Malzeme_ders_8_Mühendislik_metal_ve_alasimlari

(1)

M

Ü

_Ü

HEND

_HEND

İ

_İ

SL

_SL

İ

_İ

K METAL

_{K METAL}

ve ALA

Ş

_Ş

IMLARI

_IMLARI

MALZEME B

(2)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 MüMühendislik uygulamalarıhendislik uygulamalarında nda ççok ok önemli bir yer önemli bir yer tutan metaller ve ala

tutan metaller ve alaşışımlar polikristal yapmlar polikristal yapııllı, ı, inorganik cisimlerdir.

inorganik cisimlerdir.

G

İ

R

İŞ

9

9 Metaller homojen yapMetaller homojen yapılılıı, katı, katı veya sıveya sıvıvı halde halde ö

özelliklerini dezelliklerini değğişiştirmeyen; demir, baktirmeyen; demir, bakıır, r, al

alüüminyum gibi yapminyum gibi yapıı malzemeleridir.malzemeleridir.

9

9 Metaller doMetaller doğğada çada çooğğunlukla oksit, kunlukla oksit, küükküürt ve rt ve karbonatl

karbonatlıı cevherler halinde bulunur.cevherler halinde bulunur.

Limonit

(3)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Genellikle müGenellikle mühendislik malzemesi olarak kullanıhendislik malzemesi olarak kullanılan metalik lan metalik malzemeler ana metale ba

malzemeler ana metale başka bir element veya elementler şka bir element veya elementler eklenmesi ile elde edilen metalik ala

eklenmesi ile elde edilen metalik alaşışımlardmlardıır. r.

G

İ

R

İŞ

9

9 ÖÖzelliklerin iyilezelliklerin iyileşştirilmesi veya istenen tirilmesi veya istenen öözelliklerde malzeme elde zelliklerde malzeme elde etme amac

etme amacııyla alayla alaşışımlar gelimlar gelişştirilmitirilmişştir. tir.

9

9 AlaşıAlaşımlar saf metallerden daha iyi mekanik mlar saf metallerden daha iyi mekanik öözelliklere sahiptirler.zelliklere sahiptirler.

9

9 Uygulamada çUygulamada çooğğunlukla mekanik öunlukla mekanik özelliklerinin düzelliklerinin düşüşüklklüğüğüü nedeniyle saf metaller kullan

(4)

9

9 AlaAlaşışımmıı elde etmek ielde etmek iççin bu metale karin bu metale karışışttıırrıılanlara da lanlara da alaalaşışım m

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Ala

şı

m;

bir metale belirli

bir metale belirli öözellik sazellik sağğlamak ilamak iççin en az bir bain en az bir başşka elementin ka elementin (metal veya ametal) kas

(metal veya ametal) kasııtltlıı olarak eklenmesi ile elde edilen metal olarak eklenmesi ile elde edilen metal karakterli bir malzemedir.

karakterli bir malzemedir.

ALA

Ş

IM

9

9 ÖÖrnerneğğin, in, ççelik (demir ve karbon) metal olmayan bir elemanelik (demir ve karbon) metal olmayan bir elemanıı iiççeren eren bir ala

bir alaşışımdmdıır. r.

9

9 İİlave edilen element, kristal ilave edilen element, kristal iççinde ya katinde ya katıı çöçözelti veya ara bilezelti veya ara bileşşikler ikler halinde bulunur.

halinde bulunur.

9

(5)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Uygun sUygun sııcaklcaklııklarda, gaz ve sklarda, gaz ve sııvvıı çöçözeltilerinde olduzeltilerinde olduğğu gibi, katu gibi, katıı cisimler de homojen bir eriyik olan

cisimler de homojen bir eriyik olan çöçözelti haline dzelti haline döönnüüşşebilirler. ebilirler. Kat

Katıı eriyikler seriyikler sııcaklcaklıık ve ik ve iççeriklerine geriklerine gööre dere değğiişşik fazlarda ik fazlarda bulunabilirler.

bulunabilirler.

KATI ER

İ

Y

İ

KLER:

9

9 Faz,Faz, üüniform fiziksel ve kimyasal niform fiziksel ve kimyasal öözellikler gzellikler göösteren bir sistemin steren bir sistemin homojen bir par

homojen bir parççasasııddıır.r. AynAynıı ortamda deortamda değğiişşik fazlar bulunabilir. ik fazlar bulunabilir.

9

9 İİlave edilen element, kristal ilave edilen element, kristal iççinde ya katinde ya katıı çöçözelti veya ara bilezelti veya ara bileşşikler ikler halinde bulunur.

halinde bulunur.

9

9 Genellikle Genellikle çöçözzüüccüü bir cismin ibir cismin iççinde ancak sinde ancak sıınnıırlrlıı bir miktar bir miktar çö

(6)

9

9 11-- ÇöÇökelmikelmişş şşeker fazeker fazıı

9

9 22-- ŞŞekerli su fazekerli su fazıı ((şşerbet)erbet)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 ÖÖrnek olarak surnek olarak su--şşeker kareker karışıışımmıınnıı dikkate aldikkate alıınnıırsa; sabit bir rsa; sabit bir s

sııcaklcaklııkta kta şşekerin su iekerin su iççinde inde çöçözzüünebilecenebileceğği maksimum miktar i maksimum miktar vard

vardıır. r. Buna Buna “çö“çözzüünnüürlrlüük sk sıınnıırrıı”” denir.denir.

KATI ER

İ

Y

İ

KLER:

9

9 SSııcaklcaklıık artk artııkkçça bu sa bu sıınnıır artar. r artar.

9

9 Bu sBu sıınnıırdan daha fazla rdan daha fazla şşeker konursa, fazla eker konursa, fazla şşeker su ieker su iççinde inde çö

çözzüünmez ve karnmez ve karışıışımmıın dibinde katn dibinde katıı parparççacacııklar klar çöçökelir. kelir.

9

(7)

9

9 1.1. AraAra--yer Katyer Katıı EriyiEriyiğğii

9

9 2.2. Yeralan KatYeralan Katıı EriyiEriyiğği (Asal Yer Kati (Asal Yer Katıı EriyiEriyiğği)i)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Metallerin bMetallerin büüyyüük k ççooğğunluunluğğu kafes yapu kafes yapııssıı iiççinde belirli sayinde belirli sayııda da yabanc

yabancıı atom baratom barıındndıırabilirler. rabilirler.

KATI ER

İ

Y

İ

KLER:

9

9 YabancYabancıı atomlaratomlarıın asn asııl metalin kafes sistemindeki yerlel metalin kafes sistemindeki yerleşşimlerine imlerine g

(8)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

KATI ER

İ

Y

İ

KLER:

9

9 YabancYabancıı atom esas metalin atomu yerine yerleatom esas metalin atomu yerine yerleşşiyor ise iyor ise Yeralan Kat

Yeralan Katıı ÇöÇözeltisizeltisi‚‚ kafes aralarkafes aralarıındaki bondaki boşşluklara yerleluklara yerleşşiyor ise iyor ise Arayer Kat

(9)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

YERALAN KATI

ÇÖ

ZELT

İ

S

İ

9

9 Bu Bu ttüürde atomik yarrde atomik yarıı ççapapıı 1010--88 _{cm' den k}_{cm' den k}_üçü_üçü_{k olan H, C, B ve N}_{k olan H, C, B ve N}

gibi

gibi çöçözzüünen metalin atomlarnen metalin atomlarıı, , çöçözzüüccüü metalin atomlarmetalin atomlarıınnıın n aras

arasıındaki bondaki boşşluklara daluklara dağığılmlmışışlardlardıır. r.

ARAYER KATI

ÇÖ

ZELT

İ

S

İ

9

9 Bu tBu tüürde rde çöçözzüünen metalin atomlarnen metalin atomlarıı çöçözzüüccüü metalin kristal metalin kristal atomlar

(10)

9

9 D

D

ü

zensiz kat

ı

eriyikleri ise tok ve d

ü

ktil olduklar

ı

ndan

uygulamada daha

çok tercih edilirler.

ç

ok tercih edilirler.

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Belli bir kritik s

Belli bir kritik s

ı

cakl

ığı

n alt

ı

nda, eriyen atomlar t

ü

m birim

kafeslerde ayn

ı

pozisyonlara yerle

ş

erek d

ü

zenli kat

ı

eriyik

olu

ş

tururlar. Bu t

ü

r kafeslere

“

s

ü

per kafes

”

ad

ı

verilir.

9

9 Ancak d

Ancak d

ü

zenli kat

ı

eriyikleri, sert ve k

ı

r

ı

lgan bir yap

ı

ya sahip

olduklar

ı

ndan dolay

ı

m

ü

hendislik malzemesi olarak uygun

olmayan

ö

zelliklere sahiptir.

9

9 Eriyen elementin (yabanc

Eriyen elementin (yabanc

ı

elementin) atomlar

ı

n

ı

n kafesteki

da

(11)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Yer alan kat

Yer alan kat

ı

eriyi

ğ

inin olu

ş

abilmesi i

ç

in baz

ı

ş

artlar

ı

n

sa

ğ

lanmas

ı

gerekmektedir.

Hume

-

Rothery

Kurallar

ı

a)

Atom boyut fakt

ö

r

ü

b)

Kimyasal Fakt

ö

r

c)

(12)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 AlaAlaşışıma giren atomlarma giren atomlarıın n ççaplaraplarıı birbirine ne kadar yakbirbirine ne kadar yakıın ise bu n ise bu elementlerin birbirini

elementlerin birbirini çöçözme olaszme olasııllığıığı o kadar yo kadar yüüksektir. ksektir.

ATOM BOYUT FAKT

Ö

R

Ü

9

9 Bu tip eriyiklerde atomlarBu tip eriyiklerde atomlarıın n ççaplaraplarııarasarasıındaki fark birbirindenndaki fark birbirinden % 14% 14--15' 15' den fazla ise iki elementin birbiri i

den fazla ise iki elementin birbiri iççinde inde çöçözzüülmesi lmesi ççok sok sıınnıırlrlıı kalkalıır. r.

9

9 ÖÖrnerneğğin kurin kurşşun ve alun ve alüüminyumun atom minyumun atom ççaplaraplarıı arasarasıındaki bandaki bağığıl fark % 16 l fark % 16 oldu

olduğğundan, ergitilmiundan, ergitilmişş bu iki metal karbu iki metal karışışttıırrııllııp sop soğğumaya terkedilince, umaya terkedilince, sonunda birbirleriyle birle

sonunda birbirleriyle birleşşmemimemişş ve karve karışışmammamışış kurkurşşun ve alun ve alüüminyum minyum kat

katıımetalleri elde edilir. metalleri elde edilir.

9

9 Buna karBuna karşışın atom n atom ççaplaraplarııarasarasıındaki fark % 7'yi gendaki fark % 7'yi geççmiyor ise bunlarmiyor ise bunlarıın her n her oranda birbiri i

oranda birbiri iççinde inde çöçözzüünmesi olanaklnmesi olanaklııddıır. r.

9

9 ÖÖrnerneğğin, nikelin atom in, nikelin atom ççapapıı 1.245 A1.245 A°, bak°, bakıırrıın ise 1.278 An ise 1.278 A°° olduolduğğundan, bu undan, bu iki metal her oranda birle

(13)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Eriyen ve eriten atomlarEriyen ve eriten atomlarıın birbirine olan kimyasal ilgisi ne kadar az n birbirine olan kimyasal ilgisi ne kadar az ise kat

ise katıı eriyik olueriyik oluşşturma eturma eğğilimleri o kadar fazladilimleri o kadar fazladıır, aksi takdirde r, aksi takdirde kimyasal bile

kimyasal bileşşik oluik oluşştururlar.tururlar.

K

İ

MYASAL FAKT

Ö

R

9

9 Bir atoma dBir atoma düüşşen valans (deen valans (değğerlik) elektronu sayerlik) elektronu sayııssıı demektir. demektir.

R

Ö

LAT

İ

F VALANS FAKT

Ö

R

Ü

9

9 Bu sayBu sayıınnıın artmasn artmasıı katkatıı eriyik beriyik böölgesinin genilgesinin genişşlemesine yol alemesine yol aççar, ar, yani d

yani düüşşüük valanslk valanslıı bir metal, ibir metal, iççerisinde yerisinde yüüksek valanslksek valanslıı metalleri metalleri daha fazla eritir.

(14)

9

9 ÖÖrnerneğğin bakin bakıır birr birççok metali en az % 5 oranok metali en az % 5 oranıında eriterek katnda eriterek katıı eriyik eriyik olu

oluşşturur (Al, Au, Cd, Mg, Pt, Sn, Zn vb.). Gturur (Al, Au, Cd, Mg, Pt, Sn, Zn vb.). Güümmüüşş de aynde aynıı öözelliklere zelliklere sahiptir.

sahiptir.

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 İİki metal ki metal üçüç şşartartıı da sada sağğllııyor ise her bileyor ise her bileşşim oranim oranıında katnda katıı eriyik eriyik olu

oluşştururlar. tururlar.

Hume

-

Rothery

Kurallar

ı

9

9 AyrAyrııca bu ca bu şşartlar elementlerin kristal yapartlar elementlerin kristal yapıılarlarıınnıın aynn aynıı olmasolmasıı durumunda ge

durumunda geççerlidir. erlidir.

9

9 HumeHume--Rothery tarafRothery tarafıından belirlenen bu kurallara gndan belirlenen bu kurallara gööre bakre bakıır grubu, r grubu, gerek atom boyutu gerekse kimyasal bak

gerek atom boyutu gerekse kimyasal bakıımdan metallerin mdan metallerin ortas

(15)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 GeGeççiişş elementlerinden olan demir de birelementlerinden olan demir de birççok metali geniok metali genişş oranda oranda eritebilir (Al, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pt, Sn, V, W, vb.).

eritebilir (Al, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pt, Sn, V, W, vb.).

Hume

-

Rothery

Kurallar

ı

9

9 PPeriyodik tablonun ayneriyodik tablonun aynıı ssıırasrasıında bulunan ve atom nda bulunan ve atom ççaplaraplarıı birbirine uyan ge

birbirine uyan geççiişş elementleri birbirini genielementleri birbirini genişş oranlarda eritirler.oranlarda eritirler.

9

9 ÇÇok deok değğerlikli, geerlikli, geççiişş metalleri grubundan olmayan metallerin ise, metalleri grubundan olmayan metallerin ise, gerek atom boyutlar

gerek atom boyutlarıınnıın ve gerekse kimyasal duyarln ve gerekse kimyasal duyarlııllııklarklarıınnıın n artmas

artmasıı dolaydolayııssııyla eritebilirlik syla eritebilirlik sıınnıırlarrlarıı daraldaralıır. r.

9

(16)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 AlaAlaşışımlandmlandıırma yani bir metale istenen element veya elementlerin rma yani bir metale istenen element veya elementlerin eklenmesi s

eklenmesi sııvvıı halde yaphalde yapııllıır. r.

KATILA

Ş

MA

9

9 AlaAlaşışım kalm kalııplara dplara döökküülerek ya lerek ya mammamüüll parparçça halinde ya da daha a halinde ya da daha sonra

sonra şşekillendirilmek ekillendirilmek üüzere kzere küüttüük haline getirilir. k haline getirilir.

9

9 Bu safhalar saf metaller iBu safhalar saf metaller iççin de gein de geççerlidir. erlidir.

9

9 DDöökküüm sonrasm sonrasıında malzeme katnda malzeme katıılalaşşma veya ergime sma veya ergime sııcaklcaklığıığında nda s

(17)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 SSııvvıı halde saf bir metal ya da alahalde saf bir metal ya da alaşışım som soğğutulmaya butulmaya bıırakrakıılslsıın. n. İİlk lk s

sııcaklcaklıık yk yüüksek olduksek olduğğu iu iççin sistem sin sistem sııvvıı fazdadfazdadıır. r.

KATILA

Ş

MA OLAYI

9

9 İİlk katlk katıılalaşşma (ma (ççekirdek oluekirdek oluşşumu) erime sumu) erime sııcaklcaklığıığında meydana nda meydana gelecektir. Bu anda ilk olarak kat

(18)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Malzemenin bulunduMalzemenin bulunduğğu ortamu ortamıın sn sııcaklcaklığıığı ddüüşşüük olduk olduğğundan undan malzemenin s

malzemenin sııcaklcaklığıığınnıın daha da dn daha da düüşşmesi beklenir. mesi beklenir.

KATILA

Ş

MA OLAYI

9

9 Ancak katAncak katıılalaşşma dolayma dolayııssııyla syla sııvvııdan ddan dışışararııya verilen enerji ya verilen enerji ııssıı ş

şeklinde deklinde dışışararııya atya atııldldığıığından civarndan civarıındaki katndaki katıı ve sve sııvvıı ııssıınacaktnacaktıır. r.

9

9 Bundan dolayBundan dolayıı TT_er_er denge sdenge sııcaklcaklığıığına kadar yna kadar yüükselir. kselir.

9

9 EEğğer etrafer etrafıındaki sndaki sııvvıı homojen bir shomojen bir sııcaklcaklıık alank alanıına sahipse sona sahipse soğğuma uma esnas

esnasıında katnda katıı her yher yöönde homojen bnde homojen büüyyüüme gme göösterecestereceğğinden inden k

küüremsi bir remsi bir şşekil alekil alıır. r.

9

9 SonuSonuçç olarak, katolarak, katıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında metalin taneleri knda metalin taneleri küüresel resel olur. B

(19)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Ancak pratikte katAncak pratikte katıılalaşşma ma ççok bok büüyyüük bir genelde bak bir genelde başşka ka şşekilde ekilde olu

oluşşur. ur.

KATILA

Ş

MA OLAYI

9

9 DDışışararııya atya atıılan lan ııssıı, s, sııvvııda homojen bir sda homojen bir sııcaklcaklıık oluk oluşşturmaz. turmaz.

9

9 DolayDolayııssııyla katyla katıılalaşşma sma sııvvıınnıın son soğğuk buk böölgelerine dolgelerine doğğru ilerleyerek ru ilerleyerek kat

katıı iiğğnecikler olunecikler oluşşturur.turur.

9

9 Sonunda Sonunda ççam dalam dalıına benzeyen katna benzeyen katıılar lar olu

oluşşur ki buna ur ki buna dendritdendrit adadıı verilir. verilir.

9

(20)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Bu sBu sıırada dendritler brada dendritler büüyyüümmüüşş ve birbirleri ile temas haline ve birbirleri ile temas haline gelmi

gelmişşlerdir. lerdir.

KATILA

Ş

MA OLAYI

9

9 Her bir Her bir dendritdendrit farklfarklıı yyöönlerde bnlerde büüyyüüddüüğğüünden, temas yerlerinde nden, temas yerlerinde kat

katıılalaşşma tamamlandma tamamlandığıığında nda tane stane sıınnıırlarrlarıı oluoluşşur. ur.

9

9 İİrilerileşşmimişş dendritlerindendritlerin arasarasıındaki ndaki dendritdendrit boboşşluklarluklarıınnıı doldurarak doldurarak sonu

(21)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Maddeler belirli Maddeler belirli ççevre evre şşartlarartlarıında bir veya birden fazla faz nda bir veya birden fazla faz i

iççerebilirler. Maddenin denge halindeki faz sayerebilirler. Maddenin denge halindeki faz sayııssıı ve miktarve miktarıı, , maddenin;

maddenin;

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

a)

a) Kimyasal komposizyonuna,Kimyasal komposizyonuna, b)

b) Ortam sOrtam sııcaklcaklığıığına,na, c)

c) Ortam basOrtam basııncncıına bana bağğllııddıır.r.

9

9 Maddenin hangi Maddenin hangi ççevre evre şşartlarartlarıında ve hangi kimyasal kompozisyonda nda ve hangi kimyasal kompozisyonda ne gibi fazlar

ne gibi fazlarıı (denge hali) i(denge hali) iççerdierdiğği, si, sııcaklcaklıık, kompozisyon ve bask, kompozisyon ve basııncncıın n de

(22)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 DeDeğğiişşik metaller iik metaller iççin faz diyagramlarin faz diyagramlarıı ççizilip, makina ve metalurji izilip, makina ve metalurji m

müühendislerine hendislerine ççok yararlok yararlıı olacak veriler elde edilebilir. olacak veriler elde edilebilir.

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

9

9 Denge diyagramlarDenge diyagramlarıı sistemi olusistemi oluşşturan bileturan bileşşen sayen sayııssıına gna gööre 1re 1’’li, 2li, 2’’li, li, 3

3’’llüü ve 4ve 4’’llüü denge diyagramlardenge diyagramlarıı olabilir.olabilir.

9

(23)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Saf maddelere ait 1Saf maddelere ait 1’’li diyagramlardli diyagramlardıır. r.

B

İ

R B

İ

LE

Ş

ENL

İ

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

9

(24)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 1 nolu b1 nolu böölge katlge katıı madde bmadde böölgesini lgesini g

göösterir. sterir.

B

İ

R B

İ

LE

Ş

ENL

İ

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

9

9 DiDiğğer ber böölgeler slgeler sııvvıı ve gaz fazlarve gaz fazlarıınnıı g

göösteren bsteren böölgelerdir. lgelerdir.

9

9 BBöölgeleri birbirinden aylgeleri birbirinden ayııran P ve T deran P ve T değğerlerindeki erlerindeki şşartlarda her iki artlarda her iki b

böölge fazlarlge fazlarıı beraberce denge halinde yer alberaberce denge halinde yer alıır. r.

9

9 O noktasO noktasıında (nda (üçüçllüü nokta) ise her nokta) ise her üçüç faz (katfaz (katıı+s+sııvvıı+gaz) beraberce +gaz) beraberce denge halinde bulunurlar.

(25)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 İİkili denge diyagramlarkili denge diyagramlarıı diyagramdiyagramıı oluoluşşturan elementlerin birbirinde turan elementlerin birbirinde çö

çözzüünme durumuna gnme durumuna gööre re üçüçe ayre ayrııllıır.r.

İ

K

İ

B

İ

LE

Ş

ENL

İ

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

a)

a) SSııvvıı ve katve katıı halde birbirinde hihalde birbirinde hiçç erimeyen elementlerin denge erimeyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

Ö

Örnek: Agrnek: Ag--Ni, AlNi, Al--Pb, KPb, K--Mg, FeMg, Fe--Pb. Bu tPb. Bu tüür karr karışıışımlarmlarıın pratikte n pratikte öönemi yokturnemi yoktur

b)

b) SSııvvıı ve katve katıı halde birbirinde khalde birbirinde kıısmen eriyen elementlerin denge smen eriyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

Ö

Örnek: Pbrnek: Pb--ZnZn

c)

(26)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

c)

c) SSııvvıı halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge halde birbirlerinde tamamen eriyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

İ

K

İ

B

İ

LE

Ş

ENL

İ

DENGE D

İ

YAGRAMLARI

c1) Kat

c1) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde tamamen eriyen elementlerin denge inde tamamen eriyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

Ö

Örnek: Curnek: Cu--Ni, FeNi, Fe--NiNi

c2) Kat

c2) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde kinde kıısmen eriyen elementlerin denge smen eriyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

Ö

Örnek: Pbrnek: Pb--Sb, CuSb, Cu--Zn, PbZn, Pb--Sn, CrSn, Cr--NiNi

c3) Kat

c3) Katıı halde birbiri ihalde birbiri iççinde hiinde hiçç erimeyen elementlerin denge erimeyen elementlerin denge diyagramlar

diyagramlarıı

Ö

(27)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 AlaAlaşışımmıı meydana getiren elementler smeydana getiren elementler sııvvıı ve katve katıı halde birbirlerini halde birbirlerini tam olarak eritebiliyor ise bu tip denge diyagramlar

tam olarak eritebiliyor ise bu tip denge diyagramlarıı oluoluşşur. ur.

S

ı

v

ı

ve Kat

ı

Halde Tam

Çö

z

ü

n

ü

rl

ü

k

9

9 Normal Normal şşartlar altartlar altıında saf bir madde tek bir ergime snda saf bir madde tek bir ergime sııcaklcaklığıığında (TE) nda (TE) ergir veya kat

ergir veya katıılalaşışır. r.

9

9 Ancak birbiri iAncak birbiri iççinde tamamen eriyebilen iki madde karinde tamamen eriyebilen iki madde karışışttıırrııldldığıığında nda olu

oluşşan alaan alaşışımda ergime ve katmda ergime ve katıılalaşşma A elementinin ergime ma A elementinin ergime s

sııcaklcaklığıığı (T(T_EA_EA) ile B elementinin ergime s) ile B elementinin ergime sııcaklcaklığıığı (T(T_EB_EB) aras) arasıındaki ndaki s

sııcaklarda meydana gelir.caklarda meydana gelir.

9

9 Bu aralBu aralıık kark karışıışımmıı oluoluşşturan maddelerin konsantrasyonuna gturan maddelerin konsantrasyonuna gööre re de

(28)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

ı

v

ı

ve Kat

ı

Halde Tam

Çö

z

ü

n

ü

rl

ü

k

9

9 Bu denge

Bu denge

diyagram

ı

nda

s

ı

v

ı

, kat

ı

,

s

ı

v

ı

+kat

ı

fazlar

ile bu fazlara

ait s

ı

n

ı

rlar

likudus ve

solidus

g

ö

r

ü

lmektedir.

(29)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

ı

v

ı

ve Kat

ı

Halde Tam

Çö

z

ü

n

ü

rl

ü

k

Katı faz, birbiri içinde tamamen eriyen A ve B maddelerinin

oluşturduğu katı

eriyikten (α) meydana gelmiştir. Maddeler

birbiri içinde tamamen eridiğinden dolayı katı (α) tanelerinde sadece

(30)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Sııvvıı Durumda Tam Durumda Tam ÇözÇözüününürlrlüük, Katık, Katı Durumda Tam ÇöDurumda Tam Çözzüünmezliknmezlik

A içindeki B veya B içindeki A miktarı arttıkça katılaşma sıcaklığı düşmektedir. Ö noktasında Likudus eğrileri kesişmektedir.

(31)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Bu noktada alaşım saf elementler gibi davranarak T_ö sıcaklığında katılaşmaktadır.

Bu düzen genellikle katmanlı veya spiral biçiminde yan yana dizilme şeklinde olur. Bu görünüm nedeniyle bu yapıya "güzel şekilli"‚ "iyi yapılı" anlamında ötektik

ismi verilmiştir. Bu alaşıma da ötektik alaşım denilir.

(32)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Katılaşma esnasında‚ ötektik

alaşımın solunda kalan alaşımlarda ilk önce A‚ sağında kalan

alaşımlarda ise ilk önce B katılaşır. Sıvının içindeki sırasıyla B ve A miktarları da artar. Geriye kalan sıvı ötektik konsantrasyona

gelince ötektik yapı oluşur. Bu ötektik yapı‚ katılaşma sıcaklığı küçük olması nedeniyle

(33)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Sııvvıı Durumda Tam Durumda Tam ÇözÇözüününürlrlüük, Katık, Katı Durumda SıDurumda Sınnırlırlıı ÇözÇözüününürlrlüükk

Bu denge

diyagramlarının ikinci tip denge

diyagramlarından farkı‚ A bileşenin belirli bir B çözebildiği‚ α bölgesi ve B bileşeninin belirli bir A çözebildiği‚ β

bölgesinin bulunmasıdır

(34)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Çözünürlük,

sıcaklığın artması ile arttığı için, ötektik sıcaklıkta en

(35)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Oda sıcaklığındaki çözünürlük sınırının üstünde A ve B içeren α ve β fazları‚ oda sıcaklıklarına soğur iken çözemedikleri A ve B’yi kristal dışına atarak B’ce zengin β_çök ve A’ca zengin fazları α_çök oluşur.

(36)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

S

Bu ayrışma olayına çökelme

denilir.

Çökelme olayında difüzyon söz konusudur.

Difüzyonun olması için yeterli zaman verilmeden hızlı bir soğutma yapılır ise aşırı doymuş bir kararsız yapı meydana gelir.

(37)

DEM

İ

_İ

R ve

_{R ve}

ALA

Ş

_Ş

IMLARI

_IMLARI

MALZEME B

(38)

9

9 Demir doDemir doğğada 4. yaygada 4. yaygıın bulunan bir metaldir (% 4.2).n bulunan bir metaldir (% 4.2).

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Sanayi ve yapSanayi ve yapıılarda en larda en ççok kullanok kullanıılan metalik malzeme, demir ve lan metalik malzeme, demir ve karbonlu ala

karbonlu alaşışımlarmlarıı olan font (dolan font (döökme demir, pik) ve kme demir, pik) ve ççelik telik tüürleridir.rleridir.

Demir ve Ala

şı

mlar

ı

9

9 Demir grimsi esmer bir metal olup, Demir grimsi esmer bir metal olup, öözgzgüül al ağığırlrlığıığı 7.857.85--7.87 dir.7.87 dir.

9

9 15361536°°CC’’de erir, sertde erir, serttirtir ve fazla elastik deve fazla elastik değğildir.ildir.

9

9 Demir, doDemir, doğğada en ada en ççok oksit cevherleri (Magnetit, Feok oksit cevherleri (Magnetit, Fe₃₃OO₄₄), k), küükküürtlrtlüü cevher (Pirit, FeS

cevher (Pirit, FeS₂₂) ve karbonatl) ve karbonatlıı cevher (Spathik demir, FeCOcevher (Spathik demir, FeCO₃₃) ) ş

şeklinde rastlaneklinde rastlanıır.r.

9

9 Yurdumuzda en zengin demir cevheri limonittir (FeYurdumuzda en zengin demir cevheri limonittir (Fe₂₂OO₃₃. nH. nH₂₂O) ve O) ve Divri

(39)

9

9 Demire alaDemire alaşışım malzemesi olarak katm malzemesi olarak katıılan karbon veya dilan karbon veya diğğer er metallerin oran

metallerin oranıı, ala, alaşışımmıın yalnn yalnıızca kimyasal yapzca kimyasal yapııssıınnıı dedeğğiişştirmekle tirmekle kalmay

kalmayııp, metalin mekanik davranp, metalin mekanik davranışıışınnıı da etkiler.da etkiler.

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Demir kDemir köökenli alakenli alaşışımlarmlarıın den değğiişşik ik öözellikleri olan zellikleri olan ççeeşşitli titli tüürleri rleri vard

vardıır. Ayrr. Ayrııca demir ve karbon alaca demir ve karbon alaşışımmıından olundan oluşşan an ççelieliğğe, krom, e, krom, nikel, tungsten gibi metaller de

nikel, tungsten gibi metaller değğiişşik oranlarda katik oranlarda katıılarak bir taklarak bir takıım m ö

özellikler kazandzellikler kazandıırrıılabilir. labilir.

Demir ve Ala

şı

mlar

ı

9

9 AlaAlaşışımlarmlarıın davrann davranışışlarlarıı, ayr, ayrııca geca geççirdiirdiğği dayani dayanıımmıı arttarttıırma rma y

(40)

9

9 Bu amaca yBu amaca yöönelik olarak en nelik olarak en ççok karbon kullanok karbon kullanııllıır. r.

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Mekanik Mekanik öözelliklerini dezelliklerini değğiişştirmek amactirmek amacııyla demire deyla demire değğiişşik ik elementlerle ala

elementlerle alaşışım yapm yapııllıır. r.

Demir

–

Karbon Denge diyagram

ı

9

9 Demiri en Demiri en ççok etkileyen alaok etkileyen alaşışımlama elemanmlama elemanıı karbondur. karbondur.

9

9 Demir karbon alaDemir karbon alaşışımmıı olan olan ççelik, telik, tüüm demir km demir köökenli malzemenin en kenli malzemenin en ç

çok kullanok kullanıılanlanııddıır. r.

9

9 Genellikle karbon oranGenellikle karbon oranıınnıın belirli bir yn belirli bir yüüzdeye kadar artmaszdeye kadar artmasıı ile ile ala

alaşışımmıın dayann dayanıım ve sertlik gibi m ve sertlik gibi öözellikleri dozellikleri doğğru orantru orantııllıı olarak olarak artar.

artar. Ancak bazAncak bazıı öözellikleri de zellikleri de öörnerneğğin din düüktilite ve enerji yutabilme ktilite ve enerji yutabilme yetene

(41)

9

9 Demirin iDemirin iççerisine erisine az miktar karbon az miktar karbon ilavesi bile akma ilavesi bile akma

dayan

dayanıımmıınnıı de

değğerini erini öönemli nemli bir

bir şşekilde artekilde artıırrıır.r.

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

9

9 Saf demir 30 MPa (N/mmSaf demir 30 MPa (N/mm22_{) gibi olduk}_{) gibi olduk}_ç_ç_{a d}_{a d}_ü_ü_ş_ş_ü_ü_{k akma dayan}_{k akma dayan}_ı_ı_m_m_ı_ı

de

değğerine sahiptir.erine sahiptir.

Demir

(42)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Demir

–

Karbon Denge diyagram

ı

Demir-karbon alaşımlarının değişik sıcaklıklardaki iç

yapılarını gösteren faz

diyagramında, sistemin sıvı halden, katı hale geçinceye kadar uğradığı değişiklikler görülmektedir.

(43)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Demir Karbon Denge Diyagram

ı

ndaki Fazlar

Denge diyagramları aslında alaşım bünyesinde oluşan oldukça karmaşık olayları

açıklamaya yarar. Sıvı halden soğuyup katılaşıncaya kadar geçen süre içinde alaşımın bünyesinde önemli

değişiklikler olur. Polimorfik veya allotropik reaksiyonlar şeklinde gelişen bu

(44)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Demir Karbon Denge Diyagram

ı

ndaki Fazlar

Atomların bulundukları

yerlerden çok az miktarda

hareket etmesi sonucu oluşan bu reaksiyonların tamamlana-bilmesi için belirli bir süre gerekir.

Bu süre içinde atom bağları kopar, atomlar yer değiştirir ve yeni bağlar kurulur. Bu

olayların süresi ortamın

sıcaklık derecesi ile yakından ilişkilidir.

(45)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Demir Karbon Denge Diyagram

ı

ndaki Fazlar

Katı cisim içinde meydana gelen bu reaksiyonlarda kristal yapıda değişmeler olduğundan, cismin hacmi ve yoğunluğu da değişir.

(46)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Ferrit

Ferrit: Karbonun α demiri içinde erimesi sonucu oluşan katı eriyiğe ferrit adı verilir. Karbon bu eriyik içinde en fazla 723 °C'de (A1sıcaklığı) % 0.025 kadar eriyebilir.

Sıcaklık derecesinin düşmesine bağlı

olarak bu oranda azalır. Oda sıcaklığında ise bu oran % 0.005’tir.

Ferritin çözemediği karbon kristalin dışına atılır ve

sementit oluşur.

(47)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Ostenit

Karbonun γ demiri içinde erimesi sonucu ostenit oluşur.

Karbon bu eriyik içinde ötektik sıcaklık olan 1147 °C'de en fazla % 2.06 oranında

eriyebilir.

Çeliğin sıcak şekillendirme ve ısıl işlemlerin pek çoğu ostenit fazında yapılır.

Ostenit fazından, soğuma hızına bağlı olarak çok değişik mikroyapılar meydana gelir.

(48)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

δ

demiri:

Özel bir adı ve teknik bir önemi yoktur;

en çok 1493

°C de % 0.08 karbon eritebilir.

(49)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Diyagramdan görülebile-ceği gibi, NIE eğrisinin üst kısmında alaşım sıvı haldedir. En düşük derecesi 1147°C olan bu eğriye ulaşan değerlerde alaşım katılaşmaya başlamaktadır.

(50)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Katılaşmanın

başlama eğrisinin

723 °C ve % 0.83 C

oranı için S ile

gösterilen en düşük

ordinatına ötektoid

noktası

adı verilir.

(51)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Ötektoid en az iki fazın belirli bir sıcaklıkta katı cisim içinde, mekanik olarak gayet homojen bir şekilde karışabildiği sınır noktası

olmaktadır.

Örneğin, bu noktada ferrit ve sementitin

karışmasıyla elde edilen bileşime inci

(52)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Perlit

A1 sıcaklığındaki karbon çözünürlük sınırı % 0.025, oda sıcaklığında % 0.005’dir.

Perlit, çeliğin ötektoit sıcaklığından (723˚C) soğutulması sonucu aşağıdaki reaksiyona göre oluşur.

Karbon oranları bu değeri aştığında perlit adı verilen bileşen oluşur.

(53)

M

Ü

HEND

İ

SL

İ

K METAL ve

ALA

Ş

IMLARI

Ledeburit

Demir karbon denge diyagramındaki ötektik alaşıma (1147°C‚ % 4.3 C) ledeburit denilir.

Sıvıdan ayrışan sementite 1. sementit (primer sementit) denilir.

Ledeburit, ostenit ve 1.sementitten meydana gelir.

Ötektik ayrışma aşağıdaki reaksiyondaki gibi sıvıdan iki ayrı katının oluşması şeklinde gelişir.