasyonikizlenmesine uğrayacak şekilde artırılırsa, ikizlenmeninbaşlayacağı bir gerilme seviyesine ulaşılır.

İkiz plakaları tane içinde ayrı ayrı taneler için çekirdeklenir veŞekil 4.5a’da gösterildiği gibi bir görünüm veren taneler içindeboydan boya hızla yayılır.

İkiz plakalarının düz kenarları, ikizlenme düzlemi, K1 eparaleldir. İkizler yoğun olarak K1 düzlemine paralel yönlerde,daha küçük bir büyümeyle ise K1 düzlemine dik yönlerde büyür vebu süreç içinde plaka morfolojilerini üretir.

İkiz plakalarının başı çeken köşesi çok ince bir noktaya incelir.Böylelikle bu uç bölgesinde ikiz-ana malzeme arayüzeyi her yerdeK1 düzlemine paralel olamaz. Bu nedenle bu yörelerde ikiz sınırları,mevcut bir kaç uyumsuzluk (mismatch) dislokasyonuyla kısmenkoherent olmalıdır.

Genelde ikiz plakalarının ucunun tavlama sonrası karevari olmasıgözlenir. ikiz-ana matriks arayüzeyi, körelmiş bir son oluşturaraktekrar koherent bir ikiz sınırı olur.



24

Şekil 4.5. İkizlenmiş plakaların oluşumu (a) taneiçinde (b) serbest yüzeyi kesen



25

İKİZ OLUŞUMU (devamı) :

İkiz plakası K1 e dik yönlerde kalınlaştığında -ikiz-matrisarayüzeyinde koheranslığın muhafaza edilmesi koşulunda-ana matriste hatırı sayılır bir şekil değişimi gerekir; bu daaçık olarak Şekil 4.4’teki kayma gerinmesi diyagramındangörülür.

Bu konum belki de Şekil 4.5b’de verildiği gibi serbestyüzeyli bir deformasyon ikizinin kesit alanınıngözlemlenmesi ile en iyi şekilde gösterilebilir.

İkizdeki serbest yüzey, onun orijinal oryantasyonuna biraçıda yığılmış olur ve komşu ana matriks, ikiz-ana matrikskoheransının muhafaza edilmesi için şiddetli şekildeğiştirir. Gösterildiği gibi yüzeyde şekil değiştirmiş ana

matriks bölgesi bir intibak kink’i olarak adlandırılır. Metal sistemlerde hemen hemen daima ana matrikstekişekil değişiminin akma gerilmesinin aşılmasına nedenolduğu ve bu yüzden bu bölgelerde bir plastik akmanınoluştuğu bulunmuştur.



26

İKİZ OLUŞUMU (devamı) :

İnce bir kadmiyum metal çubuk büküldüğündedışarıdan farklı bir çıtırtı sesi işitilecektir. Bu seskadmiyumda oluşan deformasyon ikizlenmesi ileüretilir.

İkiz plakalarının büyüme hızının çok yüksekolması nedeniyle ses dalgaları üretilir. İkizplakalarının büyüme hızının bu gibi durumlarda seshızına yaklaştığına inanılır.



27

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİNKRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel :

Bu bölümde genellikle martenzitik dönüşümlerdegözlenen ve kristalografiyi anlama açısından çokönemli olan dört deneysel karakteristiği tartışacağız.

Çoğu zaman martenzit fazının ana matriks içinde farklı

bir plaka morfolojisi ile göründüğü bulunmuştur.Deformasyon ikizlenmesindeki gibi bu plakalar,serbest bir yüzeyle kesiştiğinde şematik olarak Şekil4.6’da gösterilen karakteristik bir yüzey rölyeftipini üretirler.

Bu yüzey rölyefi ani bir şekil değişiminden

sonuçlanır. Bu şekil değişiminin etüdünün dahageleneksel bir yolu, dönüşüm öncesi yüzeyin inceçiziklerle bezenmesidir. Dönüşümü takiben buçiziklerin dikkatlice incelenmesi sonucu martenzitikdönüşümlerde oluşan şekil değişiminin doğasıhakkında yoğun bilgi sahibi olunabilir.



28

Şekil 4.6. Martenzit plakasının oluşumuyla yüzeyderölyef üretimi



29

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİNKRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :

Şekil 4.7a genellikle dönüşümü takiben bulunmuşsonucun tipini gösterir. Plaka boyunca ana kafesinbir yer değişimi vardır. Gözlenmeyen iki önemli şeyŞekil 4.7’de ayrıca gösterilmiştir. Birincisi, Şekil4.7b’de gösterildiği gibi martenzit-ana matriks

arayüzeyindeki çizikte dönüşüm sonrası birsüreksizlik vardır, ancak bu durum gözlenmemiştir.Bu gözlem 1000x civarındaki büyütme sınırına kadarışık mikroskobu ile doğrulanır. Makroskobik boyutolarak (atomik boyutlarla kıyasla) adlandıracağımızbu konumda martenzit-ana matriks arayüzeyinin

koherent kaldığı sonucunu çıkarırız; böylece ilkönemli karakteristiği elde ederiz: Makroskobik boyutta habit düzlemi bir invariant

(değişmez) düzlemdir veya alternatif olarak bir sıfır -distorsiyon ve sıfır -dönme düzlemidir(ikizlenmedeki K1 düzlemi gibi).



30

Şekil 4.7. Olası iz distorsiyonu (a) görülen sonuçlar(b) arayüzeyde uyum kaybı (c) matrikste elastikdistorsiyon



31


İkincisi, Şekil 4.7c’de gösterildiği gibi martenzitplakalarında çiziklerin dönüşüm sonrası lineer olmadığıgözlenmemiştir.

Bu durum tüm farklı çizikler ve yüzey oryantasyonlarıiçin doğrudur ve martenzit plakasındaki serbest

yüzeyin düzlemsel olarak kaldığı anlamına gelir.Bu nedenle dönüşüm, düz hatların düz hatlaradönüşmesine, düzlemlerin de düzlemleredönüşmesine neden olur.

Bu tarz dönüşümler homojen olarak adlandırılır. Birinvaryant habit düzlemli homojen deformasyon

üreten şekil değişimi invaryant düzlem gerinmesi olarak adlandırılır.



32


İkizlenmede oluşan ve Şekil 4.8a’da gösterilen basitkayma, invaryant düzlem şekil değişiminin birörneğidir.

Martenzitik dönüşümler genellikle Şekil 4.8b’degösterilen invaryant düzlem şekil değiştirmenin daha

karmaşık bir türünü içerir; burada ötelenme invariantdüzleme hafif bir açıdadır. Bu nedenle martenzitikdönüşümler, basit bir kaymanın yanında habitdüzlemine normal doğrultuda bir tek eksenliçekme veya basma içerir. Değişik martenzitler içinbu şekil değişimi komponentlerinin örnekleri Tablo

4.2’de verilmiştir. İkinci önemli karakteristik bu doğrultuda saptanır: Bir makroskobik boyutta, martenzitte şekildeğişimi bir invaryant düzlem şekil değişimidir.



33

Şekil 4.8. (a) ikizlenmede basit kayma gerinmesi(b) Martenzitin invaryant düzlem gerinmesi



34



35


Alışkanlık doğrultusunda martenzitin habit düzlemi, -martenzit plakasının fiziksel düzlemine paralel olan-ana fazın {hkl} düzlemleri olarak verilir.

Bu niceliği ölçmek için yapı içinde oluşan martenzitplakalarına göre ana fazın kristalografik oryantasyonununbilinmesi gerekir.

Yüksek karbonlu çeliklerde martenzitik dönüşüm genellikleoda sıcaklığında tamamlanmaz, böylelikle artık (kalıntı)östenit bulunur. Bu nedenle artık östenitin kristalografikoryantasyonu oda sıcaklığı X ışın teknikleri ile ölçülür vebundan sonra artık östenite göre plakaların oryantasyonu,östenitin iki yüzeyindeki plakaların izinin birbirine yaklaşık

90º de incelenmesi ile ölçülür. Kapsamlı deneysel bulgular, martenzitik dönüşümlerinkristalografisi ile ilgili üçüncü önemli eksperimentalkarakteristiği saptar:Martenzit habit düzlemi irrasyoneldir.



36


Bu bölümde son nokta martenzit fazının altyapısı ile ilgilidir. Metallerde iki farklı martenzit morfolojisigözlenir.

Bu konuda işlediğimiz plaka morfolojisinin yanısıra birlata morfolojisi de gözlenebilir. Lata tipi martenzit

bitişik paralel lataların bir dizini olarak düşünülebilir. Bir optik mikroskopta gözlendiğinde martenzit

plakaları genellikle homojen görünür; bu da her birplakanın bir tek kristal olduğu fikrini verir. Bununlabirlikte elektron mikroskobu ile inceleme, plakamorfolojisinin çok ince bir altyapıya sahip olduğu

gösterir. Plakaların şematik olarak Şekil 4.9a’dagösterildiği gibi çok ince ikizlerin yığınlarındanoluşmuş olduğu gözlenir. Çelik martenzitinde buikiz aramesafeleri 15-200 Å derecesindedir.



37


Genellikle lata tipi martenzitin ikiz içermediği,ancak dislokasyon yoğunluğunun çok yüksekolduğu bulunmuştur. Bu yüksek dislokasyonyoğunluğunun geniş ölçüde paralel bölgelerinyığınlarına bağlıdır, Şekil 4.9b; bu bölgeler birbirlerinekarşılıklı olarak kayar ve kafes invaryant kaymasıüretirler.

Bu nedenle son önemli kristalografik karakteristik aşağıdaki gibidir: Mikroskobik boyutta martenzit plakalarının çok

ince ikizlerin yığını olduğu gözlenir ve martenzitlataları genellikle çok yüksek bir dislokasyonyoğunluğuna sahiptir.



38

Şekil 4.9. Martenzit plakalarının altyapısı(a) ikizlenme içeren (b) kayma içeren

PLAKA LATA



39


Tablo 4.3’de bu hususla ilgili olarak çeşitli demir bazlıalaşımlara ait veriler gösterilmiştir. Martenzitaltyapısının tipinin alaşım kompozisyonuna bağlıolduğu görülebilir.

Şekil 4.9a’da gösterildiği gibi ikizlenmiş bir altyapınınmevcudiyeti, -yukarıdaki (1) nolu hususta ifadeedildiği gibi- habit düzleminin sadece makroskobikboyutta bir invariant düzlem olduğunu ve ayrıca -yukarıdaki (2) nolu hususta ifade edildiği gibi- şekilgerinmesinin sadece makroskobik boyutta

homojen olduğunu açıkça gösterir.



40



41

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİNKRİSTALOGRAFİSİ – Teori :

Bir örnek olarak yüksek-karbon Fe-C martenziti kullanarakmartenzit kristalografisinin teoriksel işlemlerini tartışacağız.Klasik bir makalede (1924 de yayınlanmış) E.C. Bain birşema hazırlayarak bir YMK birim hücrenin bir HMT birimhücreye dönüşmesini göstermiştir.

Şekil 4.10 bir ortak (010) yüzeyinde birbirlerine dokunan ikiYMK birim hücreyi gösterir. Bu (010) yüzeyininmerkezindeki atom, Şekil 4.10 de gösterildiği gibi aynızamanda bir tetragonal birim hücrenin de merkezindedir.

Bu tetragonal birim hücre Şekil 4.11’de tekrar çizilmiştir;burada c/a oranının √2 olan hacım merkezli bir tetragonalbirim hücrenin oluştuğu görülebilir. Eğer bu birim hücre

(x3)M yönünde %18 kısalırsa ve (x1)M ile (x2)M yönlerinde%12 genişlerse Fe-C alaşımlarının HMT martenziti içindoğru birim hücre elde edilir. Bu kombine uzama vekısalma sıklıkla Bain distorsiyonu olarak adlandırılır.



42

Şekil 4.10. Bain ilişkisi



43

Şekil 4.11. Bain distorsiyonu



44

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİNKRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):

Bain in bu teklifinde ana kafesin belirli bir yapısal birimininmartenzit kafesinin birim hücresi olmasını gerektirir.

Bu iki spesifik kafes arasındaki bağıntı sıklıkla kafestekabülü veya bazen Bain tekabülü olarak adlandırılır.Ana matriste veri bir yön, [xyz] martenzitik matrikstespesifik bir yöne, [x’y’z’]m tekabül edecektir.

Örneğin Şekil 4.10 ve 4.11’den açık olarak görülebileceğigibi Bain tekabülü aşağıdaki ilişkileri gerektirecektir.

[100]m tekabül → [110][010]m tekabül → [110]

[001]m tekabül → [001]

Benzer olarak ana matriste veri bir düzlem, (hkl) martenzitik matrikste spesifik bir düzleme, (h’k’l’)m tekabüledecektir; örneğin Şekil 4.10 ve 4.11’den aşağıdaki ilişkiyazılabilir:

(112)m tekabül → (101)



45


Eğer Bain tekabülü direkt olarak Fe-C martenzitdönüşümüne uygulanırsa bir yolla sıfır distorsiyonlubir düzlem üretilmesi gerekli olduğunu anlarız.

Martenzitik dönüşümlerle ilgili teoriler 1953 de

Wechsler, Lieberman ve Reed ile 1954 deBowles ve Mackenzie tarafından sunulmuştur. Gerçekte eşdeğer olan bu teoriler dönüşümdeki

atom hareketlerini açıklamaz. Daha doğrusubunlar dönüşümün başlangıç ve sonuçkristalografik durumlarını tarif eden analitik

işlemlerdir. Bu anlamda ilgili teoriler termodinamiklebenzerdir.



46


Teorinin matematiksel işlemleri üç ana işlemebölünebilir ; Yeni kafesi üretmek için bir kafes (Bain) distorsiyonuna

müsade etmek Sıfır distorsiyonlu bir düzlem elde etmek için bir uygun

kafes-invariant kayma üretmek Sıfır distorsiyonlu düzlem kendi orijinal konumunagelebilmesi için martenzit matrisi döndürmek

Birinci adım, martenzit fazının gerekli kafes yapısınıüretir. İkinci adım sıfır bozunumlu düzlem eldesi içinbir prensip gerinmesinin sıfır olmasını sağlar. Bununla

birlikte burada devreye giren ilave kayma, 1. adım ileüretilen yeni kafes yapısını değiştirmekmecburiyetinde değildir. Bu yüzden bu kaymanın birkafes-invaryant kayma olması mecburidir.



47


Kafes-invaryant kaymanın nasıl elde edildiğini göstermek için Şekil 4.12a’da verilen rombus (eşkenardörtgen) şekilli kristal göz önüne alınır.

Kristal yapısını değiştirmeksizin kaymadeformasyonu ile bu eşkenar dörtgeni baştan başabir dikdörtgen şekline iki yolla düzeltebiliriz ; Bu değişim, paralel düzlemler boyunca kayma (slip) ile (Şekil 4.12b) ve ikiz yığınlarının üretimi ile (Şekil4.12c) başarılır.

Bu kafes-invaryant kaymaların şematik olarak Şekil

4.9’da gösterildiği gibi martenzit plakaların içinde mevcutolduğu düşünülebilir. Bu nedenle ilgili teori, martenzitfazının ikiz yığınlarından oluşan bir iç altyapıya sahipolmasını veya paralel düzlemler boyunca şiddetlicekaymış olmasını gerektirir.



48

Şekil 4.12. Kafes-invaryant kaymaları



49


Teori için data girişi, (a) ana fazın ve martenzit fazının yapısından ve kafes

parametrelerinden, (b) kafes tekabülünden (c) kafes-invariant kaymadan

oluşur. Bu verilerden teoriler, (a) habit düzlemini, (b) şekil gerinmesini (c) ana matriks ve martenzit fazı arasında kristalografik

oryantasyon bağıntısını

ön tahmin edebilir. Deney ve teori arasındaki uyuşma, düşük şekil gerinmeleriiçeren martenzitler, örneğin Au-Cd, In-Tl ve ayrıca demir-bazlı alaşımlardaki (3 10 15) martenzitleri için çok iyidir.

Sonuç olarak kristalografik teorilerin martenzitikdönüşümleri oldukça iyi tanımladığı görülür.



50

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Ortaklaşa Hareket :

Martenzitik reaksiyonların ana karakteristiklerinden biri,yapı dönüşümünün bütün atomların ortaklaşahareketleri ile üretilerek sonuçlanmasıdır.

Deformasyon ikizlenmesindeki gibi her bir atom kendikomşusuna göre aynı vektör ile hareket eder.

Bu ortaklaşa atom hareketinden dolayı martenzitikdönüşümler bazen askeri dönüşümler olarak daadlandırılır. Buna karşıt olarak dönüşüm arayüzeyindeatomların rastgele atladığı diğer dönüşümler, sivildönüşümler olarak adlandırılır.



51

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Hızı :

Martenzitik dönüşümlerin bir diğer ayırd edici karakteristiğiarayüzey hareketindeki hızdır.

Martenzit plakaları genellikle çekirdeklendikten sonrayaklaşık 0.0001 saniyeden daha az bir süre içinde kendisınır boyutlarına büyürler. Lineer büyüme hızı Fe-Ni-Cmartenzitlerde, –20ºC ile 200ºC sıcaklık aralığındaki bütün

sıcaklıklarda yaklaşık 105 cm/s olarak ölçülmüştür. Deformasyon ikizlenmesinde olduğu gibi martenzit

plakalarının oluşumu, duyulabilir bir tıkırdı eşliğindegerçekleşir. Bir plaka oluştuğunda metalde hızla mekanikbir karışıklık üretir. Bu karışıklık metal yüzeyine doğruilerleyen bir akustik dalga yayar ve sonunda gözlemcininkulağında bir hissedilir klik sesi üretir. Yalın karbonluçeliklerde martenzit üretmek için gerekli hızlı su verme ileilişkili sesten dolayı dönüşümdeki ses duyulamaz. Bunakarşın Au-Cd dönüşümünde (ki burada dengeli martenzitfazı üretmek için sadece yavaş soğuma yeterli olur) bu sesduyulabilir.



53

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji :

Demir bazlı alaşımlarda (çeliklerde) martenzit fazıgenellikle iki farklı morfolojiden birini gösterir.

Bu morfoloji (şekil) ler lata martenzit ve plakamartenzit olarak adlandırılır.

Bu iki morfolojinin kabullenilmesi yıllar boyunca adımadım gerçekleştiği için bu martenzitler için kullanılanfarklı isimler de vardır. En popüler alternatif isimlerin birlistesi Tablo 4.4’te verilmiştir. Birkaç yüksek alaşımlıçelikte bir üçüncü morfoloji olarak levha martenzit gözlenir.

Fe-C alaşımları % 0.6 C’nın altında öncelikle latamartenziti, % 0.6 C’nın üstünde plaka martenzitioluşturur.



54



55

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :

Bir optik mikroskopta, 500-1000x gibi yüksekbüyütmelerde lata mikroyapısı incelendiğinde, optikmikroskopta ayırdedilemiyen çok ince ve tüyvari biryapı görülür (Şekil 4.13a).

Şekil 4.13’de açıkça tanımlanmış en küçük yapı birimleripaketler (veya bloklar) olarak adlandırılır. Bu paketlersıklıkla bitişik paralel şeritler (resmin sağ tarafı)olarak görünür, fakat bunlar aynı zamanda dahablokvari bir görünüme sahip olabilir (resmin sol tarafı).

TEM paketlerin bir altyapıya sahip olduğunu ortaya

çıkarır. Her bir paket, birbirlerine oranla küçük biroryantasyon farkına sahip paralel plakavari alttanelerdenoluşur. Paket içindeki bu ince paralel alttaneler buyüzden lata şekline sahiptir ve bu nedenle latamartenzit olarak isimlendirilir.



56


Her bir lata genellikle kendi içinde aşırı yüksek birmiktarda dislokasyon yoğunluğuna sahiptir; buda yaklaşık cm2 de 0.5x1012 seviyesindedir. Çok azdurumda ise latalar, plaka martenzitinkarakteristiğinde ince ikizlenmiş bir mikroyapı

gösterir. Yalın karbonlu çeliklerde plaka martenzit ile lata

martenziti ayırmanın iki diğer önemli yol vardır. Birincisi lata martenzitin habit düzlemi {111} e

yakındır, plaka martenzitin habit düzlemi ise ya

{225} yada {259} dur. İkinci olarak, lata martenzitin kristal yapısı HMK iken

plaka martenzitinki HMT dır.



57

Şekil 4.13.(a) Su verilmiş Fe – % 0,09 C lu çelikte lata martenzit(b) Fe – % 22,5 Ni – % 0,4 C alaşımında plaka martenzit



58


Her bir lata genellikle kendi içinde aşırı yüksek birmiktarda dislokasyon yoğunluğuna sahiptir; buda yaklaşık cm2 de 0.5x1012 seviyesindedir. Çok azdurumda ise latalar, plaka martenzitinkarakteristiğinde ince ikizlenmiş bir mikroyapı

gösterir. Yalın karbonlu çeliklerde plaka martenzit ile lata

martenziti ayırmanın iki diğer önemli yol vardır. Birincisi lata martenzitin habit düzlemi {111} e

yakındır, plaka martenzitin habit düzlemi ise ya

{225} yada {259} dur. İkinci olarak, lata martenzitin kristal yapısı HMK iken

plaka martenzitinki HMT dır.



60


Çelikte martenzitin bu iki tipinin oluşumu gayetfarklıdır ;

Lata martenzitin oluşumu bitişik paralel latalarınbüyümesi ile karakterize edilir. Lataların bir grubu bazenaniden kooperatif bir şekilde bir dizin olarak büyür ve bazende başarılı bir çekirdekleşme sonucu ilk oluşmuş lataya

paralel bir şekilde büyür. Plaka martenzitte ilk oluşan plakalar tüm östenit tanesini

keserek büyür. İlave plakalar bundan sonra östenitteçekirdekleşme ve büyüme ile ilk oluşmuş plakalar ve tanesınırları arasında oluşur. Martenzit plakalarının oluşumu ileöstenit giderek bölündüğü için östenitik bölgeler küçülür vebu nedenle sonradan oluşan plakalar küçük olur.

Böylece plaka martenzitte oldukça büyük boyutdağılımlı paralel olmayan plakalar var iken latamartenzitlerde yoğun olarak paralel lata oluşumuvardır; burada paket içindeki lata boyutları oldukçahomojendir.



61


Levha martenzit bazı yüksek alaşımlı çeliklerdegörülür ve paralel levhalardan oluşur.

Bu faz daima SPH dir ve {111} östenit düzlemlerineparalel oluşmuştur.

Bu levhalar o kadar incedir ki geçirimli elektronmikroskobunda bile küçük veya hiç altyapıgörüntülenemez.



62


Birçok demir dışı metallerin alaşımlarındakimartenzitlerin morfolojileri Fe-C alaşımlardakiplaka martenzitine gayet benzerdir.

Bununla birlikte örneğin In-Tl, Mn-Cu gibi birkaç demirdışı metallerin alaşımlarındaki martenzitler paralelbandlar şeklinde görünür. Bandlar paralelikizlenmiş bölgelerden oluşan bir altyapıya sahiptirve hem bandlar, hem de ikizler optik mikroskoptaayırd edilebilecek kadar büyüktür.

Bandlanmış martenzit Fe-C alaşımlarının lata

martenzitine benzer görünümdedir; ancak boyutulata martenzite göre çok daha kabadır ve bandlanmışmartenzit bir dislokasyon altyapısından daha ziyadebir ikizlenmiş altyapıya sahiptir.



63

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Yapısı :

Deformasyon ikizlenmesi durumunda, ikiz sınırlarıarayüzeyi (K1 düzlemi), ana kristal ve ikiz kristaliarasında tam bir koherans düzlemidir.

Martenzit-ana faz arayüzeyi sadece makroskobikboyutta koherent olduğu gösterilmişti.

Martenzit plakalarının ikizlenmiş ve kaymışdoğasından dolayı, martenzit-ana faz ara yüzeyinintam koherent olmayacağı açıktır ve yarı koherent birsınır olarak daha uygun şekilde tarif edilmiştir.

Arayüzeyde gerekli kaymayı yerleştirmek için bir türarayüzey dislokasyon yapısı genellikle kabul edilir.

Şekil 4.14 bir kaymış martenzit ve bir ikizlenmişmartenzit için arayüzey yapısının şematik modellerinigösterir.



64

Şekil 4.14. Martenzit–östenit arayüzey yapısınınşematik modeli

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI



65

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Yapısı(devamı) :

Şekil 4.14a’da kafes invaryant kayma, paralel vidadislokasyonunun bir dizini ile üretilirken, Şekil4.14b’de bu kayma, değişken ikizlenme ile üretilir.

Şekil 4.14a’daki arayüzey, arayüzey dislokasyonlarınınparalel dizini ile tanımlanmış düzlemde bulunur. Her ikiresimde OZ ve O’Z’ doğruları, arayüzeyin her iki

kenarındaki makroskopik vektörlerdir; bunlararayüzeyin makroskopik koheransını gösterirler. Ancak OAve O’A’ vektörleri arayüzeyin her iki kenarındakikafes vektörleridir ve bunlar arayüzeyde yerleşmesigereken kafes invaryant kaymayı gösterir.

Arayüzeyin detaylı ince yapısı ne olursa olsun, aşırı yüksekhızlarda hareket edebilme yeteneğine sahip olma gerekliliğiaçıktır. Arayüzey dislokasyon dizinleri prensipte buyeteneğe sahiptir ve genellikle martenzit şekil değişimi,arayüzey dislokasyon dizinlerinin kooperatif kaymasıile başarılır.



66

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği

Bir östenit fazını soğutarak martenzit oluşumununbaşlama sıcaklığı, martenzit start sıcaklığı olarakisimlendirilir ve Ms sembolü ile verilir.

Yalın karbonlu çelikler ile düşük alaşımlı çeliklerdeoluşan martenzit miktarı, Şekil 4.15a’da gösterildiğigibi Ms sıcaklığının ne kadar aşağısına soğutulduğununbir fonksiyonudur.

Sonuç olarak tüm östenitin martenzite dönüştüğü veyadönüşümün durduğu bir sıcaklığa ulaşılır ve bu sıcaklıkmartenzit finiş sıcaklığı, Mf olarak adlandırılır (Şekil

4.15a’nın üstündeki sıcaklık TE, östenit ve martenzitfazları arasındaki termodinamik denge sıcaklığınıgösterir).



67

Şekil 4.15.(a) Sıcaklığın fonksiyonu olarak martenzit hacim miktarı (b) İki çelikte kompozisyon ile Ms sıcaklığının değişimi




68

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZIKARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği(devamı)

Ms sıcaklığı, çeliklerin ısıl işleminde göz önüne alınmasıgereken önemli bir sıcaklıktır. Deneyler, neredeyse tümkimyasal elementlerin çeliğe katkısında, ilgili elementinöstenitte çözünmesi durumunda Ms sıcaklığınıdüşüreceğini göstermiştir; ayrıca arayer elementleriM

s sıcaklığını düşürmede çok daha etkilidirler.

Bu durum düşük alaşımlı çelikler için Steven veHaynes’in ampirik denklemi ile gösterilir: Ms(ºC)=561 - 474 C - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 MoBurada C, Mn, Ni, Cr ve Mo kütle-% miktardır. Buformül kaba bir yaklaşım olarak kabullenmelidir, çünkü

Ms’ın tane boyutu ile -küçük de olsa- bir ilişkisibulunmaktadır. Şekil 4.15b öngörülen Ms ile kompozisyon ilişkisini yalın

karbonlu bir çelik ve Fe-%0.4C-Ni çelikleri içingöstermektedir.



70


Dönüşüm milisaniye içinde bitirilir ve sürekli birizotermal (eşısıl) tutma daha fazla martenzitüretmeyecektir.

İlave martenzit sadece daha düşük bir sıcaklığa suverme ile elde edilebilir (Şekil 4.15a). Ancak dönüşümtekrar görünürde bir anda oluşur ve bundan sonrasıcaklık tekrar düşürülüne kadar durdurulmuş olur.Tabii ki sıcaklık Mf sıcaklığına ulaştığında dönüşeceköstenit kalmayacağından dönüşüm tamamlanmış olur.Bu tip reaksiyon ile üretilen martenzitler atermal (ısıl

olmayan) martenzit olarak adlandırılır.

Şekil 4 16 Martenzit oluşumunun zaman ilişkisi



71

Şekil 4.16. Martenzit oluşumunun zaman ilişkisi (a) atermal martenzitte(b) izotermal martenzitte




72


Atermal martenzit terimi bir parça karışıktır, çünkümartenzitin hacımsal miktarı kesinlikle sıcaklığabağımlıdır. Burada tamamen atermal (sıcaklıktanbağımsız) olan nicelik, arayüzey hareketinin hızıdır.

Arayüzey hızının -oluşum sıcaklığından bağımsız olarak-alaşımda ses hızının üçte biri seviyesinde olduğu tahmin

edilmektedir. Fe-Ni alaşımlarında plaka martenzitlerinbüyüme hızı, -20 oC den -195 oC ye kadar olan sıcaklıkaralığında yaklaşık 2x105 cm/s olarak ölçülmüştür.

Arayüzeyler bölümünde bir arayüzey hızının, bir mobiliteçarpı bir itici kuvvet olarak açıklanabildiği gösterilmiştir.Mobilite, bir difuzyon katsayısına orantılı olduğu için hızınağırlıklı sıcaklık bağıntısı, mobiliteden e-Q/RT terimidir;burada Q, arayüzey ilerlemesi için gerekli olan atomlarındifusiv hareketinin aktivasyon enerjisidir. Bu nedenleathermal martenzit için büyüme hızı sıcaklıktanbağımsız olduğu için, büyüme mekanizması içinaktivasyon enerjisinin gerçekte sıfır olması gerektiğiaçıktır.




73


Tüm martenzitik dönüşümler Şekil 4.15 ve 4.16a’datarif edilen athermal kinetiğe uymaz.

Bazı alaşımların (özellikle Fe-Ni-Mn alaşımları) -şematik olarak Şekil 4.16b’de şematik olarakgösterildiği gibi- Avrami denklemine benzer bir

kinetik denkleme uyduğu bulunmuştur. Eğer Ms sıcaklığının altına su verilir ve o sıcaklıktatutulursa, martenzit fazı zaman geçtikçe ortayaçıkmaya başlar. Athermal martenzitlerlekarşılaştırmada sürekli bir izotermal tutma ilavemartenzit oluşumu üretir.

Martenzitin bu tipi izotermal (eşısıl) martenzit olarak adlandırılır. Bu tip martenzitin kinetiği, öncedengösterilen T-T-T diyagramlarına benzer tipik C eğrilerigösterir. Şekil 4.16b’de gösterildiği gibi C eğrisininburun sıcaklığına su verme, maksimum dönüşümhızını üretecektir.




74


İzotermal martenzitlerin hacımsal dönüşümhızının athermal martenzitlerden daha yavaş olmasına rağmen izotermal martenzitlerdekiarayüzey hareketinin hızının gerçekte athermalmartenzitlerdeki kadar yüksek olduğubulunmuştur.

Ayrıca, izotermal martenzitlerde genellikle birplaka saniyenin çok küçük bir miktarında oluşupöstenit tane içine sınırlı bir boyuta büyüdüğünde buplakanın daha fazla büyümediği gözlenir. Bu yüzdenizotermal martenzitlerde dönüşüm sıcaklığında tutmasonucu oluşan sürekli dönüşümün, yeni martenzitplakalarının çekirdeklenmesinden ileri gelmesigerekir. Dönüşen hacımsal miktarın hızındakibaşlangıçta görülen artışın çekirdeklenme hızındaki birartıştan kaynaklandığına inanılır.




75


İzotermal martenzitte çekirdeklenme hızındaki bu artışınbir otokatalitik etki nedenli olduğu düşünülür;otokatalitik etkide bir plaka büyüyerek diğer plakayaçarptığında daha fazla plaka çekirdeğinin üretilmesinisağlayan koşullar doğar.

Çekirdeklenme hızındaki nihai azalmanın şu gerçektensonuçlandığı düşünülür: martenzit plakalarının östenitigiderek küçülen parçalara bölmesi sonucu bu bölgelerdeoluşan çekirdeklenme olayının olasılığı azalır.

Bu nedenle atermal ve izotermal martenzitlerinkinetiğinde ana farklılığın kendi çekirdeklenme

karakteristikleri ile ilişkili olmalıdır. İzotermalmartenzitlerde mevcut çekirdek sayısı sıcaklığınve zamanın bir fonksiyonu iken atermalmartenzitlerde mevcut çekirdek sayısı yalnızcasıcaklığın bir fonksiyonudur (zamanın değil).




76


Birçok Fe-Ni ve Fe-Ni-C alaşımlarında yukarıdatartışılan atermal veya izotermal martenzitlerdenoldukça farklı bir dönüşüm modu devreye girer.

Martenzit start sıcaklığında östenitin yoğun bir miktarı-Şekil 4.17’de iki Fe-Ni-C alaşımı için gösterildiği gibi-mili saniyeler içinde martenzite dönüşür. Bundandolayı bu martenzitlerden burst (patlamış)martenzitler olarak söz edilir.

Şekil 4.13b’de gösterildiği gibi bu martenzitlerde plakayapısı için zig-zag şeklindeki görünüm olağandır.



77

Şekil 4.17. “Patlamış martenzit” için dönüşümeğrileri

Şekil 4 13



78

Şekil 4.13.(a) Su verilmiş Fe – % 0,09 C lu çelikte lata martenzit(b) Fe – % 22,5 Ni – % 0,4 C alaşımında plaka martenzit




79


Bir otokatalitik çekirdeklenme, Ms sıcaklığındakimartenzit oluşumunun geniş bir patlamasını üretmekiçin meydana gelir.

Herbir plaka, diğer plaka veya bir tane sınırına çarpmaile boyutta sınırlanır. Bu çarpmada yöresel koşullardiğer plakanın çekirdekleşmesini doğurur, böylece zig-zag paternler üreten bir kooperatif çekirdeklenmeninoluşumunu ve çok büyük bir hacımsal dönüşümümeydana getirir.

Bu patlamış martenzitlerin sadece Ms sıcaklığının

0 ºC nin altında olduğu konumda oluştuğu ve Mssıcaklığının başlangıç östenit tane boyutunun birfonksiyonu olduğu bulunmuştur.



80

TERMODİNAMİK

Martenzit fazı, daha düşük bir serbest enerjiye sahipolması sonucu oluşur.

Östenit ve martenzit fazlarının serbest enerjilerininsıcaklık bağıntısı, Şekil 4.18’de gösterilen şekle sahipolmalıdır.

İki fazın termodinamik dengede olduğu belirli birsıcaklığın olması gerekir ve bu TE ile gösterilir.Martenzit start sıcaklığı, Ms, TE den belirgin derecededaha düşüktür.

Martenzit oluşumuna kuvvetli bir çekirdeklenme engelivardır ve bu yüzden - martenzit fazının oluşumu için

yeterli serbest enerjiden önce- önemli bir miktar aşırısoğuma oluşmalıdır. Ms sıcaklığında martenzit oluşumu için gerekli serbest

enerji aşağıdaki gibi tahmin edilebilir: ΔG

-M(start) = ΔSƒ[TE - Ms]



81

Şekil 4.18. Östenit ve martenzit için sıcaklığın birfonksiyonu olarak için serbest enerji eğrileri



82

TERMODİNAMİK (devamı)

Martenzitik dönüşümlerin termodinamiği ile ilgili birikinci enteresan husus da dönüşümün difuzyoniçermeyen karakteristiği ile ilgilidir.

Bir örnek olarak bir YMK östenitin bir HMKmartenzite dönüştüğü lata martenzitleri göz

önüne alalım. YMK ve HMK fazları arasında faz denge diyagramıŞekil 4.19(a)’da gösterilmiştir.

T1 ve T2 sıcaklıklarındaki serbest enerji-kompozisyondiyagramı faz diyagramının altında gösterilmiştir(Şekil 4.19 (b) ve (c)).

Şekil 4.19. Difuzyonsuzdönüşümler için G’yi gösteren



83

dönüşümler için G yi göstereniki sıcaklıktaki serbest enerjikompozisyon eğrileri

(a) YMK ve HMK fazları arasındaki faz denge diyagramı

(b) T1 sıcaklığında serbest enerji-kompozisyon diyagramı

(c) T2 sıcaklığında serbestEnerji-kompozisyon diyagramı



84

TERMODİNAMİK (devamı)

Östenit fazının T1 sıcaklığına su verildiğini farz edelim; dana ya difuzyonsuz bir dönüşüm üretmek için a fazının ana fazı gibi aynı kompozisyonla oluşması gerekir. Şekil 4.19’dagösterildiği gibi ΔG

-a

(difuzyonsuz) T1 sıcaklığında birpozitif niceliktir.

T2 sıcaklığında (Şekil 4.23c) benzer muhakeme ile bu

sıcaklıkta ΔG-a (difuzyonsuz) değerinin negatif bir sayıolduğu ve reaksiyonun ilerleyebilir olduğu görülür. ΔG

-a

(difuzyonsuz) un sıfır olduğu sıcaklık, YMK fazından HMK a fazına martenzitik dönüşüm için dengesıcaklığı, TE nı tanımlar. T1 ile T2 arasında çeşitlisıcaklıklarda serbest enerji-kompozisyon diyagramlarınınçizimi ile ΔG-a (difuzyonsuz), Co kompozisyonunda A1 ve A3 çizgilerinin arasında kabaca orta yolda olması gereken birsıcaklıkta sıfıra gider.

Bu nedenle martenzitik dönüşüm için denge sıcaklığıTE, Şekil 4.19a’da gösterildiği gibi kabaca A1 ve A3 arasındadır.



85

TERMOELASTİK MARTENZİTLER

Termoelastik karakteristik gösteren birkaç demir dışı alaşım martenziti bulunmaktadır.

Tartışma amaçlı olarak martenzitleri -kaymakomponentlerinin büyüklüğüne bağlı olarak- A ve Bolarak iki gruba ayırırız:

A: Büyük kayma komponenti,örneğin, Fe-C ( = 0.19), Fe-30Ni ( = 0.20)

B: Küçük kayma komponenti,örneğin, Au-Cd ( = 0.05), In-Tl ( = 0.02)

Daha önceden bahsedildiği gibi bir dizi martenzit, ısıtmasonucu tekrar östenite geri dönüştürülebilir. Fe-30Ni (Atipi) ve Au-Cd (B tipi) gibi bu tür iki martenzitindönüşüm eğrileri Şekil 4.20’de gösterilmiştir.

Şekil 4.20. A tipi martenzit (Fe-Ni) ve B tipi



86

Ş p ( ) pmartenzit (Au-Cd) için dönüşüm eğrilerindegösterilen histeresisler



87

TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)

Isıtma ile yüksek sıcaklık fazına martenzitik geridönüşüm belli bir sıcaklıkta başlar; bu sıcaklık,östenit start sıcaklığı, As olarak adlandırılır. As sıcaklığı, Ms sıcaklığının daima oldukça üzerindedir vedönüşüm eğrileri Şekil 4.20’de gösterildiği gibi

kuvvetli bir histeresis gösterir. Gösterildiği gibi, histeresisin A tipi martenzitlerde çok

daha geniş olduğu bulunmuştur. Histeresis eğrisininaralığının (yani genişliğinin) Au-Cd için sadece 16 oColmasına rağmen Fe-Ni için 420 oC olduğu

saptanmıştır.



88


Ms ve As sıcaklıklarının her ikisi de Şekil 4.20’degörülmektedir.

Östenit oluşum reaksiyonu martenzit oluşumreaksiyonunun tersi olduğu için denge sıcaklığı, Ms veAs arasında ortada bir yerdedir.

Histeresis genişliğinden TE tahmin edilebilir. Martenzitreaksiyonun başlaması için gerekli serbest enerjinin,G

M (start) = S

T/2] şeklinde tahmin edilebildiği açıktır; burada T (=As-Ms)histeresis aralığının sıcaklık genişliğidir.

Bu nedenle, A-tipi martenziti başlatmak için daha

büyük bir serbest enerjinin gerekli olduğu görülebilir. Bu sonuç bu tür martenzitlerin oluşumu için daha

büyük kayma gerekliliği gerçeğinin bir sonucudur.



89


A-tipi ve B tipi martenzitlerin oluşum modundaönemli bir farklılık görülür.

Her iki durumda da sıcaklığın Ms’ın aşağısına düşürülmesiyleplakalar oluşarak sınırlı bir boyuta büyür.

Sıcaklığın daha da düşürülmesiyle B tipi martenzitlerdeilave dönüşüm, hem yeni plakaların çekirdeklenmesi

hem de eski plakaların büyümesi ile oluşur. Bununla birlikte A-tipi martenzitlerde ilave dönüşüm

sadece yeni plakaların çekirdeklenmesi ile oluşur. Eskiplakalar bir kere oluştuğunda daha düşük sıcaklıklarda dahibüyümeyecektir.

B tipi martenzitlerde eski plakaların sürekli büyümesi, kesik

kesik bir hareketle oluşur. Bu plakaların büyüme hızı,martenzitik dönüşümler için karakteristik çok yüksekdeğerlerde kalır, ancak büyüme, sıcaklığın düşürülmesiyledaha fazla serbest enerji mevcut olduğundan kısamesafelerde oluşur.



90


Şekil 4.21 bir martenzit plakası gösterir; mercekvariplaka aynı r radyuslu bir küre ile çevrelenmiştir. Şekildeğişimi çeşitli paralel çizgilerin kırılmasıyla ilegösterilmiştir. Plakayı çevreleyen küresel bölge içindeyoğun bir şekil değişiminin östenit fazı içine doğrubaşladığı açıktır. Östenit bölgesindeki birim hacımdaki

şekil değişimi, Es yaklaşık olarak aşağıdaki gibi verilir:

Burada G: östenitin kayma modülü, C: plaka kalınlığı ve: Şekil 4.21’de tanımlanan kayma açısıdır.

2

22

sr 2

CGE



91

Şekil 4.21. Mercek biçimindeki martenzit plakasıçevresinde gerinme



93


Bununla birlikte B-tipi martenzitlerde daha küçükkayma ve daha küçük aşırı soğuma vardır.

Bu durumlarda, reaksiyonu sürdürmek için mevcutserbest enerji, G

M östenit fazında üretilenşekil değişimi enerjisi ile dengelendirildiğinde

büyüme durur. Plastik akma oluşmaz ve elastik şekildeğişimi enerjisi ile martenzit fazının daha düşükserbest enerji durumu sonucu kullanılabilecek serbestenerji arasında bir dengeye ulaşılır.

Bu nedenle bu martenzit termoelastik olarakadlandırılır ve B tipi martenzitler de bu yüzdensıklıkla termoelastiktir.

Sıcaklık düşürüldüğünde, martenzit oluşumu için dahafazla serbest enerji kullanıma hazır olur ve yeni birdenge için yeterli şekil değişimi enerjisi üretilenekadar plakalar büyür.

İ İ Ö Ü Ü İ İ



94

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (Reversibilite)

Martenzitik dönüşümlerin oldukça etkileyiciözelliklerinden biri de birçok durumda tersinir olmasıgerçeğidir.

Bu durum çok iyi bir şekilde Ti- kütle-%55 Ni alaşımlarında (hafızalı alaşımlar) yaklaşık 60oCcivarında oluşan martenzitik dönüşümde gözlenir.

İlk olarak bu malzemenin düz telleri yüksek sıcaklıkfazında hazırlanır. Teller bundan sonra oda sıcaklığınasoğutulur ve bir sarmala sarılır. Bu teller tekraryüksek sıcaklık fazına geriye ısıtıldığında (örneğin

kaynakta kullanılan bir el torçu ile) teller kendiliğindensargılı konumunu bozarak derhal kendi orijinal şekilleriolan düz hale gelir.




95

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (devamı)

Aynı çarpıcı etki, Au-kütle-%47.5 Cd alaşımı bir inceçubuk ile gösterilmiştir.

Bir destekten dışarı uzanan düz çubuk yüksek sıcaklık fazıüretmek için ısıtılır. Dışarı çıkan serbest uca küçük bir ağırlıkasılır ve çubuk dönüşüm sıcaklığının altına soğuduğunda buağırlık altında kuvvetli bir şekilde eğilir. Eğer çubuk şimdi

yüksek sıcaklık fazına tekrar ısıtılırsa hızla geriye doğru(yani başlangıç konumundaki düz duruma) dönerek kendisiile beraber ağırlığı da kaldıracaktır.

Burada martenzitik reaksiyon ve deformasyon ikizlenmesiile ilişkili karakteristik klik sesi işitilir.

Plastik deformasyon sonrası tersinirlik sadece bu ikialaşımda örneklenmiştir; burada plastik deformasyondüşük sıcaklık martenzit fazında gerçekleştirilmiştir.

Tersinirliğin bu çarpıcı gösterimi sadece ikizlenmişaltyapıya sahip termoelastik martenzitlere özgüdür.




96

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (devamı)

Diğer martenzitlerle yapılan deneyler, ısıtma sonrası martenzitplakalarının kaybolarak ana fazın orijinal tane yapısını verdiğinigösterir. Soğutma sonrası martenzit plakalarının pozisyonu veoluşum düzeni hemen hemen kesin olarak martenzitin ilk oluştuğuzamanki ile aynı olduğunu göstermiştir.

Bu sonuçlar, martenzit oluşumu için görev yapan aynı çekirdeğin,alaşımın östenitten martenzite her çevrime uğradığında devreye

girdiğinin bir kanıtı olduğu şeklinde yorumlanır. Bu açıklama şu gerçekle desteklenir: eğer alaşım, dönüşüm

sıcaklığının epey üstünde yüksek sıcaklıklarda tavlanırsatersinirlik ihmal edilebilir.

Ti-Ni ve Au-Cd un ısıtma sonrası kendi orijinal şekillerinedönüşmesinin nedeni östenit startta devreye girençekirdeğin orijinal yönlenmelerini koruması ve orijinal

yüksek sıcaklık kristal yapısının elde edilmesidir. Tersinirlik çelikte gözlenmemiştir, çünkü martenzitik fazıtermodinamik olarak kararsızdır ve tersinir reaksiyonbaşlamadan önce bununla rekabet eden diğer reaksiyonlargelişir.




97

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ – Stabilizasyon

Bir östenit fazının Ms’ın altı, fakat Mf ’in üstü olana kadarherhangi bir sıcaklığa soğutulduğunu ve ilgili numuneninbir t zaman aralığı için bu sıcaklıkta tutulduğunu farzedelim (Şekil 4.22).

Sıcaklığın düşürülmesi sürdürülürse ilave martenzitin

oluşumu, sıcaklık belirli bir T miktarı düşürülüne kadaroluşmaz ve hatta çok düşük sıcaklıklarda süreklisoğumada oluşabilecek kadar çok dönüşüm elde edilmez.

Aynı olay östenit oluşumu için tersinir reaksiyon sırasındada oluşur (Şekil 4.22) ve bu olay stabilizasyon olarak

adlandırılır

ğ



98

Şekil 4.22. Dönüşüm eğrisi üzerinde stabilizasyonetkisinin sonucu




99

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ – Stabilizasyon (devamı)

Stabilizasyon etkisi hem demir ve hem de demirdışı alaşım martenzitlerinde gözlenmiştir.

Teoriler, stabilizasyon etkisini, t sürecinde tutmasırasında arayer atomlarının göç etmesi ile üretilenbazı kilitleme mekanizmalarına bağlar.

Mf sıcaklığı oda sıcaklığı altında olan çeliklerintemperleme öncesi artık östenit miktarını azaltmak için,oda sıcaklığına su verme sonrasında çeliği sıfır altınasoğutmak gereklidir. Bu gibi durumlarda su verme vesıfır altı soğutma arasındaki sürecin uzun tutulmasıstabilizasyon üretebilir, bu da sıfır altı soğutma ile

ortadan kaldırılan artık östenit miktarını sınırlayacaktır.Bu etki Şekil 4.23’ün incelenmesinden görülebildiği gibibelirli takım çeliklerinde önemlidir.

kil b k l ğ d b l



100

Şekil 4.23. W1 tipi bir takım çeliğinde stabilizasyonetkisi

MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ Pl ik D f



101

KARAKTERİSTİKLERİ – Plastik DeformasyonunEtkisi

Eğer östenit ilk olarak Ms ve Mf arasındaki birsıcaklığa soğutulur ve plastik deformasyon busıcaklıkta gerçekleştirilirse, martenzit miktarıdeformasyonla arttırılır.

Eğer östenit Ms in üzerinde, fakat Md olarakadlandırılan bir sıcaklığın altındaki bir sıcaklığasoğutulursa, plastik deformasyon martenzitoluşumuna neden olacaktır.

Md, plastik deformasyonun martenzitoluşumuna neden olacağı Ms in üzerinde enyüksek sıcaklıktır.

Ad sıcaklığı ise plastik deformasyonun östenitoluşumuna neden olacağı As in altında en düşüksıcaklık olarak tanımlanır.

Ş kil 4 24 B F Ni l l d M M A A



102

Şekil 4.24. Bazı Fe-Ni alaşımlarında Ms, Md, As ve Ad sıcaklıkları

DengeSıcaklığı

Küçük kayma martenzitlerinde (B tipi) Md ve Ad nin gerçekte eşit

olduğu sıklıkla bulunmuştur.



MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVEKARAKTERİSTİKLERİ Pl tik D f



104

KARAKTERİSTİKLERİ – Plastik DeformasyonunEtkisi (devamı)

Eğer plastik deformasyon Md sıcaklığı üstündeyapılırsa, soğuma sonrası Ms’de ölçülen bir etkiüretilir.

Eğer küçük bir deformasyon uygulanırsa, tahminençekirdeklenmeyi destekleyen hatalara bağlı olarak Ms’inyükseldiği bulunabilir.

Md’nin üzerinde şiddetli deformasyon genellikle Ms’iazaltır; bu etki mekaniksel stabilizasyon olarak bilinir.Bu etkinin soğuk sertleşme (pekleşme) ye bağlı olaraköstenit fazı içine plakanın ilerlemesinin zorluğundaki birartıştan sonuçlandığı düşünülür.

Eğer basit olarak bir östenit fazına bir elastik gerilmeuygulanırsa, M

s

sıcaklığında bir etki gözlenir, ancak buetki genellikle yukarıda açıklanan plastik deformasyonlaüretilenden daha küçüktür. Uygulanan gerilme alanı veri birmartenzit plakanın şekil değişimine ya destek ya da engelolacaktır.



105

MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ

Çekirdekleşmenin klasik teorisi martenzitoluşumu için uygulanamaz ( G* aşırı büyük).

Örneğin çekirdekleri, r radyuslu ve yarı kalınlığı c olanbir yayvan küre olarak alalım. Buna göre bir

çekirdeğin oluşumunda serbest enerji değişimiaşağıdaki gibi yazılabilir: G = 4/3r2c GB + 4/3rc2A + 2r2

(A=şekil değişim faktörü)

BG

c

2*

2)(

4*

BG

Ar

4

32

)(3

32*

BG

AG



106

MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ (devamı)

Martenzit çekirdekleşmesinin bir teorisine alternatifyaklaşımlar, genellikle östenit içinde altkritik bir çekirdekdağılımının varolduğunu kabul eder; klasik çekirdekleşmekoşullarında olduğu gibi, bunlar termal olarak aktive edilmişbir proses ile oluşmak zorunda değillerdir.

Bu altkritik çekirdeklerin genellikle bir tür kristal

hatası olduğu düşünülür. Örneğin YMK kafeste bir dizilimhatası, dizilim sırasını ……..ABCABABABC…… olarakdeğiştirir. Bu hatanın en yakın bölgesinde dizilim ABABolmuştur; bu da SPH metallerde de oluşan aynı dizilimsırasıdır. Bu nedenle YMK ve SPH kristaller arasındakimartenzitik dönüşümler için -Co da olduğu gibi- kısmidislokasyonların oluşumuyla kolaylıkla üretilebilen bir dizilim

hatası martenzit dönüşümü için bir çekirdek rolüoynayabilecektir. Diğer durumlarda belirli dislokasyon düzenleri, altkritik

çekirdekler olarak hizmet verir.



107


Atermal martenzitlerin oluşumu ; Altkritik çekirdek dağılımı vardır. Ms’de en büyük (veya en hareketli) çekirdek

kritikleşir ve büyür.

Sıcaklık düşürüldüğünde daha küçük (veya daha azhareketli) çekirdek daha yüksek itici güce bağlıolarak kritikleşir ve büyür.

Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda tutma, yeniçekirdek oluşumuna müsade etmez.



108


İzotermal martenzitlerin oluşumu ; Altkritik çekirdek dağılımı vardır. Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda bu çekirdeklerin

bazıları kritikleşir ve büyür.

Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda tutma, bazıbilinmeyen termal aktive edilmiş prosesler yardımıile ilave kritik çekirdek oluşumuna neden olur.



109

MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA

Martenzitik değişimlerin temel özelliklerinden birimartenzit reaksiyonunun kolay büyümemekanizmasının varolması nedeniyle oluşmasıdır;burada yeni fazı oluşturacak atomsal difuzyonagereksinme duyulmaz.

Bu nedenle östenit-martenzit arayüzeyindekidislokasyon düzeninin doğasını anlamak,martenzitik reaksiyonları anlamanın çok önemli birparçasıdır; çünkü iki özel kristal yapısı arasındamartenzitik dönüşümün oluşabilmesi için bu iki kristalarasında bir tür özel düzen varolmalıdır.

Arayüzey yapısı ve ilgili hızlı büyüme mekanizmasıhemen hemen tüm martenzitler için benzerdir.



111

MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA(devamı)

Masif dönüşümlerin temel özellikleri : Ana ve ürün fazları aynı kompozisyona sahiptir

(difuzyonsuz dönüşüm). Büyüme oranı hızlıdır, ancak martenzitik

durumdaki kadar hızlı değildir. Martenzitlerde olduğu gibi serbest yüzey üzerinde

şekil değişimi görülmez. Ana faz-ürün fazı arayüzeyi inkoherent bir sınırdır.




112


Bu nedenle masif dönüşümler martenzitik dönüşümebenzer bir davranış gösterir; burada yeni faz herhangikompozisyon değişimi olmaksızın hızla oluşur.

Bununla birlikte martenzitik durumun hızlı büyümemekanizması mevcut değildir ve basitçe büyük bir

itici kuvvete bağlı olarak bir yüksek açı sınırınınçok hızlı göçü vardır. Bu itici kuvvet, Sf . T genellikle martenzitik

dönüşümler için olandan düşüktür ve bazı sistemlerdemartenzitik dönüşüm daha yüksek aşırı soğumalarda

oluşurken, bir masif dönüşüm düşük aşırı soğumadaoluşur. Bu gibi bir durum düşük karbonlu çeliklerdegörülür (Şekil 3.4).

Şekil 3.4. Fe-C alaşımlarının sıcaklık-kompozisyonbölgeleri; uzun reaksiyon zamanlarında elde edilen çeşitliçökelti şekilleri M: masif ferrit W: Widmannstätten ferrit



113

çökelti şekilleri. M: masif ferrit, W: Widmannstätten ferrit,GBA: tane sınırı ferrit.




114


Özet olarak, eğer bir alaşıma bir katı-hal fazdönüşümü üzerinden şiddetle su verildiğinde birkaçolasılık oluşur: Yüksek sıcaklık fazı su verme sıcaklığında artık bir

metastabil faz olarak kalabilir (buna kalıntı faz dadenir).

Metastabil bir fazın küçük partikülleri, ya spinoidalayrışma yada homojen çekirdeklenme ile oluşabilir.

Widmannstätten plakaları veya beynit gibi hızlıbüyüyen bir çökelti fazı oluşabilir.

Masif dönüşümle bir düşük sıcaklık fazı üretilebilir.



115

BEYNİT

Östenitik bir çeliğe ötektoid sıcaklığın hemen altındaki birsıcaklıkta su verildiğinde tanelerin içinde karakteristik lamelliperlitik yapı elde edilir.

Karbon kompozisyonuna bağlı olarak ya ferrit ya dasementitin tane sınırlarında eşeksenli taneler veyaWidmannstätten plakaları olarak büyüdüğü görülür.

Su verme sıcaklığı düşürüldüğünde, (Şekil 3.4), perlitara mesafesi incelir Widmannstätten plakaları da incelereksonunda görünmez olur.

Perlitin basitçe su verme sıcaklığının düşürülmesiyle (suverme sıcaklığı Ms’a kadar ulaşana kadar) giderek incelmesibeklenir. Ms sıcaklığında östenit martenzite dönüşür.

Ms’in hemen üstündeki su verme sıcaklıklarında ince

perlitten tamamen farklı bir mikroyapı oluşur; bumikroyapıya bainit/beynit (almancada ara kademe yapısı da denir) adı verilir.



116

BEYNİT (devamı)

Bainit, genellikle metalografide birbirine son dereceyakın olarak büyüyen ve bir tüye benzer bir görünümesahip çok ince plakavari projeksiyonlar grubu olarakgösterilir.

Bu tüyümsü mikroyapı Davenport ve Bain tarafından1930 da bulunmuş ve E.C. Bain’i onurlandırmak içinbainit olarak adlandırılmıştır. Benzer yapılar ayrıcabelirli demir dışı alaşım mikroyapılarında dagözlenmiştir.

Bu tip bir mikroyapı oluşumuna genelde bainitikdönüşüm adı verilir.

Beynitik dönüşüm özellikle karmaşık bir reaksiyondur,çünkü hem martenzitik reaksiyonların ve hem dedifuzyon kontrollü çekirdekleşme ve büyümereaksiyonlarının ortak özelliklerini içerir.



Şekil 4.25. AISI 4340 çeliği, 843ºC de östenitleştirilmiş,T sıcaklığında 6 dakika beklendikten sonra buzlu tuzlu suda suverilmiştir; nital ile dağlanmış. ) M t itik t ik t ü t b it 2200 SEM (T 468 ºC)



118

a) Martenzitik matrikste üst beynit, 2200x, SEM (T= 468 ºC)b) Martenzitik matrikste alt beynit, 2300x, SEM (T= 300 ºC)

Şekil 4.26. Karbon miktarının üst beynitten alt



119

Şekil 4.26. Karbon miktarının üst beynitten altbeynite geçiş sıcaklığına etkisi

BEYNİT – Temel Karakteristikler :



120

BEYNİT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler – Üst Beynit

Üst beynitin dış şekli gayet düzensizdir ve bu yüzdentek bir yüzeyin incelenmesiyle belirlenmesi zordur. İki yüzey analizi, üst beynitin dış morfolojisinin bir lata

veya iğne benzeri şekile sahip olduğunu göstermiştir;bu şekillerde bir boyut (boy) diğer iki boyuttan (en vegenişlik) daha uzundur.

Şekil 4.25a’daki üst beynit, hızlı su verme ileüretilmiş bir martenzitik matrikste bulunmaktadır.Beynit içindeki beyaz partiküller Fe3C dir.




121

BEYNİT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler – Üst Beynit (devamı)

TEM çalışmaları, üst beynitin iç yapısının uzun eksene (lataeksenine) paralel uzanan ferrit lataları ile öncelikle latasınırlarında çökelmiş karbür partiküllerinden oluştuğunugösterir.

Bu nedenle üst beynitin dış morfolojisi latadır veya iğnemsişekillidir ve içsel olarak uzun eksene paralel uzanan ferrit

lataları ile lata sınırlarında çökelmiş Fe3C partiküllerinin birbileşimidir. Bu ferrit lataları, yüksek dislokasyonyoğunluğuna sahip altlatalara bölünebilir.

Ferrit lataları arasında bazen artık östenit de mevcut olabilir. Su verme sıcaklığının düşürülmesinin üst beynit

morfolojisine etkisi, lataların daha ince olmasına vebirbirlerine daha bitişik olmasına yolaçar; böylece latalararasında karbür partiküllerinin daha düşük aramesafeli olaraküretilmesine neden olur.

Ötektoid üstü çeliklerde beynitin öncü fazı ferrittenziyade sementit olabilir ve bu yapılar bazen invers(ters) beynit olarak adlandırılır.




122

BEYNİT Temel Karakteristikler :i) Morfolojiler – Alt Beynit

Alt beynitte (Şekil 4.25b) ferrit, latalardan ziyadeplakalar şeklinde oluşur ve karbürler ferrit plakalarınınyan duvarlarında çökelir.

Karbür çökeltileri çok ince boyutludur ve bunlar sıklıklaçubuk veya jilet (ince plaka) şekline sahiptir.

Karbür çubuk ve plakaları birbirlerine çok veya az paralel

olarak düzenlenmiştir ve ferrit plakasının büyüme ekseni ile55o ve 65o arasında bir açı yaparlar. Plakaların, kendilerini küçük açılı tane sınırları ile ayıran

farklı altplakaların bileşimi olduğu bulunmuştur. Altplakalaryüksek bir dislokasyon yoğunluğuna sahiptir.

Çelikte silisyum bir alaşım elementi olarak bulunduğunda altbeynit içindeki demir karbürün karbür olduğusaptanmıştır; bunun dışında karbür, sementit ve karbürün bir karışımı veya tamamen sementit olabilir.




123

BEYNİT Temel Karakteristikler :ii) Kristalografi

Üst ve alt beynitin ana karakteristiklerinden biri, belirli biryüzey rölyefi göstermeleridir; bu topografinin görünümümartenzit plakalarında ve deformasyon ikizlerindegösterilene benzer.

Alt beynitin her bir plakada tek bir üniform yüzey rölyefi gösterdiği bulunmuştur. Üst beynitte her bir lata çoklu bir

yüzey rölyefi gösterir. Bainitin ferrit komponenti, östenite göre belirli birkristalografik oryantasyonla oluşur.

Martenzit temperlendiğinde ilk olaylardan biri martenzitplakaları içinde karbür çökeltisinin oluşumudur. Alt beynittemperlenmiş martenzite benzer bir görünüme sahiptir.Alt beynitte bulunan karbürler, beynit plakalarının büyüme

yönüne spesifik bir açıda oluşur (ferrit ve karbür plakalarıarasında spesifik bir epitaksiyel bağıntı). Alt bainittekikarbürler, ferritten çökelme ile oluşur.

Ayrıca üst beynitin karbürü ve ana faz östenit arasında birepitaksiyel bağıntı için kanıt bulunmaktadır.




124

BEYNİT Temel Karakteristikler :iii) Kinetik

Beynit dönüşümü, bir T-T-T diyagramında kendi Ceğrisini takip eder.

Yalın karbonlu çeliklerde perlit reaksiyon eğrisinin alttarafı ile beynit reaksiyon eğrisinin üst tarafı arasında

arasında önemli bir üst üste çakışma bulunur (Şekil4.27a). Belirli alaşım elementlerinin ilavesi ile perlit oluşum

hızı düşürülür, ancak beynit oluşum hızında etkidüşüktür. Bu durumlarda Şekil 4.27b’de gösterildiği

gibi perlit ve beynit C eğrilerinin üst üste çakışmaolasılığı azdır.

Şekil 4.27. Yalın karbonlu (a) ve yüksek alaşımlı



125

Şekil 4.27. Yalın karbonlu (a) ve yüksek alaşımlı(b) çelikler için TTT eğrileri




126

iii) Kinetik (devamı)

Beynit için hacımsal miktar dönüşüm eğrileri çekirdekleşmeve büyüme dönüşümlerinin karakteristiklerini gösterir, ancakbazı hususlar martenzitik dönüşümlere benzer.

Alaşımlı çeliklerde östenite -beynit reaksiyonu başlamadanönce- spesifik bir sıcaklığın altında su verilmelidir; bu sıcaklıkBs (bainit start) sıcaklığı olarak adlandırılır (Şekil 4.27b).

Bs sıcaklığının hemen altındaki sıcaklıklarda östenitinbeynite tamamen dönüşümü uzun süre sonrasındadahi mümkün değildir.

Bf gibi östenitten beynite tamame dönüşümün mümkünolduğu daha düşük bir sıcaklık vardır. Bu Bf sıcaklığı Ms sıcaklığının üstünde veya aşağısında olabilir, ancak Ms sıcaklığının altında –martenzit oluşumunun başlaması

nedeniyle- tamamen beynitik bir çelik elde edilemez.Martenzitin Ms ve Mf sıcaklıklarına benzer olarak alaşımlıçeliklerde beynit dönüşümleri Bs ve Bf sıcaklıkları gösterir.



Şekil 4.28. AISI 4340 çeliği için TTT eğrisi (0.42 C,0.78 Mn, 1.79 Ni, 0.80 Cr ve 0.33 Mn, 800ºC de



128

, , ,östenitleştirilmiş, ASTM tane boyutu 7-8)



130

Şekil 4.29. Beynit büyümesi için modeller




iv) Reaksiyon Mekanizması (devamı)

Bainitteki ferritinin altlatalar veya altplakalardanoluştuğunu gösteren elektron mikroskobu çalışmaları,alternatif bir büyüme mekanizması önermiştir;burada tek bir arayüzeyin sürekli büyümesi gerekmez.

Bu görüşte herbir alt plaka kendi uç konfigrasyonu ile

östenit içine ilerler. Bu model Şekil 4.29b’degösterilmiştir. Burada her bir altplaka, bitişik altplaka üstünde bir

çıkıntı olarak oluşur. Kalınlaşma, ilave alt plakalarınçekirdeklenmesi ve dik büyümesi ile oluşur.

Termiyonik emisyon mikroskobunda, Fe-0.66C-3.3Cralaşımında üst beynit plakalarının büyümesinin direktgözlemi bu modeli doğrular.

Fiziksel Metalurji Sunu 2

Documents

Transcript of Fiziksel Metalurji Sunu 2