Transcript 6.6. şekil değiştirme yaşlanması

6. MUKAVEMETLENDİRME MEKANİZMALARI
6.2. TANE SINIRLARI DEFORMASYON
Birçok kristalli kitlede taneler arasındaki sınırlar, sadece birkaç
atomik yarıçap mesafede olan dağınık kafes bölgesidir. Genel durumda
kristalografik yönlenim, aniden bir taneden en yakın karşı tane sınırına
geçerek değişir. Basit yüksek açılı tane sınırı, bitişik kristaller arasında
keyfi uygunsuzluk bölgesini gösterir. Sınırın her bir kenarında
tanelerarası yönlenimdeki farklar azaldığı için tanedeki düzen durumu
artar. Yönlenim farklılığının çarprazındaki düşük açılı taneli sınırlar,
için sınır 1o’ den daha küçük olabilir (bak bölüm 6.4) sınır
dislokasyonların düzenli dizilişiyle oluşur.
Şekil 6.1.
Şekil 6.1a’ da büyük açılı tane sınırındaki yapı şematik olarak
gösterilir. Her iki taneye ait olan birkaç atomla çoğu hiçbirine ait
olmayan organize edilmemiş yapıya dikkat edilmelidir. Her iki
taneye ait olan o atomlara çakışma alanları denir. Bu tane sınırı
yapısı tane sınırı dislokasyonlarını içerir (Şekil 6.1b). Bunlar
büyük dislokasyonlar üreten hareketli dislokasyonlar değildir.
Bu dislokasyonların ana rolü bir adım veya tane sınırı çıkıntıları
oluşturmak üzere sınırda birlikte grup oluşturmasıdır. Tane
sınırlarının yanlış yönlendirilmiş açısı arttığı için çıkıntı
yoğunluğu artar. Tane sınırı çıkıntıları etkin dislokasyon
kaynaklarıdır.
Büyük-açılı tane sınırları bir miktar yüksek yüzey enerji
sınırlarıdır. Örneğin bakırdaki bir tane sınırı yaklaşık 600 mJ
m-2 arayüzey enerjisine sahip iken ikiz sınır enerjisi sadece 25
mJ m-2 dir. Yüksek enerjileri yüzünden tane sınırları difüzyon
faz dönüşümleri ve çökelme reaksiyonları gibi katı durum
reaksiyonları için tercihli alanlar olarak çalışır.
Tane sınırının yüksek enerjisi, genellikle tane içindekinden daha çok
sınırda daha yüksek konsantrasyona sahip çözünen atomlara sebep
olur. Bu, impurite segregasyonu yüzünden oluşan etkiden dolayı,
özellikler üzerinde tane sınırlarının sadece mekanik etkisini ayırmayı
zorlaştırır.
Saf
bir
kristal
gerilmeyle
deforme
edildiği
zaman,
o;
deformasyonun büyük bölümü için tek kayma düzlemi üzerinde
deforme olmak için ve genişlemelerin yeraldığı kafes dönüşümü
ile yönlenimi değiştirmek için genellikle serbesttir. Ancak çok
kristalli bir numunede bireysel taneler tek eksenli gerilme
sistemine, numune gerilmeyle deforme edildiği zaman maruz
kalmazlar. Çoklu bir kristalde süreklilik sağlanmalıdır. Öyle ki
deforme olan kristaller arasındaki sınırlar sağlam kalmaya devam
eder.
Her ne kadar her tane bir bütün olarak numunenin deformasyonu
ile uyum içinde homojen bir şekilde deforme olmaya çalışsa da
sürekliliğin empoze ettiği zorlamalar komşu taneler arasında ve
her tane içinde deformasyonda büyük farklara sebep olur. Kabataneli
alüminyumdaki
deformasyon
çalışmaları
tane sınırı
yakınındaki şekil değiştirmenin, genellikle tane merkezindeki şekil
değiştirmeden belirgin şekilde farklı olduğunu göstermiştir.
Her ne kadar şekil değiştirme sınırlarda sürse de bu bölgede dik
bir şekil değiştirme gradyenti varolabilir. Tane boyutu azaldığı ve
şekildeğiştirme arttığı için deformasyon daha homojen bir hale
gelir. Tane sınırlarının yüklediği zorlamalar yüzünden kayma
birçok sistem üzerinde hatta düşük şekil değiştirmelerde meydana
gelir. Ayrıca bu, tane sınırına yakın bölgelerde sıkı olmayan paket
düzlemlerinde kaymaya sebep olur.
Çok kristalli alüminyumdaki kayma {1 0 0}, {1 1 0} ve {1 1 3}
düzlemlerinde gözlenmiştir. Farklı kayma sistemlerinin aynı tanenin
bitişik bölgelerinde çalışabildiği gerçeği deformasyon bandlarının
oluşumuna sebep olan kompleks kafes dönüşlerine sebep olur. Daha
fazla kayma sistemi genellikle tane sınırına yakın yerde tane
merkezinden daha yüksek olacaktır. Tane çapı azaltıldığı için tane
sınırlarının etkilerinin çoğu tane merkezinde hissedilecektir. Bu yüzden
ince tane boyutlu metalin şekil değiştirme sertleşmesi kaba taneli
polikristal yığılmasından daha büyük olacaktır.
Von Mises kayma ile genel şekil değişimine uğrayacak bir kristal
için beş bağımsız kayma sisteminin gerektiğini göstermiştir. Bu
keyfi deformasyonun 6 bileşenli bir şekli değiştirme tensörü ile
belirtildiği gerçeğinden ortaya çıkar. Fakat sabit hacim gerçeği
yüzünden
sadece 5 bağımsız şekil değiştirme bileşeni vardır.
5 bağımsız kayma sistemini elinde bulundurmayan kristaller,
her ne kadar ikizlenme veya uygun tercihli yönlenimlerin
olduğu şartlarda küçük plastik uzamalar elde edilebilse de,
çoklu kristal şeklinde asla sünek değillerdir. Kübik metaller
genel yüksek süneklikleri hesaba katılırsa bu gereksinimi
kolaylıkla karşılarlar.
Hegzagonal sıkı paket ve diğer düşük simetri metaller bu gereksinimi
karşılamazlar ve çok kristalize şekilde oda sıcaklığında düşük
sünekliğe sahiptirler. Çok kristalli Zn ve Mg seçili bir sıcaklıkta faal
hale gelebilen temel olmayan kaymada sünek hale dönüşebilir ve
kayma sistemleri sayısını en az 5’ e yükseltir.
Tek kristallerdekinden ziyade çoklu kristallerde daha kompleks
deformasyon şekillerine sebep olan süreklilik için meseleler,
Ashby’ nin çoklu kristal deformasyonu için dislokasyon modeli
öncülük etmiştir (Şekil 6.2). Tek kristallerde olduğu gibi,
karşılaşan ve birbirini sıkıştıran statik olarak depolanan
dislokasyonlar ve bir kristalde üniform olmayan gerilimin
sonucu
olarak
oluşturulan
geometrik
dislokasyonlar arasında ayrım yapılmıştır.
olarak
zorunlu
Ashby’ nin modelinde, çoklu kristal onu parça tanelere ayırarak ve
Schmid Kanununa göre her kaymaya müsaade ederek (Şekil 6.2b)
deforme edilir. Bu proses statik olarak depolanmış dislokasyonları
oluşturur. Ancak bu üst üste binmeleri oluşturur ve tanelerarasını
boşaltır. Şimdi bu dönüşte alınır ve taneler yeniden tam bir araya
gelene kadar uygun geometrik olarak zorunlu dislokasyonların
girişi ile düzeltilir. Yeniden bir araya gelmiş çoklu kristal şekil 6.2d’
de gösterilir.
Şekil 6.2.
Kaynama noktasının yaklaşık yarısının üzerindeki sıcaklıklarda
deformasyon; tane sınırları boyunca kayma ile meydana
gelebilir. Tane sınırı kayması; sıcaklığın artması ve sünmede
olduğu gibi azalan şekil değiştirme hızıyla daha belirginleşir.
Tane sınır bölgesinde deformasyonun kısıtlanması başlıca
yüksek sıcaklık bozulma kaynaklarından biridir. İmpuriteler tane
sınırlarında segrege olmaya meylettikleri için, tanelerarası
kırılma kompozisyondan güçlü bir şekilde etkilenir.
Tane sınırı kayması belirgin hale geldiği zaman ayırt etmenin kaba
bir yolu eşit kohezif sıcaklık iledir. Bu sıcaklığın üzerinde tane sınırı
bölgesi tane içinden daha zayıftır ve mukavemet tane boyutunu
artması ile artar. Eşit kohezif sıcaklığın altında tane sınırı bölgesi
tane içinden daha kuvvetlidir ve mukavemet tane boyutunun
azalması (artan tane sınırı alanı) ile artar.
Bu
bölümde
tartışılan
mukavemetlenme
mekanizmaları
dislokasyonların korunumlu hareketlerini engeller. Genel olarak
konuşulan onların 0.5 Tm sıcaklığın altındaki sıcaklıklarda faal
olduklarıdır. Burada Tm, Kelvin cinsinden kaynama sıcaklığıdır.
6.3. TANE SINIRI MUKAVEMETLENMESİ
Tane sınırının mekanik mukavemetlenmesi için direk delil,
sistematik bir şekilde değiştirilen boyuna tane sınır arasında
yönlenim farklılığı olan iki kristal üzerindeki deneylerden elde
edilmiştir. İkili kristallerin akma gerilmeleri tane sınırında yanlış
yönlenimin artmasıyla lineer bir şekilde azalmıştır ve yanlış
yönlenim açısının sıfıra ekstrapolasyonu tek kristallinin akma
gerilmesine yakın bir değer verir.
Bu sonuçlar basit tane sınırının küçük doğal bir mukavemete sahip
olduğunu ve tanelerdeki kaymaya karşı karşılıklı engellemelerden
ortaya çıkan tane sınırları yüzünden mukavemetlenmeyi doğrular.
Tek kristallerin gerilme şekil değiştirme eğrisinden birçok
kristallinin gerilme-şekil değiştirme eğrisini hesaplamak için bazı
girişimlerde bulunulmuştur. Bölüm 4’ te tek kristallinin kararlı
kayma gerilmesini şöyle bulmuştuk:
6.1
6.5. AKMA NOKTASI İŞLEMİ
Pekçok metal özellikle düşük karbonlu çelikler elastik
bölgeden gerilme-şekil değiştirme eğrisinde bir akma noktası
üreten
plastik
bölgeye
kadar
deformasyonda
lokalize,
heterojen bir geçiş tipi gösterir. Elastik davranıştan plastik
davranışa kademeli geçişli akma eğrisine sahip olmadan
ziyade, şekil 6.8’ dekine benzer yük-uzama eğrisine sahiptir
Şekil 6.8
Yük, elastik şekil değiştirmeyle muntazaman akar, ani bir
şekilde düşer, yaklaşık sabit bir yük değerinde dalgalanır ve
sonra ilerleyen şekil değiştirmeyle artar. Ani düşüşün meydana
geldiği yüke üst akma noktası denir. Sabit yüke alt akma
noktası denir ve sabit yüklemeden sonra meydana gelen
uzamaya akma noktası uzaması denir. Akma noktası uzaması
boyunca meydana gelen deformasyon heterojendir.
Akma noktasının üstünde deforme olan metalin farklı kayma
bandları çoğunlukla gözle rahatça görülebilir. Bir gerilme
konsantrasyonunda toka gibi görünür ve bandların formasyonu
ile uyuşan yük, alt akma noktasının altına düşer. Sonra
bandlar, akma noktası uzamasına sebep olarak numunenin
boyunca yayılır.
Genel durumda bazı bandlar bazı gerilme konsantrasyon
noktalarında oluşacaktır. Bu bandlar genellikle çekme
eksenine 45o’ dedir. Genellikle Luders bantları Hartman
çizgileri
veya
germe
şekil
değiştirmeleri
denir
ve
deformasyonun bu tipi bazen Picberk etkisi olarak
tanımlanır.
Lüders bandları oluşturulduğu zaman akma noktası uzaması
esnasında akma eğrisi yeni Lüders bandlarının oluşumuna uyan
her girinti ile düzensiz olacaktır. Lüder bandları numunenin test
bölümünün giriş uzunluklarını örtecek kadar genişledikten sonra,
akma genel şekildeki şekil değiştirme ile artacaktır. Bu akma
noktası uzamasının sonunu işaret eder.
Akma noktası olayı ilk olarak düşük karbonlu çeliklerde
bulunmuştur. % 10’ un üzerindeki kesin alt ve üst akma noktası
ve akma noktası uzaması uygun şartlar altında bu metalden
elde edilmiştir. Yakın geçmişte akma noktası genel bir fenomen
olarak kabul edilmekteydi, çünkü çok sayıda metal ve alaşımda
gözlenmiştir.
Ayrıca demir ve çelikte akma noktaları; polikristalize molibden,
titanyum ve alüminyum alaşımlarında ve tek demir kristallerinde,
kadmiyum çinko, alfa ve beta pirinç ve alüminyumda gözlenmiştir.
Genellikle
akma
noktası
impuritelerle birleştirilebilir.
küçük
dokulararası
veya
ikame
Örneğin gösterilmiştir ki düşük karbon çeliğinden ıslakhidrojen işlemi ile karbon ve azotun tamamen giderilmesi,
akma noktasını ortadan kaldıracaktır. Ancak her iki elementin
yaklaşık %0.001 kadarına akma noktasını yeniden görmek için
ihtiyaç duyulur.
Deneysel faktörlerin sayısı keskin üst akma noktasına erişimi
etkiler. Keskin üst akma noktası elastik olarak rijid deney
cihazının kullanımı, numunenin çok dikkatle eksenel hizalanması,
gerilme konsantrasyonlarından bağımsız numunelerin kullanımı,
yüksek yükleme hızı ve sıklık alt ortam sıcaklıklarında deney
yapma ile teşvik edilir.
Eğer gerilme konsantrasyonlarından dikkatlice kaçınma esnasında;
ilk Lüders bandı test numunesinin ortasında oluşacak şekilde
yapılırsa, üst akma noktası alt akma noktasının kabaca iki katı
olabilir. Ancak alt akma noktasından % 20-30 daha büyük üst akma
noktasını elde etmek daha geneldir.
Genel akmanın başlangıcı ortalama dislokasyon kaynaklarının
malzemenin tam hacmi boyunca kayma bandları oluşturabildiği
yerdeki gerilmelerde meydana gelebilir. Böylece genel akma
gerilmeleri şöyle ifade edilir.
6.18
Buradaki
dislokasyon kaynaklarını çalıştıracak gerilme ve
kaynaklardan oluşan dislokasyon hareketlerine karşı
bütün engellerin toplam etkisini gösteren sürtünme gerilmeleridir.
Eğer gerilmeler kaynakları çalıştıracak kadar yüksekse o zaman
başlangıç akma gerilmesi yüksektir. Dislokasyon davranışı
açısından akma noktası fenomeninin açıklaması başlangıç olarak
dislokasyon kaynaklarının, çözünen atom etkileşimleri tarafından
bloke edildiği veya bağlandığı fikrinden ortaya çıkar
Bu hareketin açıklaması dislokasyon teorisinin ilk zaferlerinden
biridir. Demirdeki karbon ve azot atomları bir pozitif kenar
dislokasyonunda ekstra atom düzleminin hemen aşağısında
minimum enerji pozisyonuna kolayca difüze olur. Elastik etkileşim
o kadar güçlüdür ki impurite atmosferi kolayca tamamen doymuş
hale gelir ve dislokasyon çekirdeğinde atom dizilişine yoğunlaşır.
6.6. ŞEKİL DEĞİŞTİRME YAŞLANMASI
Şekil değiştirme yaşlanması genellikle akma noktası
fenomeni ile ilgili bir davranış tipidir ve bu işlemde
malzemenin mukavemeti artırılır ve sünekliği soğuk
işlemden sonra nispeten düşük bir sıcaklıkta ısıtmada
azaltılır. Bu düşünce en iyi düşük karbonlu çeliğin akma
eğrisi üzerinde şekil değiştirme yaşlanmasının etkisini
tanımlayan Şekil 6.9 düşünülerek gösterilebilir.
Şekil 6.9
Şekil 6.9’ daki A Bölgesi X noktasına göre bir şekil
değişimine göre akma noktası uzaması boyunca plastik
olarak şekil değiştiren düşük karbonlu çeliğin gerilme-
şekil değiştirme eğrisini gösterir. Daha sonra yük kaldırılır
ve hissedilir bir gecikme veya herhangi bir ısıl işlem
olmaksızın yeniden test edilir (B Bölgesi).
Yeniden yükleme üzerinde akma noktasının meydana
gelmediğine dikkat et. Çünkü dislokasyonlar karbon ve
azot atmosferinden ayrılmışlardır. Şimdi numunenin Y
noktasına
kadar
boşaltıldığını
şekil
düşün.
değiştirdiğini
Eğer
400oK
ve
gibi
yükünün
yaşlanma
sıcaklığında birkaç saat veya oda sıcaklığında birkaç gün
yaşlanmadan sonra yeniden yüklenirse akma noktası
yeniden görünecektir.
Üstelik akma noktası Y’ den Z’ ye yaşlanma işlemi ile
artırılacaktır. Akma noktasının yeniden görünmesi
dislokasyonlar sıkıca tutunurken dokulararası yeni
atmosferi oluşturacak yaşlanma peryodu esnasında
dislokasyonlardaki
karbon
difüzyonu yüzündendir.
ve
azot
atomlarının
Bu
mekanizma
için
destek
yaşlanmada
akma
noktasının nüksetmesi için aktivasyon enerjisinin α
demirdeki C’ un difüzyonu için gereken aktivasyon
enerjisi ile tam uyum içinde olması gerçeğinde
bulunabilir.
Azot, demirin şekil değiştirme yaşlanmasında karbondan
daha önemli rol oynar çünkü daha yüksek eriyebilirliğe
sahiptir ve yavaş soğuma esnasında daha az tam
çökelmeye sebep olur. Pratik bakış açısından derin çekme
çeliğindeki şekil değiştirme yaşlanmasını bertaraf etmek
önemlidir çünkü akma noktasının yeniden görünmesi yüzey
işaretleri veya yerel heterojen deformasyon yüzünden
oluşan germe şekil değiştirmeleri ile ikili zorluklara yol
açabilir
Şekil değiştirme sertleşmesini kontrol etmek için stabil
karbür ve nitrürleri oluşturarak çözeltinin dışında
dokulararası bölümü alacak ilave elementler ile
çözeltideki daha büyük karbon ve azot miktarı genellikle
daha caziptir. Alüminyum, titanyum, vanadyum,
kolombiyum ve bor bu amaçla ilave edilirler.
Şekil değiştirme yaşlanması üzerinde kontrol belirli bir
miktar
başarılırken
tamamen
şekil
değiştirme
yaşlanmasına uğramayan klasik düşük karbon çeliği yoktur.
Bu problemdeki genel endüstriyel çözüm metali X
noktasında hadde tesviyesi veya yüzey germe (skin-pass)
haddelemesi ile deforme etmek veya yaşlanmadan önce
derhal kullanmaktır. Haddelemeyle oluşan lokal plastik
deformasyon uygun yeni dislokasyonlar oluşturur, öyle ki
sonraki plastik akış akma noktası olmadan meydana gelir.
Şekil değiştirme sertleşmesinin vukuu, metallerde
oldukça genel bir fenomendir. Akma noktasının
dönüşüne ve yaşlanmadan sonra akma gerilmelerindeki
artışa ilaveten, şekil değiştirme sertleşmesi süneklikte
azalmaya ve düşük şekil değiştirme hızı hassasiyet
değerine sebep olur. Şekil değiştirme yaşlanması
gerilme şekil değiştirme eğrisinde tırtıklanma olayı ile
ilgilidir. (sürekli ve tekrarlanan akmalar).
Bu dinamik şekil değiştirme-yaşlanma davranışına (6-10)
Portevin-Lecatelier etkisi denir. Çözünen atomlar onları
yakalayacak ve tutacak şekilde dislokasyonların hızından
daha yüksek hızda numune içinde difüze olabilirler. Bu
yüzden yükleme artmalıdır ve dislokasyonlar çözünen
atomlardan ayrılabildikleri zaman bir yük düşüşü vardır. Bu
proses gerilme şekil değiştirme eğrisinde tırtıklanmalara
sebep olarak çok defa meydana gelir.
Dinamik şekil değiştirme yaşlanmasıyalnızca tırtıklı
gerilme-şekil değiştirme eğrisine sebep olabilen bir
fenomen
değildir.
Deformasyon
veya
martenzitik
dönüşüm destekli gerilme esnasında meydana gelen
mekanik ikizlenme aynı etkiyi üretecektir.
Sade karbonlu çelik için sürekli akma 500-650oK bölgesinde
meydana gelir. Bu sıcaklık bölgesi aynı zamanda çeliklerin
minimum şekil değiştirme hızı gösterdikleri bölgedir. Bütün
bu gerçekler mavi gevrekliğin ayrı bir fenomen olmadığına
fakat şekil değiştirme yaşlanmasının hemen hızlandırıldığı
gerçeğine işaret eder.
Şekil değiştirme yaşlanması fenomeni düşük karbonlu
çeliklerde meydana gelen su verme yaşlanması olarak
bilinen prosesden ayrılmalıdır. Su verme yaşlanması ferritte
maksimum karbon ve azot çözünebilirliği sıcaklığından su
vermede meydana gelen tam çökelme sertleşmesinin bir
tipidir. Oda sıcaklığı veya birazcık üzerindeki müteakip
yaşlanma alüminyum alaşımlarında olduğu gibi sertlikte ve
akma gerilmelerinde bir artışa neden olur.
6.7. KATI ERİYİK MUKAVEMETLENMESİ
Çözücü atom kafesinde katı çözelti içine atomların girişi
istisnasız saf metalden daha güçlü bir alaşım üretir. Katı
çözeltilerin iki tipi vardır. Eğer çözünen ve çözücü
atomlar yaklaşık olarak aynı boyuttalarsa çözünen
atomlar çözücü atomların kristal kafesinde kafes
noktalarını işgal edecektir. Buna yeralan katı eriyik
denir.
Eğer çözünen atomlar çözen atomlardan çok küçük ise
çözücü kafeste dokulararası pozisyonları işgal edecektir.
Karbon azot oksijen, hidrojen ve bor çoğunlukla
(tanelerarası)
elementlerdir.
arayer
katı
çözeltileri
oluşturan
Yeralan katı çözeltilere eğilimi kontrol eden faktörler
en çok Hume-Rothery çalışmasında meydana
çıkarılmıştır. Eğer iki atomun boyutu, yaklaşık olarak
kafes parametresi tarafından gösterildiği için % 15’
ten daha az farklıysa boyut faktörü katı eriyik oluşumu
için uygundur. Boyut faktörü % 15’ ten daha büyük
olduğu zaman katı çözünebilirliğin kapsamı genellikle %
1’ den daha aza sınırlanır.
Elektromotor serilerinden ayrı düşen metaller
intermetalik bileşik oluşturmaya yönelirken bir diğerine
güçlü kimyasal afiniteye sahip olmayan metaller, katı
çözelti oluşturmaya yönelirler. Çözen ve çözünenin nisbi
valansları önemlidir. Daha düşük valanslı bir çözücüde
daha yüksek valanslı bir metalin çözünebilirliği tersine
durumdan daha büyüktür.
Bu relatif valans etkisi, elektron-atom oranı açısından
bilinen bir büyüklükte makul kılınabilir. Belirli çözücü
metaller için, çözünebilirlik sınırı yaklaşık olarak farklı
valanslı çözünen atomların elektron-atom oranı ile aynı
değerde meydana gelir. Sonuç olarak, çözeltinin bütün
alanında tam katı çözünebilirlik için çözünen ve çözücü
atomlar aynı kristal yapıya sahip olmalıdır.
Katı çözelti sertleşmesinin sebepleri hakkında temel
bilginin kazanımı yavaş bir işlem olmaktadır. Katı
çözelti ilavelerinin sebep olduğu sertlik artışı hakkındaki
ilk çalışmalar göstermiştir ki sertlik artışı çözünen ve
çözücü atomların boyutundaki fark ile veya çözünen
ilavesinin sebep olduğu kafes parametresinin değişimi
ile direk olarak değişir.
Ancak açıktır ki, boyut faktörü tek başına katı çözelti
sertleşmesini açıklayamaz. Data ilişkisindeki bir
gelişme çözünen ve çözücünün relatif valansları kafes
parametre distorsiyonuna ilavesi düşünüldüğü zaman
sonuçlanır. Valansın önemi Şekil 6.11’ de gösterilir.
Burada sabit kafes parametreli bakır alaşımlarının akma
gerilmeleri elektron-atom oranına göre çizilmiştir. İleri
sonuçlar göstermiştir ki; eşit tane boyutlu, kafes
parametreli ve elektron atom oranlı alaşımlar aynı
başlangıç akma gerilmelerine sahiptir. Fakat akma eğrisi
daha büyük şekil değiştirmelerde farklıdır.
Şekil 6.11
Çözünen ilavelerin olağan sonucu akma gerilmesinin bir
bütün olarak gerilme şekil değiştirme eğrisinin seviyesinin
yükselmesidir. (Şekil 6.12). Bölüm 6.5’ te gösterildiği gibi
çözünen atomlar çoğunlukla akma noktası etkisi yaratırlar.
Katı çözelti alaşım ilaveleri başlangıç gerilme-şekil
değiştirme eğrisini etkilediği için çözüne atomları σi
dislokasyon hareketine karşı sürtünme direnci üzerinde
sabit dislokasyondakinden daha fazla etkiye sahip olduğu
çıkarımına varırız.
Çözünen atomlar relatif mukavemetlenme etkisine göre
ikiye ayrılırlar. Yeralan atomlar gibi küresel distorsiyon
üreten çözünen atomlar yaklaşık
relatif mukavemetlenmeye sahip iken; küresel olmayan
distorsiyonlar üreten atomlar en çok arayer atomları
gibi her birim için kendi kayma modüllerinin yaklaşık üç
katı nisbi mukavemetlenme etksine sahiptir.
Çözünen atomlar dislokasyonlarla aşağıdaki mekanizmalar ile
etkileşime girebilir:
•Elastik etkileşim
•Modül etkileşimi
•İstifleme hatası etkileşimi
•Elektriksel etkileşim
•Kısa-mesafeli etkileşim
•Uzun-mesafeli etkileşim
Şekil 6.12
6.12. MARTENZİT MUKAVEMETLENMESİ
Çeliğe su vermede, difüzyonsuz kayma tipi dönüşümü
ile
östenitten
martenzite
dönüşüm
mühendislik
malzemelerinde kullanılan en yaygın mukavemetlenme
proseslerinden
biridir.
Her
ne
kadar
martenzitik
dönüşümler çok sayıda metalurjik sistemde meydana
gelse de sadece demir ve karbon temelli alaşımlar bu
kadar bariz mukavemetlenme etkisini gösterir.
Şekil 6.26 martenzit sertliğinin karbon içeriği ile nasıl
değiştiğini gösterir ve demir ve sementitin birleşim
dağılımının başarılması ile mukavemetlenmenin derecesini
kıyaslar.
Yüksek mukavemetli martenzit, bu yapıdaki
dislokasyon hareketine karşı çok sayıda güçlü
bariyerler içerir. Sistemin karmaşıklığı büyük
uyuşmazlık ve sertleşme mekanizmasının çok sayıda
olmasına imkan verir. Fakat görünen o ki martenzitin
yüksek mukavemete iki ana yardımı vardır. Kellt ve
Nuttig TEM yardımıyla su verilmiş Fe-C alaşımlarında
iki yapıyı tanımlamışlardır.
Klasik martenzit, bir yapı düzlemi ve levhalar içinde
her biri 0.1 m kalınlıktaki paralel ikizleri olan bir iç
yapıya sahiptir. Martenzit yapının diğer tipi yüksek
deforme olmuş metalinkine kıyasla 109-1010 mm-2
yüksek dislokasyon yoğunluğu içeren blok martenzittir.
Bu yüzden martenzitin yüksek mukavemetli bölümü;
ince ikiz yapı veya yüksek dislokasyon yoğunluğu
tarafından üretilen kaymaya karşı etkin olan
bariyerlerden kaynaklanır.
Martenzit mukavemetine ikinci önemli katkı karbon
atomlarından gelir. Şekil 6.26 martenzitin sertliğinin %
0.4’ ün altındaki karbon içeriğine karşı çok hassa
olduğunu gösterir. Su vermede östenitten ferrite hızlı
dönüşümde, demirdeki karbonun eriyebilirliği ile büyük
oranda azaltılır. Karbon atomları ferrit kafesinin
şeklini değiştirir ve bu şekil değişimi oda sıcaklığında
difüzyon ile karbon atomlarının yeniden dağılımı ile
hafifletilebilir.
Bir sonuç dislokasyonlar ve karbon atomları arasında
kurulan güçlü bağdır. Biz zaten bunun dislokasyon
hareketini sınırladığını görmüştük. Diğer bir sonuç {1 0
0} düzlemlerinde karbon atomu kümelerinin oluşumudur.
Bu önceki bölümde tartışılan alüminyumun yaşlanma ile
sertleşmesiyle ilgili GP bölgelerine çok benzerdir.
Martenzitteki bariyerlerin mukavemetlenmeye katkısı
temel olarak karbon içeriğinden bağımsızken, karbon
atom kümelenmesi ve dislokasyon etkileşimleri yoluyla
mukavemetlenme karbon içeriği ile neredeyse lineer
şekilde artar.
Büyük ilgi alanı termal mekanik proseslerin gelişimi
olmaktadır. Bu proseslerde martenzit öncelikle plastik
deformasyonla
mukavemetlendirilmiş
östenitik
matristen oluşturulur. Bu işleme ausforming-ösoluşumu
denir. Östenitin plastik deformasyonu perlit veya
baynite dönüşmeksizin başarılmalıdır. Bu yüzden
zaman-sıcaklık dönüşüm (TTT) eğrisinde stabil östenit
bölgeye sahip alaşım çeliği ile çalışmak gereklidir.
(Şekil 6.27).
Çelik % 50’ den fazla miktarda haddelenerek
deforme edilir ve sonra martenzit oluşturmak üzere
Ms’ nin altına su verilir. Verilen ir alaşım için
deformasyon sıcaklığı ve deformasyon miktarı temel
değişkenlerdir. En yüksek mukavemetler dönüşümün
meydana gelmediği en düşük sıcaklık ve en büyük
olası deformasyon ile başarılır. Ausformed
martenzitin dislokasyon yoğunluğu çok yüksektir (1011
mm-2) ve dislokasyonlar genellikle üniform şekilde
dağılırlar.
Çökelme; dislokasyon çarpımı ve iğneleme için alanlar
sağlayan çökeltilerle basit su verilmiş martenzitten
daha
önemlidir.
Bu
mukavemetlenme
mekanizmalarının sonucu olarak ausformed çelikler %
40’ tan 20’ ye değişen alan azalmalarında 2-3- GPa
olan çok yüksek akma mukavemetlerine sahip olabilir.