DEMİR-KARBON DENGE DİYAGRAMI
İç yapı bilgisinin en basit ana gösterilerini ve düşüncelerini kısaca öğrendikten sonra demir-karbon denge diyagramı ile ilgilenebiliriz. Bu denge diyagramında, ileride anlatılacak zoraki haller mevcut olmadıkça, herhangi bir sıcaklıkta .çeliklerin değişik karbon miktarına göre hangi iç yapı durumları göstereceğini okuyabiliriz.Bu grafik toplu bakış bütün ısıl işlemleri için en büyük önemi taşır.Bundan ötürü diyagramın en önemli bölümleri ile daha yakından ilgilenmek mecburiyetinde bulunmaktayız.Aşağıdaki açıklamalarla, kısmen bilinenleri, denge diyagramında takip ederek tekrarlamaya ve bir araya toplamaya çalışalım.
Absis denen ana çizgi üzerinde soldan sağa doğru artan karbon miktarı taşınmış ve bunun altına karşılaştırmak için aynı miktara tekabül eden demir karbürü miktarı bildirilmiştir.Absisin başlangıç noktası (0) rakamını taşımakta ve bu suretle demirin %0 karbonlu ilk durumunu belirtmektedir.Arı demir iç yapısının görünüşünü evvelce şekil 4 de görmüş ve bu içyapı şekline bundan evvelki bölümde ferit adını vermiştik.
Ana çizgi üzerinde –absiste- sağa doğru yürürsek, artan karbon miktarı ile arı demir daha evvel gördüğümüz kimyasal bileşik Fe3C demir karbürü şekline girer.Bize yabancı olmayan ve karbür levhalar tarafından bölünmüş bulunan demir billurlarının sayısı sağa doğru gittikçe artar ve %0,90 C miktarına varınca bütün demir billurları, levhalar tarafından bölünmüş bir çeliğin durak noktasına geliriz.Bu iç yapıyı 5. Bölümde perlit diye göstermiş idik.Böyle bir çelik ötektoid yani iyi yapılmış adını taşır.Alt ötektoid denen çelikler –yani %0 ila 0,90 karbonlu basit çelikler- karbon miktarı ile değişen ferit veya perlit billurları karışımından teşekkül eder.Şekil 7, örnek olarak %0,5 karbonlu basit bir çeliğin iç yapısını göstermektedir.Üst ötektoid çeliklerde -%0,90’dan fazla karbonlu billur çeliklerde- her bilinen levha şeklinde %0,90 karbona malik olup, bundan başka karbon, arı dmeir karbürü halinde ağ –kabuk- şeklinde perlit billurları arasına yerleşir .Diyagram üzerinde ne kadar sağa gidersek billurlar arasına yerleşmiş kabuk sisteminin kalınlığı o kadar artar, fakat billurların karbon miktarı %0,90 olarak sabit kalır.Nihayet %1,70 C da kabuk kalınlığının artması durur.
Bu yöndeki gezilerimize son vererek,çeliklerin ısıtılması esnasında ne gibi değişiklikler olabileceğini inceleyelim.Denge diyagramımızın solunda dikine yönde sıcaklık gösterilmiştir.Değişik karbon miktarındaki sıcaklığı gösteren bu dikey doğrulara ordinat diyoruz.
Yükseklik gezilerimize arı demirin başlangıç noktası olan %0 karbondan başlayalım.Sıcaklığı artırırsak önemli hiçbir şey olmaz.Demiri, alçak sıcaklık alanlarında hacim merkezli alfa demiri olarak tanımlıyoruz.Bu billurlar magnetiktir ve evvela 768 C de magnetikliğini kaybeder, yani bir mıknatıs tarafından çekilemez, -magnetik olmayan alfa- demiri haline girer-. Eskiden bu demire beta demire denirdi. Beta demiri gösterisinden vazgeçilmiş, zira bu sıcaklığa erişilince –magnetliğin kaybolması itibar nazarında alınmazsa- demirin iç yapı durumunda hiçbir özel değişiklik olmadığı görülmüştür.Buna rağmen bu sıcaklık noktası hal diyagramımızda bir yükseklik işareti olarak M harfini taşır.Bu noktaya A2 durak noktası adını veririz, arı demir için A1 durak noktası yoktur.
Isıtmaya devam edersek, 906 C de birdenbire. Bildiğimiz <<dönüşme>> kumandası husule gelir ve hacim merkezli alfa-demiri yüzey merkezli gama-demirine dönüşür. Şimdi ostenit iç yapı şekli bulunmaktadır.906 C deki sıcaklık noktasına yükseklik işareti olarak G harfi (diyagramla karşılaştırınız) verilmiş ve durak noktası da A3 olarak gösterilmiştir.
Sıcaklık artmasına devam edersek önceleri hiçbir şey değişmez, yalnız ostenit billurları büyür ve 1401 C de A4 durak noktasında (diyagramda N harfi) tekrar <<dönüşme>> kumandası husule gelir.Yüzey merkezli ostenit kafesleri tekrar hacim merkezli kafes şekline döner ve delta-demiri husule gelir.Bu iç yapı alanı 1528 C ye kadar uzanır ki, bu sıcaklıkta arı demir ergir (A harfi).
Soğutma esnasında aynı belirmeler sırayı tersine takip ederek tekrarlanır.
Anlatılan alfa- demirinin gama –demirine ve gama-demirinin delta-demirine dönüşmesi arı demirde –yani karbonsuz ve herhangi bir alaşım elemansız olarak- öyle kolaylıkla ve arızasızca olur ki başka bir şey ilavesine lüzum kalmaz.Isıtma veya soğutmanın hızı bu durumda asla bir rol oynayamaz.
Aynı şekilde –diyagrama dayanarak- %0,90 karbonlu bir çelikte yani kitlesindeki bütün perlit billurları levhacıklarla düzgün bölünmüş çeliklerde, ısıtmanın etkisini inceleyelim.Bildirilen %0,90 karbonlu çeliğin absis çizgisi üzerinde yerini bulalım ve ordinat üzerindeki sıcaklık boyunca yukarı doğru çıkalım 720 C ye kadar önemli hiçbir şey alana gelmez.Bu sıcaklıkta yepyeni bir olay olur; Demir karbürü yani Fe3C kimyasal bileşiği, demirin içinde erir.Bunu daha iyi anlamak için kafes sistemini tekrar ele alalım.Aşağı sıcaklıktaki hacim merkezli alfa-demiri karbonun bulunmasından dolayı şimdi 720 C de yüzey merkezli kafese dönüşür, yani A3 durak noktası 906 den 720 ye (S harfi) düşer.Bildiğimiz gibi,bu alfa-gama dönüşmesinde kafesin merkezi serbest kalır ve işte bu boş yere karbon atomu yerleşir.Yani şöyle diyebiiriz: şimdiye kadar kübün sınırlarında belirsiz yerlerde bulunan karbon atomları, şimdi yüzey merkezli gama-kübünün tam ortasında yerleşmiş olur.Bu durum <<katı eriyik>> billurlarına <<karışık billurlar>> denir.
Sıcaklığı daha yükseltirsek, ordinatımız -%0,90 C üzerindeki dikey- tahminen 1250 C de katılaşma (solidus) eğrisi denen eğriyi keser.Bu sıcaklığı aşınca çelik yavaş yavaş ergimeye başlar.Sıcaklık arttıkça hamur daha ziyade sıvılaşır, taki ikinci eğri olan sıvılaşma eğrisini (likidus) 1460 C de kesince hamur halindeki çelik tamamen ergimiş olur.Katılaşma eğrisi altında hepsi katı, sıvılaşma eğrisi üstünde hepsi sıvı halinde olup, ikisinin ortasında çelik hamur halindedir.
Bu örneklerden görülüyor ki, karbon katılmasıyla arı demirin 906 C de bulunan A3 –dönüşme noktası (alfa-gama dönüşmesi) oldukça düşmüş ve hatta 720 C olmuştur.Ergime noktası da bir düşme gösterir, bu artık bir nokta halinde değildir, zira ergime 1250-1460 C arasındaki bir alanda husule gelmektedir (diyagrama bakın).
Bu arada gayet önemli bir olay tespit edilir.Alfanın gama-demirine dönüşmesinde ve bilhassa aksine gamanın alfa-demirine dönüşmesinde içeride artık karbon bulunduğundan sıcaklık değişmesinin çabukluğu arı demirde olduğu gibi önemsiz değildir.Artık düzenli bir dönüşme için küçük de olsa asgari bir belirli zaman gerekmektedir.
Bu vaziyet düşünülünce anlaşılacaktır, çünkü alfa-demirinin gama-demirine dönüşmesinde ikili bir safha bulunmaktadır; Bir kere yüzey merkezi gama demir kafesinin ortasındaki demir atomu hacim merkezli alfa demirine dönüşürken, buradan dışarı çıkacak, aynı zamanda boş kalan yere karbon atomu yerleşecektir.Bu karşılıklı yer değiştirme esnasında demir ve karbon atomları birbirine engel olmakta ve bu yüzden dönüşme için asgari bir zaman icap etmektedir.
Arı demirde olduğu gibi arı perlitte de yani %0,90 karbonlu çelikte dönüşme safhalarının ne tarzda cereyan ettiğini öğrendikten sonra karışık iç yapı şekillerinde yani %0,90 dan az veya çok karbonlu çeliklerde nasıl cereyan ettiğini bilmek bizi ilgilendirir.Biliyoruz ki %0,90 dan az karbonlu çelikler –bunları alt ötektoid olarak göstermiştik- kısmen levhalarla bölünmüş perlit billurlarından ve kısmen de ferit billurlarından yani arı demirden teşekkül etmektedir.Şimdi %0,5 karbonlu bir çeliği ele alalım; bunun yarı billurları Feritli yarı billurları perlitlidir. (Şekil 7); ve diyagramdaki yukarıya doğru gezimize tekrar başlayalım.720 C ye kadar hiçbir şey değişmez.Bu sıcaklıkta, tekrar perlit billurları içinde bulunan karbür levhaları parçalanır, karbon atomları alfadan gama kafesine dönüşen kafesler içine karışır.Demek ki %0,50 karbonlu çeliğin dikey ordinatının yatık inmekte olan G-O-S eğrisi ile kesit noktası bize bu sıcaklığı gösterir.Sıcaklığın artması ile bu ordinat, 13000 C de katılaşma eğrisini keser ki burada çelik ergimeye başlar ve yaklaşık 1490 C de sıvılaşma eğrisine varır, artık çelik tamamen ergimiştir.
Çok benzer olaylar %0,90 dan fazla karbonlu yani üst ötektoid çeliklerde cereyan eder;
720 C de –perlit noktasından- bütün perlit billurları, tekrar kendi başlarına ostenit billurlarına dönüşür; bunlarda yükselen sıcaklıkta karbür kabuk sistemini yavaş yavaş absorbe ederler.(Alt otektoid çeliklerde karbür ağları yerine ferit billurları absorbe edilmiş idi.) S-E eğrisinde bu absopsiyon biter, elimizde tekrar düzgün katı eriyik –arı ve magnetik olmayan ostenit- kalır.Artan sıcaklıkla katılaşma eğrisine erişince; tabiatıyla üst ötektoid çeliklerde ergimeye başlar; sıvılaşma eğrisinin sıcaklığında bu derişmelerdeki bütün çelikler ergimiş olur.
Bütün hal diyagramında bizim için en önemli eğriler G-O-S ve S-E eğrileridir ki bunların üstünde çelikler katı eriyik halinde yani ostenitlik durumda bulunmaktadır.
Diyagramı tetkik edince, 1145 C de bulunan E noktasında, ostenitdeki eriyik karbon miktarının en büyük olduğu görülür.Bu noktadan aşağı bir dikey indirecek olursak absis çizgisinde %1,7 karbon miktarını okuruz.Buna göre ostenit değişik miktarda, fakat en çok %1,70 karbon eritebilmektedir.
Diğer taraftan biliyoruz ki adi sıcaklıkta, %1,70 karbon derişmesinde karbür kalınlıkları en yüksek kalınlığına erişirler.%1,7 den çok karbon, hatırlayacağımız gibi, iri ve sert karbür taneleri halinde iç yapıda yayılır.Böyle yüksek karbonlu çeliklere <<ledeburitik>> çelik denir.Ledeburitik çelikler bilhassa yüksek sertlikleri ile kendini gösterir.
Demir-karbon diyagramının en önemli parçası -%0,0 ila 1,7 karbon miktarına ve dönüşme eğrisi G-O-S-E’nin sıcaklığına kadar- Şekil 12 de iç yapı tarzında gösterilmiştir.Bu şekil, altında karbon miktarları yazılı çeliklerin iç yapılarını gösteren sütunların bir araya toplanmasından husule gelmiştir.Değişik iç yapı şekilleri açık olarak belirtilmektedir.Tam soldaki sütunda diyagramın sıfır noktasına kabul eden ordinatı görmekteyiz ki, bunlar karbonsuz demirin ferit billurlarıdır, 906 C ye kadar değişmezler ve bu sıcaklıkta siyah olarak gösterilen ostenite dönüşürler.%0,10 karbonlu ikinci sütunda tek tük küçük perlit billurları –taramalar bilinen karbür levhalarını canlandırmakta- bulunmaktadır.Perlit noktasında (720 C) perlit billurları –kendi başlarına- ostenit billurlarına dönüşürler ki, bunlar yükselen sıcaklık ile daima artarak ferit billurlarını absorbe ederler.Bu durum G-O-S eğrisine erişinceye kadar devam eder, bundan sonra siyah olarak gösterilen homojen ostenit elde edilir.Ne kadar sağa doğru gidersek, perlit billurları o kadar büyür ve çoğalır ve 720 C deki perlit noktasında <<kendiliklerinden>> ostenit karışık billurlarına dönüşerek sırasıyla ferit billurlarını yutarlar; aynı zamanda ferit billurları da o kadar azalır ki bunlar daha çabuk ve daha evvel absorbe edilirler. –A3 eğrisi tıpkı diyagramdaki gibi düşmektedir-.%0,90 karbonlu sütunda bütün iç yapısı yalnız perlit billurlarından teşekkül etmektedir –absorbe edilecek ferit billurları artık mevcut değildir.Perlit noktasında bütün iç yapı bir defada dönüştüğünden siyah gösterilen ostenit bu sütunda 720 C de başlar.Daha sağda perlit billurları yanında beyaz gösterilmiş bölümler husule gelir.Şimdi bu beyaz bölümler ferit billurlarını göstermeyip, aksine Fe3C demir karbürü kabuk sistemini canlandırmaktadır.Isıtmadaki olaylar burada da aynıdır: Perlit noktasında perlit billurları kendi başlarına siyah gösterilen ostenit billurlarına dönüşürler ki, bunlar gittikçe artan bir hızla karbür kabuklarını yutarlar.Bu hal yatık yükselen S-E eğrisine erişinceye kadar devam eder, bundan sonra tekrar yalnız ostenit bulunur.
Bu şematik canlandırma sayesinde, taranmış olarak gösterilen ve karbür levhaları tarafından bölünmüş perlit billurlarının bütün sütunlarda yani değişik karbon miktarlarında yalnız aynı sıcaklık derecesi 720 C ye –perlit noktasına- kadar devam ettikleri gayet iyi gözükmektedir.Buna karşılık tamamlanmış ostenit karışık billurlarının sınırları ( G-O-S ve S-E eğrileri) yutulacak az veye çok ferit billurlarının veya dolayısıyla sementit kabuklarının miktarına göre düşmekte veya yükselmektedir.Bu vaziyet de aşağıdaki şekilde anlatılabilir; A3 noktasının –tamamlanan dönüşmenin önemli noktası ki, burada homojen ostenit başlar- yüksekliği karbon miktarına bağlıdır.Bu hal ısıl işlemlerde göz önünde tutulmalıdır.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder