Malzeme Teknolojisi - I Demir - Karbon ( Fe-C ) Denge Diyagramı - I Prof.Dr.İrfan AY Prof.Dr.İrfan AY Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz Öğr. Gör. Fahrettin Kapusuz MAKİNE PROGRAMI MAKİNE PROGRAMI MALZEME MALZEME TEKNOLOJİSİ TEKNOLOJİSİ- -I I- - (DERS NOTLARI) (DERS NOTLARI) Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 1 2008 2008- -2009 2009 BALIKESİR BALIKESİRDEMİR DEMİR- -KARBON KARBON (Fe (Fe- -C) C) Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 2 (Fe (Fe- -C) C) DENGE DİYAGRAMI DENGE DİYAGRAMIDEMİR – KARBON DENGE DİYAGRAMI Saf demire teknolojik özellik kazandıran karbon’dur. Saf demir’in yoğunluğu ; 7,8 g/cm 3 sertliği ; 60 HB Akma mukavemeti ; 10 daN/mm 2 Çekme mukavemeti ; 20 daN/mm 2 Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 3 Çekme mukavemeti ; 20 daN/mm Kopma uzaması ; % 50 Kesit daralması ; % 80Saf demir mukavemetinin düşük olması nedeniyle teknolojik öneme sahip değildir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 4 Saf karbon’un da mukavemeti düşüktür.Tek başına önemli bir malzeme değildir.Demirle karbon bir araya getirilirse bu ikiliden ÇELİK ve DÖKME DEMİR adında iki yeni mekanik özellikleri farklı alaşım’lar meydana getirilir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 5ÇELİK NEDİR? Demir- karbon alaşımının içinde ; max. % 2 ye’kadar KARBON % 1 MANGAN % 0,5 SİLİSYUM % 0,05 den az KÜKÜRT ve FOSFOR Varsa bu malzemeye çelik adını veriyoruz. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 6DÖKME DEMİR NEDİR? ( C ) Karbon oranı % 2 den fazla olan demir- karbon alaşımına DÖKME DEMİR diyoruz. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 7Yapı içersindeki KARBON ; soğuma şartlarına ve yapı daki MANGAN ve SİLİSYUM oranlarına bağlı olarak farklı oluşumlar şeklinde bulunur. 1)- Şayet ; % Si miktarı fazla ve soğuma yavaş yapılırsa karbon, demirin içersindeki yapıda GRAFİT şeklindedir.Karbon yapıda bağımsız bulunur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 8Demir içinde karbon grafit grafit şeklinde dağılırsa, dövülebilen yumuşak dökme demir elde edilir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 92)- Şayet ; % Mangan fazla ve soğuma hızlı yapılırsa ; karbon demire bağlı olarak (Fe 3 C) DEMİR SEMENTİT şeklinde oluşacaktır.Bu yapı Yarı dengeli halde olacaktır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 10Hem Sementit hem de Grafit yapı “ DEMİR-KARBON ” DENGE DİYAGRAMI olarak ele alınır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 11Fe-C Denge diyagramı dikkatle incelenirse ; * Yatay eksen, erimiş demir içinde % C oranını Düşey eksen, Gittikçe artan sıcaklığı göstermektedir. * Yatay eksen’de karbon en fazla % 6,67 ye kadar karbon konabiliyor..Tam bu noktada iç yapı % 100 Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 12 karbon konabiliyor..Tam bu noktada iç yapı % 100 sementit Fe 3 C ‘dir. % 4,5 C dan sonraki yapının teknolojik önemi yoktur. * Düşey eksende de sıcaklık artıkça, yatay eksende karbon oranı değiştikçe her bölgede İÇYAPI’ lar değişmektedir.Çelik ve Dökme demirler mikroskop altında incelenirse; Önce saf demir’in ısıtılması ve katılaşması sonucu sıcaklığa bağlı olarak saf demirin hangi kristal yapılara dönüştüğü aşağıdaki gibi olur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 13Çok detaylı FeC Denge Diyagramı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 14Üç önemli temel yapı mevcuttur. Ferrit, östenit, sementit Ferrit yapı nedir? ?-demiri olarak bilinir.Kristal kafes yapısı HMK şeklindedir.C atomları Fe atomları arasında az miktarda yeralan atomlar olarak bulunur.Demir-karbon denge diyagramının en yumuşak yapısıdır.Tokluğu düşüktür, uzaması %40 ‘a kadar varır.İç yapısı aşağıdaki gibi görünür. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 15 görünür.Östenit yapı nedir? Demirin yüzey merkezli kübik halidir. gg g g -Demiri olarak bilinir.İç yapısı aşağıdaki gibidir.Tokluğu yüksektir. Sertliği 40 RC civarındadır. C ‘nun yapı içersinde katı arayer atomu olarak çok miktarda bulunduğu yapıdır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 16Sementit (Fe 3 C) yapı ne demektir? Demir karbid olarak bilinir. Max % 6,67 C ihtiva eder. Oldukça sert ve gevrek bir yapısı vardır. Çekme mukavemeti düşük ama basma mukavemeti fazladır.Çeliğin sert olmasını sağlar. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 17 Kistal kafesi ortorombik yapıdır.Demir-Karbon Denge Diyagramında çok önemli 2 nokta vardır. 1. Ötektik nokta 2. Ötektoid nokta ÖTEKTİK NOKTA NEDİR? Bu noktada tek olan sıvı fazı ???? gg g g + Fe 3 C iki ayrı katı faza dönüşmüştür.Bu nokta C nu % 4.3 olan sıcaklığı da 1147 o C olan noktadır. (Lederburit yapı-sert ve Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 18 da 1147 o C olan noktadır. (Lederburit yapı-sert ve gevrek)LEDERBÜRİT YAPI NE DEMEKTİR? Lederburite , ötektik noktadaki iç yapının adıdır. Östenit(gg g g ) +Sementit (Fe 3 C)‘ten oluşmuştur.Bir nevi çelik ile dökme demir arasına çizgi çekilmiş yerdedir. Oda sıcaklığında pek görülmez. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 19 Lederbürit yapı (sert ve gevrek)ÖTEKTOİD NOKTA - Perlit yapı ne demektir ? gg g g Ostenit katı yapının???? Sementit ve ferrit’olarak ayrıldığı yapıya PERLİT yapı denir.Yani Ferrit +Sementit (? +Fe 3 C) dir.Bu yapı aynı zamanda Ötektoid yapı olarak da bilinir. Bu noktada % C oranı 0,83 dür. Sıcaklık ise 723 0 C dir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 20 Siyahlar sementit (Fe 3 C), beyazlar ferritik (aa a a -Fe) yapılardır. Perlit = aa a a -Fe + Fe 3 CAşağıda ötektik noktanın katı haldeki ( gg g g ? ??? a a a a +Fe 3 C ) ye nasıl dönüştüğü görülüyor. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 21Martenzit yapı ne demektir? Östenit ve karbonun yarı- kararlı versiyonudur.Kristal kafes yapısı, gg g g bölgesindeki YMK yapıdan çarpık tetragonal yapıya dönüşmüştür. Çok sert ve kırılgan bir yapısı vardır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 22Beynit yapı ne demektir? Karbon ve sementit‘e “doymuş aa a a ferrit” karışımıdır. Perlit yapıdan pek farklı bir yapıdır.Daha serttir.İğne şeklinde tane yapısına sahiptir.İlk soğutma hızlı, sonra yavaş olması halinde bu yapı oluşur. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 23 Beynit yapı örnekleriDönüşüm sıcaklıkları ( A 1 , A 3 , A cm ) A 1 : Isıtırken östenitin oluşmaya başladığı sıcaklık A 3 : Ötektoid altı çeliklerde ısıtırken ferrit’in ostenit’e dönüşümünü tamamladığı sıcaklık A cm : Ötektoid üstü çeliklerde, ısıtırken sementit’in ostenite dönüşümün tamamlandığı sıcaklıktır. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 24Fe-C denge diyagramındaki tüm iç yapıların birarada gösterimi Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 25Katkı elementlerinin çeliğe olan etkileri Çelik içindeki alaşım elementleri hem A 1 , A 3 ,A cm dönüşüm sıcaklıklarını hem de ötektik ve ötektoid noktaların karbon oranlarını değiştirir. Alaşım elemanlarının Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 26 Alaşım elemanlarının sertliğe etkileri. Mn ‘ın sertliği nasıl etkilediği net bir şekilde görülmektedir.Mn,Si,Cr,Ni,Mo,W ve Ti ‘un ötektoid sıcak lığa etkisi üst diyag ramda görülmektedir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 27 Ötektoit noktanın karbon oranına etkisi alt diyagramdadır. % 6 Mn ilavesi ötektit noktanın %C oranını 0,8 den % 0,45 ‘e getirmiştir.Ni , çeliklerde çekirdeğe kadar sertleşmelerine yardımcı olur.Cr ile birlikte Paslanmaya ve korozyona dirençli yapar. Mn çelikte istenen elemandır.Zira döküm malzemelerde “sementit oluşumu”na katkı yapar.çeliğin mukavemetini ve sertliğini artırır. Si, dökme demirdeki “grafit oluşumu”na yardımcı olur.Kır dökme demir alaşımlarının Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 28 yardımcı olur.Kır dökme demir alaşımlarının tümünde istenen elemandır. Mo çeliğin sertleşme kabiliyetini artırır. Al, Çelik içersinde Si’e benzer görev yapar. Cu, çekme ve akma sınırını artırır. P ve S , Çeliğin içersinde pek istenmez.Azaldıkça çeliğin kalitesi artar.Çelik içersinde % 0,05 ten fazlası istenmez.Konu ile ilgili sorular 1.Demir ile karbon bir araya getirilirse oluşan en 1.Demir ile karbon bir araya getirilirse oluşan en önemli iki malzeme hangileridir? önemli iki malzeme hangileridir? a)- çelik-aluminyum b)-dökme demir-çelik c)dökme demir-bakır d)-çelik-çinko 2.Çelik ne demektir? 2.Çelik ne demektir? a)- İçersinde % 0-1 C bulunan demir karbon alaşımı Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 29 a)- İçersinde % 0-1 C bulunan demir karbon alaşımı b)- İçersinde % 0-0,8 C bulunan demir karbon alaşımı c)- İçersinde % 0-2 C bulunan demir karbon alaşımı d)- İçersinde % 2-4,3 C bulunan demir karbon alaşımı 3.Dökme demir ne demektir? 3.Dökme demir ne demektir? a)- İçersinde % 0-1 C bulunan demir karbon alaşımı b)- İçersinde % 2- 6,67 C bulunan demir karbon alaşımıc)- İçersinde % 1-2 C bulunan demir karbon alaşımı d)- İçersinde % 0-0,8 C bulunan demir karbon alaşımı 4.Mn ve Si Demir 4.Mn ve Si Demir- -Karbon için niçin çok önemlidir? Karbon için niçin çok önemlidir? a)- Çünkü , her ikiside içyapıda farklı etki yapar. b)-Çünkü, her ikisinin de iç yapıya etkisi olmaz. c)-Çünkü, her ikiside demir-karbonu soğutur d)-Çünkü her ikisi de demir karbonu ısıtır. 5.Si fazla, soğuma yavaş olursa içyapı içinde karbon 5.Si fazla, soğuma yavaş olursa içyapı içinde karbon Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 30 5.Si fazla, soğuma yavaş olursa içyapı içinde karbon 5.Si fazla, soğuma yavaş olursa içyapı içinde karbon nasıl bulunur? nasıl bulunur? a)- ostenit halde b)-ferrit halde c)-grafit halde d)-sementit halde 6.Mn fazla, soğuma hızlı olursa içyapı içinde karbon 6.Mn fazla, soğuma hızlı olursa içyapı içinde karbon nasıl bulunur? nasıl bulunur? a)- ostenit halde b)-ferrit halde c)-grafit halde d)-sementit halde9.Demir 9.Demir- -Karbon denge diyagramında çok önemli iki Karbon denge diyagramında çok önemli iki nokta hangisidir? nokta hangisidir? a)- ostenit-ferrit b)-sementit-lederbürit c)-ötektik- ötektoid d)-ferrit-perlit 10. Hangisi ötektik noktadır? 10. Hangisi ötektik noktadır? a)- 910 0 C - %1 karbon olan nokta b)-1400 0 C - % 0,8 karbon olan nokta c)-1147 0 C - % 4,3 karbon olan nokta Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 31 c)-1147 C - % 4,3 karbon olan nokta d)-723 0 C - % 0,8 karbon olan nokta 11. Hangisi ötektoid noktadır? 11. Hangisi ötektoid noktadır? a)- 910 0 C - %1 karbon olan nokta b)-1400 0 C - % 0,8 karbon olan nokta c)-1147 0 C - % 4,3 karbon olan nokta d)-723 0 C - % 0,8 karbon olan nokta12.Martenzit yapı ne demektir? 12.Martenzit yapı ne demektir? a)-içyapı, çam ağacı iğne yaprağı şeklinde hızlı soğutulmuş b)-içyapı, grafit halde c)-içyapı, küresel sementit şeklinde d)-içyapı, saf demir yapısında 13.Beynit yapı ne demektir? 13.Beynit yapı ne demektir? Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 32 13.Beynit yapı ne demektir? 13.Beynit yapı ne demektir? a)-içyapı, çam ağacı iğne yaprak şeklinde b)-içyapı, grafit halde c)-içyapı, küresel sementit şeklinde d)-içyapı, martenzitin içinde daha fazla ferrit bulunur şeklinde, martenzite göre daha yavaş soğutulmuş14. Fe-C denge diyagramında (A1) çizgisi neyi ifade eder? a)- sıcaklık 723 0 C - % 0,8 karbon noktasından östenite geçişi, b)- sıcaklık 912 0 C noktası ile - % 0,8 karbon noktası arasındaki çizgiden östenite geçişi, c)-%0,8 karbon ile % 2 karbon – 1147 0 C arasındaki çizgiden ostenite geçişi, Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 33 çizgiden ostenite geçişi, d)-%2 karbon ile %4,3 karbon arasındaki çizgiden ostenite geçişi ifade der.15. Fe-C denge diyagramında (A3) çizgisi neyi ifade eder? a)- sıcaklık 723 0 C - % 0,8 karbon noktasından östenite geçişi, b)- sıcaklık 912 0 C noktası ile - % 0,8 karbon noktası arasındaki çizgiden östenite geçişi, c)-%0,8 karbon ile % 2 karbon – 1147 0 C arasındaki çizgiden ostenite geçişi, Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 34 çizgiden ostenite geçişi, d)-%2 karbon ile %4,3 karbon arasındaki çizgiden ostenite geçişi ifade der.16. A cm çizgisi neyi ifade der? a)- sıcaklık 723 0 C - % 0,8 karbon noktasından östenite geçişi, b)- sıcaklık 912 0 C noktası ile - % 0,8 karbon noktası arasındaki çizgiden östenite geçişi, c)-%0,8 karbon ile % 2 karbon – 1147 0 C arasındaki çizgiden ostenite geçişi, Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 35 çizgiden ostenite geçişi, d)-% 2 karbon ile % 4,3 karbon arasındaki çizgiden ostenite geçişi ifade der.16. P ve S çelikte niçin istenmez? Ne oranda bulun 16. P ve S çelikte niçin istenmez? Ne oranda bulun malıdır? malıdır? a)- Her ikisi de gevreklik yaratır. Oran % 0,05 den fazla olamaz. b)- Her ikiside faydalıdır.istenildiği kadar bulunabilir. c)-Her ikisi de sünek yapar. Oran % 0.05 den fazla olur. d)-Her ikisi de uzama meydana getirir,Oran % istenildiği kadar konabilir. Prof. Dr. İRFAN AY / Öğr. Gör. FAHRETTİN KAPUSUZ 36 istenildiği kadar konabilir.