4.5

2. 5 a b 4.5 6.2 Fe: %95.5 Ni: %4.5 γ: %70.5 Sıvı: %29.5 Fe: %93.8 Ni: %6.2

3. Figure 12.2 (a) The eutectoid portion of the Fe-Fe3C phase diagram. (b) An expanded version of the Fe-C diagram, adapted from several sources.

4. Örnek 1050 çeliğinden (%0.5 C) bir aks imal edilecektir. Bu aksın üniform özelliklere ve 23RC sertliğine sahip olması istenmektedir. Bu özellikleri sağlayacak bir ısıl işlem tasarlayınız.

5. Çelik önce ostenit bölgesinde 1 saat sürekle ısıtılır (770 + (30 to 50) = 800oC) Yapı tamamen, 100%, ostenite (γ) dönüştürülür. • 600oCye hızlıca soğutulur ve bu sıcaklıkta en az 10 sn tutulurİlk 1snde ötektoid öncesi ferrit çökelmeye başlar. (1.5 s sonra perlitler oluşup büyümeye başlar. Bütün ostenit 10 sn sonunda ferrit ve perlite dönüşmüş olur). Yapıdaki fazların miktarları: 3. Daha sonra oda sıcaklığına soğutulur. Bütün yapı önceden dönüştürüldüğü için iç yapıda bir değişiklik olmaz. 4.İzotermal dönüşüm uygulandığı için içyapı ve sertlik bütün yapıda homojen olacaktır.

6. Faz dönüşümleri • Faz dönüşümlerini ikiye ayrılır: • Yayınmalı dönüşümler: Atomlar en kararlı halin (min.enerji) gerektirdiği fazları oluşturmada yeterli süreye sahiptirler. Bu fazlar faz diyagramlarında yer alan fazlardır. • Kaba perlit (coarse pearlite) • İnce perlit (fine pearlite) • Üst beynit (upper bainite) • Alt beynit (lower bainite) • Yayınmasız dönüşümler: Atomlar düşük enerjili kararlı fazları oluşturacak yeterli sürelere sahip değillerdir. Bu nedenle faz diyagramlarında rastlanmayan yarı kararlı veya kararsız fazlar oluştururlar. • Martenzit

7. Özet • Çeliklerin mekanik özellikleri iç yapılarıyla doğrudan alakalıdır. • Ferrit • Kaba Perlit • İnce Perlit • Üst beynit • Alt beynit • Martenzit Yavaş Soğuma Ostenit Pertlit (+Fe3C) Yayınmalı İzotermal Dönüşüm Ostenit Beynit (+Fe3C) Sertlik  Yayınmalı Çok hızlı Soğuma Ostenit Martenzit (tekfaz) Yayınmasız

8. Çelik için önemli sıcaklıklar • A1 sıcaklığı: Ötektoid reaksiyon sıcaklığı • A2 sıcaklığı: Küri sıcaklığı (769oC). Bu sıcaklıkta manyetiklik kaybolur. • A3 sıcaklığı: Ötektoid altı çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir) • Acm sıcaklığı: Ötektoid üstü çeliklerde tam ostenit alanına geçiş sıcaklığı (C oranına bağlı olarak değişir)

9. A1, A3 ve Acm sıcaklıkları Acm A3  +Fe3C + A1 +Fe3C A2:Manyetikliğin kaybolduğu Curie sıcaklıdır: 769oC.

10. Su verme • Yapıda başka bir faz oluşumuna imkan vermeden %100 martenzit oluşturmak amacıyla uygulanır. • Ostenit bölgesinden ani olarak soğutma ile elde edilebilir. • Soğuma hızınınkritik soğuma hızı olarak adlandırılan kritik değerden daha büyük olması gerekir. • Kullanımı için temperlenmesi gerekebilir. Su verme– çeliğin ostenit bölgeden kritik soğuma sıcaklıklarının üzerindeki hızlarda ani olarak soğutulması işlemidir. Eğer Mf in altındaki sıcaklıklara ani soğutma söz konusu ise yapı tamamen martenzite dönüşür. Aksi halde ani soğutma sırasında eğer ZDS eğrileri kesilmiyorsa yapı dengesiz ostenit halinde bulunuz.

11. Bu amaçla önce çelik ostenit bölgesinde en az 1 saat ısıtılır: • Ötektoid altı çelikler için: A3 + 30-50oC • Ötektoid üstü çelikler için: Acm + 30-50oC • Daha sonra,Mf in altındaki sıcaklıklara, kritik soğuma hızlarının üzerindeki değerlerde hızlı soğutma yapılırsa yapı tamamen martenzite dönüşür (quenching).

12. Menevişleme (Temperleme) T yüzey • Kırılgan Martenzit iç yapının, daha tok ve hala yüksek dayanımlı içyapıya dönüştürülmesi ısıl işlemidir. • Ostenit sıcaklıktan su verilen iç yapıda martenzitler oluşur. • Daha sonra bu malzeme temper sıcaklığına ısıtılarak martenzit temper yapıya yani ince taneli ferritik-perlitik bir yapı dönüştürülür. merkez Temperleme sıcaklığı t (logaritmik skala)

13. Temperleme • Temperleme sırasında, ısıl aktivasyon ile yarı kararlı martenzit içerisinde sıkışmış bulunan C atomları kafesi terketmeye başlar ve yapı ince dağılımlı ferrit-sementitten oluşan daha kararlı bir yapıya dönüşür. • Böylece, kafes çarpılması ve dislokasyon yoğunluğu azalır ve yapı yumuşar. • Yapıda tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak sertlikte azalma yani yumuşama olur. • Bu değişim parametrelerin kontrolü ile kontrol edilebilir. Dolayısıyla çeliğin sertliği istenilen değerlere ayarlanabilir. • Temperleme ile su vererek elde edilen gevrek ve yüksek dayanımlı yapı, daha düşük dayanımlı ve yüksek toklukta malzemeye dönüştürülebilir.

14. Havada Suda Sertlik Yağda Sıcaklık (oC) Bazı alaşım elementleri ikincil temper sertleşmesine sebep olabilirler. Sebebi belirli sıcaklıkta karbürlerin çökelmesidir.

15. Çeliğe ait ısıl işlemler • Sürekli soğuma ile uygulanan ısıl işlemler • Normalizasyon • Islah etme • Yumuşatma • Martemperleme • İzotermal dönüşüm ile uygulanan ısıl işlemler • Ostemperleme • İzotermal tavlama

16. TTT Diagrams Sürekli soğutma eğrisi boyunca dönüşüm İzotermal eğri boyunca dönüşüm Isothermal annealing for fully pearlitic structure. Ferrite + Perlite for hypoeutectoid steels or Perlite + Cementite for hypereutectoid steels

17. Ötektoit Çelik  T + +Fe3C Ostenit Kaba perlit İnce Perlit +Fe3C Üst Beynit Dengesiz ostenit Alt Beynit Martenzit Ms Mf t (logaritmik skala)

18.  Kritik soğuma hızı 5oC/Sn 40oC/Sn Yumuşatma Tavı 140oC/Sn Normalizasyon Ms Su Verme Mf İnce perlit Perlit + Martenzit Kaba perlit Martenzit

19. Yumuşatma (Annealing) • Çelikte, en yumuşak durumu elde etmek amacıyla uygulanan ısıl işlemdir. • Bu işlemde amaç, tamamen kaba perlite dönüştürmektir. • Kaba taneli yapı ostenit bölgesinden fırın içerisinde kontrollü olarak soğutma ile elde edilebilir.

20. Normalizasyon (Normalization) • İç yapıda ince taneli perlit oluşturarak dayanım ve tokluk artışını birlikte sağlamak amacıyla (çeliklere) uygulanır. • İnce taneli yapı, ostenit bölgesinden havada soğutma ile elde edilebilir.

21. Su vermede çatlak oluşumu • Yapıda %100 martenzit oluşturmak ostenit bölgesinden kritik soğuma hızıdeğerinden daha hızlı olarak soğutulması. • Yüzey ve iç bölgelerdeki yüksek sıcaklık farkı oluşur. • Daha soğuk olan yüzey kendini çeker fakat halen sıcak olan iç bölgeler daha hala yüksek hacme sahiptir. • Bu nedenle yüzeyde çekme gerilmeleri oluşur. • Çarpılma veya çatlama/kırılmalar meydana gelebilir.

22. Su verme çatlakları (Quench cracks) Genleşme Martenzit Martenzit Çatlaklar Çekme Gerllmesi Çekme Gerllmesi γMartenzit

23. Martemperleme (Martempering) yüzey T • Martenzit oluşumu sırasında çatlama ve kırılma risklerini azaltmak amacıyla ostenit bölgesinden martenzit başlangıç sıcaklığının hemen üzerinde ani olarak soğutulur. • Bu sıcaklıkta iç ve yüzey sıcaklıkları eşitlenecek ve beynit oluşum sıcaklığına girmeyecek şekilde bekletilir ve sonra tekrar su verilir. • TEMPERLENMİŞ MARTENZİT merkez Temperleme sıcaklığı t (logaritmik skala)

24. Ostemperleme (Austempering) yüzey • Yapının %100 alt beynite dönüştürülmesi için yapılan ısıl işlemdir. • Ostenit sıcaklığına ısıtılan malzeme martenzit oluşum sıcaklığının üzerinde bir sıcaklığa su verilir. • Daha sonra yeterince uzun süre bekletileren dengesiz ostenit %100 beynite dönüştürülür. T merkez t (logaritmik skala)

25. Not: Karbonlu çeliklerde beynit, sürekli soğutma ile elde edilemez. Beynit elde etmek için izotermal soğutma gereklidir.

26. İzotermal tavlama (Isothermal annealing) • Çeliğin tamamen kaba perlitik bir yapıya dönüştürülmesi için yapılan izotermal işlemdir. • Önce ostenit bölgesinden dönüşüm sıcaklığına ani soğutma yapılır ve bu sıcaklıkta eğriyi kesecek şekilde beklenir. • Dönüşüm sonrası oda sıcaklığına soğutulur. T İzotermal tavlama Ostemperleme t (logaritmik skala)

27. Özet Çelikte elde edilebilen fazlar: • Üst beynit, • Martenzit, • Kaba perlit • Alt beynit • İnce perlit • Sertten yumaşak yapıya doğru sıralayınız. • Sünekten gevrek yapıya doğru sıralayınız. • Farklı faz oluşumunu kontrol eden parametreleri yazınız.

28. Martenzit: Genel kültür (a) Lath martensite in low-carbon steel ( 80). (b) Plate martensite in high-carbon steel ( 400). Tempered martensite in steel ( 500).

29. İç yapılar: Genel kültür (a) perlit, (b) beynit, (c) temperlenmiş martenzit

30. Üst beynit, (b) Alt beynit

31. Uygulama • White cast iron prior to heat treatment. • Ferritic malleable iron with graphite nodules and small MnS inclusions. • Pearlitic malleable iron drawn to produce a tempered martensite matrix. • Annealed ferritic ductile (nodular) iron. • As-cast ferritic-pearlitic ductile iron. • Normalized pearlitic ductile iron.

32. Sertlik değerlerini tahmin ediniz

33. Sıcaklık Rockwell sertliği

34. Sıcaklık Rockwell sertliği

35. 1050 çeliğinde aşağıdaki ısıl işlemler sonrası hangi mikro yapıların oluşacağını bulunuz. • 820oC ye ısıt, 650oC aniden soğut (su ver), 90sn tut, ve 25oCye aniden soğut. Ferrit+Perlit • 820oC ye ısıt, 450oC aniden soğut (su ver), 90sn tut, ve 25oCye aniden soğut. Beynit • 820oC ye ısıt, 25oCye aniden soğut. martenzit • 820oC ye ısıt, 720oC aniden soğut (su ver), 100sn tut, ve 25oCye aniden soğut. Ferrit + martenzit • 820oC ye ısıt, 720oC aniden soğut (su ver), 100sn tut, ve 400oCye aniden soğut, 500sn tut, ve 25oC aniden soğut. Ferrit + beynit • 820oC ye ısıt, 720oC aniden soğut (su ver), 100sn tut, ve 400oCye aniden soğut, 10sn tut, ve 25oC aniden soğut. Temperlenmiş martenzit

36. Sertleşebilirlik (Sertleşme kabiliyeti) (hardenability) • Çeliklerde soğuma hızı (su verme-quenching) arttıkça, sertlik artar. • Parçalar kalınlık arttıkça,iç kısımlar martenzit oluşumu için gereken kritik soğuma hızlarına ulaşamayabilir. • Sadece kritik soğuma hızından daha yüksek hızlarda soğuyan bölgelerde martenzit oluşur. • Bu nedenle iç ve dış kısımlarda önemli sertlik farkları olabilir. • “Sertleşme kabiliyeti”, malzemenin sertleştirme işlemi esnasında ne kadar derine sertleşebildiğinin gösteren bir kavramdır.

37. Sertleşebilirlik • C oranı düştükçe burun sola kayar ve belli bir değerde martenzit oluşumu için gereken hıza pratik olarak ulaşmak mümkün olmaz. • Pratikte %0.25 tan az olan çeliklere su verilmez. • Çünkü, orta kısımları hale yumuşak kalma problemi yaşanır. • Büyük parçaların orta kısımlarının dahi sertleşebilmesi için çeliğin kritik soğuma hızının düşürülmesi diğer bir değişle eğrinin sağa doğru kaydırılması gerekir. • Bu, çeliğin Cr, Mo, V vs, gibi alaşım elementleri ile alaşımlandırılması sonucu sağlanabilir.

38. Jominy deneyi • Sertleşme kabiliyeti Jominy deneyi ile ölçülür. • Ostenit sıcaklığına kadar ısıtılan numune bir ucundan soğuk su ile soğutulur. • Ucundan itibaren soğuma hızı mesafeye bağlı olarak azalır. • Numune, uç kısmından itibaren sertlik değerleri ölçülür.

39. Jominy numunesi Su

40. Soğuma hızı-mesafe değişimi Soğuma hızı 0 Jominy mesafesi (Su verilen uçtan mesafe)

41. Rockwell sertliği Jominy mesafesi (Su verilen uçtan mesafe)

42. İdeal durum Rockwell sertliği Jominy mesafesi (1/16 inch)

43. Sertleşebilirlik • Mesafeye bağlı olarak sertlik değerinde azalma görülür. • Mesafenin artması ile yüksek sertlik değerleri gösteren malzemelerin sertleşme kabiliyetleri daha iyidir. • Soğuma hızı çok arttırıldığında ise çatlama riski doğar. • Bu nedenle Cr, Mo, V, gibi bazı alaşım elementleri katılarak sertleşebilme kabiliyetleri arttırılır. • En iyi sertleşebilirliği 4340 göstermektedir.

44. Ausforming A thermomechanical heat treatment in which austenite is plastically deformed below the A1 temperature, then permitted to transform to bainite or martensite. The bay area obtained by alloying • First, quench the steel austenite region to Bay area, • Then apply forming processes avoiding to enter pearlite and/or bainite region, • Then; • If quench to below Mf: martensite forms. • If cooled slowly: bainite forms

45. Çelik vediğer metallere uygulan ısıl işlemler • Yumuşatma tavlaması (Process annealing) • Çökelme (Yaşlandırma) sertleşmesi (Precipitation annealing) • Homegenleştirme tavı (Homogenizing treatment) • Gerilme giderme tavı (Stress relief treatment)

46. Soğuk şekil verme • Sıcaklığın Tb<0.2 olduğu sıcaklıklarda plastik şekil değişimi işlemidir.(haddeleme, ekstrüzyon, vs.) • Soğuk ş.ds dislokasyon yoğunluğu önemli miktarda artar. (metal en yumuşak halinde iken yapısında 1010 m/m3, soğuk şekil değiştirmiş haldeyken ise yapısında 1016m/m3) • Taneler soğuk ş.d. yönünde uzama gösterirler.

47. Soğuk Ş.D. Sırasında pekleşme ile dayanım ve sertlik artar süneklik ve elektrik iletkenliği azalır, iç gerilmeler artar. • Belirli bir oranın üzerine çıkılması ile mikro çatlak oluşumu ve hasar meydana gelebilir.

48. Malzemeyi hasara uğratmadan daha fazla plastik şekil değişimi yapabilmek için deformasyon öncesi düşük dislokasyon yoğunluğuna sahip yumuşak yapıya dönülmek isteniyorsa......

49. Yumuşatma tavı (Process Annealing) • Soğuk şekil değiştirme (Tb < 0.2) ile dayanımı ve sertliği artmış, sünekliği ve elektrik iletkenliği azalmış metalin soğuk şekil değişiminden önceki yapısını tekrar kazandırmak için uygulanan ısıl işleme “yumuşatma tavlaması” adı verilir.

50. Yumuşatma Tavında • Yumuşatma Tavı sırasında tav sıcaklıklarına bağlı olarak farklı aşamalar görülebilir: • Toparlanma • Yeniden kristalleşme • Tane irileşmesi