Metal ve alaşimlarin katilaşmasi
Yüklə 43,13 Kb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Normal büyüme
- Yana doğru büyüme
- Hata yoluyla büyüme
- Dendritik katılaşma
| 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.
başlamasından önce dışarıya iletilir. Bu ısıdan başka, katılaşmanın tamamlanmasından önce, metalden kalıba transfer olan ergime gizli ısısı da açığa çıkar.
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
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
artarsa, dendritik büyüme o denli fazlalaşır. Yüklə 43,13 Kb. Dostları ilə paylaş:
|