Transcript MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER (devamı)

FİZİKSEL METALURJİ
BÖLÜM 4.
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER
1
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER :
 Katı hal (katı-katı) faz dönüşümleri genellikle
çekirdekleşme ve büyüme dönüşümleri ile ilişkilidir.
Bu durumlarda oluşan hacimsel dönüşüm hızı genellikle
Avrami tipi bir kinetik denklem ile tanımlanır.
 Bunun yanı sıra katı-hal faz dönüşümlerinin çok önemli
ikinci bir sınıfı da bulunur; bu martenzitik dönüşüm
olarak adlandırılır.
 Martenzitik dönüşümler Avrami tipi kinetik ilişkiye göre
gerçekleşmez ve sonuç olarak bu dönüşümler
çekirdeklenme ve büyüme dönüşümleri şeklinde
sınıflandırılamazlar.
 Bununla birlikte fiziksel olarak martenzitik dönüşümde
bir çekirdeklenme aşaması ve bir büyüme aşaması
vardır; fakat büyüme hızı o kadar büyüktür ki hacimsel
dönüşüm hızı hemen hemen tamamen
çekirdeklenme aşaması ile kontrol edilir.
2
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER (devamı):
 Eğer bir çelik  bölgesi içine kadar ısıtılıp
homojenleştirmeden sonra yeterli yüksek bir hızda su
verilirse bir martenzitik dönüşüm oluşur.
 Karbon içeriği kütle-% 0.6 karbondan daha yüksek
karbonlu çeliklerde, YMK östenit kararsız HMT bir faza
dönüşür.
 Bu faz östenit içinde plakalar halinde çok büyük hızda
büyür; öyleki, plakanın büyümesi, çekirdeklenme
sonunda 0.0001 saniyeden daha az bir süre içinde
oluşur.
 Çelikteki bu HMT fazına, ilk olarak 1895 de Floris
Osmond tarafından meşhur Alman metalograf Adolf
Martens adına ithaf sonucu martenzit denilmiştir.
3
Çelik martenzitinde
olduğu gibi bu gibi süper
yüksek büyüme hızlarına
sahip yeni fazın oluşumu
bir kaç alaşımda ve bazı
saf metallerde de
gözlenir (Tablo 4.1).
4
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER (devamı):
 Çelikte martenzit fazı kararsız olduğu için bu faz
sadece süper yüksek hızlı soğuma ile oluşur. Buna
ek olarak düşük sıcaklık tavlaması ile martenzit, bir
çekirdekleşme ve büyüme reaksiyonu ile ferrit ve
sementite ayrışır.
 Ancak bir çok martenzitik dönüşümünde düşük
sıcaklık fazı, kararsız faz olmaktan ziyade bir
denge fazıdır, çok düşük soğuma hızlarında bile
oluşur. (Örnek:Au-Cd ve In-Tl). Bu sistemlerdeki
dönüşümler doğal olarak martenzitik oluşur ve bu
nedenle çelikte olduğu gibi hızlı su vererek dönüşümün
bu hızlı büyüme şeklini sağlama gereksinimi yoktur.
 Demir dışı martenzitlerde de yüksek sıcaklık
fazının östenit ve düşük sıcaklık fazının martenzit
olarak adlandırılması sıkça görülür.
5
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLER (devamı):
 Martenzit reaksiyonların en önemli tarafı, martenzit
fazı ile ana faz arasında hızlı bir büyüme
mekanizmasının işletilmesine izin veren özel
kristalografik bir ilişkiyi içermesidir.
 Martenzitik dönüşümün kristalografisi
deformasyon ikizlenmesini içeren kristalografi
ile çok benzerdir.
 İkizlenme durumunu anlamak daha kolay olduğu için
ikizlenme öncelikle incelenecektir.
6
İKİZLENME :
 Bir YMK metalde dizilim sıralamasının basitçe
değiştirilmesi koherent bir ikiz sınırı ile
sonuçlanır.
 İkiz tane sınırları çok düşük enerjiye sahiptir. Bu
bölümde bütün ikiz sınırlarının koherent oldukları farz
edilecektir.
7
İkizlenme ile dizilim sıralaması değişir !
YMK yapıda atom dizilişi en sık olan düzlemlerin birim
hücredeki konumları
a) ABC dizilişi
b) Birim hücrenin çizimi
YMK’da atom dizilişi en sık olan düzlemler {111} kübün hacım
diyagonaline <111> dik olan düzlemlerdir.
8
İKİZLENME (devamı) :
 İkizler bir kristalde ya deformasyon sırasında ya da
kristal büyümesi sırasında oluşur ve buna bağlı olarak
ikizler, 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 ikizler
çoğunlukla tavlama ikizleri olarak adlandırılır.
 Ergiyikten katılaşan metallerde büyüme ikizlerinin
oluşumu yaygın değildir; bununla birlikte bazı metalik
dendritler büyüme eksenleri boyunca bir ikize sahiptir.
 Ayrıca dökme demirde grafit ve Al-Si ötektik
alaşımlarında silisyum birçok büyüme ikizleri içerir.
9
İKİZLENME (devamı) :
 Burada sadece deformasyon ikizlenmesi ile
ilgileneceğiz; büyüme ikizlerinden sadece ikizlerin
birbirinden farklı iki ayrı mekanizma ile oluştuğunu
açıklamak için bahsedildi.
 Plastik deformasyon konusunda da bahsedildiği gibi
ikizlenme, metallerin plastik deformasyonu için
bir başka tür sunar.
 Metalik malzemelerde kayma genellikle ikizlenmeden
daha kolay oluştuğu için ikizlenme, yalnız kübik
olmayan metallerin plastik deformasyonu için
önemli bir mekanizma olur. Kübik olmayan metallerde
çok az kayma sistemleri mevcuttur (örneğin SPH
metaller ve HMT Sn). Bununla birlikte HMK metallerde
deformasyon ikizlenmesi düşük sıcaklıklarda önemli
kazanır. Deformasyon ikizlenmesi YMK metallerde
nadirdir ve ancak çok düşük sıcaklıklarda bazı
zorluklarla yapılabilir.
10
İKİZLENME (devamı) :
 Deformasyon ikizlenmesi prosesi şematik olarak Şekil
4.1a’da gösterilmiştir.
 Makroskopik bakışla uygulanan kayma gerilmesinin
şekilde 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 içinde
atomik düzen, ikiz düzlemleri boyunca orijinal matris
içinde atomik düzenin bir ayna görüntüsünü
oluşturur.
11
Şekil 4.1. (a) Kayma gerilmesi ile ikiz oluşumu
(b) Kayma deformasyonu
12
İKİZLENME (devamı) :
 Kristalografinin tanımı için ikizlenme prosesinin esasını
teşkil 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. Ana
kristalin yapısı birim hücre ile tanımlandığında, ikiz
kristalin birim hücresi de ana kristalinki ile aynı
olmalıdır. Yegane farklılık Şekil 4.2 de gösterildiği
gibi bazı dönmeler olacaktır.
13
Şekil 4.2. Birim kafesi açıklayan vektörlerin
eşdüzlemsel olmayan üçlüsünün rotasyonu
14
İKİZLENME (devamı) :
 Problem iki parçaya bölünebilir; birincisi, dönüşüm
üzerinde invariant (değişmez) atomik düzenleri
gösteren tüm düzlemleri belirlemek ve ikincisi,
dönüşüm sonrası invariant ortak açılara sahip bu
düzlemlerde üç vektör saptamamızdır.
 İkizlenme kayması öncesinde ve sonrasında
atomik düzeni aynı olan herhangi bir düzlem
distorsiyona uğramamış (bozunmamış) bir düzlem
olarak adlandırılacaktır. Sonuç olarak bu üç
eşdüzlemsel olmayan vektörlerin yukarıda belirttiğimiz
ilk gereklilik doğrultusunda bu düzlemler içinde olmalıdır.
 İkizlenmiş düzlemin bir kenar görünüşü Şekil 4.3’de
gösterilmiştir. Bu ikizlenmiş düzlem, şekilde verilen ana
matriks ile ikiz matriksin arayüzeyidir. Bu düzlem hem
ana matrikse, hem de ikiz matrikse ait olduğu için
bozunmamış bir düzlem olması gerekir. Böylece
ikizlenmeye dahil olmuş sadece iki tane
bozunmamış düzlem olduğunu saptarız.
15
İKİZLENME (devamı) :
 Bu yüzden ikizlenmenin, birim hücre vektörünün
boylarını ve ayrıca onların ortak açılarını
koruyan saf bir kayma dönüşümü gibi
düşünülebileceği açıktır.
 Saf bir kayma dönüşümü için aşağıdaki üç
gereksinmeyi sağlayan üç eşdüzlemsel olmayan
vektör 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.
16
Şekil 4.3. İkiz matrikste bir yarım daire üzerine
etkiyen ikiz gerilmesi
K1 ve K2 düzlemleri ► ikizlenmeye dahil olmuş 2 bozunmamış düzlem.
17
İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ :
 YMK ikizini göz önüne alacağız. YMK ikizi, {111}
düzlemlerinin dizilim sıralamasında ABCABC….. den
ACBACB…. tarzı bir değişime neden olur.
 (111) düzlemlerinin bir kenar görüntüsü, O sembolü
ile gösterilmiş (110) izi üzerinde atomlar ile Şekil
4.4’te gösterimiştir. İkizlenme düzlemi üzerindeki ikiz
matriksinde atomların pozisyonu □ sembolleriyle ile
gösterilir. İkiz matriksindeki atomları bağlayan kesik
çizgili dörtgen, ikizlenme düzlemi üzerinden ana
matrikste atomları bağlayan sürekli çizgi dörtgenin
bir ayna görüntüsü oluşturur; bu da böylece ikiz
ilişkisini gösterir.
18
Şekil 4.4. YMK kristale ait (111) düzleminde kenar
görünümü, (110) izi üzerindeki atomları göstermektedir.
Orijinal atom yerleri o ile gösterilmiş olup ikizlenme
kayması sonraki atom yerleri □ ile verilmiştir
19
İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ (devamı) :




Burada oluşan atom hareketinin doğası Şekil 4.4’nın solunda
ikizlenme kayması gözönüne alınarak gösterilmiştir.
İkizlenme düzlemi üzerindeki ilk (111) düzlemi üstünde atomlar, olan
t vektörü ile hareket eder, bu da atomların bu düzleminin gerekli
B→C geçişine uğramalarına neden olur. İkizlenme düzlemi üzerindeki
herbir başarılı geçiş yapan düzlem üstünde atomlar bir ilave vektör
ile ötelenir; bu durum Şekil 4.4’te oklarla ve kayma gerinmesi
diyagramı 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 t
vektörü ile hareket eder. Tüm atomlar kendi komşularına göre
relatif aynı vektör doğrultusunda hareket ettiği için buna ortaklaşa
hareket (cooperative motion) adı verilir.
İkizlenme düzleminden uzaklaştıkça ortaklaşa hareket toplayarak
artar ve böylece toplam gerinme büyük olur. Örneğin, ikizlenme
düzlemi üzerindeki dört düzlemde toplam şekil değişimi 4t ile
orantılıdır ve ikizlenme düzlemi üzerindeki n düzlemde nt ile
orantılıdır. Bu nedenle oldukça büyük bir gerinme (şekil
değişimi), bir çok küçük fakat ortaklaşa atom hareketleri ile
üretilir.
20
İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ (devamı) :
 t vektörünün [112]a/6 olması oldukça enteresandır ve
bu Shockley kısmi dislokasyonunun Burgers
vektörüdür.
 Bu nedenle bu ikizlenmeler, Shockley kısmi
dislokasyonlarının kaymaya uğratılmasıyla
üretilebilir. Bu mekanizma, ikizlenme düzlemi
üzerindeki ilk düzlemde kaymak için bir dislokasyon,
ikinci düzlemde iki dislokasyon, üçüncüde üç,
dördüncüde dört vb. gerektirecektir.
 İkizlenme düzleminden başlayarak kayabilen
dislokasyonlarının sayısında bu başarılı artışı üretmek
için bir kutup mekanizması kabul edilir.
21
İKİZLENME SIRASINDA ATOM HAREKETİ (devamı) :




180o lik ilişkinin açıklanmasında ikiz matristeki atomları
bağlayan kesik çizgili dörtgen [112] yönünde 180o
döndürülür. Bu durumda bu dörtgen, ana matrisin sürekli
çizgi dörtgeni ile çakışacaktır.
Aynı şekilde kesik çizgili dörtgenin 3 numaralı atomda
ikizlenme düzlemine dik bir eksen çevresinde 180o
döndürülmesi,  etiketli ikizlenmedeki atom yerlerinin O
etiketli ana atom yerleri üstüne direkt olarak düşmesine
neden olur.
Bu operasyon ikiz ve ana matriksler arasındaki 180o lik
dönme bağıntısını gösterir. İkizlenmenin neden olduğu
atom hareketlerinin bütün orijinal kafesi 180o döndürmediği
göz önünde tutulmalıdır.
İkizlenmedeki küçük ortaklaşa atom hareketleri, yeni
bir kafes yönlenmesi üretir; bu yeni oryantasyon
orijinal ana kafesin 180o lik dönmüş haline benzer.
22
İKİZ OLUŞUMU :





Bir metal üzerine uygulanan gerilme, metali deformasyon
ikizlenmesine uğrayacak şekilde artırılırsa, ikizlenmenin
başlayacağı bir gerilme seviyesine ulaşılır.
İkiz plakaları tane içinde ayrı ayrı taneler için çekirdeklenir ve
Şekil 4.5a’da gösterildiği gibi bir görünüm veren taneler içinde
boydan boya hızla yayılır.
İkiz plakalarının düz kenarları, ikizlenme düzlemi, K1 e
paraleldir. İkizler yoğun olarak K1 düzlemine paralel yönlerde,
daha küçük bir büyümeyle ise K1 düzlemine dik yönlerde büyür ve
bu süreç içinde plaka morfolojilerini üretir.
İkiz plakalarının başı çeken köşesi çok ince bir noktaya incelir.
Böylelikle bu uç bölgesinde ikiz-ana malzeme arayüzeyi her yerde
K1 düzlemine paralel olamaz. Bu nedenle bu yörelerde ikiz sınırları,
mevcut bir kaç uyumsuzluk (mismatch) dislokasyonuyla kısmen
koherent olmalıdır.
Genelde ikiz plakalarının ucunun tavlama sonrası karevari olması
gözlenir. ikiz-ana matriks arayüzeyi, körelmiş bir son oluşturarak
tekrar koherent bir ikiz sınırı olur.
23
Şekil 4.5. İkizlenmiş plakaların oluşumu (a) tane
içinde (b) serbest yüzeyi kesen
24
İKİZ OLUŞUMU (devamı) :




İkiz plakası K1 e dik yönlerde kalınlaştığında -ikiz-matris
arayüzeyinde koheranslığın muhafaza edilmesi koşulundaana matriste hatırı sayılır bir şekil değişimi gerekir; bu da
açık olarak Şekil 4.4’teki kayma gerinmesi diyagramından
görülür.
Bu konum belki de Şekil 4.5b’de verildiği gibi serbest
yüzeyli bir deformasyon ikizinin kesit alanının
gözlemlenmesi ile en iyi şekilde gösterilebilir.
İkizdeki serbest yüzey, onun orijinal oryantasyonuna bir
açıda yığılmış olur ve komşu ana matriks, ikiz-ana matriks
koheransının muhafaza edilmesi için şiddetli şekil
değiştirir. Gösterildiği gibi yüzeyde şekil değiştirmiş ana
matriks bölgesi bir intibak kink’i olarak adlandırılır.
Metal sistemlerde hemen hemen daima ana matriksteki
şekil değişiminin akma gerilmesinin aşılmasına neden
olduğu ve bu yüzden bu bölgelerde bir plastik akmanın
oluştuğu bulunmuştur.
25
İKİZ OLUŞUMU (devamı) :
 İnce bir kadmiyum metal çubuk büküldüğünde
dışarıdan farklı bir çıtırtı sesi işitilecektir. Bu ses
kadmiyumda oluşan deformasyon ikizlenmesi ile
üretilir.
 İkiz plakalarının büyüme hızının çok yüksek
olması nedeniyle ses dalgaları üretilir. İkiz
plakalarının büyüme hızının bu gibi durumlarda ses
hızına yaklaştığına inanılır.
26
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel :
 Bu bölümde genellikle martenzitik dönüşümlerde
gözlenen ve kristalografiyi anlama açısından çok
önemli 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 Şekil
4.6’da gösterilen karakteristik bir yüzey rölyef
tipini üretirler.
 Bu yüzey rölyefi ani bir şekil değişiminden
sonuçlanır. Bu şekil değişiminin etüdünün daha
geleneksel bir yolu, dönüşüm öncesi yüzeyin ince
çiziklerle bezenmesidir. Dönüşümü takiben bu
çiziklerin dikkatlice incelenmesi sonucu martenzitik
dönüşümlerde oluşan şekil değişiminin doğası
hakkında yoğun bilgi sahibi olunabilir.
27
Şekil 4.6. Martenzit plakasının oluşumuyla yüzeyde
rölyef üretimi
28
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 Şekil 4.7a genellikle dönüşümü takiben bulunmuş
sonucun tipini gösterir. Plaka boyunca ana kafesin
bir yer değişimi vardır. Gözlenmeyen iki önemli şey
Şekil 4.7’de ayrıca gösterilmiştir. Birincisi, Şekil
4.7b’de gösterildiği gibi martenzit-ana matriks
arayüzeyindeki çizikte dönüşüm sonrası bir
süreksizlik vardır, ancak bu durum gözlenmemiştir.
Bu gözlem 1000x civarındaki büyütme sınırına kadar
ışık mikroskobu ile doğrulanır. Makroskobik boyut
olarak (atomik boyutlarla kıyasla) adlandıracağımız
bu konumda martenzit-ana matriks arayüzeyinin
koherent kaldığı sonucunu çıkarırız; böylece ilk
önemli 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).
29
Şekil 4.7. Olası iz distorsiyonu (a) görülen sonuçlar
(b) arayüzeyde uyum kaybı (c) matrikste elastik
distorsiyon
30
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 İkincisi, Şekil 4.7c’de gösterildiği gibi martenzit
plakalarında çiziklerin dönüşüm sonrası lineer olmadığı
gözlenmemiştir.
 Bu durum tüm farklı çizikler ve yüzey oryantasyonları
için doğrudur ve martenzit plakasındaki serbest
yüzeyin düzlemsel olarak kaldığı anlamına gelir.
Bu nedenle dönüşüm, düz hatların düz hatlara
dönüşmesine, düzlemlerin de düzlemlere
dönüşmesine neden olur.
 Bu tarz dönüşümler homojen olarak adlandırılır. Bir
invaryant habit düzlemli homojen deformasyon
üreten şekil değişimi invaryant düzlem gerinmesi
olarak adlandırılır.
31
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 İkizlenmede oluşan ve Şekil 4.8a’da gösterilen basit
kayma, invaryant düzlem şekil değişiminin bir
örneğidir.
 Martenzitik dönüşümler genellikle Şekil 4.8b’de
gösterilen invaryant düzlem şekil değiştirmenin daha
karmaşık bir türünü içerir; burada ötelenme invariant
düzleme hafif bir açıdadır. Bu nedenle martenzitik
dönüşümler, basit bir kaymanın yanında habit
düzlemine normal doğrultuda bir tek eksenli
çekme veya basma içerir. Değişik martenzitler için
bu şekil değişimi komponentlerinin örnekleri Tablo
4.2’de verilmiştir.
 İkinci önemli karakteristik bu doğrultuda saptanır:
Bir makroskobik boyutta, martenzitte şekil
değişimi bir invaryant düzlem şekil değişimidir.
32
Şekil 4.8. (a) ikizlenmede basit kayma gerinmesi
(b) Martenzitin invaryant düzlem gerinmesi
33
34
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :




Alışkanlık doğrultusunda martenzitin habit düzlemi, martenzit plakasının fiziksel düzlemine paralel olanana fazın {hkl} düzlemleri olarak verilir.
Bu niceliği ölçmek için yapı içinde oluşan martenzit
plakalarına göre ana fazın kristalografik oryantasyonunun
bilinmesi gerekir.
Yüksek karbonlu çeliklerde martenzitik dönüşüm genellikle
oda sıcaklığında tamamlanmaz, böylelikle artık (kalıntı)
östenit bulunur. Bu nedenle artık östenitin kristalografik
oryantasyonu oda sıcaklığı X ışın teknikleri ile ölçülür ve
bundan sonra artık östenite göre plakaların oryantasyonu,
östenitin iki yüzeyindeki plakaların izinin birbirine yaklaşık
90º de incelenmesi ile ölçülür.
Kapsamlı deneysel bulgular, martenzitik dönüşümlerin
kristalografisi ile ilgili üçüncü önemli eksperimental
karakteristiği saptar:
Martenzit habit düzlemi irrasyoneldir.
35
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 Bu bölümde son nokta martenzit fazının altyapısı
ile ilgilidir. Metallerde iki farklı martenzit morfolojisi
gözlenir.
 Bu konuda işlediğimiz plaka morfolojisinin yanısıra bir
lata 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 bir
plakanın bir tek kristal olduğu fikrini verir. Bununla
birlikte elektron mikroskobu ile inceleme, plaka
morfolojisinin çok ince bir altyapıya sahip olduğu
gösterir. Plakaların şematik olarak Şekil 4.9a’da
gösterildiği gibi çok ince ikizlerin yığınlarından
oluşmuş olduğu gözlenir. Çelik martenzitinde bu
ikiz aramesafeleri 15-200 Å derecesindedir.
36
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 Genellikle lata tipi martenzitin ikiz içermediği,
ancak dislokasyon yoğunluğunun çok yüksek
olduğu bulunmuştur. Bu yüksek dislokasyon
yoğunluğunun geniş ölçüde paralel bölgelerin
yığınlarına bağlıdır, Şekil 4.9b; bu bölgeler birbirlerine
karşılıklı olarak kayar ve kafes invaryant kayması
üretirler.
 Bu nedenle son önemli kristalografik karakteristik
aşağıdaki gibidir:
Mikroskobik boyutta martenzit plakalarının çok
ince ikizlerin yığını olduğu gözlenir ve martenzit
lataları genellikle çok yüksek bir dislokasyon
yoğunluğuna sahiptir.
37
Şekil 4.9. Martenzit plakalarının altyapısı
(a) ikizlenme içeren (b) kayma içeren
PLAKA
LATA
38
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Deneysel (devamı) :
 Tablo 4.3’de bu hususla ilgili olarak çeşitli demir bazlı
alaşımlara ait veriler gösterilmiştir. Martenzit
altyapısının tipinin alaşım kompozisyonuna bağlı
olduğu görülebilir.
 Şekil 4.9a’da gösterildiği gibi ikizlenmiş bir altyapının
mevcudiyeti, -yukarıdaki (1) nolu hususta ifade
edildiği gibi- habit düzleminin sadece makroskobik
boyutta bir invariant düzlem olduğunu ve ayrıca yukarıdaki (2) nolu hususta ifade edildiği gibi- şekil
gerinmesinin sadece makroskobik boyutta
homojen olduğunu açıkça gösterir.
39
40
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori :



Bir örnek olarak yüksek-karbon Fe-C martenziti kullanarak
martenzit kristalografisinin teoriksel işlemlerini tartışacağız.
Klasik bir makalede (1924 de yayınlanmış) E.C. Bain bir
şema hazırlayarak bir YMK birim hücrenin bir HMT birim
hücreye dönüşmesini göstermiştir.
Şekil 4.10 bir ortak (010) yüzeyinde birbirlerine dokunan iki
YMK birim hücreyi gösterir. Bu (010) yüzeyinin
merkezindeki atom, Şekil 4.10 de gösterildiği gibi aynı
zamanda 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 tetragonal
birim 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 için
doğru birim hücre elde edilir. Bu kombine uzama ve
kısalma sıklıkla Bain distorsiyonu olarak adlandırılır.
41
Şekil 4.10. Bain ilişkisi
42
Şekil 4.11. Bain distorsiyonu
43
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):




Bain in bu teklifinde ana kafesin belirli bir yapısal biriminin
martenzit kafesinin birim hücresi olmasını gerektirir.
Bu iki spesifik kafes arasındaki bağıntı sıklıkla kafes
tekabülü veya bazen Bain tekabülü olarak adlandırılır.
Ana matriste veri bir yön, [xyz] martenzitik matrikste
spesifik bir yöne, [x’y’z’]m tekabül edecektir.
Örneğin Şekil 4.10 ve 4.11’den açık olarak görülebileceği
gibi 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 tekabül
edecektir; örneğin Şekil 4.10 ve 4.11’den aşağıdaki ilişki
yazılabilir:
(112)m tekabül → (101)
44
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):
 Eğer Bain tekabülü direkt olarak Fe-C martenzit
dönüşümüne uygulanırsa bir yolla sıfır distorsiyonlu
bir düzlem üretilmesi gerekli olduğunu anlarız.
 Martenzitik dönüşümlerle ilgili teoriler 1953 de
Wechsler, Lieberman ve Reed ile 1954 de
Bowles ve Mackenzie tarafından sunulmuştur.
 Gerçekte eşdeğer olan bu teoriler dönüşümdeki
atom hareketlerini açıklamaz. Daha doğrusu
bunlar dönüşümün başlangıç ve sonuç
kristalografik durumlarını tarif eden analitik
işlemlerdir. Bu anlamda ilgili teoriler termodinamikle
benzerdir.
45
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):
 Teorinin matematiksel işlemleri üç ana işleme
bölünebilir ;



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 konumuna
gelebilmesi için martenzit matrisi döndürmek
 Birinci adım, martenzit fazının gerekli kafes yapısını
üretir. İkinci adım sıfır bozunumlu düzlem eldesi için
bir prensip gerinmesinin sıfır olmasını sağlar. Bununla
birlikte burada devreye giren ilave kayma, 1. adım ile
üretilen yeni kafes yapısını değiştirmek
mecburiyetinde değildir. Bu yüzden bu kaymanın bir
kafes-invaryant kayma olması mecburidir.
46
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):
 Kafes-invaryant kaymanın nasıl elde edildiğini
göstermek için Şekil 4.12a’da verilen rombus (eşkenar
dörtgen) şekilli kristal göz önüne alınır.
 Kristal yapısını değiştirmeksizin kayma
deformasyonu ile bu eşkenar dörtgeni baştan başa
bir dikdörtgen şekline iki yolla düzeltebiliriz ;
Bu değişim, paralel düzlemler boyunca kayma (slip)
ile (Şekil 4.12b) ve ikiz yığınlarının üretimi ile (Şekil
4.12c) başarılır.
 Bu kafes-invaryant kaymaların şematik olarak Şekil
4.9’da gösterildiği gibi martenzit plakaların içinde mevcut
olduğu düşünülebilir. Bu nedenle ilgili teori, martenzit
fazının ikiz yığınlarından oluşan bir iç altyapıya sahip
olmasını veya paralel düzlemler boyunca şiddetlice
kaymış olmasını gerektirir.
47
Şekil 4.12. Kafes-invaryant kaymaları
48
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN
KRİSTALOGRAFİSİ – Teori (devamı):

Teori için data girişi,




oluşur.
Bu verilerden teoriler,





(a) ana fazın ve martenzit fazının yapısından ve kafes
parametrelerinden,
(b) kafes tekabülünden
(c) kafes-invariant kaymadan
(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 gerinmeleri
içeren martenzitler, örneğin Au-Cd, In-Tl ve ayrıca demirbazlı alaşımlardaki (3 10 15) martenzitleri için çok iyidir.
Sonuç olarak kristalografik teorilerin martenzitik
dönüşümleri oldukça iyi tanımladığı görülür.
49
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Ortaklaşa Hareket :
 Martenzitik reaksiyonların ana karakteristiklerinden biri,
yapı dönüşümünün bütün atomların ortaklaşa
hareketleri ile üretilerek sonuçlanmasıdır.
 Deformasyon ikizlenmesindeki gibi her bir atom kendi
komşusuna göre aynı vektör ile hareket eder.
 Bu ortaklaşa atom hareketinden dolayı martenzitik
dönüşümler bazen askeri dönüşümler olarak da
adlandırılır. Buna karşıt olarak dönüşüm arayüzeyinde
atomların rastgele atladığı diğer dönüşümler, sivil
dönüşümler olarak adlandırılır.
50
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Hızı :



Martenzitik dönüşümlerin bir diğer ayırd edici karakteristiği
arayüzey hareketindeki hızdır.
Martenzit plakaları genellikle çekirdeklendikten sonra
yaklaşık 0.0001 saniyeden daha az bir süre içinde kendi
sınır boyutlarına büyürler. Lineer büyüme hızı Fe-Ni-C
martenzitlerde, –20ºC ile 200ºC sıcaklık aralığındaki bütün
sıcaklıklarda yaklaşık 105 cm/s olarak ölçülmüştür.
Deformasyon ikizlenmesinde olduğu gibi martenzit
plakalarının oluşumu, duyulabilir bir tıkırdı eşliğinde
gerçekleşir. Bir plaka oluştuğunda metalde hızla mekanik bir
karışıklık üretir. Bu karışıklık metal yüzeyine doğru ilerleyen
bir akustik dalga yayar ve sonunda gözlemcinin kulağında
bir hissedilir klik sesi üretir. Yalın karbonlu çeliklerde
martenzit üretmek için gerekli hızlı su verme ile ilişkili
sesten dolayı dönüşümdeki ses duyulamaz. Buna karşın AuCd dönüşümünde (ki burada dengeli martenzit fazı üretmek
için sadece yavaş soğuma yeterli olur) bu ses duyulabilir.
51
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Yayınma (Difuzyon)
İçermeyen Karakteri:




Kooperatif atom hareketi ve çok hızlı büyüme hızları
martenzitik dönüşümlerin bir üçüncü karakteristiğini üretir.
Martenzit fazının kompozisyonu ana fazınki ile
benzerdir.
Örneğin % 0.77 C’lu bir ötektoid çelik yavaşça soğutulursa,
% 0.022 C’lu kompozisyona sahip ferrit ve % 6.7 C’lu
kompozisyona sahip sementit şeklinde iki fazdan
oluşmasını bekleriz. Üretilen bu fazlar, kendi
kompozisyonlarını bir difuzyon prosesi ile ana fazınkinden
değiştirir.
Eğer ötektoid çeliğe martenzit oluşturması için hızlı su
verilirse, martenzit fazı % 0.77 C’lu ana faz ile aynı
kompozisyona sahip olacaktır.
Bu nedenle difuzyon gerekli değildir ve sonuç olarak
martenzitik dönüşümlerden bazen difuzyonsuz
dönüşümler olarak söz edilir.
52
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji :
 Demir bazlı alaşımlarda (çeliklerde) martenzit fazı
genellikle iki farklı morfolojiden birini gösterir.
 Bu morfoloji (şekil) ler lata martenzit ve plaka
martenzit olarak adlandırılır.
 Bu iki morfolojinin kabullenilmesi yıllar boyunca adım
adım gerçekleştiği için bu martenzitler için kullanılan
farklı isimler de vardır. En popüler alternatif isimlerin bir
listesi Tablo 4.4’te verilmiştir. Birkaç yüksek alaşımlı
çelikte bir üçüncü morfoloji olarak levha martenzit
gözlenir.
 Fe-C alaşımları % 0.6 C’nın altında öncelikle lata
martenziti, % 0.6 C’nın üstünde plaka martenziti
oluşturur.
53
54
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Bir optik mikroskopta, 500-1000x gibi yüksek
büyütmelerde lata mikroyapısı incelendiğinde, optik
mikroskopta ayırdedilemiyen çok ince ve tüyvari bir yapı
görülür (Şekil 4.13a).
 Şekil 4.13’de açıkça tanımlanmış en küçük yapı birimleri
paketler (veya bloklar) olarak adlandırılır. Bu paketler
sıklıkla bitişik paralel şeritler (resmin sağ tarafı)
olarak görünür, fakat bunlar aynı zamanda daha
blokvari bir görünüme sahip olabilir (resmin sol tarafı).
 TEM paketlerin bir altyapıya sahip olduğunu ortaya
çıkarır. Her bir paket, birbirlerine oranla küçük bir
oryantasyon farkına sahip paralel plakavari alttanelerden
oluşur. Paket içindeki bu ince paralel alttaneler bu
yüzden lata şekline sahiptir ve bu nedenle lata
martenzit olarak isimlendirilir.
55
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Her bir lata genellikle kendi içinde aşırı yüksek bir
miktarda dislokasyon yoğunluğuna sahiptir; bu
da yaklaşık cm2 de 0.5x1012 seviyesindedir. Çok az
durumda ise latalar, plaka martenzitin
karakteristiğinde 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.
56
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
57
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Her bir lata genellikle kendi içinde aşırı yüksek bir
miktarda dislokasyon yoğunluğuna sahiptir; bu
da yaklaşık cm2 de 0.5x1012 seviyesindedir. Çok az
durumda ise latalar, plaka martenzitin
karakteristiğinde 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.
58
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Plaka martenzitin morfolojisi Şekil 4.13b’de
gösterildiği gibi genellikle çok belirgindir.
 Ayrı ayrı plakalar yukarıda tarif edilen lata gibi
birbirine bitişik paralel yığınlar olarak
yerleşmemişlerdir; fakat genellikle birbirlerine gayet
farklı açılardadırlar. Daha uzun plakalar daha
geniştir.
 Yapı dağlandıktan sonra plakanın merkezinde doğru
olarak uzanan bir ince hat da genellikle gözlenebilir.
Bu oluşum omurga olarak isimlendirilir. Omurganın
oluşacak plakanın ilk kısmı olduğu kanıtlanmıştır.
59
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :




Çelikte martenzitin bu iki tipinin oluşumu gayet
farklıdır ;
Lata martenzitin oluşumu bitişik paralel lataların
büyümesi ile karakterize edilir. Lataların bir grubu bazen
aniden kooperatif bir şekilde bir dizin olarak büyür ve bazen
de 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 östenitte
çekirdekleşme ve büyüme ile ilk oluşmuş plakalar ve tane
sınırları arasında oluşur. Martenzit plakalarının oluşumu ile
östenit giderek bölündüğü için östenitik bölgeler küçülür ve
bu nedenle sonradan oluşan plakalar küçük olur.
Böylece plaka martenzitte oldukça büyük boyut
dağılımlı paralel olmayan plakalar var iken lata
martenzitlerde yoğun olarak paralel lata oluşumu
vardır; burada paket içindeki lata boyutları oldukça
homojendir.
60
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Levha martenzit bazı yüksek alaşımlı çeliklerde
görülür ve paralel levhalardan oluşur.
 Bu faz daima SPH dir ve {111} östenit düzlemlerine
paralel oluşmuştur.
 Bu levhalar o kadar incedir ki geçirimli elektron
mikroskobunda bile küçük veya hiç altyapı
görüntülenemez.
61
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Morfoloji (devamı) :
 Birçok demir dışı metallerin alaşımlarındaki
martenzitlerin morfolojileri Fe-C alaşımlardaki
plaka martenzitine gayet benzerdir.
 Bununla birlikte örneğin In-Tl, Mn-Cu gibi birkaç demir
dışı metallerin alaşımlarındaki martenzitler paralel
bandlar şeklinde görünür. Bandlar paralel
ikizlenmiş bölgelerden oluşan bir altyapıya sahiptir
ve hem bandlar, hem de ikizler optik mikroskopta
ayırd edilebilecek kadar büyüktür.
 Bandlanmış martenzit Fe-C alaşımlarının lata
martenzitine benzer görünümdedir; ancak boyutu
lata martenzite göre çok daha kabadır ve bandlanmış
martenzit bir dislokasyon altyapısından daha ziyade
bir ikizlenmiş altyapıya sahiptir.
62
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Yapısı :
 Deformasyon ikizlenmesi durumunda, ikiz sınırları
arayüzeyi (K1 düzlemi), ana kristal ve ikiz kristali
arasında tam bir koherans düzlemidir.
 Martenzit-ana faz arayüzeyi sadece makroskobik
boyutta koherent olduğu gösterilmişti.
 Martenzit plakalarının ikizlenmiş ve kaymış
doğasından dolayı, martenzit-ana faz ara yüzeyinin
tam koherent olmayacağı açıktır ve yarı koherent bir
sınır olarak daha uygun şekilde tarif edilmiştir.
 Arayüzeyde gerekli kaymayı yerleştirmek için bir tür
arayüzey dislokasyon yapısı genellikle kabul edilir.
Şekil 4.14 bir kaymış martenzit ve bir ikizlenmiş
martenzit için arayüzey yapısının şematik modellerini
gösterir.
63
Şekil 4.14. Martenzit–östenit arayüzey yapısının
şematik modeli
64
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Arayüzey Yapısı
(devamı) :



Şekil 4.14a’da kafes invaryant kayma, paralel vida
dislokasyonunun bir dizini ile üretilirken, Şekil
4.14b’de bu kayma, değişken ikizlenme ile üretilir.
Şekil 4.14a’daki arayüzey, arayüzey dislokasyonlarının
paralel dizini ile tanımlanmış düzlemde bulunur. Her iki
resimde OZ ve O’Z’ doğruları, arayüzeyin her iki
kenarındaki makroskopik vektörlerdir; bunlar
arayüzeyin makroskopik koheransını gösterirler. Ancak OA
ve O’A’ vektörleri arayüzeyin her iki kenarındaki
kafes vektörleridir ve bunlar arayüzeyde yerleşmesi
gereken kafes invaryant kaymayı gösterir.
Arayüzeyin detaylı ince yapısı ne olursa olsun, aşırı yüksek
hızlarda hareket edebilme yeteneğine sahip olma gerekliliği
açıktır. Arayüzey dislokasyon dizinleri prensipte bu yeteneğe
sahiptir ve genellikle martenzit şekil değişimi, arayüzey
dislokasyon dizinlerinin kooperatif kayması ile
başarılır.
65
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
 Bir östenit fazını soğutarak martenzit oluşumunun
başlama sıcaklığı, martenzit start sıcaklığı olarak
isimlendirilir ve Ms sembolü ile verilir.
 Yalın karbonlu çelikler ile düşük alaşımlı çeliklerde
oluşan martenzit miktarı, Şekil 4.15a’da gösterildiği
gibi Ms sıcaklığının ne kadar aşağısına soğutulduğunun
bir fonksiyonudur.
 Sonuç olarak tüm östenitin martenzite dönüştüğü veya
dönüşümün durduğu bir sıcaklığa ulaşılır ve bu sıcaklık
martenzit finiş sıcaklığı, Mf olarak adlandırılır (Şekil
4.15a’nın üstündeki sıcaklık TE, östenit ve martenzit
fazları arasındaki termodinamik denge sıcaklığını
gösterir).
66
Şekil 4.15.
(a) Sıcaklığın fonksiyonu olarak martenzit hacim miktarı
(b) İki çelikte kompozisyon ile Ms sıcaklığının değişimi
67
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Ms sıcaklığı, çeliklerin ısıl işleminde göz önüne alınması
gereken önemli bir sıcaklıktır. Deneyler, neredeyse tüm
kimyasal elementlerin çeliğe katkısında, ilgili elementin
östenitte çözünmesi durumunda Ms sıcaklığını
düşüreceğini göstermiştir; ayrıca arayer elementleri
Ms sıcaklığını düşürmede çok daha etkilidirler.
 Bu durum düşük alaşımlı çelikler için Steven ve
Haynes’in ampirik denklemi ile gösterilir:
Ms(ºC)=561 - 474 C - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo
Burada C, Mn, Ni, Cr ve Mo kütle-% miktardır. Bu
formül kaba bir yaklaşım olarak kabullenmelidir, çünkü
Ms’ın tane boyutu ile -küçük de olsa- bir ilişkisi
bulunmaktadır.
 Şekil 4.15b öngörülen Ms ile kompozisyon ilişkisini yalın
karbonlu bir çelik ve Fe-%0.4C-Ni çelikleri için
göstermektedir.
68
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Deneyler Ms sıcaklığının 50.000 oC/s kadar yüksek
soğuma oranlarında ±20 oC içinde sabit olduğunu
göstermiştir; ve önceden bahsedildiği gibi martenzit
plakaları (veya lataları) mikrosaniyelik bir süreçte
oluşur. Bundan dolayı martenzit hacımsal miktarının
zaman ile değiştiği -Şekil 4.16a’da düşük alaşımlı
çelikler için gösterildiği gibi- bulunmuştur.
69
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Dönüşüm milisaniye içinde bitirilir ve sürekli bir
izotermal (eşısıl) tutma daha fazla martenzit
üretmeyecektir.
 İlave martenzit sadece daha düşük bir sıcaklığa su
verme ile elde edilebilir (Şekil 4.15a). Ancak dönüşüm
tekrar görünürde bir anda oluşur ve bundan sonra
sıcaklık tekrar düşürülüne kadar durdurulmuş olur.
Tabii ki sıcaklık Mf sıcaklığına ulaştığında dönüşecek
östenit kalmayacağından dönüşüm tamamlanmış olur.
Bu tip reaksiyon ile üretilen martenzitler atermal (ısıl
olmayan) martenzit olarak adlandırılır.
70
Şekil 4.16. Martenzit oluşumunun zaman ilişkisi
(a) atermal martenzitte
(b) izotermal martenzitte
71
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)



Atermal martenzit terimi bir parça karışıktır, çünkü
martenzitin hacımsal miktarı kesinlikle sıcaklığa
bağımlıdır. Burada tamamen atermal (sıcaklıktan
bağımsız) olan nicelik, arayüzey hareketinin hızıdır.
Arayüzey hızının -oluşum sıcaklığından bağımsız olarakalaşımda ses hızının üçte biri seviyesinde olduğu tahmin
edilmektedir. Fe-Ni alaşımlarında plaka martenzitlerin
büyüme hızı, -20 oC den -195 oC ye kadar olan sıcaklık
aralığında yaklaşık 2x105 cm/s olarak ölçülmüştür.
Arayüzeyler bölümünde bir arayüzey hızının, bir mobilite
çarpı bir itici kuvvet olarak açıklanabildiği gösterilmiştir.
Mobilite, bir difuzyon katsayısına orantılı olduğu için hızın
ağırlıklı sıcaklık bağıntısı, mobiliteden e-Q/RT terimidir;
burada Q, arayüzey ilerlemesi için gerekli olan atomların
difusiv hareketinin aktivasyon enerjisidir. Bu nedenle
athermal martenzit için büyüme hızı sıcaklıktan
bağımsız olduğu için, büyüme mekanizması için
aktivasyon enerjisinin gerçekte sıfır olması gerektiği
açıktır.
72
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Tüm martenzitik dönüşümler Şekil 4.15 ve 4.16a’da
tarif edilen athermal kinetiğe uymaz.
 Bazı alaşımların (özellikle Fe-Ni-Mn alaşımları) şematik olarak Şekil 4.16b’de şematik olarak
gösterildiği gibi- Avrami denklemine benzer bir
kinetik denkleme uyduğu bulunmuştur.
 Eğer Ms sıcaklığının altına su verilir ve o sıcaklıkta
tutulursa, martenzit fazı zaman geçtikçe ortaya
çıkmaya başlar. Athermal martenzitlerle
karşılaştırmada sürekli bir izotermal tutma ilave
martenzit oluşumu üretir.
 Martenzitin bu tipi izotermal (eşısıl) martenzit
olarak adlandırılır. Bu tip martenzitin kinetiği, önceden
gösterilen T-T-T diyagramlarına benzer tipik C eğrileri
gösterir. Şekil 4.16b’de gösterildiği gibi C eğrisinin
burun sıcaklığına su verme, maksimum dönüşüm
hızını üretecektir.
73
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 İzotermal martenzitlerin hacımsal dönüşüm
hızının athermal martenzitlerden daha yavaş
olmasına rağmen izotermal martenzitlerdeki
arayüzey hareketinin hızının gerçekte athermal
martenzitlerdeki kadar yüksek olduğu
bulunmuştur.
 Ayrıca, izotermal martenzitlerde genellikle bir
plaka saniyenin çok küçük bir miktarında oluşup
östenit tane içine sınırlı bir boyuta büyüdüğünde bu
plakanın daha fazla büyümediği gözlenir. Bu yüzden
izotermal martenzitlerde dönüşüm sıcaklığında tutma
sonucu oluşan sürekli dönüşümün, yeni martenzit
plakalarının çekirdeklenmesinden ileri gelmesi
gerekir. Dönüşen hacımsal miktarın hızındaki
başlangıçta görülen artışın çekirdeklenme hızındaki bir
artıştan kaynaklandığına inanılır.
74
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 İzotermal martenzitte çekirdeklenme hızındaki bu artışın
bir otokatalitik etki nedenli olduğu düşünülür;
otokatalitik etkide bir plaka büyüyerek diğer plakaya
çarptığında daha fazla plaka çekirdeğinin üretilmesini
sağlayan koşullar doğar.
 Çekirdeklenme hızındaki nihai azalmanın şu gerçekten
sonuçlandığı düşünülür: martenzit plakalarının östeniti
giderek küçülen parçalara bölmesi sonucu bu bölgelerde
oluşan çekirdeklenme olayının olasılığı azalır.
 Bu nedenle atermal ve izotermal martenzitlerin
kinetiğinde ana farklılığın kendi çekirdeklenme
karakteristikleri ile ilişkili olmalıdır. İzotermal
martenzitlerde mevcut çekirdek sayısı sıcaklığın
ve zamanın bir fonksiyonu iken atermal
martenzitlerde mevcut çekirdek sayısı yalnızca
sıcaklığın bir fonksiyonudur (zamanın değil).
75
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Birçok Fe-Ni ve Fe-Ni-C alaşımlarında yukarıda
tartışılan atermal veya izotermal martenzitlerden
oldukça farklı bir dönüşüm modu devreye girer.
 Martenzit start sıcaklığında östenitin yoğun bir miktarı
-Şekil 4.17’de iki Fe-Ni-C alaşımı için gösterildiği gibimili saniyeler içinde martenzite dönüşür. Bundan
dolayı bu martenzitlerden burst (patlamış)
martenzitler olarak söz edilir.
 Şekil 4.13b’de gösterildiği gibi bu martenzitlerde plaka
yapısı için zig-zag şeklindeki görünüm olağandır.
76
Şekil 4.17. “Patlamış martenzit” için dönüşüm
eğrileri
77
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
78
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN BAZI
KARAKTERİSTİKLERİ – Oluşum Kinetiği
(devamı)
 Bir otokatalitik çekirdeklenme, Ms sıcaklığındaki
martenzit oluşumunun geniş bir patlamasını üretmek
için meydana gelir.
 Herbir plaka, diğer plaka veya bir tane sınırına çarpma
ile boyutta sınırlanır. Bu çarpmada yöresel koşullar
diğer plakanın çekirdekleşmesini doğurur, böylece zigzag paternler üreten bir kooperatif çekirdeklenmenin
oluşumunu ve çok büyük bir hacımsal dönüşümü
meydana getirir.
 Bu patlamış martenzitlerin sadece Ms sıcaklığının
0 ºC nin altında olduğu konumda oluştuğu ve Ms
sıcaklığının başlangıç östenit tane boyutunun bir
fonksiyonu olduğu bulunmuştur.
79
TERMODİNAMİK
 Martenzit fazı, daha düşük bir serbest enerjiye sahip
olması sonucu oluşur.
 Östenit ve martenzit fazlarının serbest enerjilerinin
sıcaklık bağıntısı, Şekil 4.18’de gösterilen şekle sahip
olmalıdır.
 İki fazın termodinamik dengede olduğu belirli bir
sıcaklığın olması gerekir ve bu TE ile gösterilir.
Martenzit start sıcaklığı, Ms, TE den belirgin derecede
daha düşüktür.
 Martenzit oluşumuna kuvvetli bir çekirdeklenme engeli
vardır ve bu yüzden - martenzit fazının oluşumu için
yeterli serbest enerjiden önce- önemli bir miktar aşırı
soğuma oluşmalıdır.
 Ms sıcaklığında martenzit oluşumu için gerekli serbest
enerji aşağıdaki gibi tahmin edilebilir:
ΔG-M(start) = ΔSƒ[TE - Ms]
80
Şekil 4.18. Östenit ve martenzit için sıcaklığın bir
fonksiyonu olarak için serbest enerji eğrileri
81
TERMODİNAMİK (devamı)
 Martenzitik dönüşümlerin termodinamiği ile ilgili bir
ikinci enteresan husus da dönüşümün difuzyon
içermeyen karakteristiği ile ilgilidir.
 Bir örnek olarak bir YMK östenitin bir HMK
martenzite dönüştüğü lata martenzitleri göz
önüne alalım.
 YMK ve HMK fazları arasında faz denge diyagramı
Şekil 4.19(a)’da gösterilmiştir.
 T1 ve T2 sıcaklıklarındaki serbest enerji-kompozisyon
diyagramı faz diyagramının altında gösterilmiştir (Şekil
4.19 (b) ve (c)).
82
Şekil 4.19. Difuzyonsuz
dönüşümler için G’yi gösteren
iki sıcaklıktaki serbest enerji
kompozisyon eğrileri
(a) YMK ve HMK fazları
arasındaki faz denge diyagramı
(b) T1 sıcaklığında serbest
enerji-kompozisyon diyagramı
(c) T2 sıcaklığında serbest
Enerji-kompozisyon diyagramı
83
TERMODİNAMİK (devamı)




Östenit fazının T1 sıcaklığına su verildiğini farz edelim;  dan
a ya difuzyonsuz bir dönüşüm üretmek için a fazının ana 
fazı gibi aynı kompozisyonla oluşması gerekir. Şekil 4.19’da
gösterildiği gibi ΔG-a (difuzyonsuz) T1 sıcaklığında bir
pozitif niceliktir.
T2 sıcaklığında (Şekil 4.23c) benzer muhakeme ile bu
sıcaklıkta ΔG-a (difuzyonsuz) değerinin negatif bir sayı
olduğu ve reaksiyonun ilerleyebilir olduğu görülür.
ΔG-a (difuzyonsuz) un sıfır olduğu sıcaklık, YMK 
fazından HMK a fazına martenzitik dönüşüm için denge
sıcaklığı, TE nı tanımlar. T1 ile T2 arasında çeşitli
sıcaklıklarda serbest enerji-kompozisyon diyagramlarının
çizimi ile ΔG-a (difuzyonsuz), Co kompozisyonunda A1 ve A3
çizgilerinin arasında kabaca orta yolda olması gereken bir
sıcaklıkta sıfıra gider.
Bu nedenle martenzitik dönüşüm için denge sıcaklığı
TE, Şekil 4.19a’da gösterildiği gibi kabaca A1 ve A3
arasındadır.
84
TERMOELASTİK MARTENZİTLER
 Termoelastik karakteristik gösteren birkaç demir dışı
alaşım martenziti bulunmaktadır.
 Tartışma amaçlı olarak martenzitleri -kayma
komponentlerinin büyüklüğüne bağlı olarak- A ve B
olarak 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, ısıtma
sonucu tekrar östenite geri dönüştürülebilir. Fe-30Ni (A
tipi) ve Au-Cd (B tipi) gibi bu tür iki martenzitin
dönüşüm eğrileri Şekil 4.20’de gösterilmiştir.
85
Şekil 4.20. A tipi martenzit (Fe-Ni) ve B tipi
martenzit (Au-Cd) için dönüşüm eğrilerinde
gösterilen histeresisler
86
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)
 Isıtma ile yüksek sıcaklık fazına martenzitik geri
dönüşüm belli bir sıcaklıkta başlar; bu sıcaklık,
östenit start sıcaklığı, As olarak adlandırılır. As
sıcaklığı, Ms sıcaklığının daima oldukça üzerindedir ve
dönüşüm eğrileri Şekil 4.20’de gösterildiği gibi
kuvvetli bir histeresis gösterir.
 Gösterildiği gibi, histeresisin A tipi martenzitlerde çok
daha geniş olduğu bulunmuştur. Histeresis eğrisinin
aralığının (yani genişliğinin) Au-Cd için sadece 16 oC
olmasına rağmen Fe-Ni için 420 oC olduğu
saptanmıştır.
87
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)
 Ms ve As sıcaklıklarının her ikisi de Şekil 4.20’de
görülmektedir.
 Östenit oluşum reaksiyonu martenzit oluşum
reaksiyonunun tersi olduğu için denge sıcaklığı, Ms ve
As arasında ortada bir yerdedir.
 Histeresis genişliğinden TE tahmin edilebilir. Martenzit
reaksiyonun 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.
88
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)





A-tipi ve B tipi martenzitlerin oluşum modunda
önemli bir farklılık görülür.
Her iki durumda da sıcaklığın Ms’ın aşağısına düşürülmesiyle
plakalar oluşarak sınırlı bir boyuta büyür.
Sıcaklığın daha da düşürülmesiyle B tipi martenzitlerde
ilave 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. Eski
plakalar bir kere oluştuğunda daha düşük sıcaklıklarda dahi
büyümeyecektir.
B tipi martenzitlerde eski plakaların sürekli büyümesi, kesik
kesik bir hareketle oluşur. Bu plakaların büyüme hızı,
martenzitik dönüşümler için karakteristik çok yüksek
değerlerde kalır, ancak büyüme, sıcaklığın düşürülmesiyle
daha fazla serbest enerji mevcut olduğundan kısa
mesafelerde oluşur.
89
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)
 Şekil 4.21 bir martenzit plakası gösterir; mercekvari
plaka aynı r radyuslu bir küre ile çevrelenmiştir. Şekil
değişimi çeşitli paralel çizgilerin kırılmasıyla ile
gösterilmiştir. Plakayı çevreleyen küresel bölge içinde
yoğun bir şekil değişiminin östenit fazı içine doğru
başladığı açıktır. Östenit bölgesindeki birim hacımdaki
şekil değişimi, Es yaklaşık olarak aşağıdaki gibi verilir:
G 2 C 2
Es 
2r 2
Burada G: östenitin kayma modülü, C: plaka kalınlığı ve
: Şekil 4.21’de tanımlanan kayma açısıdır.
90
Şekil 4.21. Mercek biçimindeki martenzit plakası
çevresinde gerinme
91
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)
 Plaka kalınlaştıkça (C büyüdükçe) çevresel östenit
kafesinde ilave şekil değişiminin başlaması gerektiği
açıktır.
 Sonuç olarak artan bu şekil değişimi östenitte akma
gerilmesinin aşılmasına neden olur. Yeterli plastik
akma oluştuğunda östenit ve martenzit arasındaki
özel arayüzey düzeni tahrip olur ve büyüme durur.
İlave büyüme aşırı zorlaşacaktır ve sistem için yeni
plakaların çekirdeklenmesi, eski plakaların
büyümesine müsade etmekten daha kolaydır.
 A-tipi martenzitlerde kayma şekil değişimi ve aşırı
soğuma, TE-Ms büyüktür, böylece sürekli büyüme
mekanizmasının sonunun devreye girdiği
düşünülür.
92
TERMOELASTİK MARTENZİTLER (devamı)
 Bununla birlikte B-tipi martenzitlerde daha küçük
kayma ve daha küçük aşırı soğuma vardır.
 Bu durumlarda, reaksiyonu sürdürmek için mevcut
serbest enerji, GM östenit fazında üretilen
şekil değişimi enerjisi ile dengelendirildiğinde
büyüme durur. Plastik akma oluşmaz ve elastik şekil
değişimi enerjisi ile martenzit fazının daha düşük
serbest enerji durumu sonucu kullanılabilecek serbest
enerji arasında bir dengeye ulaşılır.
 Bu nedenle bu martenzit termoelastik olarak
adlandırılır ve B tipi martenzitler de bu yüzden
sıklıkla termoelastiktir.
 Sıcaklık düşürüldüğünde, martenzit oluşumu için daha
fazla serbest enerji kullanıma hazır olur ve yeni bir
denge için yeterli şekil değişimi enerjisi üretilene
kadar plakalar büyür.
93
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (Reversibilite)
 Martenzitik dönüşümlerin oldukça etkileyici
özelliklerinden biri de birçok durumda tersinir olması
gerçeğidir.
 Bu durum çok iyi bir şekilde Ti- kütle-%55 Ni
alaşımlarında (hafızalı alaşımlar) yaklaşık 60oC
civarında oluşan martenzitik dönüşümde gözlenir.
 İlk olarak bu malzemenin düz telleri yüksek sıcaklık
fazında hazırlanır. Teller bundan sonra oda sıcaklığına
soğutulur ve bir sarmala sarılır. Bu teller tekrar yüksek
sıcaklık fazına geriye ısıtıldığında (örneğin kaynakta
kullanılan bir el torçu ile) teller kendiliğinden sargılı
konumunu bozarak derhal kendi orijinal şekilleri olan
düz hale gelir.
94
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (devamı)





Aynı çarpıcı etki, Au-kütle-%47.5 Cd alaşımı bir ince
çubuk ile gösterilmiştir.
Bir destekten dışarı uzanan düz çubuk yüksek sıcaklık fazı
üretmek için ısıtılır. Dışarı çıkan serbest uca küçük bir ağırlık
asılır ve çubuk dönüşüm sıcaklığının altına soğuduğunda bu
ağırlık altında kuvvetli bir şekilde eğilir. Eğer çubuk şimdi
yüksek sıcaklık fazına tekrar ısıtılırsa hızla geriye doğru
(yani başlangıç konumundaki düz duruma) dönerek kendisi
ile beraber ağırlığı da kaldıracaktır.
Burada martenzitik reaksiyon ve deformasyon ikizlenmesi
ile ilişkili karakteristik klik sesi işitilir.
Plastik deformasyon sonrası tersinirlik sadece bu iki
alaşımda örneklenmiştir; burada plastik deformasyon
düşük sıcaklık martenzit fazında gerçekleştirilmiştir.
Tersinirliğin bu çarpıcı gösterimi sadece ikizlenmiş
altyapıya sahip termoelastik martenzitlere özgüdür.
95
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Tersinirlik (devamı)





Diğer martenzitlerle yapılan deneyler, ısıtma sonrası martenzit
plakalarının kaybolarak ana fazın orijinal tane yapısını verdiğini
gösterir. Soğutma sonrası martenzit plakalarının pozisyonu ve
oluşum düzeni hemen hemen kesin olarak martenzitin ilk oluştuğu
zamanki 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 tavlanırsa
tersinirlik ihmal edilebilir.
Ti-Ni ve Au-Cd un ısıtma sonrası kendi orijinal şekillerine
dönüşmesinin nedeni östenit startta devreye giren
çekirdeğin orijinal yönlenmelerini koruması ve orijinal
yüksek sıcaklık kristal yapısının elde edilmesidir.
Tersinirlik çelikte gözlenmemiştir, çünkü martenzitik fazı
termodinamik olarak kararsızdır ve tersinir reaksiyon
başlamadan önce bununla rekabet eden diğer reaksiyonlar
gelişir.
96
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Stabilizasyon
 Bir östenit fazının Ms’ın altı, fakat Mf’in üstü olana kadar
herhangi bir sıcaklığa soğutulduğunu ve ilgili numunenin
bir t zaman aralığı için bu sıcaklıkta tutulduğunu farz
edelim (Şekil 4.22).
 Sıcaklığın düşürülmesi sürdürülürse ilave martenzitin
oluşumu, sıcaklık belirli bir T miktarı düşürülüne kadar
oluşmaz ve hatta çok düşük sıcaklıklarda sürekli
soğumada oluşabilecek kadar çok dönüşüm elde edilmez.
 Aynı olay östenit oluşumu için tersinir reaksiyon sırasında
da oluşur (Şekil 4.22) ve bu olay stabilizasyon olarak
adlandırılır
97
Şekil 4.22. Dönüşüm eğrisi üzerinde stabilizasyon
etkisinin sonucu
98
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Stabilizasyon (devamı)
 Stabilizasyon etkisi hem demir ve hem de demir
dışı alaşım martenzitlerinde gözlenmiştir.
 Teoriler, stabilizasyon etkisini, t sürecinde tutma
sırasında arayer atomlarının göç etmesi ile üretilen
bazı kilitleme mekanizmalarına bağlar.
 Mf sıcaklığı oda sıcaklığı altında olan çeliklerin
temperleme öncesi artık östenit miktarını azaltmak için,
oda sıcaklığına su verme sonrasında çeliği sıfır altına
soğutmak gereklidir. Bu gibi durumlarda su verme ve
sıfır altı soğutma arasındaki sürecin uzun tutulması
stabilizasyon üretebilir, bu da sıfır altı soğutma ile
ortadan kaldırılan artık östenit miktarını sınırlayacaktır.
Bu etki Şekil 4.23’ün incelenmesinden görülebildiği gibi
belirli takım çeliklerinde önemlidir.
99
Şekil 4.23. W1 tipi bir takım çeliğinde stabilizasyon
etkisi
100
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Plastik Deformasyonun
Etkisi




Eğer östenit ilk olarak Ms ve Mf arasındaki bir
sıcaklığa soğutulur ve plastik deformasyon bu
sıcaklıkta gerçekleştirilirse, martenzit miktarı
deformasyonla arttırılır.
Eğer östenit Ms in üzerinde, fakat Md olarak
adlandırılan bir sıcaklığın altındaki bir sıcaklığa
soğutulursa, plastik deformasyon martenzit
oluşumuna neden olacaktır.
Md, plastik deformasyonun martenzit
oluşumuna neden olacağı Ms in üzerinde en
yüksek sıcaklıktır.
Ad sıcaklığı ise plastik deformasyonun östenit
oluşumuna neden olacağı As in altında en düşük
sıcaklık olarak tanımlanır.
101
Şekil 4.24. Bazı Fe-Ni alaşımlarında Ms, Md, As ve Ad
sıcaklıkları
Denge
Sıcaklığı
Küçük kayma martenzitlerinde (B tipi) Md ve Ad nin gerçekte eşit 102
olduğu sıklıkla bulunmuştur.
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Plastik Deformasyonun
Etkisi (devamı)




Md sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda martenzit
fazının serbest enerjisi östenit fazınınkinden daha
düşüktür.
Martenzit fazının çekirdeklenmesi, martenzit fazı plakasının
oluşumu sırasında meydana gelen büyük şekil değişikliği ile
ilgili gerinme enerjisi nedeniyle engellenir.
Deformasyonu üreten uygulanan gerilme şekil
değişiminden kaynaklanan çekirdeklenme engelini bir
yolla azaltır ve böylece deformasyonun yokluğunda
oluşabilecek olandan daha düşük bir itici güçte
martenzit oluşumuna izin verir.
Her bir martenzit plakasının oluşumu ile ilgili belirli bir
kayma şekil değişimi ve çekme şekil değişimi varolduğu için
uygulanan gerilme ile üretilen plastik deformasyonun,
metaldeki şekil değişiminin mekanik olarak destekleneceği
ve bu yüzden çekirdeklenme bariyerinin azaltıldığı –metal
içinde- bir çok bölgelerin üretilmesi oldukça makul
görünmektedir.
103
MARTENZİTİK DÖNÜŞÜMLERİN İLAVE
KARAKTERİSTİKLERİ – Plastik Deformasyonun
Etkisi (devamı)




Eğer plastik deformasyon Md sıcaklığı üstünde
yapılırsa, soğuma sonrası Ms’de ölçülen bir etki
üretilir.
Eğer küçük bir deformasyon uygulanırsa, tahminen
çekirdeklenmeyi destekleyen hatalara bağlı olarak Ms’in
yükseldiği bulunabilir.
Md’nin üzerinde şiddetli deformasyon genellikle Ms’i
azaltır; bu etki mekaniksel stabilizasyon olarak bilinir.
Bu etkinin soğuk sertleşme (pekleşme) ye bağlı olarak
östenit fazı içine plakanın ilerlemesinin zorluğundaki bir
artıştan sonuçlandığı düşünülür.
Eğer basit olarak bir östenit fazına bir elastik gerilme
uygulanırsa, Ms sıcaklığında bir etki gözlenir, ancak bu
etki genellikle yukarıda açıklanan plastik deformasyonla
üretilenden daha küçüktür. Uygulanan gerilme alanı veri bir
martenzit plakanın şekil değişimine ya destek ya da engel
olacaktır.
104
MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ
 Çekirdekleşmenin klasik teorisi martenzit
oluşumu için uygulanamaz (G* aşırı büyük).
 Örneğin çekirdekleri, r radyuslu ve yarı kalınlığı c olan
bir yayvan küre olarak alalım. Buna göre bir
çekirdeğin oluşumunda serbest enerji değişimi
aşağıdaki gibi yazılabilir:
G = 4/3r2cGB + 4/3rc2A + 2r2
(A=şekil değişim faktörü)
 2
c* 
G B
4 A
r* 
(G B ) 2
32A 2 3
G* 
3(GB ) 4
105
MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ (devamı)



Martenzit çekirdekleşmesinin bir teorisine alternatif
yaklaşımlar, genellikle östenit içinde altkritik bir çekirdek
dağılımının varolduğunu kabul eder; klasik çekirdekleşme
koşullarında olduğu gibi, bunlar termal olarak aktive edilmiş
bir proses ile oluşmak zorunda değillerdir.
Bu altkritik çekirdeklerin genellikle bir tür kristal
hatası olduğu düşünülür. Örneğin YMK kafeste bir dizilim
hatası, dizilim sırasını ……..ABCABABABC…… olarak
değiştirir. Bu hatanın en yakın bölgesinde dizilim ABAB
olmuştur; bu da SPH metallerde de oluşan aynı dizilim
sırasıdır. Bu nedenle YMK ve SPH kristaller arasındaki
martenzitik dönüşümler için -Co da olduğu gibi- kısmi
dislokasyonların oluşumuyla kolaylıkla üretilebilen bir dizilim
hatası martenzit dönüşümü için bir çekirdek rolü
oynayabilecektir.
Diğer durumlarda belirli dislokasyon düzenleri, altkritik
çekirdekler olarak hizmet verir.
106
MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ (devamı)
 Atermal martenzitlerin oluşumu ;
 Altkritik çekirdek dağılımı vardır.
 Ms’de en büyük (veya en hareketli) çekirdek
kritikleşir ve büyür.
 Sıcaklık düşürüldüğünde daha küçük (veya daha az
hareketli) çekirdek daha yüksek itici güce bağlı
olarak kritikleşir ve büyür.
 Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda tutma, yeni
çekirdek oluşumuna müsade etmez.
107
MARTENZİTİN ÇEKİRDEKLENMESİ (devamı)
 İzotermal martenzitlerin oluşumu ;
 Altkritik çekirdek dağılımı vardır.
 Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda bu çekirdeklerin
bazıları kritikleşir ve büyür.
 Ms ve aşağısındaki sıcaklıklarda tutma, bazı
bilinmeyen termal aktive edilmiş prosesler yardımı
ile ilave kritik çekirdek oluşumuna neden olur.
108
MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA
 Martenzitik değişimlerin temel özelliklerinden biri
martenzit reaksiyonunun kolay büyüme
mekanizmasının varolması nedeniyle oluşmasıdır;
burada yeni fazı oluşturacak atomsal difuzyona
gereksinme duyulmaz.
 Bu nedenle östenit-martenzit arayüzeyindeki
dislokasyon düzeninin doğasını anlamak,
martenzitik reaksiyonları anlamanın çok önemli bir
parçasıdır; çünkü iki özel kristal yapısı arasında
martenzitik dönüşümün oluşabilmesi için bu iki kristal
arasında bir tür özel düzen varolmalıdır.
 Arayüzey yapısı ve ilgili hızlı büyüme mekanizması
hemen hemen tüm martenzitler için benzerdir.
109
MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA
(devamı)
 Bir alaşıma, bir katı hal faz dönüşümü üzerinden düşük
bir sıcaklığa çok hızla su verildiğinde düşük sıcaklık
denge fazının veya herhangi metastabil düşük sıcaklık
fazının oluşumunun tamamen engellenmesi çoğunlukla
mümkündür.
 Ancak bir düşük sıcaklık fazının martenzitik olarak
oluşması durumunda, bu oluşumu mümkün en
yüksek su verme hızlarında bile durdurmak
mümkün değildir.
 Bazen bir düşük sıcaklık fazının hızlı su verme sırasında
oluşabildiği bulunmuştur; bu dönüşümler masif
dönüşümler olarak adlandırılır, çünkü yeni faz bir
topaksı morfoloji oluşturur. Bu morfoloji çoğu hızlı
büyüme dönüşümlerinin plaka veya iğnemsi
morfolojisine keskin bir kontrasttadır.
110
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.
111
MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA
(devamı)
 Bu nedenle masif dönüşümler martenzitik dönüşüme
benzer bir davranış gösterir; burada yeni faz herhangi
kompozisyon değişimi olmaksızın hızla oluşur.
 Bununla birlikte martenzitik durumun hızlı büyüme
mekanizması mevcut değildir ve basitçe büyük bir
itici kuvvete bağlı olarak bir yüksek açı sınırının
çok hızlı göçü vardır.
 Bu itici kuvvet, Sf. T genellikle martenzitik
dönüşümler için olandan düşüktür ve bazı sistemlerde
martenzitik dönüşüm daha yüksek aşırı soğumalarda
oluşurken, bir masif dönüşüm düşük aşırı soğumada
oluşur. Bu gibi bir durum düşük karbonlu çeliklerde
görülür (Şekil 3.4).
112
Şekil 3.4. Fe-C alaşımlarının sıcaklık-kompozisyon
bölgeleri; uzun reaksiyon zamanlarında elde edilen çeşitli
çökelti şekilleri. M: masif ferrit, W: Widmannstätten ferrit,
GBA: tane sınırı ferrit.
113
MASİF DÖNÜŞÜMLERLE KARŞILAŞTIRMA
(devamı)
 Özet olarak, eğer bir alaşıma bir katı-hal faz
dönüşümü üzerinden şiddetle su verildiğinde birkaç
olasılık oluşur:
 Yüksek sıcaklık fazı su verme sıcaklığında artık bir
metastabil faz olarak kalabilir (buna kalıntı faz da
denir).
 Metastabil bir fazın küçük partikülleri, ya spinoidal
ayrışma yada homojen çekirdeklenme ile oluşabilir.
 Widmannstätten plakaları veya beynit gibi hızlı
büyüyen bir çökelti fazı oluşabilir.
 Masif dönüşümle bir düşük sıcaklık fazı üretilebilir.
114
BEYNİT





Östenitik bir çeliğe ötektoid sıcaklığın hemen altındaki bir
sıcaklıkta su verildiğinde tanelerin içinde karakteristik lamelli
perlitik yapı elde edilir.
Karbon kompozisyonuna bağlı olarak ya ferrit ya da
sementitin tane sınırlarında eşeksenli taneler veya
Widmannstätten plakaları olarak büyüdüğü görülür.
Su verme sıcaklığı düşürüldüğünde, (Şekil 3.4), perlit
ara mesafesi incelir Widmannstätten plakaları da incelerek
sonunda görünmez olur.
Perlitin basitçe su verme sıcaklığının düşürülmesiyle (su
verme sıcaklığı Ms’a kadar ulaşana kadar) giderek incelmesi
beklenir. Ms sıcaklığında östenit martenzite dönüşür.
Ms’in hemen üstündeki su verme sıcaklıklarında ince
perlitten tamamen farklı bir mikroyapı oluşur; bu mikroyapıya
bainit/beynit (almancada ara kademe yapısı da denir) adı
verilir.
115
BEYNİT (devamı)
 Bainit, genellikle metalografide birbirine son derece
yakın olarak büyüyen ve bir tüye benzer bir görünüme
sahip çok ince plakavari projeksiyonlar grubu olarak
gösterilir.
 Bu tüyümsü mikroyapı Davenport ve Bain tarafından
1930 da bulunmuş ve E.C. Bain’i onurlandırmak için
bainit olarak adlandırılmıştır. Benzer yapılar ayrıca
belirli demir dışı alaşım mikroyapılarında da
gözlenmiştir.
 Bu tip bir mikroyapı oluşumuna genelde bainitik
dönüşüm adı verilir.
 Beynitik dönüşüm özellikle karmaşık bir reaksiyondur,
çünkü hem martenzitik reaksiyonların ve hem de
difuzyon kontrollü çekirdekleşme ve büyüme
reaksiyonlarının ortak özelliklerini içerir.
116
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
i) Morfolojiler
 Beynit, ferrit ve demir karbürden oluşan iki fazlı
bir mikroyapıya sahiptir.
 Su verme sıcaklığı ve kompozisyona bağlı olarak
beynitin morfolojisinde ve karbürün tipinde (Fe3C
veya  karbürü, ~ Fe2.5C) bir değişim görülür.
 Morfolojide oldukça belirgin bir değişim, yüksek ve
düşük su verme sıcaklıkları arasında oluşur (Şekil
4.25). Bu iki morfoloji üst beynit (yüksek su verme
sıcaklığı) veya alt beynit (düşük su verme
sıcaklığı) olarak isimlendirilir.
 Bir dizi çelik için karbon içeriği ile geçiş sıcaklığının
değişimi Pickering tarafından verilmiş ve Şekil 4.26 da
gösterilmiştir. Her iki oluşumun da mevcut olduğu
küçük bir sıcaklık dağılımı vardır ve buradaki geçiş
sıcaklığı alt beynitin gözlendiği en yüksek sıcaklıktır.
117
Şekil 4.25. AISI 4340 çeliği, 843ºC de östenitleştirilmiş,
T sıcaklığında 6 dakika beklendikten sonra buzlu tuzlu suda su
verilmiştir; nital ile dağlanmış.
a) Martenzitik matrikste üst beynit, 2200x, SEM (T= 468 ºC)
b) Martenzitik matrikste alt beynit, 2300x, SEM (T= 300 ºC)
118
Şekil 4.26. Karbon miktarının üst beynitten alt
beynite geçiş sıcaklığına etkisi
119
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
i) Morfolojiler – Üst Beynit
 Üst beynitin dış şekli gayet düzensizdir ve bu yüzden
tek 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 ve
genişlik) daha uzundur.
 Şekil 4.25a’daki üst beynit, hızlı su verme ile
üretilmiş bir martenzitik matrikste bulunmaktadır.
Beynit içindeki beyaz partiküller Fe3C dir.
120
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
i) Morfolojiler – Üst Beynit (devamı)





TEM çalışmaları, üst beynitin iç yapısının uzun eksene (lata
eksenine) paralel uzanan ferrit lataları ile öncelikle lata
sınırlarında çökelmiş karbür partiküllerinden oluştuğunu
gösterir.
Bu nedenle üst beynitin dış morfolojisi latadır veya iğnemsi
şekillidir ve içsel olarak uzun eksene paralel uzanan ferrit
lataları ile lata sınırlarında çökelmiş Fe3C partiküllerinin bir
bileşimidir. Bu ferrit lataları, yüksek dislokasyon
yoğunluğuna sahip altlatalara bölünebilir.
Ferrit lataları arasında bazen artık östenit de mevcut olabilir.
Su verme sıcaklığının düşürülmesinin üst beynit
morfolojisine etkisi, lataların daha ince olmasına ve
birbirlerine daha bitişik olmasına yolaçar; böylece latalar
arasında karbür partiküllerinin daha düşük aramesafeli olarak
üretilmesine neden olur.
Ötektoid üstü çeliklerde beynitin öncü fazı ferritten
ziyade sementit olabilir ve bu yapılar bazen invers
(ters) beynit olarak adlandırılır.
121
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
i) Morfolojiler – Alt Beynit





Alt beynitte (Şekil 4.25b) ferrit, latalardan ziyade
plakalar şeklinde oluşur ve karbürler ferrit plakalarının
yan duvarlarında çökelir.
Karbür çökeltileri çok ince boyutludur ve bunlar sıklıkla
çubuk veya jilet (ince plaka) şekline sahiptir.
Karbür çubuk ve plakaları birbirlerine çok veya az paralel
olarak düzenlenmiştir ve ferrit plakasının büyüme ekseni ile
55o ve 65o arasında bir açı yaparlar.
Plakaların, kendilerini küçük açılı tane sınırları ile ayıran
farklı altplakaların bileşimi olduğu bulunmuştur. Altplakalar
yüksek bir dislokasyon yoğunluğuna sahiptir.
Çelikte silisyum bir alaşım elementi olarak bulunduğunda alt
beynit içindeki demir karbürün  karbür olduğu
saptanmıştır; bunun dışında karbür, sementit ve 
karbürün bir karışımı veya tamamen sementit olabilir.
122
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
ii) Kristalografi





Üst ve alt beynitin ana karakteristiklerinden biri, belirli bir
yüzey rölyefi göstermeleridir; bu topografinin görünümü
martenzit plakalarında ve deformasyon ikizlerinde
gösterilene 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 bir
kristalografik oryantasyonla oluşur.
Martenzit temperlendiğinde ilk olaylardan biri martenzit
plakaları içinde  karbür çökeltisinin oluşumudur. Alt beynit
temperlenmiş martenzite benzer bir görünüme sahiptir.
Alt beynitte bulunan karbürler, beynit plakalarının büyüme
yönüne spesifik bir açıda oluşur (ferrit ve karbür plakaları
arasında spesifik bir epitaksiyel bağıntı). Alt bainitteki
karbürler, ferritten çökelme ile oluşur.
Ayrıca üst beynitin karbürü ve ana faz östenit arasında bir
epitaksiyel bağıntı için kanıt bulunmaktadır.
123
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
iii) Kinetik
 Beynit dönüşümü, bir T-T-T diyagramında kendi C
eğrisini takip eder.
 Yalın karbonlu çeliklerde perlit reaksiyon eğrisinin alt
tarafı ile beynit reaksiyon eğrisinin üst tarafı arasında
arasında önemli bir üst üste çakışma bulunur (Şekil
4.27a).
 Belirli alaşım elementlerinin ilavesi ile perlit oluşum
hızı düşürülür, ancak beynit oluşum hızında etki
düşüktür. Bu durumlarda Şekil 4.27b’de gösterildiği
gibi perlit ve beynit C eğrilerinin üst üste çakışma
olasılığı azdır.
124
Şekil 4.27. Yalın karbonlu (a) ve yüksek alaşımlı
(b) çelikler için TTT eğrileri
125
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
iii) Kinetik (devamı)




Beynit için hacımsal miktar dönüşüm eğrileri çekirdekleşme
ve büyüme dönüşümlerinin karakteristiklerini gösterir, ancak
bazı hususlar martenzitik dönüşümlere benzer.
Alaşımlı çeliklerde östenite -beynit reaksiyonu başlamadan
önce- spesifik bir sıcaklığın altında su verilmelidir; bu sıcaklık
Bs (bainit start) sıcaklığı olarak adlandırılır (Şekil 4.27b).
Bs sıcaklığının hemen altındaki sıcaklıklarda östenitin
beynite tamamen dönüşümü uzun süre sonrasında
dahi mümkün değildir.
Bf gibi östenitten beynite tamame dönüşümün mümkün
olduğu 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 alaşımlı
çeliklerde beynit dönüşümleri Bs ve Bf sıcaklıkları gösterir.
126
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
iii) Kinetik (devamı)
 Beynitik dönüşümün varlığı, birçok alaşımlı çeliğin T-T-T
eğrilerinin alışılmamış karmaşık bir şekil almasına neden
olur.
 Şekil 4.27a’da gösterildiği gibi perlit ve beynit eğrileri
birbirine karışmadıkça klasik C şekli elde edilmez.
 Bir örnek olarak AISI 4340 çeliği gibi popüler bir alaşımlı
çeliğin T-T-T eğrileri Şekil 4.28’de verilmiştir.
 Ms sıcaklığında eğriler son bulur; bunun açık nedeni Ms
sıcaklığının altında kontrolün martenzit reaksiyonu ile
yapılmasındandır.
127
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
östenitleştirilmiş, ASTM tane boyutu 7-8)
128
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
iv) Reaksiyon Mekanizması
 Beynit ile üretilmiş yüzey rölyefi kullanarak yüksek
sıcaklık mikroskobu ile plaka ve lataların oluşum hızı
belirlenebilir.
 Beynit plakalarının gözlenen yanal büyüme hızları
martenzit büyüme hızlarından çok daha küçüktür. Şekil
4.29a’daki gibi bir model kullanarak büyüme hızı analiz
edilebilir.
 Burada büyümenin, bainit ucundan östenit ana fazına
yayınan karbon atomlarının hareketi (difuzyonu) ile
kontrol edildiği farz edilir. Beynitik reaksiyon yeterince
düşük sıcaklıklarda ve yüksek hızlarda oluşur; bu
nedenle yeralan atomların difuzif hareketinin olayın
kinetiğinde rol oynadığı gözlenmez.
 Beynitik reaksiyonun bir kayma dönüşümü olduğuna bir
süre inanılmıştır (varolan yüzey rölyef kanıtı
nedeniyle); burada büyüme hızı, karbonun östenit içine
difuzyonu ile kontrol edilir.
129
Şekil 4.29. Beynit büyümesi için modeller
130
BEYNİT – Temel Karakteristikler :
iv) Reaksiyon Mekanizması (devamı)
 Bainitteki ferritinin altlatalar veya altplakalardan
oluştuğunu 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’de
gösterilmiştir.
 Burada her bir altplaka, bitişik altplaka üstünde bir
çıkıntı olarak oluşur. Kalınlaşma, ilave alt plakaların
çekirdeklenmesi ve dik büyümesi ile oluşur.
 Termiyonik emisyon mikroskobunda, Fe-0.66C-3.3Cr
alaşımında üst beynit plakalarının büyümesinin direkt
gözlemi bu modeli doğrular.
131