İçeriğe atla

Demir-karbon denge diyagramı

Metalurji biliminde faz terimi, fazın belirli bir kimyasal bileşime, farklı bir atomik bağ ve element düzenine sahip olduğu fiziksel olarak homojen bir madde durumunu belirtmek için kullanılmaktadır. Bir alaşım içinde aynı anda iki veya daha fazla farklı faz mevcut olabilmektedir. Bir alaşım içindeki her fazın kendine özgü fiziksel, mekanik, elektriksel ve elektrokimyasal özellikleri vardır. Bir alaşımda bulunan fazlar, alaşım bileşimine ve alaşımın maruz kaldığı ısıl işleme bağlıdır. Faz diyagramları, belirli bir sıcaklıkta tutulan belirli bir alaşımda bulunan fazların grafiksel temsilleridir. Faz diyagramları, belirli bir ısıl işleme tabi tutulmuş bir alaşımda meydana gelen faz değişikliklerini tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Bu önemlidir çünkü bir metal bileşenin özellikleri metalde bulunan fazlara bağlıdır. Faz diyagramları, belirli bir bileşime sahip alaşımların seçimi ve belirli özellikler üretecek ısıl işlem prosedürlerinin tasarımı ve kontrolü için metalurji uzmanları tarafından kullanılmaktadır. Ayrıca kalite sorunlarını gidermek için kullanılırlar.[1]

Demir-Karbon denge diyagramı dönüşümler

Peritektik dönüşüm bir katı ve beraberinde bir sıvı fazın bileşip katı form oluşturmasıdır.

Ötektik dönüşüm bir sıvının iki ayrı katıya dönüşmesi durumudur.

Ötektoid nokta bir katının iki ayrı katı faza dönüşmesidir.

Peritektik Nokta δ + Sıvı Östenit
Ötektik NoktaSıvı Östenit + Sementit
Ötektoid NoktaÖstenit Perlit + sementit

Fazlar

Perlit, %0.80 C içeren ötektoid karışımdır ve 723 °C' de çok yavaş soğuma ile oluşmaktadır. Ferrit ve sementitin çok ince bir levhası veya lamel karışımıdır. Beyaz ferritik arka plan veya matris, ince sementit plakaları (koyu) içermektedir.[2]

Östenit, demirde çözünmüş bir arayer katı karbon çözeltisidir. Yüksek şekillendirilebilirlik, ısıl işlemlerin çoğu bu tek faz ile başlamaktadır. Normalde oda sıcaklığında stabil değildir. Ancak belirli koşullar altında oda sıcaklığında östenit elde etmek mümkündür.[2]

Ferrit, α katı çözelti olarak bilinmektedir. α demirde çözülmüş az miktarda karbonun arayer katı çözeltisidir. 910 derecenin altında kararlı demir formu 723oC' de maksimum çözünürlük %0.025 C' dir ve oda sıcaklığında sadece %0.008 C çözünmektedir. Diyagramda görünen en yumuşak yapıdır.[2]

Sementit veya demir karbür, Fe3C olarak % 6,67 C içerdiğinden, çok sert, kırılgan demir ve karbon intermetalik bileşiğidir.[2]

Diyagramda görünen en sert yapıdır, erime noktası tam olarak bilinmemektedir. Kristal yapısı ortorombiktir. Düşük çekme mukavemetine (yaklaşık 5.000 psi) sahiptir, ancak yüksek basınç mukavemetine sahiptir.[2]

Ledeburit, östenit ve sementitin ötektik karışımıdır. Yüzde 4,3 C içerir ve 1147 °C' de oluşmaktadır.[2]

Demir-karbon denge diyagramı şematiğidir.

Demirde bulunan kristal kafes yapıları

Demir, farklı allotroplarını kullanarak pek çok farklı uygulamada kullanılmaktadır. 4 allotrop demir vardır:

Hacim merkezli kübik yapıdır.
  1. Alfa
  2. Gama
  3. Delta
  4. Epsilon

Bunlardan alfa, gama ve delta demirin tümü atmosfer basıncında bulunurken epsilon yalnızca yüksek basınçlarda bulunmaktadır.[3]

Alfa demir

Yüzey merkezli kübik yapıdır.

Alfa demir, erimiş demir 910 °C' ye soğutulduğunda oluşan hacim merkezli kübik bir allotroptur. Sadece küçük karbon konsantrasyonlarını çözebilmektedir. Çelik bir demir-karbon alaşımı olduğundan, alfa-demirden yapılan çelik düşük karbonlu bir çeliktir. Bu çelik türü sünektir ve tellerde kullanılmaktadır. Alfa demir en yüksek hacmi içerir ve üç atmosferik allotroptan en az yoğun olanıdır. Alfa demir aynı zamanda oda sıcaklığında bulunan en kararlı demir şeklidir.[3]

Gama demir

Gama demiri, erimiş demir 1392 °C'ye soğutulduğunda oluşan yüzey merkezli kübik bir allotroptur. Bu form en düşük hacme sahiptir ve en yoğun olanıdır. Yüzey merkezli kübik kristal yapı, birbirine bağlı bir demir atomu küpüne sahiptir ve küpün her yüzünde birbirine bağlı demir atomları vardır.[3]

Dış bağlantılar

Kaynakça

  1. ^ "Phase Diagram". Industrial Metallurgists (İngilizce). 8 Temmuz 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2021. 
  2. ^ a b c d e f "Arşivlenmiş kopya" (PDF). 9 Temmuz 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 4 Temmuz 2021. 
  3. ^ a b c "Allotropes of Iron: Types, Density, Uses & Facts". study.com. 4 Temmuz 2021. 9 Temmuz 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Temmuz 2021. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Uranyum</span> radyoaktif element

Uranyum, radyoaktif bir kimyasal elementtir. Simgesi "U"dur. 1789 yılında Martin Heinrich Klaaproth tarafından keşfedilmiş ve 1841 yılında Eugene-Melchior Peligot tarafından izole edilmiştir. Uranyum ilk zamanda radyoaktivite ile ilgili fazla bilgi sahibi olunmadığından diğer elementler gibi zannedilse de, 1896 yılında bilim tarihinin önemli isimlerinden olan Dimitri Mendeleyev’in çalışmalarıyla radyoaktif bir element olduğu ispatlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Alaşımlı çelik</span> Alaşımlı celik

Alaşımlı çelik, mekanik özelliklerini geliştirmek için ağırlıkça % 1.0 ila % 50 arasında toplam miktarlarda çeşitli elementlerle alaşımlanan çeliktir.

<span class="mw-page-title-main">Isıl işlem</span>

Isıl işlem metallerin mekanik özelliklerini geliştirmek amaçlı uygulanan işlemlerin genel adıdır. Metalurjik bir işlem türüdür.

<span class="mw-page-title-main">Çelik</span>

Çelik, demir elementi ile genellikle %0,02 ila %2,1 oranlarında değişen karbon miktarının bileşiminden meydana gelen bir alaşımdır. Çelik alaşımındaki karbon miktarları çeliğin sınıflandırılmasında etkin rol oynar. Karbon genel olarak demir'in alaşımlayıcı maddesi olsa da demir elementini alaşımlamada magnezyum, krom, vanadyum ve tungsten gibi farklı elementler de kullanılabilir. Karbon ve diğer elementler demir atomundaki kristal kafeslerin kayarak birbirini geçmesini engelleyerek sertleşme aracı rolü üstlenirler. Alaşımlayıcı elementlerin, çelik içerisindeki, değişen miktarları ve mevcut bulundukları formlar oluşan çelikte sertlik, süneklilik ve gerilme noktası gibi özellikleri kontrol eder. Karbon miktarı yüksek olan çelikler demirden daha sert ve güçlü olmasına rağmen daha az sünektirler.

<span class="mw-page-title-main">Çözünürlük (kimya)</span> katı, sıvı veya gaz halindeki bir maddenin bir çözücü içinde çözülme kapasitesi

Çözünürlük, belli bir miktar çözünenin, belirli şartlar altında, spesifik bir çözücü içinde çözünmesidir. Çözücü akışkan solvent olarak adlandırılır ve birlikte çözeltiyi oluştururlar. Çözümlendirme işlemi solvasyon olarak adlandırılır.

<span class="mw-page-title-main">Manganez</span> atom numarası 25, simgesi Mn olan element

Mangan veya Manganez kimyasal bir elementtir. Simgesi Mn ve atom numarası 25'tir.

Alaşım, bir metal elementin en az bir başka element ile birleşmesiyle oluşan homojen karışımıdır. Elde edilen malzeme yine metal karakterli malzeme olur. Alaşımlar karışıma giren metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Sementasyon</span>

Sementasyon veya Karbürizasyon en eski yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olup; karbon içeriği düşük olan çelik malzemelerin yüzeyine katı, sıvı veya gaz ortam içerisinde çeliğin yüzeyine karbon emdirilmesi (difüzyon) esasına dayanır.

Sıfır altı işlem ya da kriyojenik işlem, yüksek aşınmaya maruz kalan takımlarda aşınma direncini artırma amaçlı uygulanan modifiye edilmiş bir soğutma işlemidir. Takım çeliklerine uygulanan geleneksel sertleştirme yöntemlerinde çelik östenitleme işleminin ardından çelik cinsine bağlı olarak çeşitli soğutma ortamlarında minimum mümkün sıcaklık olan oda sıcaklığına kadar soğutulur ve martenzitik yapı elde edilir. Yüksek alaşımlı çeliklerde ise sertleşmeyi sağlayan martenzitik dönüşüm belirli bir sıcaklıkta (150-3000 C) başlar ve oda sıcaklığında sona ermez.

Şekil hafızalı alaşımlar; martensitik yapıda iken belli bir dış kuvvete maruz kalmaları sonucu değişen orijinal şekillerini, östenit faz sıcaklığına geçtiklerinde büyük oranda geri kazanabilen alaşımlardır. Alaşım östenit fazda iken, herhangi bir sıcaklık değişimi olmaksızın, sadece uygulanan stresin ortadan kalkması sonucu malzemenin orijinal formunu tekrar kazanması ise süperelastisite(en) olarak tanımlanır.

<span class="mw-page-title-main">Östenit</span> çeliğin bir fazı

Östenit veya gama demir (γ-Fe), çeliğin bir fazıdır. Demir karbon diyagramında 912 °C ile 1394 °C arasındaki yüzey merkezli kübik yapıdaki faza verilen isimdir. Metalurji alanında uzmanlaşmış bir bilim insanı olan William Chandler Roberts-Austen’in ismi verilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Faz (madde)</span> Fiziksel bilimlerde, bir faz bir malzemenin fiziksel özelliklerini esas olarak eşit bir şekilde madde boyunca dağılan bir sistemdir. Fiziksel özelliklerinin örneklerinden üç tanesi, yoğunluk içermesi , mıknatıslanma ve kimyasal bileşimi inde

Fiziksel bilimlerde faz; bir malzemenin fiziksel özelliklerinin her noktasında aynı olduğu bölgedir/alandır. Fiziksel özelliklerinin örneklerinden üç tanesi, yoğunluk içermesi, mıknatıslanma ve kimyasal bileşimi indeksi. Basit bir açıklama ile bir faz fiziksel olarak ayrı, kimyasal olarak yeknesak ve (genellikle) mekanik ayrılabilir malzemeli bir bölge olmasıdır. Bir cam kavanoz buz ve sudan oluşan bir sistemde, buz küpleri birinci faz, su ikinci faz ve suyun üstünde bulunan nem ise üçüncü fazdır. Cam kavanoz ise başka bir ayrı aşamasıdır. Faz terimi bazen maddenin hali olarak eş anlamlı bir şekilde kullanılabilir. Ancak bir maddenin aynı halde çok sayıda karışmayan fazı olabilir. Ayrıca, faz terimi bazen bir faz diyagramı için üzerinde sınır ile basınç ve sıcaklık gibi durum değişkenler açısından sınırı çizilmiş denge durumunda bir dizi oluşturmak için kullanılır. Faz sınırları gibi katı veya başka bir kristal yapısından daha ince değişikliğine sıvıdan bir değişiklik olarak maddenin organizasyon değişiklikleriyle ilgili olduğundan bu son kullanım durumuna eş anlamlısı olarak "faz" kullanımına benzer. Ancak, madde ve faz diyagramı kullanımların hali yukarıda verilen ve amaçlanan anlam terim kullanıldığı bağlamdan kısmen tespit edilmelidir resmi tanımı ile orantılı değildir. Fazın çeşitleri Farklı fazlar, gaz, sıvı, katı, plazma veya Bose-Einstein yoğuşma ürünü olarak maddenin farklı durumlar olarak tarif edilebilir. Maddenin katı ve sıvı formda diğer haller arasındaki faydalı mezofazlar.

Sertleştirme, metallerin sertliğini artırmak için kullanılan bir metal işlemi türüdür. Bir metalin sertliği, metalin maruz kaldığı gerinim konumundaki tek eksenli akma stresiyle doğru orantılıdır. Sert bir metalin plastik deformasyona karşı direnci daha az sert bir metale göre daha yüksek olacaktır.

Yumuşatma tavlaması, malzemelerin istenilen yapısal, mekanik ve fiziksel özelllikleri elde etmek, talaşlı imalat veya plastik şekil vermeyi kolaylaştırmak için belirli sıcaklıklara kadar ısıtılıp bu sıcaklıklarda bekletilip sonradan yavaşça soğutulması işlemine yumuşatma tavı denilmektedir.

Normalleştirme ısıl işlemi, demirli malzemelere uygulanan bir işlemdir. Normalleştirme ısıl işleminin amacı, mikroyapı' yı rafine ederek malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmektir. Bu işlemde malzeme dönüşüm aralığının üzerinde östenit fazına ısıtılmaktadır ve ardından oda sıcaklığında durgun havada soğutulmaktadır. Normalleştirici ısıl işlem, yapısal düzensizlikleri dengelemektedir ve malzemeyi daha fazla çalışma için yumuşak hale getirmektedir. Dövme, bükme, çekiçleme gibi soğuk işleme işlemleri malzemeleri sertleştirmektedir ve daha az sünek hale getirmektedir. Aynı durum kaynaklı kısmın yakınındaki ısıdan etkilenen bölge (ITAB) için de geçerlidir. Normalize edici ısıl işlem, bu malzemenin sünekliğini ve yumuşaklığını yeniden kazandırmaktadır. Bu işlem aynı zamanda, istenen sertleşmeye tepkiyi iyileştirmek için herhangi bir sonraki yüzey sertleştirmeden önceki gibi kullanılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Martenzit</span>

Martenzit, çelik kristal yapının çok sert bir şeklidir. Adını Alman metalurji uzmanı Adolf Martens' ten almıştır. Benzetme yoluyla bu terim, difüzyonsuz dönüşümle oluşturulan herhangi bir kristal yapıya da atıfta bulunabilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Paslanmaz Çelikler</span>

Paslanmaz çelik, öncelikle korozyon ve ısıya dayanıklı özellikleri için seçilen çok yönlü bir mühendislik malzemeleri ailesini tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Tüm paslanmaz çelikler temel olarak demir ve minimum %10,5 krom içermektedir. Bu seviyede krom, ortamdaki oksijen ve nem ile reaksiyona girerek malzemenin tüm yüzeyini kaplayan koruyucu, yapışkan ve uyumlu bir oksit filmi oluşturmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Ledebürit</span>

Ledebürit, demirde %4.3 karbon karışımı olup östenit ve sementit fazlarından oluşan demir-karbon ötektiğidir. Ledebürit bir faz değil, östenit ve sementit fazlarının karışımıdır. Ledebürit yüksek sertlik ve kırılganlığa sahiptir.

Sementit veya demir karbür, bir demir ve karbon bileşiğidir, daha iyi bir ifadeyle Fe3C formülüne sahip bir ara geçiş metal karbürdür. Ağırlık olarak %6.67 karbon ve %93,3 demirden oluşmaktadır. Sementitin kimyasal bileşimi Fe3C olmasına rağmen, kristal yapısı hücre başına 12 demir atomu ve 4 karbon atomu ile ortorombik kristal yapıya sahiptir. Normalde saf haliyle seramik olarak sınıflandırılan sert, kırılgan bir malzemedir ve demir metalurjisinde sıklıkla bulunan ve önemli bir bileşendir. Çoğu çelik ve dökme demirde sementit bulunurken alternatif demir yapım teknolojileri ailesine ait olan demir karbür prosesinde hammadde olarak üretilir.

<span class="mw-page-title-main">Ferrit</span> Demir elementinin farklı formları

Ferrit (ferrum: demir) veya alfa demir (α-Fe) oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında stabil olan demirin fazlarından biri olan düşük karbonlu çelikte meydana gelen hacim merkezli kübik kristal yapıya sahip, ana bileşen olarak demir içeren katı bir çözeltidir. Çelik ve dökme demire manyetik özelliklerini veren bu kristal yapıdır ve ferromanyetik malzemenin klasik bir örneğidir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.