Çelik Soğutma Süresince Nasıl Değişir?

Çeliğin Soğuma Sırasındaki Dönüşümü       

Soğutma, ısıl işlem sürecinde vazgeçilmez bir adımdır.        

Çelik bir parça ısıtılıp, ince ve homojen tanelere sahip östenit elde etmek için belirli bir sıcaklıkta tutulduktan sonra, soğutma işlemi gerçekleştirilir.

• Aşırı Soğumuş Östenit: Kritik nokta A₁'in altında dönüşmemiş (yapısal olarak) kalan östenit.
• Bu noktada, aşırı soğumuş östenit hemen dönüşmez; bunun yerine, termodinamik olarak kararsız bir durumda (kararsız bir yapı olarak) bulunur ve sonunda dönüşüme uğrayacaktır.
• Aşırı soğuma derecesine (yani, farklı dönüşüm sıcaklıklarına) bağlı olarak, aşırı soğumuş östenit üç tür dönüşüme uğrar:
• Perlit dönüşümü
• Beynit dönüşümü
• Martensit dönüşümü

• Dönüşüm Koşulu: Aşırı soğumuş östenit, A₁ → 550°C sıcaklık aralığında perlit tipi bir yapıya dönüşür.
• Dönüşüm Ürünü: Ferrit ve sementitin dönüşümlü lamellerinden oluşan mekanik bir karışım yapısıdır.
• Perlit, demir-karbon alaşımlarındaki en temel beş yapıdan biridir. "P" harfiyle gösterilir ("Perlit" kelimesinden). Adını inci benzeri parlaklığından alır.     
•   

Sorbit (S)

Oluşum sıcaklığı: 650 ~ 600°C; yaklaşık 80 ~ 150 nm kalınlığında, nispeten ince lamellere sahiptir. Lameller, optik mikroskop altında ayırt edilmesi zordur ve sadece yüksek büyütmeli bir optik mikroskop (800 ~ 1500× büyütmede) altında ferrit ve sementitin lamelli yapısı olarak tanımlanabilir.

Troostit (T)

Oluşum sıcaklığı: 600 ~ 550°C; yaklaşık 30 ~ 80 nm kalınlığında, son derece ince lamellere sahiptir. Lamelli özellikleri, optik mikroskop altında hiç ayırt edilemez ve sadece bir elektron mikroskobu altında tanımlanabilir.

Östenitleme sıcaklığı ve dönüşüm öncesi östenit tane boyutu sadece perlit kolonilerinin boyutunu etkiler, ancak lamelli aralığı üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Perlit (P)'ten sorbite (S)'ye ve ardından troostite (T)'ye doğru, sıcaklık ne kadar düşükse, lamelli aralık o kadar küçülür ve mukavemet ve sertlik o kadar artar. Sadece lamelli inceliği ve özellikleri bakımından farklılık gösterirler, temel bir ayrım yoktur.

Isıtma sırasında östenitleme işlemine benzer şekilde, soğutma sırasında perlit dönüşüm süreci de katı halde çekirdeklenme ve büyüme sürecidir.

Benzer şekilde, tane sınırlarında düzensiz atom düzenlemesi nedeniyle, boşluklar ve dislokasyonlar gibi daha fazla kusurla birlikte, atom yeniden düzenlemesi kolayca meydana gelir, bu nedenle sementit önce östenit tane sınırlarında çekirdeklenir.

Sementit çekirdeklenmesinden sonra, büyümeye başlar. Büyüme süreci sırasında, sementitin her iki tarafındaki östenitin karbon içeriği azalır, bu da ferritin çekirdeklenmesini teşvik eder. İkisi dönüşümlü olarak çekirdeklenir ve büyür, ferrit ve Fe₃C'den oluşan çoklu lamelli yapılar oluşturur.

Aynı zamanda, çekirdeklenme ve büyüme de tane sınırlarının diğer kısımlarında eş zamanlı olarak başlar ve farklı yönelimlere sahip çoklu perlit kolonileri oluşturur.

Bu perlit kolonileri büyür ve sürekli bir kütle halinde birleşir ve nihayetinde tüm yapı perlitte dönüşür; böylece, aşırı soğumuş östenitin perlitte dönüşümü tamamlanır.

Östenitin perlitte dönüşümü sırasında demir ve karbon atomları yeterince yayıldığından, bu işlem difüzyon tipi bir dönüşüm olarak adlandırılır.

• Dönüşüm Koşulu: Aşırı soğumuş östenit, 550°C ~ Ms sıcaklık aralığında dönüşür. Ötektoid çelik için, Ms sıcaklığı 230°C'dir.
• Dönüşüm Ürünü: Fe₃C (sementit) ve karbonla aşırı doyurulmuş ferritin iki fazlı mekanik bir karışımıdır, "B" harfiyle gösterilir.
• 1930'da, E.S. Davenport ve E.C. Bain ilk olarak orta sıcaklıkta izotermal dönüşümden sonra çelikteki dönüşüm ürününün metalografik yapısını gözlemlediler. Daha sonra, Bain'in katkılarını onurlandırmak için, bu yapıya "Beynit" adı verildi.
• Mikroyapısal morfolojilerindeki farklılıklara dayanarak, beynit aşağıdakilere ayrılabilir:
• Üst Beynit (B_u)
• Alt Beynit (B_l)

• Morfoloji: Tüy benzeri.

   

  Kesintili çubuk şeklindeki sementit (Fe₃C), östenit tane sınırlarından tane içine doğru büyüyen paralel ferrit lamelleri arasında dağılmıştır.

  

• Alt Beynit (B₍lower₎ / Bₗ)

   

  Morfoloji: Bambu yaprağı benzeri. İnce pulsu karbürler (Fe₃C), ferrit iğneleri üzerinde dağılmıştır.

  Alt Beynitin Performans Özellikleri bağlıdır:

  Alt beynitteki karbürler ince ve homojen olarak dağılmıştır. Yüksek mukavemet ve sertliğe ek olarak, iyi bir plastisite ve tokluğa da sahiptir, bu da onu endüstriyel üretimde yaygın olarak kullanılan bir yapı haline getirir. Alt beynit yapısının elde edilmesi, çelik malzemeleri güçlendirmenin yöntemlerinden biridir.

  Aynı sertlik koşulunda, alt beynit yapısının aşınma direnci, martensitinkinden önemli ölçüde daha iyidir ve martensitinkinin 1 ila 3 katına ulaşabilir. Bu nedenle, demir ve çelik malzemelerde matris yapısı olarak alt beynitin elde edilmesi, araştırmacılar ve mühendisler tarafından takip edilen bir hedeftir.

  

   

   

  1) Üst Beynitin Oluşum Süreci

   

  Dönüşüm sıcaklığı nispeten yüksek olduğunda (550 ~ 350°C), ferrit çekirdekleri öncelikle östenitin düşük karbonlu bölgelerinde oluşur. Bu çekirdekler daha sonra östenit tane sınırlarından tane içine doğru paralel olarak büyür. Bu arada, ferrit büyüdükçe, fazla karbon atomları çevredeki östenite yayılır. Son olarak, kısa çubuk benzeri veya küçük pulsu Fe₃C (sementit), paralel ve yoğun ferrit lamelleri arasında kesintili olarak dağılmış, ferrit lamelleri arasında çökelir ve böylece tüy benzeri üst beynit oluşur.