Metal ve alaşimlarin katilaşmasi



Yüklə 43,13 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix06.05.2018
ölçüsü43,13 Kb.
#41598


METAL VE ALAŞIMLARIN KATILAŞMASI 

Metal ve alaşım malzemelerin kullanım özellikleri büyük ölçüde katılaşma sırasında oluşan iç yapı 



ile  belirlenir.  Dolayısıyla,  özellikle  döküm  malzemelerin  özelliklerinin  kontrol  edilebilmesi  için 

katılaşma olayının iyi bilinmesi gerekir. 

 



Sıvı  metal  kalıba  girer  girmez  dışarıya  ısı  verir.  Bu  ısı,  aşırı  ısınma  ısısı  olup  katılaşmanın 



başlamasından  önce  dışarıya  iletilir.  Bu  ısıdan  başka,  katılaşmanın  tamamlanmasından  önce, 

metalden kalıba transfer olan ergime gizli ısısı da açığa çıkar.  

 



Katılaşmamın  daha  doğrusu  soğumanın  başlıca  üç  aşaması  vardır  ki  bunlar;  “sıvı,  sıvı+katı,  ve 



katı” aşamalarıdır.  

 

 






K

ATıLAŞMA

 2 

AŞAMADA

 OLUŞUR: 

1-ÇEKİRDEKLENME 



 

2-ÇEKİRDEKLERİN BÜYÜMESİ İLE “kristal” daha 



sonra da “tanelerin” oluşumu… 











Bir kristalin büyüme hızı sıvıdaki atomların büyüyen arayüzeye katılma ve ayrılma hızları  

arasındaki  net  farka  bağlıdır.  Atomların  katılma  hızı  sıvıdaki  yayınma  hızına  bağlıdır.  

Atomların  ayrılma  hızı  ise  atomu  yüzeye  bağlayan  en  yakın  komşu  atomların  sayısına  

(koordinasyon sayısına) bağlıdır.  

 

Arayüzey büyümesi üçe ayrılır.  



Normal büyüme 

Yüzey çekirdeklenmesi ile büyüme 



Hata yoluyla büyüme 



      

Normal  büyüme  : 

Katı-sıvı  arayüzeyindeki  göç  tercihli  yüksek  açılı  tane  sınırlarının 

göçüne  benzerdir.  Bir  atomun  katı-sıvı  arayüzeyinde  serbest  enerji  değişimi,  atomların 

sıvıdan katıya nakledilmeleri için gerekli aktivasyon enerjisini verir.  

     Aktivasyon enerjisi engeli sıvı fazdaki yayınmaya benzer ve o zaman katılaşma için itici 

güç: 


 

    olarak  verilir.  Burada  Lm  ergime  gizli  ısısı, 

T  arayüzeydeki  aşırı  soğumadır.  O  hale 



büyüme hızı; 

 

    olarak  gösterilebilir.  Burada  k  sınır  hareketliliği  özelliğidir  ve  sabittir.  Normal  büyüme 



için,  büyüme  hızı  oldukça  yüksek  olabilir.  k  sabiti  çoğu  metaller  için 

  1  cm.(snK)



-1

 

olarak hesaplanmıştır.  



 



G

L

T



T

m

m



.

R



k T



.






Yana doğru büyüme : 

Bu büyüme modelinde kristal arayüzeyi düz yani düzlemseldir ve 

büyüme homojen çekirdekleşme ile ilerler. Disk şeklinde çekirdeklerden oluşan yani 

tabakalar tam bir tabaka oluşturana değin yan yana büyür. 

 

 

 



 

 

 



 

 

Yana doğru büyümede büyüme hızı; 



 

olarak verilir. Burada k ve b sabitlerdir. Teoriye göre düşük aşırı soğumalarda büyüme hızı  

düşüktür.  

 

Şekil Bir Kristal yüzeyinde disk şeklinde çekirdeklenmenin oluşumunun şematik gösterimi  



a) yüzeye paralel  b) yüzeye dik 

R

k



b

T



.exp(



)






Hata  yoluyla  büyüme: 

Burada  büyüme  hızı  aşırı  soğuma  ilişkisi  formülde  verilmiştir. 

Özellikle  dislokasyon  ve  ikiz  hataları  üzerinde  büyüme  görülür.  Seramiklerde  bu  tür 

büyüme fazlaca gözlenmiştir. 

 

 

 



Büyüme  büyük  ölçüde  metal  –  ametal  veya  seramik  malzemenin  dönüşüm  entropisine 

bağlıdır. Eğer dönüşüm entropisi (sıvı – katı ) 2’den azsa büyüme kolaydır. Eğer 2’den 

yüksekse büyüme zordur. Hata yardımı gerekir.  

Metallerde α (büyüme entropisi) 2’den azdır ve normal büyüme görülür. Seramiklerde α 



> 2’dir. Hatalar yardımıyla ve tekrarlı çekirdeklenme yardımıyla büyüme görülür. 

   


 

 

 

 

2

T



k

R





Şekil.  Üst  yüzeyi  normal  bir  vida 

dislokasyon  izlerini  içeren  bir  kristalin 

şematik  görünüşü.  Bu  yüzey  spiral  bir 

rampadır  ve  görüldüğü  gibi  atomların 

ilavesiyle elimine edilemez.  





Dendritik  katılaşma:

Tek  fazlı  alaşımların  yapısı  yapısal  aşırı  soğuma  önlenemediği 

müddetçe  dendritiktir.  Kristal  dallanmış  şekilde  büyür.  Dallardaki  açısal  ilişkiler 

genellikle 90° dir. 

Yapısal  aşırı  soğuma  normal  ingot  ve  dökümlerde  önlenemediğinden  hemen  hemen 



bütün  alaşımlar  bu  yapıda  oluşur.  Dendritik  katılaşmayı  anlamak  neredeyse  malzeme 

yapı ve özelliğini anlamakla aynıdır.  

Bir  saf  metalin  katılaşma  şartlarını  belirleyebilmek  için  kalıba  dökülmüş,  Tm  ergime 



sıcaklığına sahip bir metalin soğumasını göz önüne alalım. Hücresel yapının büyüme hızı 

arttırılırsa kristalografik etki ağır basmakta ve hücre büyüme yönü tercihli kristalografik 

büyüme yönüne (örneği kübik metallerde <100> yönü) doğru sapar. Aynı zamanda hücre 

yapısı bozularak dendritik yapı oluşumu başlar. 

 

 

 




Isı  akışı  yönünde  büyüyen  yapının  merkezi  bölgesi  birincil  dendrit  kolu  ve  birincil 

dendrit koluna dik çubuk şeklindeki çıkıntılar ise ikincil dendrit kollarıdır. İkincil dendrit 

kollarının  oluşumuna  sebep,  arayüzeyi  hemen  hemen  parabolik  olan  hücre  uçlarının 

kararsız  hale  geçmiş  olmalarıdır.  Kararsızlık  için  itici  kuvvet  dendrit  uçlarının  hemen 

gerisinde sıvı içindeki yapısal aşırı soğumadır. 

 





Katılaştırılan alaşımlarda katılaşma şartlarına bağlı olarak iki türlü dendritik yapı oluşur; 

serbest büyümüş dendritler 



eş eksenli dendritler 

iki grup arasındaki en önemli fark, ilkinde  ilginç bir yönlü büyüme ve sıkı bağlılığın olması, 

ikincisinde  ise,  dendritlerin  birbiriyle  ilişkisiz  ve  bağımsız  olmasıdır.  Her  iki  grup  dendrit 

şekil de verilmektedir. İster serbest ister eş yönlenmiş olsun, her iki grup dendritte yapı ve 

elemanlarıyla  aynı  katılaşma  şekli  görülür  ve  genellikle  ayırım  yapılmadan  sadece  dendrit 

diye anılırlar. 

 

 



 

 

 



 

 

    a) kolonsal dendritik (b) eşeksenli dendritik (c) eşeksenli dendritik olmayan yapılar 



 

Eş yönlenmiş dendritler normal G/R oranı sağlandığında oluşurken, düşük G/R seviyesinde 

serbest büyüme dendritleri oluşur. 

Serbest  büyümüş  dendritler  G/R  düşük  olduğunda  çokça  görülür.  Her  tane  (kristal)  bir 

dendritten  oluşur.  Katılaşma  sırasında  dendrit  iskeletinden  kaynaklanan  2.  ve  3.  derecede 

kollar  nedeniyle  bir  tane  içinde  binlerce  dendrit  kolu  bulunabilir.  Tanelerin  çok  sayıda  ve 

küçük boyutta olmaları veya az sayıda büyük boyutta olmaları katılaşma şartlarına bağlıdır. 

Örneğin eğer eşdeğer heterojen çekirdeklenme yüksekse küçük taneli bir yapı elde edilir. 




Heterojen çekirdeklenmenin gerçekleşmesi için şartlar; 

1.

Çekirdekleyici  ilavesi 



2.

Titreşim 

3.

G/R nin ayarlanması dır. 



 

 

Çubuksal dendrit yapıları katılaşma ilerledikçe yavaş yavaş levhasal yapıya dönüşebilir.  Eş  



eksenli dendritler paralel büyüme sonucu bir hat boyunca dağılım gösterir. Eğer yönlenmiş  

katılaşma varsa (tek cepheden ısı akışı) eş eksenli dendritler görünür. 

 

    Katılaşmanın  ilk  kademesinde  çekirdekten  büyüyen  dendritler  çok  küçük  ve  dendrit 



kolları  çok  incedir.  Katılaşma  sırasında  kollardan  bazıları  büyür  ve  irileşirken  diğerleri 

erir  veya  dağılırlar.  Böylece  doğal  denge  sağlanmış  olur.  Kopan  veya  dağılan  dendrit 

kolları başka bir dendritin çekirdekleyicisi olabilir. Katı dendrit büyüdüğü zaman ergime 

gizli  ısısı  aşırı  soğumuş  sıvıya  yansır  ve  sıvının  sıcaklığını  donma  noktasına  yükseltir. 

İkinci ve üçüncü dendrit kolları gizli ısının etkisi ile birinci kol üzerinde gerçekleşebilir. 

Dendritik büyüme aşırı soğumuş sıvının donma noktasına ulaşmasına kadar devam eder. 

Geri  kalan  sıvı  varsa  o  da  düzlemsel  büyümeyle  devam  eder.  Düzlemsel  ve  dendritik 

büyüme arasındaki fark ergime gizli ısısının farklı farklı alınması sebebiyle yükselir. Kap 

veya  kalıp  düzlemsel  büyümede  ısıyı  absorbe  eder,  fakat  dendritik  büyümede  aşırı 

soğumuş sıvı ısıyı absorbe eder. 

 

 

 




Saf metallerde, dendritik büyüme normalde toplam büyümenin sadece küçük bir 

fraksiyonunu içerir.  

 

 



 

Burada Lm sıvının gizli ısısıdır. Aşırı soğumuş sıvının absorbe ettiği ısı, ve katılaşma 

sürecinde açığa çıkan toplam gizli ısı söz konusu enerjilerdir. Aşırı soğuma 



T ne kadar 



artarsa, dendritik büyüme o denli fazlalaşır.   

 



Yüklə 43,13 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2023
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə